CN102165705B - 基于高性能超奈奎斯特信令机制的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于通信的方法，包括调制数据以产生在信号空间限定的符号序列。使用给定的脉冲形状对所述符号脉冲整形。包括以高于为所述给定脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列(104A…104C)的信号被发送到接收机(40)。在脉冲整形所述符号之前，通过向所述符号应用格预编码运算以预补偿所述信号中的符号间干扰(ISI)。所述格预编码运算将所述符号限制在所述信号空间的预定体积(110)内，并且独立于来自所述接收机的任何反馈而计算。

Description

基于高性能超奈奎斯特信令机制的方法、装置和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年10月27日提交的美国临时专利申请61/108,597的权益，该临时专利申请以参引方式纳入本文。

技术领域

本申请总体涉及通信系统，并且更具体地涉及用于超奈奎斯特（Faster-Than-Nyquist）（FTN）信令的方法和系统。

背景技术

超奈奎斯特（FTN）是一种信令技术，其中脉冲整形符号序列以一个高于对所用的脉冲形状所限定的奈奎斯特速率的符号速率发送。FTN最初由Mazo于1975年10月在Bell Systems Technical Journal第54卷1451-1462页的“Faster-Than-Nyquist Signaling”中发表，该论文以参引方式被纳入本文。

一些使用FTN的通信技术已经被描述。例如，Liveris和Georghiades于2003年9月在IEEE Transactions on Communications第51卷1502-1511页的“Exploiting Faster-Than-NyquistSignaling”中描述了使用升余弦脉冲的FTN技术，该论文以参引方式被纳入本文。Rusek和Anderson于2008年5月在IEEE Transactions onCommunication第5期第56卷808-817页的“Non Binary and PrecodedFaster Than Nyquist Signaling”中描述了使用非二进制信号星座和预编码滤波器的FTN技术，该论文以参引方式被纳入本文。

通信系统有时使用发射机预编码机制，为的是减少损害，例如符号间干扰（ISI）。一种已知的示例预编码技术为Tomlinson-Harashima预编码（THP），该技术由Tomlinson于1971年3月在IEEE ElectronicLetters第5期第7卷138-139页的“New Automatic EqualizerEmploying Modulo Arithmetic”中描述，该论文以参引方式被纳入本文。Wesel和Cioffi于1998年3月在IEEE Transactions on InformationTheory第2期第44卷824-831页中的“Achievable Rates forTomlinson-Harashima Precoding”发表了一些THP机制的可获得的信息速率的最大界限，该论文以参引方式被纳入本文。另一个预编码机制被称为Laroia-Tretter-Farvardin预编码，该机制由Laroia等人于1993年10月在IEEE Transactions on Communication第10期第41卷的1460-1463页的“A Simple and Effective Precoding Scheme forNoise Whitening on Intersymbol Interference Channels”中描述，该论文以参引方式被纳入本文。

其他预编码机制涉及格码(lattice coding)。使用格码的干扰消除例如由Erez等人于2005年11月在IEEE Transactions onInformation Theory第11期第51卷3820-3833页的“Capacity andLattice Strategies for Cancelling Known Interference”中描述，该论文以参引方式被纳入本文。其他格码技术由Zamir等人于2002年6月在IEEE Transactions on Information Theory第48卷1250-1276页的“Nested Linear/Lattice Codes for Structured MultiterminalBinning”中提出，该论文以参引方式被纳入本文。

发明内容

本发明的一个实施方案提供一种用于通信的方法，包括：

调制数据以产生在信号空间限定的符号序列；

使用给定的脉冲形状对所述符号脉冲整形；

发送信号到接收机，所述信号包括以高于为所述给定脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列；以及

在脉冲整形所述符号之前，通过向所述符号应用格预编码运算以预补偿所述信号中的符号间干扰（ISI），所述格预编码运算将所述符号限制在所述信号空间的预定体积内，并且独立于来自所述接收机的任何反馈而计算。

在一些实施方案中，发送所述信号包括向卫星发送所述信号，以导致所述卫星向所述接收机再发送所述信号。在一些替代的实施方案中，所述数据的调制、所述符号的脉冲整形和对所述ISI的预补偿在卫星上就地执行。在一个公布的实施方案中，发送所述信号包括发送数字视频广播（DVB）信号。

在一实施方案中，应用格预编码运算包括在所述符号上执行求模运算。应用格预编码运算可包括应用Tomlinson-Harashima预编码（THP）过程。在此之上，或替代地，所述应用格预编码运算可包括应用Laroia-Tretter-Farvardin预编码过程。进一步在上述之上，或替代地，所述应用格预编码运算可包括共同应用格预编码运算和格信道编码运算。在另一实施方案中，应用所述应用格预编码运算包括使用一个或多个具有系数的滤波器对所述符号滤波，并且包括独立于来自所述接收机的任何反馈设置所述系数。

