高性能超奈奎斯特(ftn)信令機制的製作方法

2024-01-21 08:13:15 2

專利名稱：高性能超奈奎斯特(ftn)信令機制的製作方法
技術領域：
本申請總體涉及通信系統，並且更具體地涉及用於超奈奎斯特 (Faster-Than-Nyquist) (FTN)信令的方法和系統。
背景技術：
超奈奎斯特(FTN)是一種信令技術，其中脈衝整形符號序列以一個高於對所用的脈衝形狀所限定的奈奎斯特速率的符號速率發送。FTN最初由Mazo於1975年10月在Bell Systems Technical Journal 第 54 卷 1451-1462 頁的「Faster-Than-Nyquist Signaling，， 中發表，該論文以參弓I方式被納入本文。一些使用FTN的通信技術已經被描述。例如，Liveris和Georghiades於2003 年 9 月在 IEEE Transactions on Communications 第 51 卷 1502-1511 頁的"Exploiting Faster-Than-Nyquist Signaling"中描述了使用升餘弦脈衝的FTN技術，該論文以參引方式被納入本文。Rusek禾口 Anderson 於 2008年 5 月在 IEEE Transactions on Communication 第5其月第56卷808-817頁的"Non Binary and Precoded Faster Than Nyquist Signaling，， 中描述了使用非二進位信號星座和預編碼濾波器的FTN技術，該論文以參引方式被納入本文。通信系統有時使用發射機預編碼機制，為的是減少損害，例如符號間幹擾(ISI)。 一種已知的示例預編碼技術為jTomlinson-Harashima預編碼(THP)，該技術由iTomlinson 於 1971 年 3 月在 IEEE Electronic Letters 第 5 期第 7 卷 138-139 頁的 「New Automatic Equalizer Employing Modulo Arithmetic」中描述，該論文以參引方式被納入本文。Wesel 和 Cioffi 於 1998 年 3 月在 IEEE Transactions on Information Theory 第 2 期第 44 卷 824-831 M^WAchievable Rates for Tomlinson-Harashima Precoding」 1 了一@ THP機制的可獲得的信息速率的最大界限，該論文以參引方式被納入本文。另一個預編碼機制被稱為Laroia-Tretter-Farvardin預編碼，該機制由Laroia等人於1993年10月在 IEEE Transactions on Communication 第 10 期第 41 卷的 1460-1463 頁的 「A Simple and Effective Precoding Scheme for Noise Whitening on Intersymbol Interference Channels」中描述，該論文以參引方式被納入本文。其他預編碼機制涉及格碼(lattice coding) 0使用格碼的幹擾消除例如由 Erez 等人於 2005 年 11 月在 IEEE Transactions on Information Theory 第 11 其月第 51 卷 3820-3833 頁的"Capacity and Lattice Strategies for Cancelling Known Interference 」中描述，該論文以參弓I方式被納入本文。其他格碼技術由Zamir等人於2002 年 6 月在 IEEE Transactions on Information Theory 第 48 卷 1250—1276 頁的 「NestedLinear/Lattice Codes for Structured Multiterminal Binning，，中提出，該論文以參引方式被納入本文。

發明內容
本發明的一個實施方案提供一種用於通信的方法，包括調製數據以產生在信號空間限定的符號序列；使用給定的脈衝形狀對所述符號脈衝整形；發送信號到接收機，所述信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；以及在脈衝整形所述符號之前，通過向所述符號應用格預編碼運算以預補償所述信號中的符號間幹擾(ISI)，所述格預編碼運算將所述符號限制在所述信號空間的預定體積內， 並且獨立於來自所述接收機的任何反饋而計算。在一些實施方案中，發送所述信號包括向衛星發送所述信號，以導致所述衛星向所述接收機再發送所述信號。在一些替代的實施方案中，所述數據的調製、所述符號的脈衝整形和對所述ISI的預補償在衛星上就地執行。在一個公布的實施方案中，發送所述信號包括發送數字視頻廣播(DVB)信號。