CN106302277B - 一种超奈奎斯特调制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发送预编码超奈奎斯特调制系统(Faster‑Than‑Nyquist，FTN)及方法。所述发送预编码超奈奎斯特调制系统包括：调制模块，用于接收待处理信息，并将待处理信息比特映射成星座点；预编码模块，用于依据预编码向量对所述星座点进行处理得到预编码后的星座点；FTN调制模块，用于将预编码后的星座点以大于奈奎斯特采样的速率与脉冲成型函数进行卷积后得到待发送信号，将所述待发送信号通过射频发出。本发明的技术方案通过在发送端对待发送的星座点进行预编码，来消除发送端使用超奈奎斯特调制在接收端造成的ISI。应用预编码方法可以大大降低FTN系统（超奈奎斯特调制系统）中接收端解调算法的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信技术，特别是涉及一种超奈奎斯特调制系统及方法。
背景技术
数字调制技术可以分为线性调制和非线性调制两种。线性调制广泛地应用在多个无线通信系统中。线性调制的信号可以表示为：
其中In表示离散信息符号序列，g(t)是一个具有带限频率响应的脉冲，其频率响应特性G(f)满足：当|f|>W时G(f)＝0。1975年，Mazo提出了超奈奎斯特调制的概念。通过缩短发送符号之间的间隔(超越了奈奎斯特第一准则的速率)，来获得更高的频谱利用率。这造成了严重的符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)，，使得接收机复杂度很高，当时的技术难以实现。近十年以来，随着集成电路技术迅速发展和无线频谱资源变得日益稀缺，超奈奎斯特调制成为了下一代移动通信技术研究要点。如图1所示，在现有的超奈奎斯特调制系统中，经过FTN(超奈奎斯特)调制的发送信号可以表示为：
其中τ为压缩系数，0<τ<1。通过降低符号间的间隔，将频谱利用率提高至1/τ。但是采用超奈奎斯特调整后，接收端接收的信号经过匹配滤波器后，符号间干扰(ISI)会对解调造成影响，需要进行FTN解调处理以消除ISI的影响。现有多种FTN解调算法来消除ISI的影响。如：维特比解调算法、BCJR解调算法等，但复杂度均很高。
鉴于此，如何减少或者消除超奈奎斯特调制产生的符号间干扰成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预编码超奈奎斯特调制系统及方法，用于解决现有技术中超奈奎斯特系统中需要复杂度很高的调制算法来消除符号间干扰的影响的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种预编码超奈奎斯特调制系统，所述预编码超奈奎斯特调制系统包括：调制模块，用于接收待处理信息，并将待处理信息比特映射成星座点；预编码模块，用于依据预编码向量对所述星座点进行处理得到预编码后的星座点；FTN调制模块，用于将预编码后的星座点以大于奈奎斯特采样的速率与脉冲成型函数进行卷积后得到待发送信号，将所述待发送信号通过射频发出。
可选地，所述预编码向量的获取方法包括：根据脉冲成型函数和压缩系数计算出ISI干扰系数，然后根据所述ISI干扰系数生成预编码向量。
可选地，所述脉冲成型函数包括升余弦滤波器。
可选地，所述预编码向量与ISI干扰系数的卷积为冲击响应。
可选地，所述超奈奎斯特调制系统还包括：匹配滤波模块，用于接收所述FTN调制模块发送的信号，对接收的所述信号进行匹配滤波得到处理后信号；解调模块，对所述处理后信号进行解调。
本发明提供一种预编码超奈奎斯特调制方法，所述预编码超奈奎斯特调制方法包括：接收待处理信息，并将待处理信息比特映射成星座点；依据预编码向量对所述星座点进行处理得到预编码后的星座点；将预编码后的星座点以大于奈奎斯特采样的速率与脉冲成型函数进行卷积后得到待发送信号，将所述待发送信号通过射频发出。
可选地，所述预编码向量的获取方法包括：根据脉冲成型函数和压缩系数计算出ISI干扰系数，然后根据所述ISI干扰系数生成预编码向量。
可选地，所述脉冲成型函数包括升余弦滤波器。
可选地，所述预编码向量与ISI干扰系数的卷积为冲击响应。
可选的，所述超奈奎斯特调制方法还包括：接收所述FTN调制模块发送的信号，对接收的所述信号进行匹配滤波得到处理后信号；对所述处理后信号进行解调。
如上所述，本发明的一种预编码超奈奎斯特调制系统及方法，具有以下有益效果：通过在发送端对待发送的星座点进行预编码，来消除在接收端造成的ISI。应用预编码方法可以大大降低FTN系统(超奈奎斯特调制系统)中解调算法的复杂度。
