[发明专利]一种超奈奎斯特通信系统中基于矩阵分解的干扰消除方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及超奈奎斯特传输模式，为一种超奈奎斯特通信系统中基于矩阵分解的干扰消除方法。

背景技术

随着以太网、电子商务、移动通信等业务的迅速发展，人们迫切需要更高质量的通信，如何更好地利用有限的频率资源实现高速数据传输是当今通信关注和研究的核心问题之一。

奈奎斯特(Nyquist)准则认为在带宽受限信道，高速的数据传输在不引起码间串扰的情况下所达到的最大码元速率为信道带宽的两倍，若超过这个极限值，就会引起严重的码间串扰(ISI)，造成系统的误码性能急剧恶化。所以在给定通信频带的条件下，系统的带限特性很大程度上影响并制约了符号传输速率的提高。

早在1975年Mazo就已经提出了超Nyquist码元速率(FTN)理论，也即是以超过无码间串扰所允许的最大速率传输，FTN的提出最初是想利用过剩性能换取高速率的传输，即以可靠性的损失来换取有效性的提高。由于以超Nyquist码元速率传输所引起的码间串扰(ISI)长度是无限长的，若要完全消除此码间串扰，使得系统以FTN进行传输时误码性能不下降，只能使用最大似然检测(MLSE)，然而在ISI无限长的情况下使用MLSE算法其复杂度无穷大，这就为FTN传输系统的接收带来极大困难。也可将FTN的码间串扰视为卷积编码，因此检测a_n可以采用经典的Viterbi算法或BCJR算法。2012年，Anderson提出了一种M-BCJR算法，并将其应用到Turbo均衡中，M-BCJR算法是基于M算法的思想提出的新型BCJR算法，由于其在每个时刻只保留了m个最大的状态作为可能的状态，相当于是减少搜索的BCJR算法，故其复杂度要比原BCJR算法要低。同时也可以将FTN检测视为长ISI的消除，采用一些高级均衡算法来完成检测。当然，也可以采用适当的预编码方案，在减轻符号间干扰的同时还能减少接收端的复杂度。另外，也有人提出采用基于QR分解的串行干扰消除的方法检测信号，专利申请CN 201510405512.0《一种基于矩阵模型的信号检测方法》便是在前人提出的基于QR分解的串行干扰消除方法的基础上，提出了将干扰矩阵G直接分为上下三角的方法检测发送信号，该方法较基于QR分解的串行干扰消除检测方法相比，复杂度降低同时误码率性能提高，但上述方法均是针对维数较大的矩阵，降低矩阵分解的复杂度和提高系统误码率的效果并不非常明显。这些现有的检测方法都在一定程度上降低了接收端的复杂度，为FTN技术的实用化打下了坚实的基础，但它们对接收端复杂度的降低效果有限，FTN的实用性能受到影响，不能满足技术需求。

发明内容

本发明要解决的问题是：降低超奈奎斯特码元速率通信系统中信号接收端的复杂度，同时提高接收端误码率性能，从而为超奈奎斯特传输技术的实用化打下坚实的基础。

本发明的技术方案为：一种超奈奎斯特通信系统中基于矩阵分解的干扰消除方法，基于超奈奎斯特传输模式，在通信系统的接收端实现信号检测，包括以下步骤：

1)根据FTN通信系统的参数确定干扰矩阵G，所述参数包括滚降系数β，加速因子ρ，以及块的长度N；

2)矩阵G为方阵，以第一行第一列的元素为顶点，沿矩阵G的对角线取[l/c]个方块阵：G⁽¹⁾，G⁽²⁾，...，G^([l/c])，并将发送信号序列a和接收信号y分别分为[l/c]个矢量：a＝[a⁽¹⁾a⁽²⁾...a^([l/c])]，y＝[y⁽¹⁾y⁽²⁾...y^([l/c])]，l为矩阵G的行列数，c为方块阵的行列数，[l/c]表示对l/c向下取整；

3)将方块阵G⁽¹⁾看作是上三角矩阵，采用串行干扰消除的方法，消除当前码元后面码元的串扰，同时得到只有前面码元干扰ISI_former的软值a^(1)'，即a^(1)'＝a⁽¹⁾+ISI_former；

4)将方块阵G⁽¹⁾看作是下三角矩阵，采用串行干扰消除的方法，消除当前码元前面码元的串扰，同时得到只有后面码元干扰ISI_latter的软值a^(1)”，即a^(1)”＝a⁽¹⁾+ISI_latter；