在一實施方案中，應用格預編碼運算包括在所述符號上執行求模運算。應用格預編碼運算可包括應用Tomlinson-Harashima預編碼(THP)過程。在此之上，或替代地，所述應用格預編碼運算可包括應用Laroia-Tretter-Farvardin預編碼過程。進一步在上述之上，或替代地，所述應用格預編碼運算可包括共同應用格預編碼運算和格信道編碼運算。在另一實施方案中，應用所述應用格預編碼運算包括使用一個或多個具有係數的濾波器對所述符號濾波，並且包括獨立於來自所述接收機的任何反饋設置所述係數。在又一實施方案中，應用格預編碼運算包括限定所述格預編碼運算，以補償發送所述信號的發射機電路導致的額外ISI。在一些實施方案中，所述方法還包括向發送信號應用一個抖動信號，並且在接收機處去除所述抖動信號。在一實施方案中，所述方法包括接收所述信號並且在接收機處對所述格預編碼運算進行逆轉，以從所述信號中提取數據。根據本發明的一個實施方案，還提供了一種用於通信的方法，包括使用給定的脈衝形狀對一系列符號脈衝整形；產生信號，該信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；以及發送所述信號到接收機，該接收機被規定為只接收其符號速率不超過奈奎斯特速
率的信號。在一些實施方案中，所述方法包括在接收機處對接收的信號應用均衡器，以補償由高於奈奎斯特速率的符號速率導致的符號間幹擾(ISI)。應用所述均衡器可包括用補償所述ISI的預計算的係數值初始化所述均衡器。在一實施方案中，發送所述信號包括向衛星發送所述信號，以導致所述衛星將所述信號再發送到所述接收機。可替代地，所述符號的脈衝整形和所述信號的產生可在衛星上就地執行。在一個公布的實施方案中，發送所述信號包括發送數字視頻廣播(DVB)信號。在一些實施方案中，發送所述信號包括當發送到第一類型接收機時運行在第一運行模式，所述第一類型接收機被規定為接收其符號速率超過奈奎斯特速率的第一信號， 而當發送到第二類型接收機時運行在不同於所述第一運行模式的第二運行模式，所述第二類型接收機被規定為僅接收其符號速率不超過奈奎斯特速率的第二信號。在一實施方案中，運行在第一運行模式包括在發送之前預編碼所述信號，而運行在第二運行模式包括不對所述信號進行預編碼。在一些實施方案中，所述第二類型的接收機符合第二代數字視頻廣播(DVB-S2)規格。根據本發明的一個實施方案，還提供了一種通信裝置，包括發送電路，其被配置為調製數據以產生在信號空間中限定的一系列符號；使用給定脈衝形狀對所述符號脈衝整形；並且向接收機發送信號，所述信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；以及預編碼單元，其被配置為在脈衝整形所述符號之前通過對所述符號應用格預編碼運算以預補償信號中的符號間幹擾(ISI)，所述格預編碼運算將所述符號限制在所述信號空間的預定體積內，並且獨立於來自所述接收機的任何反饋而計算。根據本發明的一個實施方案，還提供一種通信系統，包括發射機，其被配置為使用給定脈衝形狀對一系列符號脈衝整形；產生信號，所述信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；並且經通信信道發送所述信號；以及接收機，其被規定為僅接收其符號速率不超過奈奎斯特速率的信號，並且其被配置為從所述通信信道接收所述信號並且對接收的信號進行解碼。連同下列附圖，從下文實施方案的詳細描述中可以更完整地理解本發明。


圖1是示意性示出根據本發明一個實施方案的衛星通信系統的框圖；圖2是示意性示出根據本發明一個實施方案的使用格預編碼(lattice precoding)和超奈奎斯特(FTN)信令的發射機的框圖；圖3是示出根據本發明一個實施方案的FTN信號的圖形；圖4是示出根據本發明一個實施方案的格預編碼效果的信號-空間圖；圖5是示意性示出根據本發明一個實施方案的用于格預編碼FTN信號的接收機的框圖；圖6和7是示意性示出根據本發明一個實施方案的用於通信的方法的流程圖。
具體實施方案總述數字通信系統通常通過從發射機向接收機發送脈衝整形符號序列來進行通信。對於給定的脈衝形狀P (t)，若且唯若
0 , K≠0