在又一实施方案中，应用格预编码运算包括限定所述格预编码运算，以补偿发送所述信号的发射机电路导致的额外ISI。在一些实施方案中，所述方法还包括向发送信号应用一个抖动信号，并且在接收机处去除所述抖动信号。在一实施方案中，所述方法包括接收所述信号并且在接收机处对所述格预编码运算进行逆转，以从所述信号中提取数据。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种用于通信的方法，包括：

使用给定的脉冲形状对一系列符号脉冲整形；

产生信号，该信号包括以高于为所述给定脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列；以及

发送所述信号到接收机，该接收机被规定为只接收其符号速率不超过奈奎斯特速率的信号。

在一些实施方案中，所述方法包括在接收机处对接收的信号应用均衡器，以补偿由高于奈奎斯特速率的符号速率导致的符号间干扰（ISI）。应用所述均衡器可包括用补偿所述ISI的预计算的系数值初始化所述均衡器。在一实施方案中，发送所述信号包括向卫星发送所述信号，以导致所述卫星将所述信号再发送到所述接收机。可替代地，所述符号的脉冲整形和所述信号的产生可在卫星上就地执行。在一个公布的实施方案中，发送所述信号包括发送数字视频广播（DVB）信号。

在一些实施方案中，发送所述信号包括：当发送到第一类型接收机时运行在第一运行模式，所述第一类型接收机被规定为接收其符号速率超过奈奎斯特速率的第一信号，而当发送到第二类型接收机时运行在不同于所述第一运行模式的第二运行模式，所述第二类型接收机被规定为仅接收其符号速率不超过奈奎斯特速率的第二信号。在一实施方案中，运行在第一运行模式包括在发送之前预编码所述信号，而运行在第二运行模式包括不对所述信号进行预编码。在一些实施方案中，所述第二类型的接收机符合第二代数字视频广播（DVB-S2）规格。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种通信装置，包括：

发送电路，其被配置为：调制数据以产生在信号空间中限定的一系列符号；使用给定脉冲形状对所述符号脉冲整形；并且向接收机发送信号，所述信号包括以高于为所述给定脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列；以及

预编码单元，其被配置为在脉冲整形所述符号之前通过对所述符号应用格预编码运算以预补偿信号中的符号间干扰（ISI），所述格预编码运算将所述符号限制在所述信号空间的预定体积内，并且独立于来自所述接收机的任何反馈而计算。

根据本发明的一个实施方案，还提供一种通信系统，包括：

发射机，其被配置为：使用给定脉冲形状对一系列符号脉冲整形；产生信号，所述信号包括以高于为所述给定脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列；并且经通信信道发送所述信号；以及

接收机，其被规定为仅接收其符号速率不超过奈奎斯特速率的信号，并且其被配置为从所述通信信道接收所述信号并且对接收的信号进行解码。

连同下列附图，从下文实施方案的详细描述中可以更完整地理解本发明。

附图说明

图1是示意性示出根据本发明一个实施方案的卫星通信系统的框图；

图2是示意性示出根据本发明一个实施方案的使用格预编码（lattice precoding）和超奈奎斯特（FTN）信令的发射机的框图；

图3是示出根据本发明一个实施方案的FTN信号的图形；

图4是示出根据本发明一个实施方案的格预编码效果的信号-空间图；

图5是示意性示出根据本发明一个实施方案的用于格预编码FTN信号的接收机的框图；

图6和7是示意性示出根据本发明一个实施方案的用于通信的方法的流程图。

具体实施方案

总述

数字通信系统通常通过从发射机向接收机发送脉冲整形符号序列来进行通信。对于给定的脉冲形状p(t),当且仅当

$p\left({\mathrm{kT}}_S\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& k\≠0\\ 1,& k=0\end{array}\right.$

时，已知的奈奎斯特判据保持p(t)不受符号间干扰（ISI）的影响，其中p(t)被限定为p(t)≡conv(p1(t),p2(t)),p1(t)表示发射机中的整形滤波器，p2(t)表示接收机中的匹配滤波器，conv()表示卷积运算，而Ts表示符号周期。对于给定的脉冲形状，奈奎斯特判据施加了带宽极限，即限定信号不受ISI影响的最大符号速率。此最大速率以“奈奎斯特速率”为人所知。当使用超奈奎斯特（FTN）信令时，以大于奈奎斯特速率的速率发送脉冲形符号序列。FTN信令因此获得更高的吞吐量，但是代价是应当被补偿的ISI。

将在下文描述的本发明的实施方案提供了用于使用FTN信号进行通信的改进方法和系统。尽管本文描述的实施方案主要涉及卫星通信，但是公开的技术可以应用到许多其他通信应用中。

