基于多层叠加传输的超奈奎斯特传输方案

超奈奎斯特(FTN,faster-than-Nyquist)传输技术作为一种能够有效提高系统频谱利用率的手段,受到了广泛的关注。针对该技术在信号检测中所具有的检测复杂度高的缺陷,提出一种基于多层叠加传输的FTN传输系统。通过理论推导给出了其每层最佳编码方案的选择依据,并通过仿真证明在每一层码率与功率同时变化的性能优于仅功率发生变化的情形,仿真结果同时表明在脉冲成形函数的滚降系数不为0的条件下,该系统的性能优于级联了更大星座的正交传输系统的性能。

超奈奎斯特传输技术:现状与挑战

超奈奎斯特传输技术作为一种非正交传输技术,近年来受到了广泛的关注.不同于传统的正交传输信号,超奈奎斯特信号的符号传输速率因为超过了奈奎斯特无码间串扰速率而带来了不可避免的符号间干扰,然而这一传输方式也被证明可以带来更高的信道容量.因此超奈奎斯特技术成为了一种具有高频谱利用率的新型传输方法,也为带宽受限的通信场景带来了新的解决方案,并且其在卫星信道以及第五代移动通信的回程链路中的应用成为了研究热点.本文对超奈奎斯特传输的概念与原理、容量计算、实现方式、检测方法以及性能与应用做了详细的总结并对其目前的技术难点进行了讨论.

超奈奎斯特传输技术:面向6G的应用价值与挑战

超奈奎斯特(FTN)传输技术通过压缩发送符号时域/频域间隔,在一个符号周期内重叠发送多流数据,从而打破了奈奎斯特脉冲波形的正交性,实现了在有限带宽内传输更多数据的目的。首先,阐述了FTN的技术原理,梳理了其发展现状;其次,分析相关的关键性问题——明确了FTN容量与香农容量的关系,以及相关技术的内在联系;最后,讨论了FTN在6G通信中的应用可能性,提出了其应用价值和挑战:FTN是一种可逼近香农容量的高谱效传输方案,但接收机复杂度过高可能成为其在6G应用中的关键阻碍。

面向星地通信的超奈奎斯特传输技术

空口传输技术是天地融合通信网络的重要组成部分。作为非正交传输技术的代表之一,超奈奎斯特传输技术凭借其较高的频谱效率在空口传输技术中表现出极大的潜力,已经成为了卫星通信中的研究热点。针对超奈奎斯特(Faster⁃than⁃Nyquist,FTN)传输技术,对其概念与原理、容量与谱效、在卫星通信系统中的实现结构以及检测算法进行了重点论述,分析了其峰均比特性,为未来实现天地一体化通信提供了一定的理论参考。

面向6G的超奈奎斯特波形及其检测技术

6G系统峰值数据传输速率需求为1Tbps,对通信系统的容量和频谱效率提出了巨大挑战。由此,超奈奎斯特传输作为一种高效的传输方式备受瞩目,其独特之处在于能够在不增加带宽和天线的情况下提升系统容量和频谱效率。从单载波传输到多载波传输,对超奈奎斯特传输的机理与波形、现有模型的干扰及相应的信号检测技术进行重点论述。对超奈奎斯特传输在载波恢复、同步、正交频分复用和多输入多输出方面的发展进行综述。最后,探讨超奈奎斯特传输在未来移动通信系统的发展发向和潜在的研究思路。

超奈奎斯特信号载波频偏估计的梯度下降算法

超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist,FTN)传输技术是一种基于时域压缩的信号调制技术,具有更高的传输速率及频带利用率,但是却引入了无限长的码间串扰(inter-symbol interferences,ISIs),这对载波频偏估计提出了新的挑战。对于FTN信号的频偏估计,传统算法在门限和精度等方面都有所下降。本文将梯度下降算法应用到载波频偏估计中,通过迭代搜索的方式,获得对频偏的精确估计。估计过程中直接通过数据部分进行估计,不需要借助额外的导频序列。仿真结果表明,梯度下降法与传统算法在性能上相比有了较好的改善,虽然具有较多的迭代次数和运算量,但是却能够较好地适应FTN信号的特性。梯度下降法不仅在门限范围内更靠近克拉美罗界(Cramer-Rao bound,CRB),而且在整个频段上具有更稳定的性能。

