新型大容量通信系统技术方案

为改进通信系统，做出了两项创造性贡献。其一，推导出通过受干扰和噪声污染的通信信道的时限(TL)系统的信道容量。与现有的通信系统相比，信道容量的潜在增加是由于TL系统中任意大量的具有有限访问时间(FAT)的自由度(DOF)的可用性。其二，利用第一个目标中建立的理论来设计新系统，称为FAT DOF匹配掩码的TL系统，或简称MTF系统。本公开说明了无需修改或改变其功率谱密度，只需通过本公开中介绍的3个MTF设计步骤，利用现有但未开发的FAT DOF即可提高当前通信系统容量的MTF系统的几个实施例。高当前通信系统容量的MTF系统的几个实施例。高当前通信系统容量的MTF系统的几个实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】新型大容量通信系统


[0001]本专利技术总体涉及通信领域，所述通信期望在多个发射单元(TU)和接收单元(RU)之间，
[0002]1.以相对较高的通信速率通过通信信道进行通信，同时
[0003]2.降低TU和RU的复杂性、成本、延迟、带宽(BW)和功耗。
[0004]本专利技术涉及通过多种物理介质进行通信的方法和装置，所述多种物理介质如：卫星、无线电、音频、视频、微波、毫米(mm)波、电话线、用户环路、光纤电缆、同轴电缆、双绞线、USB电缆、无线、激光、红外线、电力线、对流层、电离层、甚高频(VHF)、超高频(UHF)等。
[0005]本专利技术涉及使用多种TU和RU的实例进行通信的方法和装置，所述多种TU和RU的实例如：基站(BS)，或接入点(AP)、卫星转发器、蜂窝电话、移动电话、PCS电话、有线调制解调器、无线调制解调器、电力线调制解调器、WiFi站、Zigbee节点、蓝牙无线电、计算机、平板电脑、PDA、传感器、手表、物联网(IOT)设备、无线传感器网络(WSN)设备等。
[0006]本专利技术涉及多种通信网络，如：
[0007]1.集中式网络，其具有从BS/AP到设备的下行链路(DL)部分和/或从设备到BS/AP的上行链路(UL)部分，我们将BS/AP称为网络的基础设施单元，将设备称为从/向基础设施单元接收/传输服务(语音、数据、视频等)的单元。设备包括蜂窝电话、移动电话、PCS电话、有线调制解调器、无线调制解调器、WiFi站、Zigbee节点、蓝牙无线电等。每个BS/AP和每个设备包含TU和/或RU。
[0008]2.分布式网络，其中所有TU/RU充当BS/AP或设备，或BS/AP和设备两者，包括网状网络、多跳网络、对等网络等。每个节点包含TU和/或RU。
[0009]本专利技术涉及多种通信应用，如具有以下重点的应用：1、UL重点，如无线传感器网络(WSN)，2、DL重点，如下游视频(DV)，3、多播重点，如无线电和无线系统，4、广播重点，如AM、FM、DAB和GPS/格洛纳斯(Glonass)/伽利略(Galileo)系统，以及5、对等重点，如无人驾驶汽车。
[0010]本专利技术涉及多种标准，如：1、3G标准、4G标准(也称为长期演进(LTE))、5G标准等，2、WiFi(IEEE 802.11a、b、g、n、ax、ac、ad等)标准，3、蓝牙和Zigbee标准，4、LoRa标准，以及5、UWB标准等，仅举几例。
[0011]本专利技术涉及在每个TU与其指定的RU之间具有不同范围的多种通信网络，如：1、超远程通信，包括深空系统，2、远程通信，包括卫星、微波链路、LoRa和蜂窝系统，3、中程通信，如WiFi和激光系统，以及4、短程通信，如Zigbee和蓝牙系统。
[0012]本专利技术涉及具有各种类型的TU和RU的多种通信网络，如：1、包含一个发射器(Tx)的TU，也称为单输入(SI)，2、包含一个接收器(Rx)的RU，也称为单输出(SO)，3、包含多个Tx的TU，也称为多输入(MI)(又名多用户(MU))，以及4、包含多个Rx的RU，也称为多输出(MO)。
[0013]本专利技术涉及具有各种类型的MI的多种通信网络，如：1、可以协作的MI，以及2、不能协作的MI，如MU网络。基于上述，本公开使用SISO、MISO、SIMO、MU
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MISO和/或MU
‑
MIMO通信链路。