在一些实施方案中，通过在脉冲整形之前使用格预编码过滤符号序列，发射机对FTN信令将引起的ISI进行预补偿。通常，格预编码运算——例如通过执行求模运算——限制了预编码符号的幅度。当用信号空间中的坐标代表符号时，通过格预编码运算产生的预编码符号被限制到信号空间的有限体积内。结果，格预编码运算导致发射机功率仅有小的、有界的增长。该特征在功率受限应用——例如卫星应用——中尤其重要。

再者，在所公开的一些方法中，格预编码运算所应用的滤波独立于来自接收机的任何反馈进行计算。该特征减小了管理信令需要的带宽，并且也降低了系统复杂度。独立于反馈的预编码尤其适合卫星应用，在卫星应用中，大部分的ISI由发射机产生，并且通信信道对ISI的贡献相对较小。独立于反馈的预编码在不具有从接收机到发射机的反向链路的单向通信链路中以及向多个接收机发送相同信号的点到多点（例如广播）应用中也是有优势的。除了补偿FTN相关的ISI，格预编码运算可以被配置为补偿其他ISI源。这种源可以包括，例如，发射机和接收机之间的通信信道导致的ISI和发射机中的模拟滤波导致的ISI。

在一些实施方案中，发射机发送FTN信号到接收机，所述接收机被规定为只接收非FTN信号。发射机以大于奈奎斯特速率的速率发送FTN信号，即符号序列。接收机以此符号速率处理接收的信号，但是不考虑信号是FTN信号的事实。在一个示例性实施方案中，接收机包括补偿接收信号中与FTN相关的ISI的自适应均衡器。该机制可以用于发送FTN信号到不支持FTN的传统（legacy）接收机，同时不要求接收机的修改。在一些实施方案中，FTN发射机运行在两种运行模式：FTN意识（FTN-aware）模式和传统（legacy）模式。FTN意识模式被用于发送到支持FTN的接收机，该模式通常性能较高。另一方面，由于残留的ISI，传统模式——以相对于FTN意识接收机存在一些性能退化为代价——提供向后兼容。

系统描述

图1是示意性示出根据本发明一个实施方案的卫星通信系统20的框图。系统20包括发射机24，其接收用于发送的输入数据，产生携带该数据的FTN信号并且经发送天线28向卫星32发送所述FTN信号。卫星再发送所述信号，并且被再发送的信号被接收机40经接收天线36接收。接收机处理接收的FTN信号，以提取数据并将该数据作为输出提供。

在一些实施方案中，为了补偿ISI，发射机24使用下文描述的方法预编码FTN信号。为了计算或应用预编码运算，这些方法通常不要求来自接收机40的任何反馈。示例性发射机和接收机配置将在下文讨论。

在该实施例中，系统20包括数字视频广播（DVB）卫星系统。DVB系统例如由欧洲电信标准协会（ETSI）在2006年6月的版本1.1.2的标准EN302307，标题为“Digital Video Broadcasting(DVB);Second Generation Framing Structure,Channel Coding andModulation Systems for Broadcasting,Interactive Services,News Gathering and Other Broadband Satellite Applications,”中规定，该标准以参引方式被纳入本文。作为替代地，系统20可以符合任何其他合适的通信标准或协议。

在一些实施方案中，发射机24被安装在卫星32中，而不是在地面上。在这些实施方案中，发射机通常从卫星中接收数据，并且将数据发送到地面上的接收机40。这种配置在例如成像和遥感卫星系统中是可适用的，其中卫星发送本地收集的信息。把发射机24放置在卫星中在再生卫星通信系统中也是有用的，在再生卫星通信系统中，卫星将其从地面接收的信号解调，并且在发送之前再调制。还可替代地，本文描述的方法和系统不仅限于卫星应用，并且可以被用在其他任何合适的通信应用中。

带有格预编码的FTN信令

图2是示意性示出根据本发明一个示例性实施方案的发射机24的内部结构的框图。发射机24包括扰码器44，其对输入数据进行扰码（随机化）。编码器48用纠错码（ECC）对被扰码的数据进行编码。在该实施例中，编码器应用BCH（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）码——跟随有低密度奇偶校验（LDPC）码。然而，作为替代地，也可以使用任何合适类型的ECC。交织器52交织编码的数据。

格映射器56将交织器52产生的数据比特映射到一组在某一信号空间中限定的星座符号。信号空间可以包括，例如二维同相/正交（I/Q）平面，或者具有任意所需维数的信号空间。每个星座符号由信号空间中各自的一个坐标所代表。可以被映射器56使用的符号星座包括，例如不同的相移键控（PSK）星座或正交幅度调制（QAM）星座，或者任何其他合适的星座。因此，映射器56产生调制符号序列，每个符号代表一个或多个比特。

