應用于ftn調制中的減小狀態數的維特比解調方法
【專利摘要】本發明提供一種應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，包括以下步驟：步驟S1、將信號脈沖通過脈沖成形濾波器進行預處理，以減小信號脈沖的旁瓣幅度；步驟S2、忽略符號附近符號所產生較小的ISI的影響，以減少網格圖的狀態數。本發明的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，在FTN調制系統中采用Viterbi算法消除ISI的影響時，減小信號脈沖的旁瓣幅度，忽略相鄰符號所產生較小ISI的影響，從而減小Viterbi算法中網格圖中的狀態數，減小了解調時的計算復雜度。
【專利說明】
應用于FTN調制中的減小狀態數的維特比解調方法
技術領域
[0001] 本發明涉及無線通信的技術領域，特別是涉及一種應用于超奈奎斯特（Fast than Nyquist，FTN)調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法。
【背景技術】
[0002] 在無線通信中，對高數據速率的需求從未停止過。然而無線頻譜成為制約數據速 率提升的瓶頸。FTN調制能夠在有限的時間和頻譜帶寬中來傳輸額外數據，以提高頻譜利用 率。
[0003] 具體地，數據傳輸分為線性調制和非線性調制。線性調制采用數據脈沖序列的累 加的方式，S丨
.其中an是為相互獨立的調制序列，E s為平均符號能 量，h(t)為單位能量脈沖，每隔符號時間T出現。實際應用中，脈沖h(t)與其他nT位移脈 沖h(t-nT)相互正交，h(t)可以采用sine函數的形式。在FTN系統中，符號間隔變成ητΤ， 0〈τ〈1。h(t-TnT)之間不再正交，FTN信號變成
.因此，信號傳 輸速率提高至l/τ。總之，FTN調制技術通過減小符號間隔，達到提高數據速率的目的。同 時，FTN調制破壞了各符號間的正交性，引入了符號間干擾（Inter Symbol Interference， ISI) 〇
[0004] 為了消除FTN調制所引入的ISI，可以采用均衡技術，如迫零均衡、判決反饋均衡、 最大似然序列均衡等。由于FTN調制所引入的ISI是相互獨立的，并于發射端已知，所以可 以引入網格圖來描述ISI并采用維特比（Viterbi)算法來達到解調的目的。Viterbi算法 以其流水線式處理方式以及較低計算復雜度的優點，成為消除FTN中ISI的影響的一門重 要技術。
[0005] 如圖1所示，在FTN調制系統中，信號首先進入調制模塊，對信號進行BPSK或QAM 等方式的線性調制；已調信號在上采樣后進入脈沖成形濾波模塊進行濾波，然后經過FTN 調制后發送出去。接收到的離散信號％可以用下式表示：y,,=.T"?c"+v^其中，Xn為進入 FTN模塊前的信號，cn是相鄰符號間干擾大小，③表示卷積，\是高斯白噪聲。
[0006] -旦FTN中的τ確定，（^的值即確定下來。因此，FTN調制消除ISI影響的問題 即轉化成均衡問題。接收到的信號y n依次經過匹配濾波器、下采樣模塊、均衡模塊，最終解 調輸出。由于τ確定后，ISI即確定。因此，可以畫出網格圖，然后采用Viterbi算法進行 均衡。
[0007] 當h(t)采用sine函數形式時，對于一個標準的sine波，它的時間范圍是無限的， 因此它所引入的ISI也是無限的，所以，理論上需要一個龐大的網格圖來完整的描述FTN所 引入的ISI，即需要更多的狀態數來描述次網格圖。但是，這對于Viterbi算法來說，將導致 高計算復雜度。故需要通過一些改進以使用盡可能少的狀態數來描述網格圖，達到減少計 算復雜度的目的。大部分減少網格圖狀態數的技術主要通過最小化Viterbi算法中的噪聲 影響來實現。
[0008] 針對FTN調制系統中消除ISI的算法，一般無線通信中的均衡算法均可適用。均衡 算法主要分為線性均衡和非線性均衡。線性均衡技術主要有迫零均衡、LMS、RLS等；非線性 均衡主要有判決反饋均衡、最大似然序列估計MLSE等。由于FTN中各符號間的干擾已知， 所以，可以采用非線性均衡來提高性能。在MLSE均衡中，可以采用Viterbi算法或者BCJR 等算法，Viterbi算法是一種常用的解調算法，同時，其流水線輸出的工作方式使的其更具 有可能性。但是，Viterbi算法中的狀態數直接影響其計算復雜度。
【發明內容】
[0009] 鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種應用于FTN調制系統 中的減小狀態數的維特比解調方法，在FTN調制系統中采用Viterbi算法消除ISI的影響 時，減小信號脈沖的旁瓣幅度，忽略相鄰符號所產生較小ISI的影響，以減小Viterbi算法 中網格圖中的狀態數，達到解調時減小計算復雜度的目的。
