基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法，包括：获得超奈奎斯特系统的码间干扰矩阵和发送符号块；对码间干扰矩阵进行GMD分解，得到第一矩阵、第二矩阵和第三矩阵；基于第三矩阵，对发送符号块进行GMD预编码，得到已编码发送符号块；将基带成形滤波器的线性卷积替换成第一循环卷积，基于第一循环卷积，对已编码发送符号块进行超奈奎斯特成形操作，得到发射符号块；将匹配滤波器的线性卷积替换成第二循环卷积，基于第二循环卷积对发射符号块进行匹配滤波操作，得到接收符号块；基于第一矩阵和第二矩阵，对下采样后的接收符号块进行GMD解码，得到估计符号块。本发明专利技术能更精确估计超奈奎斯特系统的发射符号。能更精确估计超奈奎斯特系统的发射符号。能更精确估计超奈奎斯特系统的发射符号。

【技术实现步骤摘要】
基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法


[0001]本专利技术属于通讯
，尤其涉及一种基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法。

技术介绍

[0002]在设计传统通信系统时，为了避免系统的码间干扰，通信系统均遵循奈奎斯特第一准则。然而，奈奎斯特传输系统无码间干扰传输的符号之间的正交性是以牺牲频谱效率为代价的。通过人工引入码间干扰，超奈奎斯特(Faster
‑
Than
‑
Nyquist,FTN)系统可以支持更高的传输速率和频谱效率。相应的，超奈奎斯特系统需要更高的复杂度来消除码间干扰，从而估计超奈奎斯特系统发射机的发送符号。
[0003]Shinya Sugiura在其发表论文“Frequency
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domain equalization of faster
‑
than
‑
Nyquist signaling”(IEEE wireless communications letters，2013，2：555
‑
558)中提出了一种基于循环前缀的频域均衡方法，其充分考虑了超奈奎斯特系统中的有色噪声并利用最小均方误差准则对其进行噪声白化，在低阶调制方式情况下可有效消除码间干扰，具有良好的误比特率性能。该方法存在的不足之处是，当超奈奎斯特系统采用阶数更高的调制方式时其符号估计精度较低，误比特率性能差；此外，循环前缀降低了超奈奎斯特系统的频谱效率。
[0004]中国人民解放军理工大学郭明喜等人在其发表论文“Simulation of precoding algorithms based on matrix decomposition for faster
‑
than
‑
Nyquist signaling”(Wireless and optical communication conference，2016，1
‑
5)中提出了一种基于几何均值分解(Geometric Mean Decomposition,GMD)的预编码方法，该方法直接将发送符号划分为符号块，然后对码间干扰矩阵进行GMD分解，并借助GMD分解结果实现预编码。该方法存在的不足之处是，所构造的码间干扰矩阵不完整，导致当超奈奎斯特系统采用阶数更高的调制方式时，此方法无法有效消除块间干扰，因此符号估计精度低，误比特率性能差。
[0005]西安电子科技大学宫丰奎等人在其发表论文“Beyond DVB
‑
S2X:Faster
‑
than
‑
Nyquist signaling with linear precoding”(IEEE transactions on broadcasting，2020，66：620
‑
629)中提出了一种基于循环前缀和循环后缀的奇异值分解预编码方法，该方法针在每一个发送符号块前部和后部分别插入循环前缀和循环后缀，并构造精确的码间干扰矩阵，然后对其进行奇异值分解，并借助矩阵分解结果实现预编码，从而消除码间干扰。该方法存在的不足之处是，循环前缀和循环后缀的插入会降低超奈奎斯特系统的频谱效率，且循环前缀和循环后缀会放大发送信号功率，降低符号估计精度，恶化误比特率性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了一种基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码
方法，包括：
[0008]获得超奈奎斯特系统的码间干扰矩阵和发送符号块，其中超奈奎斯特系统包括：基带成形滤波器和匹配滤波器；
[0009]对所述码间干扰矩阵进行GMD分解，得到第一矩阵、第二矩阵和第三矩阵；