发射器24包括格预编码器60，其对映射器56产生的符号序列应用格预编码运算。预编码运算对发送信号中的ISI进行预补偿，所述ISI由FTN机制和可能的其他ISI源导致。换句话说，预编码器60产生预编码符号序列，该符号序列一旦被转换成FTN信号并被FTN接收机解调，则几乎不包含ISI或者完全不包含ISI。

预编码器60包括格求模单元64，反馈滤波器68和前馈滤波器76。求模单元64对符号应用求模运算。单元64的输出被滤波器68过滤、被反馈并与映射器56产生的符号序列相加，并随后作为输入被提供到单元64。求模单元64的输出被前馈滤波器76过滤，并作为预编码器输出提供。

反馈滤波器68和前馈滤波器76通常包括具有多个系数的数字滤波器，例如有限脉冲响应（FIR）滤波器。滤波器系数确定预编码器60执行的滤波运算。滤波器68和76可以使用任何合适的滤波器设计技术实施。例如，这些滤波器可以实施迫零（Zero-Forcing,ZF）格预编码或最小均方误差（MMSE）格预编码。ZF和MMSE机制例如在上文引用的Wesel和Cioffi的文章“Achievable Rates forTomlinson-Harashima Precoding”中描述。

通过配置滤波器68和76，预编码器60可以应用任何合适的应用求模运算的预编码机制，例如在上文引用的Tomlinson的文章“NewAutomatic Equalizer Employing Modulo Arithmetic”和Wesel和Cioffi的“Achievable Rates for Tomlinson-Harashima Precoding”中描述的Tomlinson-Harashima机制。对于另一个实施例，预编码器可以应用在上文引用的Laroia等人的文章“A Simple and EffectivePrecoding Scheme for Noise Whitening on IntersymbolInterference Channels”中描述的Laroia-Iretter-Farvardin预编码机制。对于又一个实施例，预编码器可以应用在上文引用的Erez等人的文章“Capacity and Lattice Strategies for Cancelling KnownInterference”中描述的格编码机制。还可替代地，可以使用任何其他合适的格预编码技术。

在一些实施方案中，格预编码运算可以与格信道码结合。在这些实施方案中，编码器48可以执行格编码而不是LDPC编码。结合格信道码和格预编码的实施例在上文引用的Zamir等人的文章“NestedLinear/Lattice Codes for Structured Multiterminal Binning”中描述。

求模单元64应用的求模运算限制了单元64的输出的幅度，并因此限制了预编码器60的输出。当信号空间是一维时，求模运算也是一维的并且因此将预编码器的输出限制到标量值的预定范围。当信号空间是二维时（例如I/Q平面），求模运算将预编码器输出限制在二维体中。类似地，更高维的求模运算将预编码器输出限制在预定的多维信号空间体积。

由于求模单元64将预编码器输出限制在信号空间中的预定体积内，预编码器可以导致发射机输出功率的非常小的和有界的增加。换句话说，通常取决于具体星座，发送功率可以保持相同或者甚至由于求模运算而减小。该特征在例如功率受限制的应用（例如卫星发射机中）中是重要的。

在一些实施方案中，发射机包括抖动电路72。为了进一步将发送信号随机化，电路72将已知的抖动信号插入发送信号。接收机中类似的抖动电路（下文中进一步陈述）将抖动信号从接收信号中去除。

预编码器60产生的预编码符号序列被提供给FTN脉冲整形器80。脉冲整形器80用p1(t)表示的预定的脉冲形状对预编码符号进行滤波。在一些实施方案中，脉冲形状包括升余弦形状。然而，作为替代地，可以使用任何其他合适的脉冲形状。

脉冲整形器以超奈奎斯特速率产生脉冲整形符号序列。换句话说，脉冲整形符号序列的符号速率大于为给定脉冲形状限定的奈奎斯特速率。如上文所示，对于一些符号周期Ts，奈奎斯特条件要求

$p\left({\mathrm{kT}}_S\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& k\≠0\\ 1,& k=0\end{array}\right.$

其中p(t)≡conv(p1(t),p2(t))。脉冲整形器80以符号速率（1/Ts）产生脉冲整形符号序列，在该速率下，上述条件不满足。脉冲整形FTN符号序列的一个实施例在随后的图3中示出。

为了将脉冲整形器80产生的脉冲整形符号序列发送到卫星32，发射机24对其应用进一步的处理。在图2的实施例中，插值器84对信号序列进行插值，即增加采样速率。数字上变频器88将插值信号上变频到中频（IF）。增益级92放大数字IF信号。数模（D/A）转换器96将数字信号转换成模拟信号。发射机前端100将模拟信号上变频到射频（RF）并且使用功率放大器（PA，在该图中未示出）放大RF信号。被放大的RF信号经天线28向卫星32发送。

