FTN系统中基于帧间信息交织的频谱优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种FTN系统中基于帧间信息交织的频谱优化方法，属于无线通信领域。本发明专利技术针对传统方法在FTN系统接收端进行干扰消除性能较差的技术问题，基于帧间信息交织，提出一种新的优化频谱方法，补偿FTN传输对信号高频产生的衰落，从而有效提升FTN系统误码率性能，即：发射端对发送符号进行帧间信息交织代替通常使用的帧内的比特交织，使得同一解码帧内引入的符号间干扰分散到各个发送帧内，相当于对一个解码帧内引入的符号间干扰的功率谱有一个白化的作用，有利于后面迭代均衡操作对于干扰的消除，并联合改进的接收端SIC迭代均衡算法，实现干扰的有效消除。达到以较低的算法复杂度得到较好的解码性能，最终实现提高数据传输速率的要求。

【技术实现步骤摘要】
FTN系统中基于帧间信息交织的频谱优化方法
本专利技术属于无线通信领域，具体涉及一种基于帧间信息交织的优化FTN(FasterthanNyquist)系统频谱方案。
技术介绍
随着数据流量的爆炸性增长，设备的海量接入，各类新业务与多样应用场景的不断发展，用户对于数据传输速率的要求越来越高。增加带宽是一种提升系统容量的方案，然而无线通信的频谱资源非常稀缺且日益匮乏，为了实现在有限的频谱资源的前提下极大地提升系统容量的目的，迫切地需要提出一种新的传输技术，从而根本上解决这一问题。FTN传输技术可以很好地解决这一问题，该技术通过压缩成形波形的间隔，取得更高的数据传输速率。由Nyquist无码间干扰传输准则可知，如果数据传输速率超过Nyquist速率，必然会引起码间干扰(Inter-symbolinterference,ISI)，从而降低通信系统传输可靠性。但是，早在1975年，Mazo就提出了超奈奎斯特传输理论，已经在理论上证明了时域上选择sinc脉冲成形滤波器，在码元速率超过Nyquist速率25％内情况下，信号的最小欧式距离并不发生变化，这也就意味着通信系统的误码性能不受影响。这一结论阐述了非正交传输的可能性，并由此诞生了超奈奎斯特(FTN)传输技术。FTN传输技术允许信号以高于Nyquist码元速率的数据速率进行传输，通过发送端预编码与接收端的干扰消除技术的结合，可实现与正交传输相当的误码率性能。由于传输速率高于Nyquist码元速率，FTN传输技术相比于传统的传输技术具有更高的吞吐率和系统容量。伴随着数字芯片处理速度的不断提高，FTN技术正逐渐成为当前无线通信技术研究的热点课题和未来无线通信系统中新的核心技术之一。FTN传输在提高数据传输速率的同时也人为地引入了符号间干扰，这就需要建立一套有效处理机制来消除这一干扰。然而目前设计的接收机大多存在误码性能不佳或者复杂度过高无法实现的问题。如果能提出一种新的FTN系统信号处理处理方法，从而实现更好的误码率性能且复杂度相对较低，这将对FTN传输技术的发展有重要意义。从频谱上看，FTN传输在时间上的压缩将带来频谱的扩展。假设成型滤波器带宽不变，随着压缩比增大，信号的高频部分被截断造成损失。传统PRS的思路是压缩信号的频谱，但是此种处理方法对时域的影响是带来更严重的ISI，使得对接收端的均衡和解码产生不利影响。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对传统方法在FTN系统接收端进行干扰消除性能较差的技术问题，本专利技术基于帧间信息交织处理，提出一种新的优化频谱方法，补偿FTN传输对信号高频产生的衰落，从而有效提升FTN系统误码率性能，即：发射端利用帧间信息交织替代传统的帧间比特交织处理方法并联合改进的收端SIC(SoftInterfereCcancellation)迭代均衡算法，实现干扰的有效消除，以较低的算法复杂度得到较好的解码性能，最终实现提高数据传输速率的要求。本专利技术的FTN系统中基于帧间信息交织的频谱优化方法，包括下列步骤：发射端对于待发送的数据进行信道编码和符号映射处理后，得到待发送数据的符号序列；再对得到的符号序列进行帧间信息交织处理：将每帧编码比特映射得到的符号序列按列排列组成交织块，每个交织块包括的帧数即为交织块的交织深度(列数，交织块的宽度)，所交织深度的取值为预设值；对每个交织块，按行读取数据并发送；接收端通对接收信道数据进行接收预处理(包括下采样和匹配滤波等)后，对得到的接收端符号序列进行迭代均衡处理，得到去除ISI后的符号序列再对符号序列进行解块交织处理，得到按交织块排列的符号矩阵对交织块中的每列符号进行软解调，并将软解调结果作为解码处理的先验信息进行解码处理，得到解码结果(发送数据)；并将解码结果作为后验信息所述迭代均衡处理具体为：基于符号间干扰的当前值，估计码间干扰信号I，再用符号序列减去码间干扰信号I，得到符号序列其中，符号间干扰为N维向量，初始值为预设值，并基于当前解码结果估计下一次均衡处理时所采用的符号间干扰的当前值：将当前解码结果作为后验信息并对其进行软符号映射得到按交织块排列的符号序列再按行重新排列得到符号间干扰的当前值；码间干扰信号I为N维向量，其第n个元素其中n＝0,1,…,N-1，N表示帧长，表示符号间干扰的第k个元素，k＝0,1,…,N-1且k≠n，h()表示符号脉冲，T表示符号周期。