附图说明
图1显示为现有技术的超奈奎斯特调制系统的一实施例的系统框架示意图。
图2显示为本发明的超奈奎斯特调制系统的一实施例的模块示意图。
图3显示为本发明的超奈奎斯特调制系统的一实施例的系统框架示意图。
图4显示为本发明的超奈奎斯特调制方法的一实施例的流程示意图。
元件标号说明
1 超奈奎斯特调制系统
11 调制模块
12 预编码模块
13 FTN调制模块
S1～S3 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种预编码超奈奎斯特调制系统。在一个实施例中，如图2所示，所述超奈奎斯特调制系统1包括调制模块11、预编码模块12以及FTN调制模块13。调制模块11、预编码模块12以及FTN调制模块13为超奈奎斯特调制系统1发送端的模块。其中：
调制模块11用于接收待处理信息，并将待处理信息比特映射成星座点。具体地，调制模块11通过将信号映射到正交矢量空间的某个点，即星座点。多个星座点可以构成信号的星座图。
预编码模块12用于依据预编码向量对所述星座点进行处理得到预编码后的星座点。在一个实施例中，所述预编码向量的获取方法包括：根据脉冲成型函数和压缩系数计算出ISI干扰系数，然后根据所述ISI干扰系数生成预编码向量。脉冲成型函数包括但不限于升余弦滤波器。升余弦滤波器可以表示为：
其中，α为滚降系数，T为输入符号的符号周期。在一个实施例中，滚降系数取值为0.33。压缩系数τ的取值为0.8，此时，ISI干扰系数参见下表：
| ISI<sub>-6</sub> | ISI<sub>-5</sub> | ISI<sub>-4</sub> | ISI<sub>-3</sub> | ISI<sub>-2</sub> | ISI<sub>-1</sub> | ISI<sub>0</sub> |
| 0.0081 | -0.0247 | 0.0152 | 0.0541 | -0.1805 | 0.3082 | 1 |
| ISI<sub>-1</sub> | ISI<sub>-2</sub> | ISI<sub>-3</sub> | ISI<sub>-4</sub> | ISI<sub>-5</sub> | ISI<sub>-6</sub> | |
| 0.3082 | -0.1805 | 0.0541 | 0.0152 | -0.0247 | 0.0081 |
根据ISI干扰系数，可以通过多种方法求得预编码向量V，如Z变换，通过等式V(Z)*ISI(Z)＝1来解出V。在一个实施例中，预编码向量与ISI干扰系数的卷积为冲击响应。冲击响应完全由系统本身的特性所决定，与系统的激励源无关，是用时间函数表示系统特性的一种常用方式。(关于ISI0下标的意思为：发送一个星座点，在接收端，准确时刻进行接收，即按照幅值为1接收到该星座点)
FTN调制(超奈奎斯特调制)模块13用于将预编码后的星座点以大于奈奎斯特采样的速率与脉冲成型函数进行卷积后得到待发送信号，将所述待发送信号通过射频发出。具体地，经过FTN(超奈奎斯特)调制模块13调制的发送信号可以表示为：
其中τ为压缩系数，0<τ<1。FTN(超奈奎斯特)调制通过降低符号间的间隔，将频谱利用率提高至1/τ。
在一个实施例中，所述预编码超奈奎斯特调制系统1的系统框架如图3所示。所述超奈奎斯特调制系统1还包括匹配滤波模块、解调模块。所述匹配滤波模块、解调模块为超奈奎斯特调制系统1接收端的模块。其中：
匹配滤波模块用于接收所述FTN调制模块发送的信号，对接收的所述信号进行匹配滤波得到处理后信号。
解调模块，对匹配滤波模块处理后信号进行解调。由于在超奈奎斯特调制系统1的发送端采用了预编码技术，经过预编码模块12的处理，可在发送端消除FTN调制中，ISI带来的影响。因此在接收端，不做任何特殊处理(现有的超奈奎斯特调制系统需要专门的FTN解调处理以消除ISI的影响)，即可解调接收端接收到的FTN信号。
本发明提供一种预编码超奈奎斯特调制方法。在一个实施例中，如图4所示，所述预编码超奈奎斯特调制方法包括：
步骤S1，接收待处理信号，并将待处理信息映射成星座点。具体地，通过将信息比特映射到正交矢量空间的某个点，即星座点。多个星座点可以构成信号的星座图。
步骤S2，依据预编码向量对所述星座点进行处理得到预编码后的星座点。在一个实施例中，所述预编码向量的获取方法包括：根据脉冲成型函数和压缩系数计算出ISI干扰系数，然后根据所述ISI干扰系数生成预编码向量。脉冲成型函数包括但不限于升余弦滤波器。升余弦滤波器可以表示为：
