低复杂度FTN检测算法研究与验证

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随着数据流量和信息速率的迅速增加,如何利用有限的频谱资源,实现更加高速可靠的数据传输,成为无线通信系统中亟待解决的问题,而超奈奎斯特(FTN)信号传输将是可行的解决方案之一。与传统的奈奎斯特信号传输相比,FTN信号传输突破了奈奎斯特速率的限制,使符号速率超过奈奎斯特速率,但保持误码率及发送信号的带宽不变,即在不降低通信系统可靠性的情况下,提高了通信系统的有效性。  然而,在FTN通信系统中,发送的成型脉冲在时域上不再相互正交,采样时会有码间串扰。最大似然序列检测是FTN通信系统的最佳检测算法,能消除引入的所有码间串扰,但其复杂度非常高,不具备实用价值。如果通信系统所需的误码率大于最佳检测的误码率,就能用“过剩的误码率”来换取“复杂度的降低”,即用低复杂度FTN检测算法代替最佳检测。如何在保证系统可靠性满足要求的前提下,尽可能降低检测的复杂度,是FTN通信系统需要解决的关键问题。  在现有的低复杂度FTN检测算法中,迭代块判决反馈均衡(IBDFE)能以较低的复杂度达到与最佳检测相近的误码率,有效降低了FTN检测的复杂度,但其复杂度仍能进一步降低。本文在IBDFE的基础上,简化了前馈和反馈滤波器的设计,为FTN通信系统提出了RC-IBDFE,并对其进行了仿真验证。数值结果和分析表明,与IBDFE相比,RC-IBDFE的健壮性明显更优、复杂度大幅降低、误码率稍有降低;与LC-IBDFE相比,RC-IBDFE的复杂度稍高,但其健壮性明显更优、误码率稍有降低。  为在RC-IBDFE的基础上,进一步降低FTN检测的复杂度,本文以最小化引入的码间串扰为准则,采用时频域能量聚集性最优的脉冲,即0阶椭圆球面波函数(PSWF),设计了FTN通信系统的成型脉冲,并进行了仿真验证。同时,针对目前无法得到PSWF解析解的问题,本文推导得到了PSWF的近似解析解表达式,获得了任意采样率下的各阶PSWF的近似数值解。数值结果和分析表明,与常用的根升余弦脉冲相比,将0阶PSWF作为FTN通信系统的成型脉冲时,RC-IBDFE仍具有很好的健壮性,且其复杂度、误码率均大幅降低。
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