超奈奎斯特传输技术:面向6G的应用价值与挑战

超奈奎斯特（FTN）传输技术通过压缩发送符号时域/频域间隔,在一个符号周期内重叠发送多流数据,从而打破了奈奎斯特脉冲波形的正交性,实现了在有限带宽内传输更多数据的目的。首先,阐述了FTN的技术原理,梳理了其发展现状;其次,分析相关的关键性问题——明确了FTN容量与香农容量的关系,以及相关技术的内在联系;最后,讨论了 FTN在 6G通信中的应用可能性,提出了其应用价值和挑战：FTN 是一种可逼近香农容量的高谱效传输方案,但接收机复杂度过高可能成为其在 6G 应用中的关键阻碍。     

单通道高阶调制线性混合信号的频偏估计

针对具有固定帧长和固定帧同步序列的单通道高阶调制线性混合信号,当两路信号编码异步时,在已知帧长的条件下提出一种基于最大似然准则的频偏估计算法,并给出了算法的有效频偏估计范围。算法通过求互相关获得目标函数,并利用分级搜索的方法估计频偏。为对算法的性能进行评价,文中同时推导了混合信号频偏估计的克拉美罗界（Cramer-Rao Bound ,CRB ）。仿真结果表明,算法在低 Eb／N0下可获得接近CRB的估计性能。此外,算法还适用于功率非对称的混合信号。     

MIMO系统中级联训练序列的频偏估计性能分析

在MIMO频率选择性衰落信道下，使用级联训练序列是解决频偏估计中相位模糊问题的方法之一．级联训练序列由若干个短序列和若干个长序列组成．短序列是为了获得更大的估计范围而长序列是为了获得更高的估计精度．本文利用克拉美罗下界（Cramer-Rao Lower Bound，CRLB）作为衡量标准分析了级联训练序列的频偏估计性能，推导了级联训练序列的均方误差公式，得到了级联训练序列的性能渐进等于长序列的估计性能，并且证明了事实上最优的级联训练序列结构并不是目前广泛采用的级联结构，而是将整个序列全部分割成短序列．最后通过仿真验证了理论分析的结果。     

一种基于分散导频块的频偏估计新算法

针对短突发信号解调的需要,提出了一种基于分散导频块的频偏估计新算法。区别于以往基于连续导频的频偏估计算法,该算法除利用了导频本身已知信息外,还充分利用了导频的位置信息。在相同的帧效率下,相比于基于连续导频的频偏估计算法,该算法可以获得更好的估计性能。理论分析和仿真结果都表明,该算法在其无偏估计范围内估计性能达到了相应帧结构下的克拉美罗界。     

智能天线中导频符号辅助的载波频偏估计

首先定量分析了智能天线的阵元和导频符号数目增减对频偏估计性能的影响;然后借助于自适应阵加权结构,提出了一种存在共信道干扰(CCI)时,导频辅助估计频偏的新算法,该方法的自适应权只是中间变量,所以并不需要系统真正采用自适应结构,也不需要已知天线阵列流形.计算机仿真表明,该算法可以充分地利用多阵元和导频符号,有效抑制了CCI,使频偏估计性能接近于克莱美-罗界.     

OFDM频偏信道联合估计算法

针对OFDM系统中频偏和信道联合估计问题进行了研究。为了克服单独估计的缺陷,提高精度,提出了一种低复杂度的频偏信道联合估计算法。该算法首先通过采用正交性质的恒包络零相关序列,运用最大似然法估计信道,提取频偏估计值,然后对信道结果进行修正,使之更接近真实信道。同时给出了频偏估计的克拉美罗界。仿真结果表明,相比于最小二乘联合估计法,本文算法估计均方误差更小,具有更好的估计性能。      

SOQPSK-TG信号的EM半盲载波频偏估计

针对成形偏移四相相移键控-TG(Shaped Offset Quadrature Phase Shift Keying-Telemetry Group version, SOQPSK-TG)信号在训练序列长度受限时频偏估计精度较低的问题,利用双二进制分解(Doubinary Decomposition, DBD)原理提出基于期望最大化(Expectation Maximization, EM)的SOQPSK半盲载波频偏(Carrier Frequency Offset, CFO)估计算法。为了确保EM算法收敛到预期性能范围,使用基于非线性四次方码元定时估计算法的非数据辅助频偏估计方法优化了EM算法初始点选择。仿真实验结果表明,该算法相比于使用训练序列进行数据辅助估计的方法,在不增加辅助数据数量的前提下能够进一步提升CFO估计的精度,并在较高信噪比下拥有接近序列总长度所对应的克拉美罗界(Cramér-Rao Bound, CRB)的优秀性能。     

