[发明专利]通过在零点上调制数据来进行通信的系统和方法

说明书

描述了使用各种零点上调制方案传输数据的系统和方法。在许多实施例中，利用包括具有调制器的发射机的通信系统，该调制器调制多个信息比特以在离散时间基带信号的z变换的零点中对比特编码。另外，该通信系统包括具有解码器的接收机，该解码器被配置为通过下列操作来对来自接收到的信号的样本的多个信息比特解码：基于来自接收到的连续时间信号的样本确定接收到的离散时间基带信号的z变换的多个零点，识别对多个信息比特编码的零点，以及基于所识别的零点输出多个解码信息比特。

联邦资助的研究的声明

本发明在由美国国家科学基金会授予的批准号CCF1018927和CCF1423663和CCF1409204和CNS0932428下在有政府支持的情况下做出。政府对本发明具有某些权利。

相关申请的交叉引用

本发明要求Philipp Walk等人于2018年1月26日提交的标题为“Modulation onConjugated Zeros”的序列号为62/622,673的美国临时专利申请的优先权。序列号为62/622,673的美国临时专利申请的公开通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明总体涉及数字通信，且更特别地涉及在未知无线多径信道上传输的盲通信方案。

背景

未来一代无线网络面临多种新挑战。即将到来的趋势——诸如物联网(IoT)和触觉互联网的出现——根本上改变了关于如何按比例调整无线基础设施的想法。新兴技术必须应对的主要挑战之一，是范围从强功能的智能手机和平板电脑到小且低成本的传感器节点的大量(数十亿)设备的支持。这些设备伴随有不同的和甚至矛盾的类型的业务，包括高速蜂窝链路、大量机器对机器(M2M)连接以及承载短分组的数据的无线链路。零星性质的短消息可能将在未来占主要地位，且常规蜂窝和集中管理的无线网络基础设施将不足够灵活到跟上这些需求。尽管在研究团体中被强烈地讨论，但是在如此多样的需求下关于我们在不久的将来如何交流的最基本的问题仍然是基本上未解决的。

支持零星和短消息业务类型的关键问题是如何获取、通信和处理信道信息。常规信道估计过程通常需要大量的资源和开销。当消息是短的以及业务是零星的时，这个开销可能在预期的信息交换中占主要地位。例如，一旦节点以零星的方式醒来以递送消息，它必须首先向网络指示它的存在。其次，训练符号(导频)通常用于在接收机处提供用于估计链路参数(诸如信道系数)的足够的信息。最后，在交换某个数量的控制信息之后，设备在预先分配的资源上传输它的期望信息消息。在当前的系统中，这些步骤经常在单独的通信阶段中顺序地被执行，一旦信息消息足够短并且节点以不可预测的方式醒来就产生巨大的开销。因此，几个已被接受的系统概念的重新设计和重新考虑以及通信层的维度设定将可能是必要的，以用有效的方式支持这样的业务类型。非相干和盲策略(noncoherent andblind strategy)提供了从这个困境出来的潜在途径。像盲均衡这样的经典方法在工程文献中被研究，但是明确地应对短消息和零星类型的数据的新的非相干调制思想可能是需要的。

为了通过被称为信道的物理系统传输数字数据，数据在模拟信号上通常由数模设备调制。这个设备将数字数据调制到模拟基带脉冲的(被称为采样周期的)等距离移位的复值振幅上。叠加将形成模拟基带信号，其将在某一频率范围内由天线传输到接收机。在数字通信中使用的标准二进制数据调制方案是开-关键控(OOK)、二进制相移键控(BPSK)、二进制频移键控(BFSK)，以对每自由度1个比特编码，而通用的M进制(M-ary)调制方案用于对每自由度M1个比特编码。

在许多无线通信场景中，所传输的信号被多径传播影响，且因此如果信道延迟扩展超过采样周期，信道将是频率选择性的。另外，在移动和时变场景中，我们也遇到时间选择性快速衰落。在这两种情况下，信道参数通常具有随机韵味，并可能引起各种干扰。因此，从信号处理角度来看，在接收机处以及可能也在发射机处处理可能的信号失真是合乎需要的。