等功率分配超奈奎斯特传输方法技术

本发明专利技术提供了一种等功率分配超奈奎斯特传输方法，将整个系统分为具有独立传输信息功能的若干层，选择每一层的编码方案与星座映射方案；发送端将所需传输的信息序列分层并逐一编码映射，符号脉冲成型并按照所需速率进行发送；接收端将接收到的信号进行匹配滤波，根据匹配滤波器的输出进行逐层检测译码。本发明专利技术便于构造符合传输要求的通信系统，能够获得更高的频谱利用率，降低接收端FTN信号的检测复杂度，避免由于信号按照传统的非等功率分配方案发送所带来的信号畸变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，特别是超奈奎斯特(Faster-Than-Nyquist，FTN)传输系统。
技术介绍
FTN传输技术是下一代通信系统(5G)中实现高谱效率数据传输的一种关键性支撑技术，对5G新型调制编码技术研究具有重要意义。它是将信号以超奈奎斯特速率进行传输，通过采用某种方式来克服码间串扰带来的影响，保证系统误码性能不变的一种传输技术，它可以提高码元传输速率，使系统达到更高的频谱利用率。因为在FTN传输系统中，码元的传输速率超过了奈奎斯特速率，因此存在码间串扰，这将影响系统的误码性能。因此，为了克服FTN系统中码间串扰的影响，人们研究了多种方法，主要思路有两种，一种是将FTN系统引入的码间串扰当作普通码间串扰，通过采用高级的均衡算法来加以克服，但这种方法由于使用了高级均衡算法，因此复杂度非常的高。另一种思路是将码间串扰看成普通噪声，如Yong Jin，Daniel Kim和Jan Bajcsy在\Binary Faster than Nyquist Optical Transmission via Non-uniform Power Allocation\(Information Theory(CWIT)，2013 13th Canadian Workshop on，Pages:180-185)中所提出的基于功率不均匀分配FTN传输系统，这种FTN系统的主要思路是给不同阶段的码字分配以不同的功率进行传输，然后在接收端进行迭代译码来译出输入信号。相比于前一种采用均衡算法的FTN系统，这种FTN传输系统虽然复杂度有所降低，但是由于这种系统在发送端需要对不同阶段的信息序列采用同一种编码方案，因此具体编码方案的选择对系统性能有着很大的影响，同时也很难根据实际要求的谱效率来设计不同的通信系统。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种具有较低复杂度的等功率分配的FTN方法(U-FTN)，通过采用不同码率的编码方案区分不同阶段的码字，并将FTN传输带来的符号间干扰视为噪声，从而大大减少了传统的FTN系统的复杂度，而且整体系统性能损失很小。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1、同时将通信系统的发送端和接收端分为K层，每层均具有独立传输信息的功能，发送端包含独立的编码器以及星座映射模块，接收端包含独立的符号检测模块；步骤2、依次选择每一层的编码方案与星座映射方案，第k层的编码方案满足在当前映射方案且信噪比为时所传递信息无错传输；所述的为接收端第k层的信噪比SINR的最大值，其中，k＝1，2，…，K，hmK+i用来表征其他层符号对当前层符号间干扰的程度，其中i表示两个符号之间相差的层数，m表示两个符号之间相隔为K的多少倍，s(t)为脉冲成型函数，T为Nyquist传输速率下符号间隔时间，取值为1+β，β为脉冲成型函数的滚降系数；步骤3、将所需传输的信息序列分成K层，对不能被K整除的信息序列在末尾补零至可以整除，并满足每层信息序列的长度为N×typek/Rk，其中N为每层符号个数，typek为每层映射阶数，Rk为每层的码率；步骤4、将K层信息序列按照对应的每层编码方案进行编码，并将编码得到的K个码字流进行对应的符号映射，得到K个符号流xk[n]，其中，k＝1，2，…，K，n＝1，2，…，N；步骤5、将K个符号流重组为1个符号流，重组后的符号流顺序为x1[0]，x2[0]，...，xK[0]，x1[1]，x2[1]，...，xK[1]，...，x1[N-1]，x2[N-1]，...，xk[N-1]，并采用脉冲成型函数s(t)对重组后的符号流依次进行脉冲成型操作；将经过脉冲成型的符号流按照K倍Nyquist传输速率发送，即符号间时间间隔为T/K，其中T为Nyquist速率下的符号间时间间隔；步骤6、将接收端接收到的信号进行匹配滤波，滤波器函数为发送端的脉冲成型函数，并将匹配滤波后的信号以K倍的Nyquist传输速率进行采样，之后将采样值序列按照采样点的序号依次放入K个子序列，第一个子序列中元素为原采样值序列中的第1、K+1、2K+1、....