[0010] 為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種應用于FTN調制系統中的減小 狀態數的維特比解調方法，包括以下步驟：步驟S1、將信號脈沖通過脈沖成形濾波器進行 預處理，以減小信號脈沖的旁瓣幅度；步驟S2、忽略符號附近符號所產生較小的ISI的影 響，以減少網格圖的狀態數。
[0011] 根據上述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，其中：所述 步驟S1中，采用RC脈沖成形濾波器對信號脈沖進行預處理。
[0012] 進一步地，根據上述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法， 其中：通過選擇RC脈沖成形濾波器的窗函數和滾降因子，來實現對信號脈沖的脈沖成形。
[0013] 更進一步地，根據上述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方 法，其中：所述窗函數為kaiser窗。
[0014] 根據上述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，其中：所述 步驟S2中，當某一符號所帶來的ISI的值足夠小時，忽略該符號以及該符號以后的所有符 號，以及對稱側相應的符號。
[0015] 如上所述，本發明的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，具 有以下有益效果：
[0016] (1)通過忽略附近相鄰符號所產生的較小的ISI的影響，減小Viterbi算法中網格 圖中的狀態數，減小了計算復雜度；
[0017] (2)將FTN技術與RC脈沖成形濾波器的設計相結合，在FTN采用Viterbi算法時， 通過RC脈沖成形濾波器的設計對脈沖進行脈沖成形，達到對符號脈沖旁瓣抑制的目的，從 而減小ISI的大小。
【附圖說明】
[0018] 圖1顯不為現有技術中FTN調制系統的結構不意圖；
[0019] 圖2顯示為本發明的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法的流 程圖；
[0020] 圖3顯示為現有技術中四狀態Viterbi算法的網格圖；
[0021] 圖4顯示為現有技術中經過sine濾波器和其他RC脈沖成形濾波器后的信號脈沖 的示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0023] 需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想， 遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪 制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可 能更為復雜。
[0024] 在本發明的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法中，通過對信 號脈沖進行預處理來減小其旁瓣幅度，以減小ISI ;然后通過忽略符號附近相鄰符號所產 生較小ISI的影響，來減小網格圖的狀態數，以降低計算復雜度。
[0025] 參照圖2,本發明的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法包括 以下步驟：
[0026] 步驟S1、將信號脈沖通過脈沖成形濾波器進行預處理，以減小信號脈沖的旁瓣幅 度。
[0027] 優選地，本發明中選擇升余弦（Raised Cosine，RC)脈沖成形濾波器對信號脈沖進 行預處理。具體地，通過選擇RC脈沖成形濾波器的窗函數和滾降因子，來實現對信號脈沖 的脈沖成形。
[0028] 步驟S2、忽略符號附近符號所產生較小的ISI的影響，以減少網格圖的狀態數。
[0029] 具體地，當某一符號所帶來的ISI的值足夠小時，忽略該符號以及該符號以后的 所有符號，以及對稱側相應的符號。
[0030] 下面以四狀態網格圖為例，根據FTN調制系統中ISI已知的特性，畫出信號傳輸網 格圖，并介紹減小狀態數的Viterbi算法的具體實現。
[0031] 圖3所示為四狀態網格圖的一部分。假設從RC脈沖成形濾波器出來的單個信號 脈沖僅受其相鄰左右兩個符號的影響，則對于接收到的序列yn，網格圖中當前的狀態可以 用yn 表示，下一個狀態可以用y nyn+1表示，故用四個狀態即可完全描述當前僅受左右兩 個相鄰符號干擾的網格圖。依次類推，需要64個狀態來刻畫受左右各3個符號的干擾，需 要256個狀態來刻畫受左右各4個符號的干擾。將狀態00用0表示，狀態01用1表示，狀 態10用2表示，狀態11用3表示。因此，用Viterbi算法可以對此四狀態的網格圖進行解 調。
