一种FTN技术与MIMO系统结合的通信方法以及系统技术方案

本发明专利技术公开一种FTN技术与MIMO系统结合的通信方法以及系统，包括：通过发送端将待传输数据进行串并转换，得到比特流；再将所述比特流进行编码映射，得到符号序列；最后将所述符号序列进行上采样和脉冲成型，得到FTN信号；将所述FTN信号通过MIMO衰落信道传输给接收端；所述接收端对收到的信号进行匹配滤波，得到离散采样值，再对所述离散采样值进行MIMO信号检测，得到发送信号估计值；当所述发送信号估计值为FTN信号的估计值时，对收到的每一路信号进行FTN检测，得到比特信息；将所述比特信息进行比特判决，以获得所述待传输数据的译码。本发明专利技术通过将FTN技术与MIMO系统的结合，提升了频谱效率。频谱效率。频谱效率。

【技术实现步骤摘要】
一种FTN技术与MIMO系统结合的通信方法以及系统


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤指一种FTN技术与MIMO系统结合的通信方法以及系统。

技术介绍

[0002]通信技术的发展对通信系统的信道容量，频谱效率以及系统可靠性提出了更高的要求，传统的高阶调制技术，多输入多输出(MIMO)技术和正交频分复用(OFDM)技术都在一定程度上提高了频谱利用率。以上技术无论在时域符号间隔还是频域子载波间隔都保持正交。而FTN(Faster
‑
than
‑
Nyquist，即超奈奎斯特)作为一种典型非正交传输方式，打破了奈奎斯特第一准则，加快了符号传输速率。
[0003]现有的分层结构FTN传输系统主要有奈奎斯特波形延迟叠加系统和基于叠加编码传输的FTN系统。奈奎斯特波形延迟叠加系统虽然具有接收端复杂度低的特点，可其要求同一层的信号之间必须彼此正交，这导致了其在高信噪比处的渐进频谱效率依旧等于正交信号的渐进频谱效率，没有体现出FTN信号的优势所在。基于叠加编码传输的FTN系统，其层与层之间干扰较为严重，随着加速程度变大，单层之间的串扰也随之增强，接收端复杂度将显著提升。
[0004]FTN传输技术加快了信息传输速率，可以充分利用滚将部分的带宽。但为保证系统可靠性，FTN加速因子需要大于当前系统的MazoLimit，所以对频谱利用率的提高也是有限的。奈奎斯特波形延迟叠加系统要求同一层的信号之间必须彼此正交，这导致了其在高信噪比处的渐进频谱效率依旧等于正交信号的渐进频谱效率，没有体现出FTN信号的优势所在。叠加编码传输的FTN系统随着加速因子的减小和调制阶数增高，接收端复杂度会显著提升。
[0005]一方面为保证接收端能够有效检测出发送信号，FTN技术只能在一定范围(MazoLimit)内对发送符号进行加速。另一方面，可利用的无线频谱是有限的，如果不能有效地提高频谱利用率，就无法满足迅速增长的信道容量需求，传统单天线系统的容量有不可突破的香农容量限制。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种FTN技术与MIMO系统结合的通信方法以及系统，以解决
技术介绍
中的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种FTN技术与MIMO系统结合的通信方法，包括：
[0009]步骤一：通过发送端将待传输数据进行串并转换，得到比特流；再将所述比特流进行编码映射，得到符号序列；最后将所述符号序列进行上采样和脉冲成型，得到FTN信号；
[0010]步骤二：将所述FTN信号通过MIMO衰落信道传输给接收端；
[0011]步骤三：所述接收端对收到的信号进行匹配滤波，得到离散采样值，再对所述离散
采样值进行MIMO信号检测，得到发送信号估计值；
[0012]步骤四：当所述发送信号估计值为FTN信号的估计值时，对收到的每一路信号进行FTN检测，得到比特信息；
[0013]步骤五：将所述比特信息进行比特判决，以获得所述待传输数据的译码。
[0014]进一步，所述发送端包括编码器、符号映射模块、FTN成形模块和第一天线，所述编码器依序通过所述符号映射模块、FTN成形模块与所述第一天线连接。
[0015]进一步，所述接收端包括第二天线、MIMO信号检测模块、FTN检测译码模块和比特判决模块，所述第二天线依序通过所述MIMO信号检测模块、FTN检测译码模块与所述比特判决模块连接。
[0016]进一步，所述接收端还包括信道估计模块，所述信道估计模块与所述第二天线以及所述MIMO信号检测模块连接。
[0017]进一步，所述对所述离散采样值进行MIMO信号检测步骤,具体为：
[0018]采用OSIC检测算法对所述离散采样值进行MIMO信号检测。
[0019]进一步，所述采用OSIC检测算法对所述离散采样值进行MIMO信号检测包括：
[0020]步骤1，对输入信号计算其加权矩阵W
MMSE
，加权矩阵W
MMSE
的公式为：
[0021][0022]步骤2，计算第i根待检测天线的信噪比SINR
i
，并利用SINR排序，记录SINR的最大值以及对应下标index，SINR