脉冲整形器80产生的符号序列的超奈奎斯特速率在发送信号中导致ISI。预编码器60所应用的格预编码运算补偿该ISI。该信号中与FTN相关的ISI取决于例如脉冲形状和FTN因子（FTN符号序列的实际速率和奈奎斯特速率之间的比值）等因子。因此，为了补偿此ISI，滤波器68和76的系数通常基于这些因子（一般是预先已知的并且常常是常量）计算。

除了补偿与FTN相关的ISI，格预编码器60可以补偿其他ISI源。可以被格预编码运算纠正的额外的ISI例如可以由发射机前端100和/或卫星32中的模拟滤波电路（例如输入复用和输出解复用）导致。这种类型的ISI通常是预先已知的。因此，在一些实施方案中，预编码器60可以补偿发射机中一个或多个ISI源。滤波器68和76的系数通常也基于这些额外的ISI源计算。

图3是示出了根据本发明一个实施方案的以超奈奎斯特速率产生的脉冲整形符号序列的图形。该实施例示出了三个升余弦脉冲104A...104C。这些脉冲是使用FTN因子1.25产生的，即以奈奎斯特速率的1.25倍的速率产生。如在该图中可以看到的，对于t＝k·T_S，k≠0，脉冲值并非必须为零。

图4是示出了根据本发明一个实施方案的使用立方求模运算(cubic-modulo operation)的格预编码的效果的信号-空间图。图4的实施例示出了16-QAM星座，包括在I/Q平面内的十六个星座符号。在格映射器56的输出，16个星座点在I/Q平面中各信号点（坐标）108处产生。

求模单元64应用二维求模运算，该二维求模运算导致在预编码器输出处的预编码符号位于I/Q平面的二维体积110内。例如，在给定时间点，反馈滤波器68的输出可以落在信号点112A，该信号点在体积110外。单元64的求模运算将该点移动到体积110内的点116A处。类似的，当反馈滤波器68的输出在点112B时，求模运算将该点移动到体积110内的点116B。

如在附图中看到的，体积110内的信号点在幅度上是有限的，并且仅能变得比星座点108的功率稍高（marginally higher-power）。因此，通过使用求模运算，预编码器60仅可以导致在发送信号幅度上的非常小的、有界的增长。

图5是示意性示出根据本发明一个实施方案的用于格预编码FTN信号的接收机40的框图。接收机40例如可以被用于接收上文图2的发射机24发送的FTN信号。

接收机40经天线36从卫星32接收RF信号。接收机前端120下变频该信号，并且该信号被模数（A/D）转换器124数字化。增益级128放大信号，并且数字下变频器132将放大的信号下变频到基带。降采样器（抽取器）136降低基带信号的采样速率。匹配滤波器140用一脉冲形状对信号滤波，该脉冲形状通常匹配发射机中脉冲整形器80使用的脉冲形状。在一些实施方案中，接收机包括抖动电路144。电路144将发射机中电路72应用的抖动去除。

接收机可以包括前馈滤波器（均衡器）148，其可以被用于均衡信道响应和/或去除接收信号中的残留ISI。格求模单元152执行与发射机中预编码器60应用的运算类似的求模运算。单元152的输出处的符号序列通常被均衡并且没有ISI。

在图5的接收机中，LDPC码在软解码过程中被解码，该软解码过程使用了：对数似然比（LLR）计算模块、解交织器160、LDPC比特交织编码调制（BICM）解码器164和交织器168。模块156计算所接收的比特的软解码度量（例如LLR）。解交织器160应用解交织运算，该解交织运算是发射机中交织器52应用的交织运算的逆。基于模块156提供的软度量，解码器164对编码器48应用的LDPC码进行解码。在一些实施方案中，解码器164产生的外部信息被反馈到单元156，被交织器168交织，并且被用于更新软度量值。

BCH解码器172对编码器48应用的BCH码进行解码。解扰码器176对解码后的比特进行解扰码，即，对发射机的扰码器44中的运算进行逆转（reverse）。解扰码的数据作为输出提供。

图2的发射机24和图5的接收机40的配置是示例性配置，仅为了概念清晰的目的而选择。在替代实施方案中，可以使用任何其他合适的配置。例如，图2描述了数字IF发射机，其将信号从基带数字化地上变频到IF，并随后使用单个D/A转换器将该信号转换成模拟信号。在替代实施方案中，发射机可以实施复杂的零-IF配置。在这些实施方案中，上变频器88被省略，并且基带信号被一对正交连接的D/A转换器转换成模拟信号。每个D/A转换器通常由类似于图2的增益级92的各增益级引领。作为另一个实施例，图5描述了数字IF接收机，其使用单个A/D转换器将信号数字化并且随后将该信号从IF数字化地下变频到基带。在替代实施方案中，接收机可以实施复杂的或零-IF（zero-IF）配置。在这些实施方案中，下变频器132被省略，而接收信号被一对正交连接的A/D转换器数字化。每个A/D转换器通常被类似于图5的增益级132的各增益级跟随。

