CNN-AE在超奈奎斯特无线光通信端到端系统中的性能

符号间干扰的存在使超奈奎斯特(faster-than-Nyquist, FTN)速率无线光通信系统的性能受到严重影响,针对此问题,提出了一种基于卷积神经网络自编码器的端到端通信系统来消除符号间干扰的影响并完成信号的恢复。针对超奈奎斯特信号非正交的特性,采用交替训练算法分别训练发射机和接收机权重,解决监督训练中模型输入输出数据尺寸不匹配的问题。在此基础上,分析了该系统在Gamma-Gamma大气信道中的误码率(bit error rate, BER)性能。仿真结果证明,与采用最大似然估计的传统系统相比,该系统的误码率性能在各种条件因素影响下都有不同程度的提高。当加速因子在Mazo限内时,该系统可以消除FTN成型和湍流信道带来的复杂混合码间干扰,其误码性能几乎与正交传输系统相等。

TH预编码的超奈奎斯特系统残余干扰消除算法

超奈奎斯特(Faster-Than-Nyquist,FTN)技术能够有效提高传输系统的频谱效率,然而代价是引入了严重的码间串扰(Inter-Symbol Interference,ISI)。在基于Ungerboeck模型的FTN系统中的发送端使用TH预编码(Tomlinson-Harashima Precoding,THP)并不能完全有效消除FTN系统所引入的ISI,会存在残余ISI。对此,针对FTN系统中的残余干扰提出了两种接收端检测算法,分别是基于后向串行干扰消除(Backward Serial Interference Cancellation,BSIC)的无迭代检测算法和基于连续干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)的Turbo迭代均衡改进算法,并通过蒙特卡洛方法寻找最优的扩展取模间隔。计算机数值仿真结果表明,在选定的扩展取模间隔下,两种接收端检测算法在FTN系统的加速因子为0.8和0.9时均能有效消除FTN技术所引入的ISI,其误码率趋近于奈奎斯特正交传输性能。

超奈奎斯特速率(FTN)传输进展

在数字通信系统中,奈奎斯特准则指出,为了实现无码间干扰的传输,符号速率必须满足奈奎斯特准则。然而1975年Mazo发现在带限加性高斯白噪声信道中,当码元速率超过奈奎斯特速率在25%以内时,信号的归一化最小欧式距离并不会减小,并称为Faster-Than-Nyquist signaling (超奈奎斯特,FTN)。本文首先介绍FTN传输的发展历史,分析FTN系统的Mazo限,并对FTN传输以及奈奎斯特速率下的限制信道容量进行比较。从仿真结果可以看出,当脉冲存在过剩带宽时,FTN传输可以得到比奈奎斯特速率下更高的信道容量。

多径信道下基于频域均衡的超奈奎斯特传输

针对在多径信道下进行超奈奎斯特(FTN)传输时,同时存在由FTN与多径信道引入的双重符号间干扰(ISI)的问题,提出了应用频域均衡与低密度奇偶校验(LDPC)编码相结合的接收机结构来提高系统传输性能。该接收机构在接收端利用频域均衡器对由FTN与多径信道引入的符号间干扰进行频域均衡,均衡后的信号再通过LDPC信道译码器,利用最大后验概率准则(MAP)进行判决,最终恢复出原始信息。仿真实验显示,基于频域均衡的FTN传输系统可改善系统传输的误码性能。

FTN传输条件下极化码帧间物理层安全结构设计

极化码是适用于物理层wiretap信道安全模型的一种编码方式,针对在超奈奎斯特(FTN)条件下传输的极化码,设计了一种无需获知窃听信道信噪比(SNR)的帧间链式加密的安全结构。通过混淆结构将对合法接收端可靠而对非法窃听端阻塞的码元进行扩散,利用物理层主信道和窃听信道的差异,在每一帧中生成主信道可译而窃听信道不可译的密钥序列,对下一帧进行加密,实现安全容量的帧间传输。仿真结果显示,在FTN加速场景和窃听信道SNR相对于主信道波动的前提下,提出的极化码帧间安全结构可在wiretap信道的平均信道退化程度为0 d B时实现信息的安全传输。

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。

基于FPGA的FTN信号接收算法的优化

针对FTN信号接收算法复杂度高、硬件资源消耗大的问题,在FG-SS-BP算法理论模型基础上优化运算结构,提出泰勒简化-高斯近似-置信传播(TS-GA-BP)和查表-高斯近似-置信传播(CT-GA-BP)两种利于FPGA实现的设计方案。实验结果表明,在误码性能为10–4的条件下,采用4阶泰勒展开的TS-GA-BP方案和采用8bit查表的CT-GA-BP方案对比原FG-SS-BP算法性能分别损失0.2dB和0.3dB,最高吞吐率分别为139.7Mb/s和85.3Mb/s。两方案的资源消耗各有侧重,TS-GA-BP主要依赖计算资源,而CT-GA-BP主要依赖存储资源。因此,可依据不同资源环境选取合适方案,便于与其他通信模块级联。

星座成形在超奈奎斯特传输中的应用

为了满足第6代移动通信系统对编码调制的更高要求,提出了基于星座成形的超奈奎斯特传输方案.研究了概率成形和几何成形在超奈奎斯特传输中的应用,对平均互信息进行理论分析.仿真结果表明,所提基于概率成形的正交幅度调制超奈奎斯特传输方案具有更好的平均互信息性能及更低的错误率.