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对发送符号进行帧间交织代替通常使用的帧内的比特交织，使得同一解码帧内的引入的符号间干扰分散到各个发送帧内，相当于对一个解码帧内引入的符号间干扰的功率谱有一个白化的作用，有利于后面迭代均衡操作对于干扰的消除，并显著提升了整个接收端的解码性能。附图说明图1为FTN传输收发系统结构框图。图2为信号Nyquist正交传输和FTN非正交传输传输波形对比图。图3帧间信息交织示意图。图4帧间信息交织后对FTN传输后信号的功率谱影响。图5为压缩比2/3，QPSK调制，LDPC码长1024，码率0.5，不交织和采用交织深度32的信号经FTN传输后LDPC解码器直接解码的误码性能对比。图6为压缩比2/3，QPSK调制，LDPC码长1024，码率0.5，迭代次数为20次时不同交织深度下的误码率曲线。图7为压缩比0.8，16QAM调制，LDPC码长1024，码率0.5，迭代次数为20次时不同交织深度下的误码率曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术针对传统方法在FTN系统接收端进行干扰消除性能较差的技术问题，基于帧间信息交织，提出一种新的优化频谱方法，补偿FTN传输对信号高频产生的衰落，从而有效提升FTN系统误码率性能，即：发射端对发送符号进行帧间交织代替通常使用的帧内的比特交织，使得同一解码帧内的引入的符号间干扰分散到各个发送帧内，相当于对一个解码帧内引入的符号间干扰的功率谱有一个白化的作用，有利于后面迭代均衡操作对于干扰的消除，并联合改进的接收端SIC迭代均衡算法，实现干扰的有效消除。达到以较低的算法复杂度得到较好的解码性能，最终实现提高数据传输速率的要求。FTN传输系统通过压缩成形波形间的间隔来提升数据传输速率。当信号进行Nyquist传输时，符号脉冲h(t)关于符号周期T正交，而FTN技术正是打破了这种正交性来提升符号传输速率。FTN传输时域波形可以表示为：其中，an表示发送滤波器的符号序列，n为波形区分符，即n个波形叠加得到对应的时域波形；τ表示时域加速因子，是FTN传输区别于Nyquist传输的关键之处，此时的FTN传输的符号速率是Nyquist传输符号速率的1/τ倍。可以看出FTN信号通过缩减相邻脉冲间的时域间隔提高数据传输速率。由于FTN系统中成形脉冲的非正交性，导致符号间存在着严重的符号间干扰(ISI)，但是这种人为引入的ISI是明确的并且是可以在接收端进行迭代均衡与解码操作消除的。本具体实施方式中，采用LDPC编码对若干帧发送比特进行编码，映射成符号，再对符号序列进行帧间信息交织，再经过FTN调制发送到AWGN信道中。在接收端采用Turbo结构的迭代均衡与译码进行译码和对干扰的消除，通过一个解块交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.FTN系统中基于帧间信息交织的频谱优化方法，其特征在于，包括下列步骤：发射端对于待发送的数据进行信道编码和符号映射处理后，得到待发送数据的符号序列；再对得到的符号序列进行帧间信息交织处理：将每帧编码比特映射得到的符号序列按列排列组成交织块，每个交织块包括的帧数即为交织块的交织深度，所交织深度的取值为预设值；对每个交织块，按行读取数据并发送；接收端通对接收信道数据进行接收预处理后，对得到的接收端符号序列

【技术特征摘要】
1.FTN系统中基于帧间信息交织的频谱优化方法，其特征在于，包括下列步骤：发射端对于待发送的数据进行信道编码和符号映射处理后，得到待发送数据的符号序列；再对得到的符号序列进行帧间信息交织处理：将每帧编码比特映射得到的符号序列按列排列组成交织块，每个交织块包括的帧数即为交织块的交织深度，所交织深度的取值为预设值；对每个交织块，按行读取数据并发送；接收端通对接收信道数据进行接收预处理后，对得到的接收端符号序列进行迭代均衡处理，得到去除ISI后的符号序列再对符号序列进行解块交织处理，得到按交织块排列的符号矩阵对交织块中的每列符号进行软解调，并将软解调结果作为解码处理的先验信息进行解码处理，得到解码结果；并将解码结果作为后验信息所述迭代均衡处理具体为：基于符号间干扰的当前值，估计码间干扰信号I，再用符号序列减去码间干扰信号I，得到符号序列其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光辉，李林洲，文山，韩丰，陈强，夏延山，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51