《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于非正交波形的超奈奎斯特采樣
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第10期
馬 冰1，白 勇2
1.海南政法職業(yè)學(xué)院，海南 海口571100；2.海南大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，海南 ?？?70228
摘要： 針對超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist，F(xiàn)TN)系統(tǒng)，提出了基于非正交波形編碼的超奈奎斯特采樣，并與傳統(tǒng)的正交波形FTN和傳統(tǒng)的正交Nyquist系統(tǒng)進行了對比分析。在99.99%的功率帶寬和5次迭代檢測譯碼的條件下，仿真結(jié)果表明：相比于升余弦的正交波形FTN系統(tǒng)，基于高斯和擴展高斯(Extended Gaussian Functions，EGF)脈沖成形的非正交波形FTN系統(tǒng)可以獲得4.4 dB的成形增益，同時由于良好的時頻聚焦特性，其均衡復(fù)雜度只是升余弦的1/16。
中圖分類號： TN911.3
文獻標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201174
中文引用格式： 馬冰，白勇. 基于非正交波形的超奈奎斯特采樣[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(10)：73-76，81.
英文引用格式： Ma Bing，Bai Yong. A novel faster-than-Nyquist signaling based on non-orthogonal waveform[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(10)：73-76，81.
A novel faster-than-Nyquist signaling based on non-orthogonal waveform
Ma Bing1，Bai Yong2
1.Hainan Vocational College of Political Science and Law，Haikou 571100，China； 2.School of Information and Communication Engineering，Hainan University，Haikou 570228，China
Abstract： For the faster-than-Nyquist(FTN) system, a joint convolutional coded modulation scheme with non-orthogonal shaping pulses, Gaussian pulse and extended Gaussian functions(EGF), is proposed and compared with the traditional FTN with the orthogonal waveform and the traditional orthogonal Nyquist systems. On the condition of approximate equivalent 99.99% power bandwidth and 5 iterations, the simulation results show that compared with the FTN system based on the raised cosine pulse, the FTN systems with EGF and Gaussian pulse can get 4.4 dB shaping gain and have only one sixteenth equalization complexity due to good time-frequency gathering feature.
Key words : faster-than-Nyquist；Nyquist；pulse shaping；waveform；non-orthogonal

0 引言

    頻譜資源緊張是目前的無線和有線通信技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。特別是在未來6G傳輸系統(tǒng)，用戶需求和移動終端的不斷增長，人們對頻譜效率的要求越來越高。在未來萬物互聯(lián)的時代，亟需新的物理層技術(shù)來提高頻譜效率。奈奎斯特" target="_blank">超奈奎斯特(Faster-Than-Nyquist，F(xiàn)TN)傳輸通過壓縮相鄰脈沖之間的發(fā)送間隔來提高頻譜效率。FTN傳輸技術(shù)是Mazo則在1975年首次提出的[1-2]。Liveris等第二次發(fā)現(xiàn)FTN[3]并提出了較為實用的FTN方案，利用升余弦脈沖替代sinc脈沖[2]。Rusek等將Mazo限從時域的FTN推廣到時頻二維的FTN，提出了多載波的FTN[4-5]。FTN在過去的幾十年內(nèi)得到了快速的發(fā)展，已成為提高頻譜效率的重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于5G蜂窩微波無線回程[6]、beyond 5G無線通信[7]、可見光通信[8]、光纖通信和衛(wèi)星通信。但是，升余弦等傳統(tǒng)的正交波形的時頻聚集特性較差，拖尾衰減慢，導(dǎo)致接收端的最大后驗概率(Maximum A Posteriori，MAP)均衡復(fù)雜度一般也較高，這導(dǎo)致正交波形不能很好適應(yīng)FTN傳輸。因此，本文研究了基于非正交波形的FTN新技術(shù)。

    在FTN系統(tǒng)中，波形條件可以放寬，選擇適合FTN傳輸?shù)男虏ㄐ巍，F(xiàn)在關(guān)于FTN的研究大都是基于復(fù)數(shù)域正交的成形脈沖，例如sinc脈沖、升余弦脈沖。復(fù)數(shù)域非正交脈沖波形的能量聚集特性好，拖尾衰減快，接收端的均衡復(fù)雜度一般較低，比較適合FTN傳輸。常見的復(fù)數(shù)域非正交的脈沖有：擴展高斯脈沖(Extended Gaussian Functions，EGF)脈沖[9-10]、全向正交變換算法(Isotropic Orthogonal Transform Algorithm，IOTA)脈沖、高斯脈沖等。IOTA脈沖是EG脈沖的特例。在FTN均衡方面，本文采用Ungerboeck模型[11-12]替換了傳統(tǒng)的Forney模型[13]。




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作者信息：

馬  冰1，白  勇2

(1.海南政法職業(yè)學(xué)院，海南 ?？?71100；2.海南大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，海南 ?？?70228)




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