其中，α为滚降系数，T为输入符号的符号周期。在一个实施例中，滚降系数取值为0.33。压缩系数τ的取值为0.8，此时，ISI干扰系数参见下表：
| ISI<sub>-6</sub> | ISI<sub>-5</sub> | ISI<sub>-4</sub> | ISI<sub>-3</sub> | ISI<sub>-2</sub> | ISI<sub>-1</sub> | ISI<sub>0</sub> |
| 0.0081 | -0.0247 | 0.0152 | 0.0541 | -0.1805 | 0.3082 | 1 |
| ISI<sub>-1</sub> | ISI<sub>-2</sub> | ISI<sub>-3</sub> | ISI<sub>-4</sub> | ISI<sub>-5</sub> | ISI<sub>-6</sub> | |
| 0.3082 | -0.1805 | 0.0541 | 0.0152 | -0.0247 | 0.0081 |
根据ISI干扰系数，可以通过多种方法求得预编码向量V，如Z变换，通过等式V(Z)*ISI(Z)＝1来解出V。在一个实施例中，预编码向量与ISI干扰系数的卷积为冲击响应，所述冲击响应即超奈奎斯特调制系统的冲击响应。冲击响应完全由系统本身的特性所决定，与系统的激励源无关，是用时间函数表示系统特性的一种常用方式。
步骤S3，将预编码后的星座点以大于奈奎斯特采样的速率与脉冲成型函数进行卷积后得到待发送信号，将所述待发送信号通过射频发出。具体地，经过FTN(超奈奎斯特)调制的发送信号可以表示为：
其中τ为压缩系数，0<τ<1。FTN(超奈奎斯特)调制通过降低符号间的间隔，将频谱利用率提高至1/τ。
在一个实施例中，所述超奈奎斯特调制方法还包括：接收所述FTN调制模块发送的信号，对接收的所述信号进行匹配滤波得到处理后信号；对所述处理后信号进行解调。由于在超奈奎斯特调制系统的发送端采用了预编码技术，经过预编码的处理，可在发送端消除FTN调制中，ISI带来的影响。因此在接收端，不做任何特殊处理(现有的超奈奎斯特调制系统需要专门的FTN解调处理以消除ISI的影响)，即可解调接收端接收到的FTN信号。
综上所述，本发明的一种预编码超奈奎斯特调制系统及方法通过在发送端对待发送的星座点进行预编码，来消除在接收端造成的ISI。本发明的技术方案通过应用预编码方法，可以大大降低FTN系统(超奈奎斯特调制系统)中解调算法的复杂度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (2)
1.一种预编码超奈奎斯特调制系统，其特征在于，所述预编码超奈奎斯特调制系统包括：
调制模块，用于接收待处理信息，并将待处理信息比特映射成星座点；
预编码模块，用于依据预编码向量对所述星座点进行处理得到预编码后的星座点；
所述预编码向量的获取方法包括：根据脉冲成型函数和压缩系数计算出ISI干扰系数，然后根据所述ISI干扰系数生成预编码向量；所述脉冲成型函数包括升余弦滤波器；所述预编码向量与ISI干扰系数的卷积为冲击响应；
所述升余弦滤波器为：
α为滚降系数，T为输入符号的符号周期；
FTN调制模块，用于将预编码后的星座点以大于奈奎斯特采样的速率与脉冲成型函数进行卷积后得到待发送信号，所述待发送信号为：
其中τ为压缩系数，0＜τ＜1；将所述待发送信号通过射频发出；
所述预编码超奈奎斯特调制系统的接收端还包括：匹配滤波模块，用于接收所述FTN调制模块发送的信号，对接收的所述信号进行匹配滤波得到处理后信号；解调模块，对所述处理后信号进行解调。
2.一种预编码超奈奎斯特调制方法，其特征在于：所述预编码超奈奎斯特调制方法包括：
接收待处理信息，并将待处理信息比特映射成星座点；
依据预编码向量对所述星座点进行处理得到预编码后的星座点；
所述预编码向量的获取方法包括：根据脉冲成型函数和压缩系数计算出ISI干扰系数，然后根据所述ISI干扰系数生成预编码向量；所述脉冲成型函数包括升余弦滤波器；所述预编码向量与ISI干扰系数的卷积为冲击响应；
所述升余弦滤波器为：
α为滚降系数，T为输入符号的符号周期；
将预编码后的星座点以大于奈奎斯特采样的速率与脉冲成型函数进行卷积后得到待发送信号，所述待发送信号为：
其中τ为压缩系数，0＜τ＜1；将所述待发送信号通过射频发出；
所述预编码超奈奎斯特调制方法还包括：接收将所述待发送信号通过射频发出的信号，对接收的所述信号进行匹配滤波得到处理后信号；对所述处理后信号进行解调。
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