P(KTS)= 1 , K=0時，已知的奈奎斯特判據保持ρ (t)不受符號間幹擾(ISI)的影響，其中ρ⑴被限定為p(t) ECOnV(pl(t)，p2(t))，pl(t)表示發射機中的整形濾波器，p2(t)表示接收機中的匹配濾波器，conv表示卷積運算，而Ts表示符號周期。對於給定的脈衝形狀，奈奎斯特判據施加了帶寬極限，即限定信號不受ISI影響的最大符號速率。此最大速率以「奈奎斯特速率」為人所知。當使用超奈奎斯特(FTN)信令時，以大於奈奎斯特速率的速率發送脈衝形符號序列。FTN信令因此獲得更高的吞吐量，但是代價是應當被補償的ISI。將在下文描述的本發明的實施方案提供了用於使用FTN信號進行通信的改進方法和系統。儘管本文描述的實施方案主要涉及衛星通信，但是公開的技術可以應用到許多其他通信應用中。在一些實施方案中，通過在脈衝整形之前使用格預編碼過濾符號序列，發射機對 FTN信令將引起的ISI進行預補償。通常，格預編碼運算——例如通過執行求模運算——限制了預編碼符號的幅度。當用信號空間中的坐標代表符號時，通過格預編碼運算產生的預編碼符號被限制到信號空間的有限體積內。結果，格預編碼運算導致發射機功率僅有小的、 有界的增長。該特徵在功率受限應用——例如衛星應用——中尤其重要。再者，在所公開的一些方法中，格預編碼運算所應用的濾波獨立於來自接收機的任何反饋進行計算。該特徵減小了管理信令需要的帶寬，並且也降低了系統複雜度。獨立於反饋的預編碼尤其適合衛星應用，在衛星應用中，大部分的ISI由發射機產生，並且通信信道對ISI的貢獻相對較小。獨立於反饋的預編碼在不具有從接收機到發射機的反向鏈路的單向通信鏈路中以及向多個接收機發送相同信號的點到多點(例如廣播)應用中也是有優勢的。除了補償FTN相關的ISI，格預編碼運算可以被配置為補償其他ISI源。這種源可以包括，例如，發射機和接收機之間的通信信道導致的ISI和發射機中的模擬濾波導致的
ISIo在一些實施方案中，發射機發送FTN信號到接收機，所述接收機被規定為只接收非FTN信號。發射機以大於奈奎斯特速率的速率發送FTN信號，即符號序列。接收機以此符號速率處理接收的信號，但是不考慮信號是FTN信號的事實。在一個示例性實施方案中， 接收機包括補償接收信號中與FTN相關的ISI的自適應均衡器。該機制可以用於發送FTN 信號到不支持FTN的傳統(legacy)接收機，同時不要求接收機的修改。在一些實施方案中， FTN發射機運行在兩種運行模式FTN意識(FTN-aware)模式和傳統(legacy)模式。FTN意識模式被用於發送到支持FTN的接收機，該模式通常性能較高。另一方面，由於殘留的ISI， 傳統模式——以相對於FTN意識接收機存在一些性能退化為代價——提供向後兼容。系統描述圖1是示意性示出根據本發明一個實施方案的衛星通信系統20的框圖。系統20 包括發射機對，其接收用於發送的輸入數據，產生攜帶該數據的FTN信號並且經發送天線 28向衛星32發送所述FTN信號。衛星再發送所述信號，並且被再發送的信號被接收機40 經接收天線36接收。接收機處理接收的FTN信號，以提取數據並將該數據作為輸出提供。在一些實施方案中，為了補償ISI，發射機M使用下文描述的方法預編碼FTN信號。為了計算或應用預編碼運算，這些方法通常不要求來自接收機40的任何反饋。示例性發射機和接收機配置將在下文討論。在該實施例中，系統20包括數字視頻廣播(DVB)衛星系統。DVB系統例如由歐洲電信標準協會(ETSI)在2006年6月的版本1. 1. 2的標準EN 302 307，標題為「DigitalVideo Broadcasting(DVB) ；Second Generation Framing Structure,Channel Coding and Modulation Systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and Other Broadband Satellite Applications，」中規定，該標準以參引方式被納入本文。作為替代地，系統20可以符合任何其他合適的通信標準或協議。在一些實施方案中，發射機M被安裝在衛星32中，而不是在地面上。在這些實施方案中，發射機通常從衛星中接收數據，並且將數據發送到地面上的接收機40。這種配置在例如成像和遙感衛星系統中是可適用的，其中衛星發送本地收集的信息。把發射機M放置在衛星中在再生衛星通信系統中也是有用的，在再生衛星通信系統中，衛星將其從地面接收的信號解調，並且在發送之前再調製。還可替代地，本文描述的方法和系統不僅限於衛星應用，並且可以被用在其他任何合適的通信應用中。帶有格預編碼的FTN信令圖2是示意性示出根據本發明一個示例性實施方案的發射機M的內部結構的框圖。發射機M包括擾碼器44，其對輸入數據進行擾碼(隨機化)。編碼器48用糾錯碼(ECC) 對被擾碼的數據進行編碼。在該實施例中，編碼器應用BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) 碼——跟隨有低密度奇偶校驗(LDPC)碼。然而，作為替代地，也可以使用任何合適類型的 ECC0交織器52交織編碼的數據。格映射器56將交織器52產生的數據比特映射到一組在某一信號空間中限定的星座符號。信號空間可以包括，例如二維同相/正交(I/Q)平面，或者具有任意所需維數的信號空間。每個星座符號由信號空間中各自的一個坐標所代表。可以被映射器56使用的符號星座包括，例如不同的相移鍵控(PSK)星座或正交幅度調製(QAM)星座，或者任何其他合適的星座。