[0032] 用…，a 3, a 2, a d a。，a2, a3，…表不某一特定的符號受其左右符號干擾的ISI大 小，&1表示該脈沖受其右邊第i個符號的干擾值，a 1表示該脈沖受其左邊第i個符號的干 擾值。將a。歸一化成1，下表1則給出從不同脈沖成形濾波模塊出來的信號脈沖受其左右 干擾的大小值。由于信號脈沖的對稱性，表1僅給出信號脈沖受右邊符號干擾值，其受左邊 脈沖的干擾值大小與右邊相等。
[0033] 表1、不同RC脈沖成形濾波下的信號脈沖的ISI大小
[0034]
[0035] 從上表中可以直觀地看出，sine濾波后的信號脈沖受右邊第二個符號干擾值仍然 較大，如a 2= -0. 1892,不可直接忽略。如果我們直接采用sine濾波器，則信號脈沖受更多 左右符號的干擾，需要更多的狀態來刻畫網格圖，將導致巨大的計算復雜度。
[0036] 表1第3-5行表示信號脈沖經過不同的RC脈沖成形濾波器后ISI的大小。可以 看出，經過該濾波器后ISI的大小較sine PSF明顯減小，如當RC脈沖成形濾波器的窗函數 為kaiser窗，滾降因子roll-off為0. 5時，由右邊第三個符號所帶來的ISI的大小值為 〇. 0241。根據經驗判斷，這個值足夠小以至于可以忽略，在這種情況下，僅用16個狀態即可 描述此網格圖，計算復雜度大大減小。
[0037] 因此，在Viterbi算法中，通過設計RC脈沖成形濾波器對信號脈沖預濾波，可以減 小左右符號ISI的大小，當其足夠小時，可以將其忽略，只考慮附近相鄰產生較大ISI的符 號，達到減小網格圖狀態數的目的。
[0038] 圖4為信號經過不同脈沖成形濾波后的脈沖波形圖。由圖可看出，信號脈沖經過 脈沖成形濾波后，其旁瓣受到抑制，因此，對其他符號的干擾也將變小，可以忽略符號附近 符號所產生較小的ISI的影響，從而減少網格圖的狀態數，解決此類Viterbi算法中由于狀 態數過多造成的較高計算復雜的問題。
[0039] 綜上所述，本發明的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法通過 忽略附近相鄰符號所產生的較小的ISI的影響，減小Viterbi算法中網格圖中的狀態數，減 小了計算復雜度；將FTN技術與RC脈沖成形濾波器的設計相結合，在FTN采用Viterbi算 法時，通過RC脈沖成形濾波器的設計對脈沖進行脈沖成形濾波，達到對符號脈沖旁瓣抑制 的目的，從而減小ISI的大小。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產 業利用價值。
[0040] 上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟 悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1. 一種應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，其特征在于：包括以 下步驟： 步驟S1、將信號脈沖通過脈沖成形濾波器進行預處理，以減小信號脈沖的旁瓣幅度； 步驟S2、忽略符號附近符號所產生較小的ISI的影響，以減少網格圖的狀態數。2. 根據權利要求1所述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，其 特征在于：所述步驟S1中，采用RC脈沖成形濾波器對信號脈沖進行預處理。3. 根據權利要求2所述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，其 特征在于：通過選擇RC脈沖成形濾波器的窗函數和滾降因子，來實現對信號脈沖的脈沖成 形。4. 根據權利要求3所述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，其 特征在于：所述窗函數為kaiser窗。5. 根據權利要求1所述的應用于FTN調制系統中的減小狀態數的維特比解調方法，其 特征在于：所述步驟S2中，當某一符號所帶來的ISI的值足夠小時，忽略該符號以及該符號 以后的所有符號，以及對稱側相應的符號。
【文檔編號】H04L25/03GK105991488SQ201510063820
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月6日
【發明人】趙爽, 康凱, 錢驊
【申請人】上海無線通信研究中心