技术介绍

[0014]在许多应用中，期望通过通信信道在多个TU和多个RU之间以一种有效的方式进行通信，从而降低每个TU和/或RU的复杂性、BW、功耗、延迟和成本，同时增加每个TU与其指定的RU之间的传输速率和范围。在一些应用中，特定的信道受掩码约束，而每个TU和RU的成本主要取决于其复杂性。在通过受BW的掩码约束的信道时，降低每个TU和RU的功耗，同时提高其传输速率R
b
，通常可以被认为是功率效率和带宽效率η之间的权衡。功率效率通常是根据接收到的最小平均信号功率
‑
噪声功率比(SNR)(多小)来衡量的，是实现特定性能(如误码率(BER))所需的。而带宽效率η，通常是根据通过通信信道在每个TU与其指定的RU之间，每赫兹(bps/Hz)的掩码每秒可以传输的比特数R
b
(多大)来衡量的。这种权衡通常由一个包罗万象的品质因数来衡量，即众所周知的信道容量它提供了作为的函数可以实现的上限
[0015]本公开扩展了带限(BL)信道的容量以包括时限(TL)信道的容量Wyner于1966年首次研究了TL系统的容量之后将该系统约束为近似带限(BL)。而当该系统被约束为均方根(RMS)BL时，通过最小化每个信号的RMS带宽来减少输入信号之间的干扰。Gabor将这种最小化的解表示为一个正弦波的波瓣。随着时间的推移，实际通信系统近似于BL的概念被就信道容量而言它们确实是BL的概念所取代。这是因为人们认为，存在于TL系统中并且当系统受频谱掩码约束时远低于本底噪声的高频分量实际上无法对TL系统的信道容量做出贡献。本公开表明，此类分量确实可以对做出显著贡献，这是基于它们代表任意大量的能够对容量提供线性SNR贡献的有限访问时间(FAT)自由度(DOF)。这与BL系统形成对比，后者包含有限数量的FATDOF，因此只能对容量提供对数SNR贡献。根据定义，访问FAT DOF的时间是有限的。
[0016]更具体地，本公开介绍了用于设计通信系统和技术的新型手段和装置，其通过在TL波形中存在的任意大量的FAT DOF传输增量信息，相较于容量能够增加现有通信系统的信道容量相比之下，现有系统被假定为BL，因此假定其具有有限数量的FAT DOF，承载增量信息的能力有限。此外，现有的通信系统试图通过使用某些滤波器(数字或模拟)来符合掩码的约束，选择这些滤波器主要是为了不造成输入信号之间的正交性的显著损失，同时尽可能限制输入信号的BW，以期保持其BL状态。另一方面，本公开通过将TL系统中的部分FAT DOF与添加的掩码相匹配，来利用TL系统中存在的任意大量的FAT DOF。我们将这种匹配称为FAT DOF匹配掩码的TL方法，或简称MTF方法，并且将执行这种匹配的装置称为MTF装置。
[0017]MTF方法和装置中添加的掩码的实例包括现有的无线标准，如WiFi和LTE系统，以及未来的第五代(5G)无线标准，其承诺提供超过10Gbps的下载容量。为了满足承诺的5G下载容量，当前系统需要一个估计中值BW为3.5GHz的信道。这种大BW仅可通过毫米波段(26GHz、28GHz、38GHz、60GHz)获得。此类频带具有高路径损耗，并且不具有丰富的多路径。高路径损耗将覆盖范围限制为视距(LOS)覆盖范围，而较差的多路径环境限制了MIMO系统中的空间DOF的数量。此外，毫米波段价格昂贵且可能有害。通过MTF系统，本公开说明了在不需要毫米波传输的情况下，如何超过现有的无线标准以及如何满足和超过带宽为中频带频谱中的载波频率为[2GHz，6GHz]的5G系统达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过通信信道(106、306、406)传输信息帧(101、201、301)的方法，所述方法包括；第一转换操作(102、202、302)，用于将所述信息帧(101、201、301)转换为离散时间时限信号(103、203、303)，其中所述信息帧(101、201、301)包含在多个有限访问时间(FAT)自由度(DOF)(1307)中；第二转换操作(502)，用于将所述离散时间时限信号(103、203、303)转换为连续时间信号；以及传输操作(104、204、304)，用于通过所述通信信道(106、305、406)传输所述连续时间信号(103、203、303)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一转换操作(102、202、302)使用矩阵，所述矩阵被设计为使得所述多个FAT DOF按照MTF设计步骤一(1302)被选择(1303)。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述矩阵是块托普利兹(Toeplitz)(1104)。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述矩阵被进一步设计为使得所选择的多个FAT DOF(1303)按照MTF设计步骤二(1304)被增强(1305)。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述矩阵被进一步设计为使得所选和增强的多个FAT DOF(1305)按照MTF设计步骤三(1306)被随机化(1307)。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述矩阵(1104)的每一列是将多个子列(1208、1209)相加(1210)的结果；其中第一子列(1208)对应于可微分度(DOD)大于0的函数。7.根据权利要求6所述的方法，其中第二子列(1209)对应于DOD等于0的函数。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二子列(1209)的元素是独立的伪随机变量。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一子列(1208)是在多个脉冲(1215、1216)之间执行线性卷积运算(1207)的结果，其中每个脉冲的DOD大于0。10.根据权利要求9所述的方法，其中第一脉冲(1215、1216)是在以下两个脉冲之间执行循环卷积运算(1202、1205)的结果：DOD大于0的第一子脉冲(1201、1204)；和DOD等于0的第二子脉冲(1203、12...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔，
申请(专利权)人：米歇尔，
类型：发明
国别省市：