[發(fā)明專利]一種基于部分響應編碼脈沖成形的超奈奎斯特傳輸方法

在審

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• 申請日: 2018-02-15
• 公開（公告）號: CN110166169A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 常春;李風從;鞏朋成;劉聰;蔣云昊;豐勵
• 申請（專利權）人: 湖北工業(yè)大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 武漢帥丞知識產(chǎn)權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

本發(fā)明涉及一種基于部分響應編碼脈沖成形的超奈奎斯特傳輸方法，其特征在于：將串行干擾消除和迭代干擾消除技術引入到超奈奎斯斯特傳輸方案中，以降低接收端ISI的處理壓力，所述方法采用的發(fā)送機方案和接收機方案為：發(fā)送機采用多層結構，每層分別進行多元域編碼、高階調制和部分響應脈沖成形，然后進行功率分配后相加合成發(fā)送信號；在接收機端，層間的ISI在接收端將其視作為服從高斯分布的噪聲進行處理，首先對功率較高的層進行檢測譯碼，根據(jù)譯碼器輸出的結果重構該層的傳輸信號，然后從接收信號中減去重構的此層傳輸信號，進入功率排序的后續(xù)一層進行檢測譯碼，直至完成所有層的檢測譯碼。本發(fā)明方法可以減少接收機復雜度。

技術領域

本發(fā)明屬于通信技術領域，具體涉及一種基于部分響應編碼脈沖成形的超奈奎斯特傳輸方法。

背景技術

云計算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術的廣泛應用帶來互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的大幅增長，在思科公司剛剛發(fā)布的全球云計算指標(Global Cloud Index)評估報告中顯示， 2020年云流量會從2015年的3.9澤字節(jié)上升到2020年的14.1澤字節(jié)，達到3.7 倍。未來基于5G網(wǎng)絡的智慧城市、智慧醫(yī)療等服務逐步普及，各種影像監(jiān)控等應用裝置、智慧電表和數(shù)位健康監(jiān)測器等個人裝置，以及機器對機器裝置開始大量采用和部署，也將促使互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量顯著增長。此外，據(jù)愛立信預計，2022 年全球智能手機用戶將達68億，移動流量上漲7倍。互聯(lián)網(wǎng)流量和移動流量的增長，需要更大容量的接入網(wǎng)和骨干網(wǎng)的承載，在提升容量方面，頻譜的利用效率是一個非常重要的考慮方面。如何在有限的帶寬之內(nèi)提供盡可能大的數(shù)據(jù)傳輸速率，是學者們一直以來關注并努力探索的問題。

從調制的角度著眼，提高頻帶利用率有以下兩個主要手段：一是提高調制階數(shù)；二是保持調制階數(shù)不變，在給定帶寬下增大碼元速率。如果采用后者，在無碼間干擾(ISI)情況下，奈奎斯特傳輸使頻譜利用率可以達到最大速率2Baud/Hz，其利用奈奎斯特成形脈沖在T周期上的正交性，以1/T的碼元速率傳輸避免了 ISI，但為了保證碼元周期上脈沖的正交性，頻帶利用率已達到極限。如果允許 ISI的存在，在碼元周期上無需保證脈沖的正交性，傳輸速率將超過奈奎斯特速率，從而獲得更高的頻譜利用率。于是，稱之為“超奈奎斯特傳輸(FTN)”的信號傳輸方式被提出，其可在調制階數(shù)不變的情況下，通過有意引入ISI，獲得頻譜利用率的提升。經(jīng)證明，在加性高斯白噪聲(AGWN)信道情況下，二進制 FTN傳輸可以得到超出奈奎斯特速率近25％的速率增量，而不會帶來誤碼率的損失。與BER表現(xiàn)有直接關系的歐式距離，只有當傳輸速率越過奈奎斯特速率，繼續(xù)提高到某個值時，才會出現(xiàn)減小的情況，這個門限值稱為Mazo限。這一點使超奈奎斯特傳輸還可提高能量利用率，在不需要增加能量消耗的同時獲得頻譜利用率的提升。

目前大部分集中于二階和四階的調制傳輸方案。原因主要為高階調制在FTN 中的應用，將面臨接收機復雜度大幅增加的問題。雖然有報道稱，基于QPSK的單載波超奈奎斯特可將傳輸速率相對于奈奎斯特速率提高30％-50％，但受限于調制階數(shù)，進一步提高頻譜利用率的空間有限。但高階調制與超奈奎斯特傳輸?shù)慕Y合，卻能夠快速提升頻譜利用率，因此關于單載波FTN的高階調制傳輸方案的研究已逐漸受到關注。如何在利用高階調制進一步提升頻譜利用率的同時，降低超奈奎斯特傳輸信號接收機的復雜度，是基于高階調制的超奈奎斯特傳輸方案能夠實用化的關鍵問題。

通常超奈奎斯特傳輸采用的是根升余弦(Root Raised Cosine，RRC)脈沖成形脈沖成形，用部分響應脈沖成形代替RRC脈沖成形，則可以在相同速率下降低傳輸信號帶寬，獲得頻譜利用率的進一步提高。部分響應脈沖成形技術與高階調制的結合，即部分響應脈沖成形高階調制，應用于在超奈奎斯特傳輸中，相對于RRC脈沖成形高階調制方案，能對頻譜利用率的提高空間做繼續(xù)的深入挖掘，如圖1所示。