因此，映射器56產生調製符號序列，每個符號代表一個或多個比特。 發射器M包括格預編碼器60，其對映射器56產生的符號序列應用格預編碼運算。 預編碼運算對發送信號中的ISI進行預補償，所述ISI由FTN機制和可能的其他ISI源導致。換句話說，預編碼器60產生預編碼符號序列，該符號序列一旦被轉換成FTN信號並被 FTN接收機解調，則幾乎不包含ISI或者完全不包含ISI。預編碼器60包括格求模單元64，反饋濾波器68和前饋濾波器76。求模單元64 對符號應用求模運算。單元64的輸出被濾波器68過濾、被反饋並與映射器56產生的符號序列相加，並隨後作為輸入被提供到單元64。求模單元64的輸出被前饋濾波器76過濾，並作為預編碼器輸出提供。反饋濾波器68和前饋濾波器76通常包括具有多個係數的數字濾波器，例如有限脈衝響應(FIR)濾波器。濾波器係數確定預編碼器60執行的濾波運算。濾波器68和76可以使用任何合適的濾波器設計技術實施。例如，這些濾波器可以實施迫零aero-Forcing， ZF)格預編碼或最小均方誤差(MMSE)格預編碼。ZF和MMSE機制例如在上文引用的Wfesel 禾口 Cioffi 的文章"Achievable Rates for Tomlinson-Harashima Precoding，，中描述。通過配置濾波器68和76，預編碼器60可以應用任何合適的應用求模運算的預編碼機制，例如在上文引用的iTomlinson的文章「New Automatic Equalizer Employing Modulo Arithmetic」禾口 Wesel 禾口 Cioffi 的"Achievable Rates for Tomlinson-Harashima Precoding"中描述的Tomlinson-Harashima機制。對於另一個實施例，預編碼器可以應用在上文引用的Laroia等人的文章「A Simple and Effective PrecodingScheme for Noise Whitening on Intersymbol Interference Channels，，中描述的 Laroia-Iretter-Farvardin預編碼機制。對於又一個實施例，預編碼器可以應用在上文弓I 用的 Erez 等人的文章"Capacity and Lattice Strategies for Cancelling Known Interference"中描述的格編碼機制。還可替代地，可以使用任何其他合適的格預編碼技術。在一些實施方案中，格預編碼運算可以與格信道碼結合。在這些實施方案中，編碼器48可以執行格編碼而不是LDPC編碼。結合格信道碼和格預編碼的實施例在上文引用白勺 Zamir 等人白勺文章"Nested Linear/Lattice Codes for Structured Multiterminal Binning」中描述。求模單元64應用的求模運算限制了單元64的輸出的幅度，並因此限制了預編碼器60的輸出。當信號空間是一維時，求模運算也是一維的並且因此將預編碼器的輸出限制到標量值的預定範圍。當信號空間是二維時(例如I/Q平面)，求模運算將預編碼器輸出限制在二維體中。類似地，更高維的求模運算將預編碼器輸出限制在預定的多維信號空間體積。由於求模單元64將預編碼器輸出限制在信號空間中的預定體積內，預編碼器可以導致發射機輸出功率的非常小的和有界的增加。換句話說，通常取決於具體星座，發送功率可以保持相同或者甚至由於求模運算而減小。該特徵在例如功率受限制的應用(例如衛星發射機中)中是重要的。在一些實施方案中，發射機包括抖動電路72。為了進一步將發送信號隨機化，電路 72將已知的抖動信號插入發送信號。接收機中類似的抖動電路(下文中進一步陳述)將抖動信號從接收信號中去除。預編碼器60產生的預編碼符號序列被提供給FTN脈衝整形器80。脈衝整形器80 用pi(t)表示的預定的脈衝形狀對預編碼符號進行濾波。在一些實施方案中，脈衝形狀包括升餘弦形狀。然而，作為替代地，可以使用任何其他合適的脈衝形狀。脈衝整形器以超奈奎斯特速率產生脈衝整形符號序列。換句話說，脈衝整形符號序列的符號速率大於為給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率。如上文所示，對於一些符號周期Ts，奈奎斯特條件要求
ιη 、 θ, BQPKkTs) = ]
1, k = 0其中p(t)三conv(pl(t), p2(t))。脈衝整形器80以符號速率(Ι/Ts)產生脈衝整形符號序列，在該速率下，上述條件不滿足。脈衝整形FTN符號序列的一個實施例在隨後的圖3中示出。為了將脈衝整形器80產生的脈衝整形符號序列發送到衛星32，發射機M對其應用進一步的處理。在圖2的實施例中，插值器84對信號序列進行插值，即增加採樣速率。數字上變頻器88將插值信號上變頻到中頻(IF)。增益級92放大數字IF信號。數模(D/A) 轉換器96將數位訊號轉換成模擬信號。發射機前端100將模擬信號上變頻到射頻(RF)並且使用功率放大器(PA，在該圖中未示出)放大RF信號。被放大的RF信號經天線觀向衛星32發送。