i
的公式为：
[0023][0024]步骤3，将W
MMSE
的第index行与y相乘，进行MMSE滤波求得X(index)并得到切片值从接收信号中删除检测出的信号成分，更新y和H；
[0025]步骤4，重复步骤1至3直至当前时刻N
Tx
个符号均完成估计；
[0026]步骤5，重复步骤4直至整个接收序列完成检测；
[0027]其中，y为输入信号N
Rx
×
1，H为信道矩阵N
Rx
×
N
Tx
，N
Tx
为发射天线个数，为估计后得到的信号N
Tx
×
1，为噪声统计信息，I表示单位矩阵，H
H
表示H的共轭转置，E
x
为发送符号能量，w
i，MMSE
表示步骤1中加权矩阵的第i行，h
i
为信道矩阵H的第i个列向量。
[0028]进一步，所述对收到的每一路信号进行FTN检测步骤，具体为：
[0029]采用FTN检测算法对收到的每一路信号进行FTN检测。
[0030]进一步，所述FTN检测算法包括以下步骤：
[0031]b.初始化第一个时刻的状态及前向状态度量，s0[i]＝0，α0[0]＝1，(i＝0，1，2，...，M
‑
1)，s
n
[i]为n时刻保留的第i个状态，初始化符号先验概率C
SIZE
为符号星座点个数；
[0032]b.根据n时刻的采样得到的充分统计量y
k
[n]计算状态转移概率：
[0033][0034]其中，0≤n＜N，s
′
为n
‑
1时刻的保留状态，s为n时刻的可能状态，为第
[0035]k层符号，第n时刻的估计值，为符号的先验概率，g为码间串扰系数，L
ISI
为码间串扰长度；
[0036]c.根据第k层n
‑
1时刻的前向状态概率α
k，n
‑1(s
′
)和状态转移概率γ
k，n
(s
′
，s)计算第
[0037]k层n时刻的前向状态概率α
k，n
(s)，公式为：
[0038][0039]其中，s
n
‑1[i]为n
‑
1时刻保留的状态，i＝0，1，...，M
‑
1，其中M表示n
‑
1时刻保留的M个状态数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FTN技术与MIMO系统结合的通信方法，其特征在于，包括：步骤一：通过发送端将待传输数据进行串并转换，得到比特流；再将所述比特流进行编码映射，得到符号序列；最后将所述符号序列进行上采样和脉冲成型，得到FTN信号；步骤二：将所述FTN信号通过MIMO衰落信道传输给接收端；步骤三：所述接收端对收到的信号进行匹配滤波，得到离散采样值，再对所述离散采样值进行MIMO信号检测，得到发送信号估计值；步骤四：当所述发送信号估计值为FTN信号的估计值时，对收到的每一路信号进行FTN检测，得到比特信息；步骤五：将所述比特信息进行比特判决，以获得所述待传输数据的译码。2.根据权利要求1所述的FTN技术与MIMO系统结合的通信方法，其特征在于，所述发送端包括编码器、符号映射模块、FTN成形模块和第一天线，所述编码器依序通过所述符号映射模块、FTN成形模块与所述第一天线连接。3.根据权利要求1所述的FTN技术与MIMO系统结合的通信方法，其特征在于，所述接收端包括第二天线、MIMO信号检测模块、FTN检测译码模块和比特判决模块，所述第二天线依序通过所述MIMO信号检测模块、FTN检测译码模块与所述比特判决模块连接。4.根据权利要求3所述的FTN技术与MIMO系统结合的通信方法，其特征在于，所述接收端还包括信道估计模块，所述信道估计模块与所述第二天线以及所述MIMO信号检测模块连接。5.根据权利要求1所述的FTN技术与MIMO系统结合的通信方法，其特征在于，所述对所述离散采样值进行MIMO信号检测步骤,具体为：采用OSIC检测算法对所述离散采样值进行MIMO信号检测。6.根据权利要求5所述的FTN技术与MIMO系统结合的通信方法，其特征在于，所述采用OSIC检测算法对所述离散采样值进行MIMO信号检测包括：步骤1，对输入信号计算其加权矩阵W
MMSE
，加权矩阵W
MMSE
的公式为：步骤2，计算第i根待检测天线的信噪比SINR
i
，并利用SINR排序，记录SINR的最大值以及对应下标index，SINR
i
的公式为：步骤3，将W
MMSE
的第index行与y相乘，进行MMSE滤波求得X(index)并得到切片值从接收信号中删除检测出的信号成分，更新y和H；步骤4，重复步骤1至3直至当前时刻N
Tx
个符号均完成估计；步骤5，重复步骤4直至整个接收序列完成检测；其中，y为输入信号N
Rx
×
1，H为信道矩阵N
Rx
×
N
Tx
，N
Tx
为发射天线个数，为估计后得到的信号N
Tx
×
1，其中为噪声统计信息，I表示单位矩阵，H
H
表示H的共轭转置，E
x
为发送符号能量，w
i,MMSE
表示步...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏亚楠，白宝明，白杨，陈超，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：