[发明专利]基于神经网络均衡的QPSK调制超奈奎斯特传输方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于神经网络均衡的QPSK调制超奈奎斯特传输方法及系统，将卷积编码和神经网络均衡方式引入到超奈奎斯斯特传输过程中，在发送机端，数据信息先进行信道编码，然后进行QPSK调制映射，将原始信息分成I路和Q路，两路数据同时进行FTN脉冲成形，送入到信道传输；在接收机端，通过信道传输的两路信号同时进行匹配滤波，恢复原始传输的两路数据波形，恢复波形之后进行FTN抽样，根据成形脉冲间隔进行FTN抽样，得到抽样值；然后，将抽样信号送入神经网络均衡器进行均衡，得到均衡后的样值；进行解映射，得到的输出为软输出，最后进行软判决的维特比译码，实现恢复原始数据。本发明可以降低系统误码率，大大改善系统误码性能。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于神经网络均衡的QPSK调制超奈奎斯特传输方案。

背景技术

目前，5G通信普及，5G通信的信息传输速率相较于4G通信的信息传输速率有大幅度提升，其部分目标实现，如更高数据流量、更快用户体验速率、海量终端、更低时延和超大带宽等。通信传输速率大幅提升，各种线上行业也随之兴起，网络视频、游戏娱乐、电子商务等行业迎来巨大发展，这促使互联网数据流量呈现爆发式增长。同时，终端数目也在逐年上升，据爱立信所发布的市场报告，预计2021年底，智能手机用户数将达63亿，互连终端总数将达280亿台，移动数据流量显著增长。大数据、云计算和物联网技术的广泛应用同样也带来了互联网数据流量的大幅增长，近几年，云流量一直呈上升趋势。互联网数据量和移动数据量的快速增长，导致频谱资源稀缺。在解决频谱资源稀缺的问题上，频谱的利用效率一直被重点关注。怎样在有限的带宽内，增加数据传输速率，提升频带利用率，是研究人员们一直关注探索的问题。

提高频谱效率的方式有多种。在信道传输中间采用复用技术，将多路信号放到同一区间上面传输，运用较为广泛的有频分复用、时分复用、码分复用等；采用认知无线电技术，在信息传输时，通过算法识别没有传输信息的空闲频段，利用这些空闲频段，将这些空闲频段为用户服务；提升链路频谱效率，即提升链路传输信息过程中有用信息的传输速率。以上三种方式为比较常用的提高频谱效率的方式，在目前通信技术中应用广泛。

数字通信系统的频带利用率定义为所传输的信息速率和系统带宽的比值。在系统带宽不变的情况下，改变系统调制阶数或者增加传输信息的码元速率，都可以增加数字通信系统的频带利用率。Nyquist传输系统中，保持系统调制阶数不变，当进行无码间干扰(ISI)传输的情况下，系统传输信息的码元速率为1/T，频带利用率可以达到极限值2Baud/Hz。此时，奈奎斯特成形脉冲在码元周期T上正交，以1/T的速率传输信息，可以避免出现ISI影响，但系统的频带利用率同样达到极限。如果在传输的过程中间，允许出现少量ISI(码间串扰)，在码元周期上不保证脉冲之间的正交性，那么，系统将可以以高于1/T的码元速率来传输信息，从而可以获取更高的频带利用率。上述方式，就被称作为“超奈奎斯特传输(FTN)”，FTN传输可以在调制阶数不变的情况下，有意引入ISI，来提升系统的频带利用率。

目前对于FTN传输方式的研究，如何有效消除ISI仍是研究重点。在FTN传输系统中间，脉冲成形后，ISI会遍布整个传输波形，成形波的选取会直接导致消除系统ISI的难度。在理论研究中，采用sinc脉冲可以很好降低接收机消除ISI影响的难度，但sinc脉冲在实际运用中难以产生，后经过证明，采用根升余弦脉冲可以很好代替sinc脉冲作为成形脉冲。因此，现实中进行FTN传输时，成形波形一般采用根升余弦脉冲。后又有研究发现，采用部分响应脉冲成形替代根升余弦脉冲，可以在相同速率下降低传输信息所需带宽，可以进一步提高系统频带利用率。