脈衝整形器80產生的符號序列的超奈奎斯特速率在發送信號中導致ISI。預編碼器60所應用的格預編碼運算補償該ISI。該信號中與FTN相關的ISI取決於例如脈衝形狀和FTN因子(FTN符號序列的實際速率和奈奎斯特速率之間的比值)等因子。因此，為了補償此ISI，濾波器68和76的係數通常基於這些因子(一般是預先已知的並且常常是常量)計算。除了補償與FTN相關的ISI，格預編碼器60可以補償其他ISI源。可以被格預編碼運算糾正的額外的ISI例如可以由發射機前端100和/或衛星32中的模擬濾波電路(例如輸入復用和輸出解復用)導致。這種類型的ISI通常是預先已知的。因此，在一些實施方案中，預編碼器60可以補償發射機中一個或多個ISI源。濾波器68和76的係數通常也基於這些額外的ISI源計算。圖3是示出了根據本發明一個實施方案的以超奈奎斯特速率產生的脈衝整形符號序列的圖形。該實施例示出了三個升餘弦脈衝104A…104C。這些脈衝是使用FTN因子 1.25產生的，即以奈奎斯特速率的1.25倍的速率產生。如在該圖中可以看到的，對於t = k · Ts，k興0，脈衝值並非必須為零。圖4是示出了根據本發明一個實施方案的使用立方求模運算(cubic-modulo operation)的格預編碼的效果的信號-空間圖。圖4的實施例示出了 16-QAM星座，包括在 I/Q平面內的十六個星座符號。在格映射器56的輸出，16個星座點在I/Q平面中各信號點 (坐標)108處產生。求模單元64應用二維求模運算，該二維求模運算導致在預編碼器輸出處的預編碼符號位於I/Q平面的二維體積110內。例如，在給定時間點，反饋濾波器68的輸出可以落在信號點112A，該信號點在體積110外。單元64的求模運算將該點移動到體積110內的點116A處。類似的，當反饋濾波器68的輸出在點112B時，求模運算將該點移動到體積 110內的點116B。如在附圖中看到的，體積110內的信號點在幅度上是有限的，並且僅能變得比星座點108的功率稍高(marginally higher-power) 0因此，通過使用求模運算，預編碼器60 僅可以導致在發送信號幅度上的非常小的、有界的增長。圖5是示意性示出根據本發明一個實施方案的用于格預編碼FTN信號的接收機40 的框圖。接收機40例如可以被用於接收上文圖2的發射機M發送的FTN信號。接收機40經天線36從衛星32接收RF信號。接收機前端120下變頻該信號，並且該信號被模數(A/D)轉換器IM數位化。增益級1 放大信號，並且數字下變頻器132 將放大的信號下變頻到基帶。降採樣器(抽取器)136降低基帶信號的採樣速率。匹配濾波器140用一脈衝形狀對信號濾波，該脈衝形狀通常匹配發射機中脈衝整形器80使用的脈衝形狀。在一些實施方案中，接收機包括抖動電路144。電路144將發射機中電路72應用的抖動去除。接收機可以包括前饋濾波器(均衡器)148，其可以被用於均衡信道響應和/或去除接收信號中的殘留ISI。格求模單元152執行與發射機中預編碼器60應用的運算類似的求模運算。單元152的輸出處的符號序列通常被均衡並且沒有ISI。在圖5的接收機中，LDPC碼在軟解碼過程中被解碼，該軟解碼過程使用了 對數似然比(LLR)計算模塊、解交織器160、LDPC比特交織編碼調製(BICM)解碼器164和交織器168。模塊156計算所接收的比特的軟解碼度量(例如LLR)。解交織器160應用解交織運算，該解交織運算是發射機中交織器52應用的交織運算的逆。基於模塊156提供的軟度量， 解碼器164對編碼器48應用的LDPC碼進行解碼。在一些實施方案中，解碼器164產生的外部信息被反饋到單元156，被交織器168交織，並且被用於更新軟度量值。BCH解碼器172對編碼器48應用的BCH碼進行解碼。解擾碼器176對解碼後的比特進行解擾碼，即，對發射機的擾碼器44中的運算進行逆轉(reverse)。解擾碼的數據作為輸出提供。圖2的發射機M和圖5的接收機40的配置是示例性配置，僅為了概念清晰的目的而選擇。在替代實施方案中，可以使用任何其他合適的配置。例如，圖2描述了數字IF 發射機，其將信號從基帶數位化地上變頻到IF，並隨後使用單個D/A轉換器將該信號轉換成模擬信號。在替代實施方案中，發射機可以實施複雜的零-IF配置。在這些實施方案中， 上變頻器88被省略，並且基帶信號被一對正交連接的D/A轉換器轉換成模擬信號。每個D/ A轉換器通常由類似於圖2的增益級92的各增益級引領。作為另一個實施例，圖5描述了數字IF接收機，其使用單個A/D轉換器將信號數位化並且隨後將該信號從IF數位化地下變頻到基帶。在替代實施方案中，接收機可以實施複雜的或零-IF(Zero-IF)配置。