可以使用任何合适的硬件——例如专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）——实施发射机和接收机中不同的数字元件。额外地或作为替代地，一些发射机和/或接收机元件可以用软件实施（例如使用一个或多个数字信号处理器（DSP）器件），或使用硬件和软件元件的组合来实施。例如，滤波器（例如滤波器68、76和/或148）系数的计算可以用软件执行。

注意，预编码器60应用的预编码运算，以及尤其是滤波器68和76的系数只在发射机24中计算并且独立于来自接收机40的任何反馈。该特征在大部分ISI是由发射机导致的应用中尤其有用。在该卫星应用中，例如，通信信道没有贡献可观的ISI，且大部分ISI由FTN信令的较高速率导致。该ISI贡献可以被预先建模（例如基于用于脉冲整形的已知脉冲形状和已知的FTN因子），并因此滤波器68和76的系数可以在没有任何接收机反馈的情况下被设置。

在一些实施方案中，预编码运算考虑到发射机电路中的其他ISI源（并且对其进行预补偿），例如发射机前端滤波和卫星滤波。由于这些影响通常是恒定的，因此滤波器68和76的系数还是可以在没有任何接收机反馈的情况下被设置为补偿这些ISI。

图6是示意性示出根据本发明一个实施方案的通信方法的流程图。在调制步骤180，该方法从上文图2的发射机（并特别是映射器56）调制输入数据产生符号序列开始。在预编码步骤80，格预编码器60对符号序列应用格预编码。可以使用任何合适的预编码机制，例如在上文描述和引用的示例性机制。在脉冲整形步骤188，脉冲整形器80使用给定的脉冲形状（例如升余弦脉冲形状）对符号序列进行脉冲整形。脉冲整形器80以高于给定脉冲形状的奈奎斯特速率的速率产生FTN信号，即脉冲整形符号序列。在FTN发送步骤192，发射机24经卫星32向接收机40发送FTN信号。

在FTN接收步骤196，上文图5的接收机40接收和数字化FTN信号。在均衡和求模步骤200，接收机通常对接收端信号进行均衡并且应用格求模。均衡由均衡器148执行。例如，均衡器148可以对任何残留的与发射机相关的ISI和/或通信信道或接收机导致的ISI进行补偿。格求模由格求模单元152来实施。在解码步骤204，接收机对信号解码并提取数据。在该实施例中，如上文解释的，接收机解码LDPC和BCH码。提取的数据作为输出提供。带有非FTN接收机的FTN信令

在本发明的一些实施方案中，FTN发射机发送FTN信号到不支持FTN的接收机。接收机接收FTN信号并且补偿与FTN相关的ISI（即由信号的符号速率大于奈奎斯特速率导致的ISI），即使该接收机并不是为此目的所设计。例如，接收机可以包括用于补偿通信信道所导致的ISI的适应性均衡器。该均衡器也可以被用于补偿与FTN相关的ISI，不论ISI源为何。

图7是示意性示出根据本发明一个实施方案的通信方法的流程图。在信号产生步骤210，该方法从发射机产生FTN信号开始。发射机通常将数据调制到符号上，脉冲整形所述符号，并以大于奈奎斯特速率的速率产生脉冲整形符号序列。不同于上文图2、5和6描述的机制，通常不执行格预编码，这是因为接收机不支持格求模运算。抖动通常也不被执行，这是因为接收机不支持抖动信号的去除。在发送步骤214，发射机向接收机发送FTN信号。

在接收步骤218，接收机接收FTN信号。如上文所示，接收机没有被设计或被规定为接收FTN信号。通常，接收机被告知FTN信号的实际符号速率（波特率）或者用FTN信号的实际符号速率（波特率）配置。从接收机的角度，接收的信号包含ISI，但是接收机没有关于该ISI的源或起因(cause)的信息。在补偿步骤222，接收机补偿与FTN相关的ISI，以从信号中提取数据。通常，非FTN接收机包括适应性均衡器，用于补偿信道相关的ISI。该均衡器也可以被用于补偿与FTN相关的ISI，即使该均衡器最初不是为此目的设计。注意，在该情景中，接收机在减少信道相关的ISI上的性能降低，这是因为均衡器现在被用于同时纠正信道相关和FTN相关的ISI。然而在许多应用中，性能减低是可以容忍的。

在一些实施方案中，FTN发射机可以运行在两个运行模式下：FTN意识模式和传统模式。在FTN意识模式中，发射机发送到被设计为接收FTN信号的接收机。在传统模式中，发射机发送到被规定为仅接收符号速率不超过奈奎斯特速率的信号的接收机。通常，运行在FTN意识模式使得较高的性能成为可能，而运行在传统模式使得向后兼容传统接收机成为可能。该双模运行可以被用于例如发送FTN信号到第二代DVB（DVB-S2）接收机，该接收机最初不是被设计或被规定为FTN运行。（DVB-S2在上文引用的ETSI EN302307标准中被规定。）