[0010]基于所述第三矩阵，对所述发送符号块进行GMD预编码，得到已编码发送符号块；
[0011]将基带成形滤波器的线性卷积替换成第一循环卷积，基于所述第一循环卷积，对所述已编码发送符号块进行超奈奎斯特成形操作，得到发射符号块；
[0012]将匹配滤波器的线性卷积替换成第二循环卷积，基于所述第二循环卷积，对所述发射符号块进行匹配滤波操作，得到接收符号块；
[0013]基于所述第一矩阵和所述第二矩阵，对下采样后的接收符号块进行GMD解码，得到估计符号块。
[0014]优选地，对所述码间干扰矩阵进行GMD分解的过程包括：
[0015]G＝QRP
H
[0016]其中，第一矩阵Q和第三矩阵P均为酉矩阵，第二矩阵R为上三角矩阵，上标H表示共轭转置操作。
[0017]优选地，对所述发送符号块进行GMD预编码的过程包括：
[0018]s
k
＝Pa
k
[0019]其中，s
k
表示超奈奎斯特系统发射机第k个经过预编码的发送符号块，第三矩阵P均为酉矩阵，a
k
为列向量，表示第k个发送符号块。
[0020]优选地，对所述已编码发送符号块进行超奈奎斯特成形操作的过程包括：
[0021][0022]其中，c
k
表示超奈奎斯特系统发射机经过循环卷积的第k个符号块，h表示基带成形和匹配滤波的时域响应系数，表示发送符号块s
k
经过零值内插的上采样符号块，为循环卷积操作。
[0023]优选地，对所述发射符号块进行匹配滤波操作的过程包括：
[0024][0025]其中，表示超奈奎斯特系统接收机经过循环卷积的第k个符号块，为循环卷积操作，表示c
k
经过信道、加入噪声后的符号块。
[0026]优选地，对下采样后的接收符号块进行GMD解码的过程包括：
[0027][0028]其中，表示超奈奎斯特系统接收机的第k个估计符号块，第一矩阵Q为酉矩阵，第二矩阵R为上三角矩阵，r
k
表示经过下采样的符号块，(
·
)
‑1表示矩阵逆运算。
[0029]优选地，所述超奈奎斯特系统包括：依次连接的数据源模块、星座映射模块、GMD预编码模块、上采样模块、基带成形模块、信道模块、匹配滤波模块、下采样模块、GMD解码模块、解映射模块和误比特率模块。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0031]本专利技术提供了一种基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法，将超奈奎斯
特系统基带成形和匹配滤波的线性卷积替换为循环卷积，消除块间干扰的影响，构造了完整的码间干扰矩阵，借助精确的码间干扰矩阵进行GMD分解，并以此分别在超奈奎斯特系统发射机和接收机实现GMD预编码和解码，从而消除码间干扰、恢复发送符号，克服了现有技术符号估计性能差的问题，能更精确的估计超奈奎斯特系统的发射符号。此外，本专利技术无需循环前缀和后缀，保证了超奈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：获得超奈奎斯特系统的码间干扰矩阵和发送符号块，其中超奈奎斯特系统包括：基带成形滤波器和匹配滤波器；对所述码间干扰矩阵进行GMD分解，得到第一矩阵、第二矩阵和第三矩阵；基于所述第三矩阵，对所述发送符号块进行GMD预编码，得到已编码发送符号块；将基带成形滤波器的线性卷积替换成第一循环卷积，基于所述第一循环卷积，对所述已编码发送符号块进行超奈奎斯特成形操作，得到发射符号块；将匹配滤波器的线性卷积替换成第二循环卷积，基于所述第二循环卷积，对所述发射符号块进行匹配滤波操作，得到接收符号块；基于所述第一矩阵和所述第二矩阵，对下采样后的接收符号块进行GMD解码，得到估计符号块。2.根据权利要求1所述的基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法，其特征在于，对所述码间干扰矩阵进行GMD分解的过程包括：G＝QRP
H
其中，第一矩阵Q和第三矩阵P均为酉矩阵，第二矩阵R为上三角矩阵，上标H表示共轭转置操作。3.根据权利要求2所述的基于循环卷积的超奈奎斯特系统GMD预编码方法，其特征在于，对所述发送符号块进行GMD预编码的过程包括：s
k
＝Pa
k
其中，s
k
表示超奈奎斯特系统发射机第k个经过预编码的发送符号块，第三矩阵P均为酉矩阵，a
k
为列向量，表示第k个发送符号块。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，邓海鹏，李莉萍，刘淳，程诺，杨沁硕，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：