在這些實施方案中，下變頻器132被省略，而接收信號被一對正交連接的A/D轉換器數位化。每個 A/D轉換器通常被類似於圖5的增益級132的各增益級跟隨。可以使用任何合適的硬體——例如專用集成電路(ASIC)或現場可編程門陣列 (FPGA)——實施發射機和接收機中不同的數字元件。額外地或作為替代地，一些發射機和 /或接收機元件可以用軟體實施(例如使用一個或多個數位訊號處理器(DSP)器件)，或使用硬體和軟體元件的組合來實施。例如，濾波器(例如濾波器68、76和/或148)係數的計算可以用軟體執行。注意，預編碼器60應用的預編碼運算，以及尤其是濾波器68和76的係數只在發射機M中計算並且獨立於來自接收機40的任何反饋。該特徵在大部分ISI是由發射機導致的應用中尤其有用。在該衛星應用中，例如，通信信道沒有貢獻可觀的ISI，且大部分ISI 由FTN信令的較高速率導致。該ISI貢獻可以被預先建模(例如基於用於脈衝整形的已知脈衝形狀和已知的FTN因子)，並因此濾波器68和76的係數可以在沒有任何接收機反饋的情況下被設置。在一些實施方案中，預編碼運算考慮到發射機電路中的其他ISI源(並且對其進行預補償)，例如發射機前端濾波和衛星濾波。由於這些影響通常是恆定的，因此濾波器68 和76的係數還是可以在沒有任何接收機反饋的情況下被設置為補償這些ISI。圖6是示意性示出根據本發明一個實施方案的通信方法的流程圖。在調製步驟 180，該方法從上文圖2的發射機(並特別是映射器56)調製輸入數據產生符號序列開始。 在預編碼步驟80，格預編碼器60對符號序列應用格預編碼。可以使用任何合適的預編碼機制，例如在上文描述和引用的示例性機制。在脈衝整形步驟188，脈衝整形器80使用給定的脈衝形狀(例如升餘弦脈衝形狀)對符號序列進行脈衝整形。脈衝整形器80以高於給定脈衝形狀的奈奎斯特速率的速率產生FTN信號，即脈衝整形符號序列。在FTN發送步驟 192，發射機M經衛星32向接收機40發送FTN信號。在FTN接收步驟196，上文圖5的接收機40接收和數位化FTN信號。在均衡和求模步驟200，接收機通常對接收端信號進行均衡並且應用格求模。均衡由均衡器148執行。 例如，均衡器148可以對任何殘留的與發射機相關的ISI和/或通信信道或接收機導致的 ISI進行補償。格求模由格求模單元152來實施。在解碼步驟204，接收機對信號解碼並提取數據。在該實施例中，如上文解釋的，接收機解碼LDPC和BCH碼。提取的數據作為輸出提供。帶有非FTN接收機的FTN信令在本發明的一些實施方案中，FTN發射機發送FTN信號到不支持FTN的接收機。接收機接收FTN信號並且補償與FTN相關的ISI (即由信號的符號速率大於奈奎斯特速率導致的ISI)，即使該接收機並不是為此目的所設計。例如，接收機可以包括用於補償通信信道所導致的ISI的適應性均衡器。該均衡器也可以被用於補償與FTN相關的ISI，不論ISI 源為何。圖7是示意性示出根據本發明一個實施方案的通信方法的流程圖。在信號產生步驟210，該方法從發射機產生FTN信號開始。發射機通常將數據調製到符號上，脈衝整形所述符號，並以大於奈奎斯特速率的速率產生脈衝整形符號序列。不同於上文圖2、5和6描述的機制，通常不執行格預編碼，這是因為接收機不支持格求模運算。抖動通常也不被執行， 這是因為接收機不支持抖動信號的去除。在發送步驟214，發射機向接收機發送FTN信號。在接收步驟218，接收機接收FTN信號。如上文所示，接收機沒有被設計或被規定為接收FTN信號。通常，接收機被告知FTN信號的實際符號速率(波特率)或者用FTN信號的實際符號速率(波特率)配置。從接收機的角度，接收的信號包含ISI，但是接收機沒有關於該ISI的源或起因(cause)的信息。在補償步驟222，接收機補償與FTN相關的ISI， 以從信號中提取數據。通常，非FTN接收機包括適應性均衡器，用於補償信道相關的ISI。 該均衡器也可以被用於補償與FTN相關的ISI，即使該均衡器最初不是為此目的設計。注意，在該情景中，接收機在減少信道相關的ISI上的性能降低，這是因為均衡器現在被用於同時糾正信道相關和FTN相關的ISI。然而在許多應用中，性能減低是可以容忍的。在一些實施方案中，FTN發射機可以運行在兩個運行模式下FTN意識模式和傳統模式。在FTN意識模式中，發射機發送到被設計為接收FTN信號的接收機。在傳統模式中， 發射機發送到被規定為僅接收符號速率不超過奈奎斯特速率的信號的接收機。通常，運行在FTN意識模式使得較高的性能成為可能，而運行在傳統模式使得向後兼容傳統接收機成為可能。該雙模運行可以被用於例如發送FTN信號到第二代DVB(DVB-S》接收機，該接收機最初不是被設計或被規定為FTN運行。(DVB-S2在上文引用的ETSI EN 302 307標準中被規定。)例如，當發送到例如上文圖5的接收機時，發射機可以在應用格預編碼的FTN意識模式下發送，這是因為接收機被設計成解碼格預編碼信號。