(N-1)K+1个元素；步骤7、对K个子序列逐层进行检测译码；对第k层的信号进行检测时，接收端对应的第k层第n个符号用yk[n]表示，当前检测符号为发送端第k层的第n个符号xk[n]，则该符号受到干扰的均值μk[n]和方差σk2[n]为： μ k [ n ] = Σ i = k - K i ≠ 0 k - 1 Σ m = - ∞ ∞ h m K + i E { x k - i [ n - m ]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等功率分配超奈奎斯特传输方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1、同时将通信系统的发送端和接收端分为K层，每层均具有独立传输信息的功能，发送端包含独立的编码器以及星座映射模块，接收端包含独立的符号检测模块；步骤2、依次选择每一层的编码方案与星座映射方案，第k层的编码方案满足在当前映射方案且信噪比为时所传递信息无错传输；所述的为接收端第k层的信噪比SINR的最大值，其中，k＝1，2，...，K，hmK+i用来表征其他层符号对当前层符号间干扰的程度，其中i表示两个符号之间相差的层数，m表示两个符号之间相隔为K的多少倍，s(t)为脉冲成型函数，T为Nyquist传输速率下符号间隔时间，取值为1+β，β为脉冲成型函数的滚降系数；步骤3、将所需传输的信息序列分成K层，对不能被K整除的信息序列在末尾补零至可以整除，并满足每层信息序列的长度为N×typek/Rk，其中N为每层符号个数，typek为每层映射阶数，Rk为每层的码率；步骤4、将K层信息序列按照对应的每层编码方案进行编码，并将编码得到的K个码字流进行对应的符号映射，得到K个符号流xk[n]，其中，k＝1，2，...，K，n＝1，2，...，N；步骤5、将K个符号流重组为1个符号流，重组后的符号流顺序为x1[0]，x2[0]，...，xK[0]，x1[1]，x2[1]，...，xK[1]，...，x1[N‑1]，x2[N‑1]，...，xk[N‑1]，并采用脉冲成型函数s(t)对重组后的符号流依次进行脉冲成型操作；将经过脉冲成型的符号流按照K倍Nyquist传输速率发送，即符号间时间间隔为T/K，其中T为Nyquist速率下的符号间时间间隔；步骤6、将接收端接收到的信号进行匹配滤波，滤波器函数为发送端的脉冲成型函数，并将匹配滤波后的信号以K倍的Nyquist传输速率进行采样，之后将采样值序列按照采样点的序号依次放入K个子序列，第一个子序列中元素为原采样值序列中的第1、K+1、2K+1、....(N‑1)K+1个元素；步骤7、对K个子序列逐层进行检测译码；对第k层的信号进行检测时，接收端对应的第k层第n个符号用yk[n]表示，当前检测符号为发送端第k层的第n个符号xk[n]，则该符号受到干扰的均值μk[n]和方差σk2[n]为：μk[n]=Σi=k-Ki≠0k-1Σm=-∞∞hmK+iE{xk-i[n-m]}]]>其中E为期望运算符，Var为方差运算符，xk‑i[n‑m]的方差和期望通过逐层译码获得，N0为白噪声的单边功率谱密度；得到当前符号的条件概率其中α为归一化因子；将得到的条件概率送入第i层的译码器进行译码，在译码结束后重新计算当前层的每个符号的概率，并将其概率保留用于计算其他层符号的概率；对所有层分别进行了译码检测后，保留所有符号的判决结果，并从第一层开始重复检测，进行整体迭代；整体迭代三次后的判决结果作为系统的最终输出。...

【技术特征摘要】
1.一种等功率分配超奈奎斯特传输方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1、同时将通信系统的发送端和接收端分为K层，每层均具有独立传输信息的功能，发送端包含独立的编码器以及星座映射模块，接收端包含独立的符号检测模块；步骤2、依次选择每一层的编码方案与星座映射方案，第k层的编码方案满足在当前映射方案且信噪比为时所传递信息无错传输；所述的为接收端第k层的信噪比SINR的最大值，其中，k＝1，2，...，K，hmK+i用来表征其他层符号对当前层符号间干扰的程度，其中i表示两个符号之间相差的层数，m表示两个符号之间相隔为K的多少倍，s(t)为脉冲成型函数，T为Nyquist传输速率下符号间隔时间，取值为1+β，β为脉冲成型函数的滚降系数；步骤3、将所需传输的信息序列分成K层，对不能被K整除的信息序列在末尾补零至可以整除，并满足每层信息序列的长度为N×typek/Rk，其中N为每层符号个数，typek为每层映射阶数，Rk为每层的码率；步骤4、将K层信息序列按照对应的每层编码方案进行编码，并将编码得到的K个码字流进行对应的符号映射，得到K个符号流xk[n]，其中，k＝1，2，...，K，n＝1，2，...，N；步骤5、将K个符号流重组为1个符号流，重组后的符号流顺序为x1[0]，x2[0]，...，xK[0]，x1[1]，x2[1]，...，xK[1]，...，x1[N-1]，x2[N-1]，...，xk[N-1]，并采用脉冲成型函数s(t)对重组后的符号流依次进行脉冲成型操作；将经过脉冲成型的符号流按照K倍Nyquist传输速率发送，即符号间时间间隔为T/K，其中T为Nyquist速率下的符号间时间间隔；步骤6、将接收端接收到的信号进行匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，宋英杰，李超，布刚刚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61