例如，当发送到例如上文图5的接收机时，发射机可以在应用格预编码的FTN意识模式下发送，这是因为接收机被设计成解码格预编码信号。结果，接收机需要纠正的残留ISI相对小。当发送到不支持FTN的接收机时，发射机可以在禁用预编码的传统模式下发送。在该模式下，FTN相关的和信道相关的ISI都被接收机纠正。

在一些情况中，非FTN接收机包括其系数可以被初始化的均衡器。当发射机使用的FTN信令的特征（例如脉冲形状和FTN因子）是已知时，可以用那些补偿FTN信令所导致的ISI的预计算值初始化接收机均衡器的系数。

尽管本文描述的实施方案主要针对在卫星通信系统中FTN的使用，但是本文描述的方法和系统也可以用在其他不同的无线和有线通信应用中，例如电缆通信、双绞线上的通信和以太网通信。尽管通常不是必须的，这些应用涉及在恒定信道或慢变化信道上的通信。作为另一个实施例，公开的技术可以被用在正交频分复用（OFDM）系统，其中每个副载波组(sub-carrier bin)的通信信道被认为是恒定的或慢变化的。例如，上文图2和5的发射机和接收机机制可以被应用到OFDM系统，通过执行发射机侧格预编码和接收机侧每个副载波组的求模运算。

应理解，上文描述的实施方案通过实施例的方式引入，并且本发明不限于上文已经具体示出并描述的。相反，本发明的范围包括上文描述的不同特征的组合和子组合，以及阅读完前文描述的本领域技术人员会想到的没有在本领域公开的变化和修改。

Claims (42)

1.一种用于通信的方法，包括：

调制数据以产生在信号空间限定的符号序列；

使用给定的脉冲形状对所述符号脉冲整形；

发送信号到接收机，所述信号包括以高于为所述给定的脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列，所述符号速率与所述奈奎斯特速率之比是一个给定的超奈奎斯特FTN因子；以及

在脉冲整形所述符号之前，通过向所述符号应用基于所述给定的FTN因子限定的格预编码运算以预补偿所述信号中的符号间干扰ISI，所述格预编码运算将所述符号限制在所述信号空间的预定体积内，并且独立于来自所述接收机的任何反馈而计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其中发送所述信号包括向卫星发送所述信号，以导致所述卫星向所述接收机再发送所述信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据的调制、所述符号的脉冲整形和对所述ISI的预补偿在卫星上就地执行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中发送所述信号包括发送数字视频广播DVB信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述应用格预编码运算包括在所述符号上执行求模运算。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述应用格预编码运算包括应用Tomlinson-Harashima预编码THP过程。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述应用格预编码运算包括应用Laroia-Tretter-Farvardin预编码过程。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述应用格预编码运算包括共同应用格预编码运算和格信道编码运算。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述应用格预编码运算包括使用一个或多个具有系数的滤波器对所述符号滤波，并且包括独立于来自所述接收机的任何反馈设置所述系数。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述应用格预编码运算包括限定所述格预编码运算，以补偿发送所述信号的发射机电路导致的额外ISI。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括在发送信号到接收机之前，向所发送的信号应用一个抖动信号，并且在所述接收机处从接收信号去除所述抖动信号。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括接收所述信号并且在所述接收机处对所述格预编码运算进行逆转，以从所述信号中提取数据。

13.一种用于通信的方法，包括：

使用给定的脉冲形状对一系列符号脉冲整形；

产生信号，该信号包括以高于为所述给定的脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列；

发送所述信号到接收机，该接收机被规定为只接收其符号速率不超过所述奈奎斯特速率的信号；以及

在所述接收机处，使用一个均衡器均衡具有比一个奈奎斯特速率高的符号速率的所述信号，该均衡器被设计用于不超过所述奈奎斯特速率的信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中均衡所述信号包括补偿由高于所述奈奎斯特速率的符号速率导致的符号间干扰ISI。

15.根据权利要求14所述的方法，其中均衡所述信号包括用补偿所述ISI的预计算的系数值初始化所述均衡器。

16.根据权利要求13所述的方法，其中发送所述信号包括向卫星发送所述信号，以导致所述卫星将所述信号再发送到所述接收机。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述符号的脉冲整形和所述信号的产生在卫星上就地执行。

18.根据权利要求13所述的方法，其中发送所述信号包括发送数字视频广播DVB信号。

19.根据权利要求13所述的方法，其中发送所述信号包括：当发送到第一类型接收机时运行在第一运行模式，在该第一运行模式，所述第一类型接收机被规定为接收其符号速率超过奈奎斯特速率的第一信号，而当发送到第二类型接收机时运行在不同于所述第一运行模式的第二运行模式，在该第二运行模式，所述第二类型接收机被规定为仅接收其符号速率不超过奈奎斯特速率的第二信号。