結果，接收機需要糾正的殘留 ISI相對小。當發送到不支持FTN的接收機時，發射機可以在禁用預編碼的傳統模式下發送。在該模式下，FTN相關的和信道相關的ISI都被接收機糾正。在一些情況中，非FTN接收機包括其係數可以被初始化的均衡器。當發射機使用的FTN信令的特徵(例如脈衝形狀和FTN因子)是已知時，可以用那些補償FTN信令所導致的ISI的預計算值初始化接收機均衡器的係數。儘管本文描述的實施方案主要針對在衛星通信系統中FTN的使用，但是本文描述的方法和系統也可以用在其他不同的無線和有線通信應用中，例如電纜通信、雙絞線上的通信和乙太網通信。儘管通常不是必須的，這些應用涉及在恆定信道或慢變化信道上的通信。作為另一個實施例，公開的技術可以被用在正交頻分復用(OFDM)系統，其中每個副載波組(sub-carrier bin)的通信信道被認為是恆定的或慢變化的。例如，上文圖2和5的發射機和接收機機制可以被應用到OFDM系統，通過執行發射機側格預編碼和接收機側每個副載波組的求模運算。 應理解，上文描述的實施方案通過實施例的方式引入，並且本發明不限於上文已經具體示出並描述的。相反，本發明的範圍包括上文描述的不同特徵的組合和子組合，以及閱讀完前文描述的本領域技術人員會想到的沒有在本領域公開的變化和修改。
權利要求
1.一種用於通信的方法，包括調製數據以產生在信號空間限定的符號序列； 使用給定的脈衝形狀對所述符號脈衝整形；發送信號到接收機，所述信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；以及在脈衝整形所述符號之前，通過向所述符號應用格預編碼運算以預補償所述信號中的符號間幹擾(ISI)，所述格預編碼運算將所述符號限制在所述信號空間的預定體積內，並且獨立於來自所述接收機的任何反饋而計算。
2.根據權利要求1的方法，其中發送所述信號包括向衛星發送所述信號，以導致所述衛星向所述接收機再發送所述信號。
3.根據權利要求1的方法，其中所述數據的調製、所述符號的脈衝整形和對所述ISI的預補償在衛星上就地執行。
4.根據權利要求1的方法，其中發送所述信號包括發送數字視頻廣播(DVB)信號。
5.根據權利要求1的方法，其中所述應用格預編碼運算包括在所述符號上執行求模運笪弁。
6.根據權利要求1到5中任一項的方法，其中所述應用格預編碼運算包括應用 Tomlinson-Harashima 予頁編碼(THP)過禾呈。
7.根據權利要求1到5中任一項的方法，其中所述應用格預編碼運算包括應用 Laroia-Tretter-Farvardin 予頁編石馬過禾呈。
8.根據權利要求1到5中任一項的方法，其中所述應用格預編碼運算包括共同應用格預編碼運算和格信道編碼運算。
9.根據權利要求1到5中任一項的方法，其中應用所述應用格預編碼運算包括使用一個或多個具有係數的濾波器對所述符號濾波，並且包括獨立於來自所述接收機的任何反饋設置所述係數。
10.根據權利要求1到5中任一項的方法，其中所述應用格預編碼運算包括限定所述格預編碼運算，以補償發送所述信號的發射機電路導致的額外ISI。
11.根據權利要求1到5中任一項的方法，還包括向發送信號應用一個抖動信號，並且在接收機處去除所述抖動信號。
12.根據權利要求1到5中任一項的方法，還包括接收所述信號並且在接收機處對所述格預編碼運算進行逆轉，以從所述信號中提取數據。
13.一種用於通信的方法，包括使用給定的脈衝形狀對一系列符號脈衝整形；產生信號，該信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；以及發送所述信號到接收機，該接收機被規定為只接收其符號速率不超過奈奎斯特速率的信號。
14.根據權利要求13的方法，還包括在接收機處對接收的信號應用均衡器，以補償由高於奈奎斯特速率的符號速率導致的符號間幹擾(ISI)。
15.根據權利要求14的方法，其中應用所述均衡器包括用補償所述ISI的預計算的係數值初始化所述均衡器。
16.根據權利要求13到15中任一項的方法，其中發送所述信號包括向衛星發送所述信號，以導致所述衛星將所述信號再發送到所述接收機。
17.根據權利要求13到15中任一項的方法，其中所述符號的脈衝整形和所述信號的產生在衛星上就地執行。
18.根據權利要求13到15中任一項的方法，其中發送所述信號包括發送數字視頻廣播 (DVB)信號。
19.根據權利要求13到15中任一項的方法，其中發送所述信號包括當發送到第一類型接收機時運行在第一運行模式，所述第一類型接收機被規定為接收其符號速率超過奈奎斯特速率的第一信號，而當發送到第二類型接收機時運行在不同於所述第一運行模式的第二運行模式，所述第二類型接收機被規定為僅接收其符號速率不超過奈奎斯特速率的第二信號。
20.根據權利要求19的方法，其中運行在第一運行模式包括在發送之前預編碼所述信號，而運行在第二運行模式包括不對所述信號進行預編碼。
