具有更高估计精度的超奈奎斯特系统GMD预编码方法

本发明涉及通信，特别涉及一种具有更高估计精度的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，可用于超奈奎斯特系统的传输方案设计。

背景技术：

1、在设计传统通信系统时，为了避免系统的码间干扰，通信系统均遵循奈奎斯特第一准则。然而，奈奎斯特传输系统无码间干扰传输的符号之间的正交性是以牺牲频谱效率为代价的。通过人工引入码间干扰，超奈奎斯特(faster-than-nyquist,ftn)系统可以支持更高的传输速率和频谱效率。相应的，超奈奎斯特系统需要更高的复杂度来消除码间干扰，从而估计超奈奎斯特系统发射机的发送符号。

2、shinya sugiura在其发表论文“frequency-domain equalization of faster-than-nyquist signaling”(ieee wireless communications letters，2013，2：555-558)中提出了一种基于循环前缀的频域均衡方法，其充分考虑了超奈奎斯特系统中的有色噪声并利用最小均方误差准则对其进行噪声白化，在低阶调制方式情况下可有效消除码间干扰，具有良好的误比特率性能。该方法存在的不足之处是，当超奈奎斯特系统采用阶数更高的调制方式时其符号估计精度较低，误比特率性能差。

3、中国人民解放军理工大学郭明喜等人在其发表论文“simulation of precodingalgorithms based on matrix decomposition for faster-than-nyquist signaling”(wireless and optical communication conference，2016，1-5)中提出了一种基于几何均值分解(geometric mean decomposition,gmd)的预编码方法，该方法直接将发送符号划分为符号块，然后对码间干扰矩阵进行gmd分解，并借助gmd分解结果实现预编码。该方法存在的不足之处是，所构造的码间干扰矩阵不完整，导致此方法无法有效消除块间干扰，因此符号估计精度低，误比特率性能差。

4、西安电子科技大学宫丰奎等人在其发表论文“beyond dvb-s2x:faster-than-nyquist signaling with linear precoding”(ieee transactions on broadcasting，2020，66：620-629)中提出了一种基于循环前缀和循环后缀的奇异值分解预编码方法，该方法针在每一个发送符号块前部和后部分别插入循环前缀和循环后缀，并构造精确的码间干扰矩阵，然后对其进行奇异值分解，并借助矩阵分解结果实现预编码，从而消除码间干扰。该方法存在的不足之处是，无法平均分配符号能量，导致符号估计精度低，误比特率性能差。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种基于循环前缀和循环后缀的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，构造完整的码间干扰矩阵，以提高超奈奎斯特系统的符号估计精度，改善其误比特率性能。

2、为了实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案：具有更高估计精度的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，包括：

3、获取发送符号块及码间干扰矩阵；

4、对所述码间干扰矩阵进行gmd分解，生成酉矩阵及上三角矩阵；

5、通过上三角矩阵对所述发送符号块进行gmd预编码；

6、对预编码后的所述发送符号块添加循环前缀和循环后缀并进行基带成形及发射；

7、接收发射的符号块，并对接收的符号块依次进行匹配滤波、下采样及去除循环前缀和循环后缀；

8、通过酉矩阵对去除循环前缀和循环后缀的符号块进行gmd解码，生成估计符号块。

9、可选的，所述发送符号块的获取过程包括：

10、获取比特数据，对所述比特数据进行映射获得发送符号，对发送符号进行划分生成发送符号块。

11、可选的，所述码间干扰矩阵的获取过程包括：

12、获取码间干扰因子，根据码间干扰因子及发送符号块的长度，获取码间干扰矩阵。

13、可选的，对所述码间干扰矩阵进行gmd分解的过程包括：

14、g＝qrph

15、其中，q和p分别为不同的酉矩阵，r为上三角矩阵，上标h表示共轭转置操作。

16、可选的，对发送符号块ak进行gmd预编码的过程包括：

17、sk＝pak

18、其中，sk表示超奈奎斯特系统发射机第k个经过预编码的发送符号块。

19、可选的，添加循环前缀和循环后缀的过程包括：

20、对预编码的发送符号块的前部和后部分别插入循环前缀和循环后缀，其中循环前缀和循环后缀分别为预编码的发送符号块的最后面和最前面个符号组成的列向量，表示超奈奎斯特系统码间干扰的单边长度。

21、可选的，去除循环前缀和循环后缀的过程包括：

22、删除下采样后的符号块最前面和最后面各个符号，得到去除循环前缀和循环后缀的符号块。

23、可选的，对去除循环前缀和循环后缀的符号块rk进行gmd解码：

24、

25、其中，表示超奈奎斯特系统接收机经过码间干扰消除后的第k个估计符号块，(·)-1表示矩阵逆运算。

26、本发明具有如下技术效果：

27、由于本发明在预编码符号块前部和后部分别插入循环前缀和循环后缀，充分考虑循环前缀和循环后缀对发送符号块的干扰，构造了完整的码间干扰矩阵，借助精确的码间干扰矩阵进行gmd分解，并以此分别在超奈奎斯特系统发射机和接收机实现gmd预编码和解码，从而消除码间干扰、恢复发送符号，克服了现有技术符号估计性能差的问题，能实现更好的误比特率性能。

技术特征：

1.具有更高估计精度的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的超奈奎斯特系统gmd预编码方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开具有更高估计精度的超奈奎斯特系统GMD预编码方法，包括，获取发送符号块及码间干扰矩阵；对所述码间干扰矩阵进行GMD分解，生成酉矩阵及上三角矩阵；通过上三角矩阵对发送符号块进行GMD预编码；对预编码后的发送符号块添加循环前缀和循环后缀并进行基带成形及发射；接收发射的符号块，并对接收的符号块依次进行匹配滤波、下采样及去除循环前缀和循环后缀；通过酉矩阵对去除循环前缀和循环后缀的符号块进行GMD解码，生成估计符号块。通过上述技术方案，本发明能够提高超奈奎斯特系统的符号估计精度，改善其误比特率性能。

技术研发人员：李强,余周鑫,李莉萍,韩文静,王民辉,邵晨翀
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14