20.根据权利要求19所述的方法，其中运行在第一运行模式包括在发送之前预编码所述信号，而运行在第二运行模式包括不对所述信号进行预编码。

21.根据权利要求19的方法，其中所述第二类型的接收机符合第二代数字视频广播DVB-S2规格。

22.一种通信装置，包括：

发送电路，其被配置为：调制数据以产生在信号空间中限定的一系列符号；使用给定的脉冲形状对所述符号脉冲整形；并且向接收机发送信号，所述信号包括以高于为所述给定的脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列，所述符号速率与所述奈奎斯特速率之比是一个给定的超奈奎斯特FTN因子；以及

预编码单元，其被配置为在脉冲整形所述符号之前通过对所述符号应用基于所述给定的FTN因子限定的格预编码运算以预补偿信号中的符号间干扰ISI，所述格预编码运算将所述符号限制在所述信号空间的预定体积内，并且独立于来自所述接收机的任何反馈而计算。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述发送电路被配置为向卫星发送所述信号，以导致所述卫星将所述信号再发送到所述接收机。

24.根据权利要求22所述的装置，其中所述发送电路和所述预编码单元被定位为搭载在卫星上，并且其中所述发送电路被配置为从所述卫星向所述接收机发送所述信号。

25.根据权利要求22所述的装置，其中所述信号包括数字视频广播DVB信号。

26.根据权利要求22所述的装置，其中所述预编码单元被配置为通过在所述符号上执行求模运算来应用所述格预编码运算。

27.根据权利要求22所述的装置，其中所述格预编码运算包括Tomlinson-Harashima预编码THP过程。

28.根据权利要求22所述的装置，其中所述格预编码运算包括Laroia-Tretter-Farvardin预编码过程。

29.根据权利要求22所述的装置，其中所述预编码单元被配置为共同应用所述格预编码运算和格信道编码运算。

30.根据权利要求22所述的装置，其中所述预编码单元包括一个或多个具有系数的滤波器，所述滤波器被配置用于过滤所述符号，并且其中所述预编码单元被配置为独立于来自所述接收机的任何反馈设置所述系数。

31.根据权利要求22所述的装置，其中所述预编码单元被配置为限定所述格预编码运算，以补偿发送电路导致的额外ISI。

32.根据权利要求22所述的装置，其中所述发送电路被配置为，在向接收机发送信号之前，对所发送的信号应用抖动信号。

33.根据权利要求22所述的装置，还包括接收机，其被配置为接收所述信号并且对所述格预编码运算进行逆转，以从所述信号中提取数据。

34.一种通信系统，包括：

发射机，其被配置为：使用给定的脉冲形状对一系列符号脉冲整形；产生信号，所述信号包括以高于为所述给定的脉冲形状限定的奈奎斯特速率的符号速率发送的脉冲整形符号序列；并且经通信信道发送所述信号；以及

接收机，其被规定为仅接收其符号速率不超过所述奈奎斯特速率的信号，并且其被配置为从所述通信信道接收所述信号以使用一个均衡器均衡具有比一个奈奎斯特速率高的符号速率的所述信号，并且对接收的和均衡的信号进行解码，该均衡器被设计用于不超过所述奈奎斯特速率的信号。

35.根据权利要求34所述的系统，其中所述接收机被配置为将所述均衡器应用到所述接收的信号，以补偿由高于所述奈奎斯特速率的符号速率导致的符号间干扰ISI。

36.根据权利要求35所述的系统，其中所述均衡器被补偿所述ISI的预计算的系数值初始化。

37.根据权利要求34所述的系统，其中所述发射机被配置为向卫星发送所述信号，以导致所述卫星将所述信号再发送到所述接收机。

38.根据权利要求34所述的系统，其中所述发射机被定位为搭载在卫星上并且被配置为将所述信号从所述卫星发送到所述接收机。

39.根据权利要求34所述的系统，其中所述信号包括数字视频广播DVB信号。

40.根据权利要求34所述的系统，其中所述发射机被配置为：当发送到第一类型接收机时运行在第一运行模式，在该第一运行模式，所述第一类型接收机被规定为接收其符号速率超过奈奎斯特速率的第一信号，而当发送到第二类型接收机时运行在不同于所述第一运行模式的第二运行模式，在该第二运行模式，所述第二类型接收机被规定为仅接收其符号速率不超过奈奎斯特速率的第二信号。

41.根据权利要求40所述的系统，其中所述发射机被配置为当运行在所述第一运行模式时在发送之前预编码所述信号，并且当运行在所述第二运行模式时不对所述信号进行预编码。

42.根据权利要求40所述的系统，其中所述第二类型接收机符合第二代数字视频广播DVB-S2规格。