21.根據權利要求19的方法，其中所述第二類型的接收機符合第二代數字視頻廣播 (DVB-S2)規格。
22.一種通信裝置，包括發送電路，其被配置為調製數據以產生在信號空間中限定的一系列符號；使用給定脈衝形狀對所述符號脈衝整形；並且向接收機發送信號，所述信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；以及預編碼單元，其被配置為在脈衝整形所述符號之前通過對所述符號應用格預編碼運算以預補償信號中的符號間幹擾(ISI)，所述格預編碼運算將所述符號限制在所述信號空間的預定體積內，並且獨立於來自所述接收機的任何反饋而計算。
23.根據權利要求22的裝置，其中所述發送電路被配置為向衛星發送所述信號，以導致所述衛星將所述信號再發送到所述接收機。
24.根據權利要求22的裝置，其中所述發送電路和所述預編碼單元被定位為搭載在衛星上，並且其中所述發送電路被配置為從所述衛星向所述接收機發送所述信號。
25.根據權利要求22的裝置，其中所述信號包括數字視頻廣播(DVB)信號。
26.根據權利要求22的裝置，其中所述預編碼單元被配置為通過在所述符號上執行求模運算來應用所述格預編碼運算。
27.根據權利要求22到沈中任一項的裝置，其中所述格預編碼運算包括 Tomlinson-Harashima 予頁編碼(THP)過禾呈。
28.根據權利要求22到沈中任一項的裝置，其中所述格預編碼運算包括 Laroia-Tretter-Farvardin 予頁編石馬過禾呈。
29.根據權利要求22到沈中任一項的裝置，其中所述預編碼單元被配置為共同應用所述格預編碼運算和格信道編碼運算。
30.根據權利要求22到26中任一項的裝置，其中所述預編碼單元包括一個或多個具有係數的濾波器，所述濾波器被配置用於過濾所述符號，並且其中所述預編碼單元被配置為獨立於來自所述接收機的任何反饋設置所述係數。
31.根據權利要求22到沈中任一項的裝置，其中所述預編碼單元被配置為限定所述格預編碼運算，以補償發送電路導致的額外ISI。
32.根據權利要求22到沈中任一項的裝置，其中所述發送電路被配置為對發送信號應用抖動信號。
33.根據權利要求22到沈中任一項的裝置，還包括接收機，其被配置為接收所述信號並且對所述格預編碼運算進行逆轉，以從所述信號中提取數據。
34.一種通信系統，包括發射機，其被配置為使用給定脈衝形狀對一系列符號脈衝整形；產生信號，所述信號包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列；並且經通信信道發送所述信號；以及接收機，其被規定為僅接收其符號速率不超過奈奎斯特速率的信號，並且其被配置為從所述通信信道接收所述信號並且對接收的信號進行解碼。
35.根據權利要求34的系統，其中所述接收機包括均衡器並且被配置為將均衡器應用到所述接收的信號，以補償由高於奈奎斯特速率的符號速率導致的符號間幹擾(ISI)。
36.根據權利要求35的系統，其中所述均衡器被補償所述ISI的預計算的係數值初始化。
37.根據權利要求34到36中任一項的系統，其中所述發射機被配置為向衛星發送所述信號，以導致所述衛星將所述信號再發送到所述接收機。
38.根據權利要求34到36中任一項的系統，其中所述發射機被定位為搭載在衛星上並且被配置為將所述信號從所述衛星發送到所述接收機。
39.根據權利要求34到36中任一項的系統，其中所述信號包括數字視頻廣播(DVB)信號。
40.根據權利要求34到36中任一項的系統，其中所述發射機被配置為當發送到第一類型接收機時運行在第一運行模式，所述第一類型接收機被規定為接收其符號速率超過奈奎斯特速率的第一信號，而當發送到第二類型接收機時運行在不同於所述第一運行模式的第二運行模式，所述第二類型接收機被規定為僅接收其符號速率不超過奈奎斯特速率的第二信號。
41.根據權利要求34到36中任一項的系統，其中所述發射機被配置為當運行在所述第一運行模式時在發送之前預編碼所述信號，並且當運行在所述第二運行模式時不對所述信號進行預編碼。
42.根據權利要求40的系統，其中所述第二類型接收機符合第二代數字視頻廣播 (DVB-S2)規格。
全文摘要
一種用於通信的方法，包括調製數據以產生在信號空間限定的符號序列。使用給定的脈衝形狀對所述符號脈衝整形。包括以高於為所述給定脈衝形狀限定的奈奎斯特速率的符號速率發送的脈衝整形符號序列(104A…104C)的信號被發送到接收機(40)。在脈衝整形所述符號之前，通過向所述符號應用格預編碼運算以預補償所述信號中的符號間幹擾(ISI)。所述格預編碼運算將所述符號限制在所述信號空間的預定體積(110)內，並且獨立於來自所述接收機的任何反饋而計算。
文檔編號H04B1/66GK102165705SQ200980137910
公開日2011年8月24日 申請日期2009年10月22日 優先權日2008年10月27日
發明者D·沃金瑟, U·貝特勒 申請人:諾沃爾賽特有限公司