无穷范数松弛的低复杂度超奈奎斯特检测

超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist,FTN)速率传输可以有效提高频谱效率,但这种非正交传输方式引入的严重码间串扰相应提高了接收端的处理难度。针对该问题,设计了一种基于循环成块传输的低复杂度检测算法。最优检测被建模为无约束的二元二次规划(Boolean Quadratic Program,BQP)问题,为了求解该NP-hard问题,采用无穷范数约束松弛原问题的非凸可行解集,并基于次梯度下降法提出松弛问题的有效优化算法。数值仿真结果表明,所提算法在误比特率(Bit Error Rate,BER)性能上优于频域均衡,且在可接受的性能损失范围内算法执行效率远高于理论最优的最大似然序列估计(Maximum Likelihood Sequence Estimation,MLSE)。

对6G关键技术发展的思考

以5G为基础,6G将构建空天地海泛在通信网络,并采用多种先进技术来进一步提升系统容量、能量与频谱效率、可靠性以及传输时延等核心技术指标。作为非正交传输技术的代表,超奈奎斯特传输(FTNs)不仅可以实现频谱资源的高效利用,还可与多种6G候选关键技术进行联合设计来提升系统核心技术指标,因此极具应用潜力。

基于DFT与二次多项式拟合的FTN信号载波同步

超奈奎斯特(FTN)传输具有较高的信息传输速率和频谱效率,在5G移动通信系统中具有广阔的应用前景。但是,符号间隔的压缩导致了较为严重的码间串扰,降低了载波同步的性能。针对上述问题,通过二次多项式对周期图主瓣进行拟合,得到频谱峰值的索引值,进而计算得到频率估计值,提出一种FTN信号载波同步算法,并通过增加FFT点数、将拟合法与插值算法相结合的方法对该算法进行改进。仿真结果表明,与Candan算法、邻位符号相除算法等相比,该改进算法能更好地适应FTN信号的传输特性,载波参数估计性能逼近克拉美罗界。

FTN系统中的低复杂度接收技术比较

超奈奎斯特码元速率传输(Faster-than-Nyquist)可以有效提高系统的带宽有效性和通信系统的传输速率,但在接收端不可避免地引入无限长的码间串扰(ISI),增加了接收设备特别是接收机的复杂度。为了降低接收端的复杂度,重点介绍FTN传输系统中的低复杂度接收技术及其改进方案,包括加窗Chase均衡(WCE)和改进型WCE、迭代分组判决反馈均衡器(IBDFE)和低复杂度IBDFE(LC-IBDFE)、判决反馈均衡(DFE)和部分判决反馈均衡(PDFE),同时分别从计算复杂度和系统误码率性能两个方面进行分析比较,给出各方法的优缺点及应用场合。

基于SOVA的低复杂度FTN信号接收算法

超奈奎斯特(FTN)传输技术是一种高频谱效率的信号传输方式。针对FTN信号存在的码间串扰,基于软输出维特比算法(SOVA)提出FTN信号的低复杂度接收算法。根据幸存路径和竞争路径的判决结果,动态地调整每个时刻回溯过程的比较次数,降低比较次数平均值。在实际应用中,根据不影响误码性能的统计经验值直接截短回溯路径的长度。直接截短回溯深度算法可在不恶化误码率(BER)的前提下,降低比较运算次数2/3,同时减少回溯过程所需寄存器资源和延时50%以上。

FTN系统中基于矩阵分解的新型干扰消除算法

1975年,Mazo首次提出了超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist)码元速率传输系统。相比于传统的Nyquist传输体系,该系统可以有效提高系统的带宽有效性和传输速率,因此接收端不可避免地引入了无限长的码间串扰(Inter-symbol Interference),增加了接收复杂度。因此,需在接收端进行干扰消除。基于矩阵QR分解的部分判决反馈均衡(Partial Decision Feedback Equalization)可以作为FTN系统中有效的干扰消除和信号检测算法,但该算法的计算复杂度较高。于是,提出了一种FTN传输系统中基于矩阵分解的新型干扰消除算法。仿真结果表明,该算法的误码率性能优于PDFE,且由于避免了QR分解,使其计算复杂度大大降低。