基于插值的多普勒频偏和频率斜升联合估计算法

为解决卫星移动通信系统中突发传输在低信噪比条件下的载波快速同步问题,该文提出一种基于插值的频偏和频率斜升联合估计算法。先通过对多普勒斜升搜索结合低复杂度频偏估计获得频偏和频率斜升的粗估计结果,再以频率斜升粗估计结果为中心、计算3个频率斜升值所对应的对数似然函数并据此对频率斜升进行二次插值以获得频率斜升估计值,最后在该估计值下计算出对应的频偏估计值,完成频偏和频率斜升的联合估计。仿真结果表明,该文算法的信噪比门限较低,估计性能接近克拉美罗下界(CRLB),而且计算复杂度远低于最大似然估计算法,非常适于实际应用。     

一种高阶QAM信号载波频偏估计算法

给出了一种高阶QAM信号载波频偏估计算法。该算法先采用非数据辅助频偏估计器估算出一个粗略的频偏,并进行补偿,然后对补偿信号用非数据辅助频偏估计器进行频偏估计,并把两者的频偏估计进行相加。最后为了提高估计精度,对估计出来的频偏进行Kalman滤波,并得出精确的频偏估计。该算法具有频偏估计范围大、估计准确度高的特点。计算机仿真表明频偏估计范围可达0．5符号率,估计精度接近克拉美-罗限。     

基于逼近噪声子空间的求根时延估计算法

多重信号分类(MUSIC)时延估计算法需要多径数估计,且其特征分解和谱峰搜索的计算复杂度较高。针对此问题,给出了一种基于逼近噪声子空间的求根时延估计算法。该算法利用协方差矩阵逆的高次幂逼近噪声子空间与其自身共轭转置的积,并构造多项式等式,以多项式求根的方式避免谱峰搜索,从而降低了计算复杂度。仿真结果表明,在无需多径数估计和复杂度低于MUSIC算法的条件下,所提算法的性能与MUSIC算法的性能相当,并且逼近克拉美罗界。     

OFDM信号频率偏移盲估计算法

该算法通过联合多个正交频分复用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing）符号对频率偏移进行盲估计。该算法不需要数据辅助,利用接收信号循环前缀的相关性,通过计算相同子信道所传数据的相位差,来实现信号的小数倍频偏估计。利用相邻OFDM符号中频域导频的延迟相关运算来实现整数倍频偏估计。仿真结果表明该算法估计精度高,适合实际信号的应用。     

基于DFT的PSK信号载波频差估计算法

研究在噪声中高精度估计PSK信号载波频差的问题，本算法首先利用非线性变换使PSK信号转化为单频信号，然后用分段DFT频谱的相位差信息，达到精确估计载波频差的目的，仿真表明效果良好，且便于实现。     

基于最大似然估计的16APSK载波捕获算法研究

针对在低信噪比情况下16APSK信号频偏捕获困难的问题,讨论了一种结合Kalman滤波和最大似然估计的非数据辅助频偏估计算法。该算法对包含载波频偏信息的相位序列进行最大似然频偏估计,通过Kalman滤波,降低了噪声对估计精度的影响。对结合Kalman滤波和最大似然估计的16APSK频偏估计算法进行了仿真。仿真结果表明,在低信噪比条件下,结合Kalman滤波的最大似然频偏估计算法可获得良好的性能。     

一种突发通信信号检测与频偏估计算法

提出了一种信号检测与频偏估计算法,通过对同步头做FFT变换来进行信号检测与频偏估计。与常规的算法相比,该算法不仅可以同时进行信号检测和频偏估计,而且可在较低信噪比、较大载波频偏和较大的信号动态范围内工作,适合于突发通信。在已有理论的基础上对算法进行了分析与仿真,仿真结果表明,32个符号同步头就可以有效地实现突发信号的检测和频偏估计。     

Frequency Offset Estimation Algorithm of High-Order M-APSK Modulation Signal Based on DFT

How to accurately compensate the Doppler shift is the main challenge for broadband satellite terminals. In this paper, a frequency offset estimation algorithm based on frequency domain window function iterative peaking search is proposed with high-order M-APSK signal models, considering both algorithm complexity and estimation accuracy. The variance of the new algorithm is derived mathematically, and performance curve compared with Cramer-Rao Lower Bound (CRLB) is also simulated under various SNR (signal-to-noise ratio). The effectiveness of new method is verified by simulations.

     

WCDMA系统中的频偏估计算法研究

在基于WCDMA系统频偏估计原理的基础上,提出了4种频偏估计算法,给出了算法的详细分析过程,并对这4种算法进行了仿真。通过仿真发现,这些算法性能各异,满足不同场景下的应用。最后分析了WCDMA手机终端中所采用的两种频偏估计算法,这两种算法可以将频偏控制在±0.05×10-6之内,满足WCDMA系统对频偏控制的要求,较好地实现了精确的频偏估计,解决了WCDMA手机终端中频偏估计精度提高难度大的问题。     

适合突发传输的非数据辅助载波频偏估计算法

针对突发条件下线性调制信号的载波频率同步,研究了基于非数据辅助的直接判决引导频偏估计算法和开放环频偏估计方法。研究结果表明,直接判决引导频偏估计算法复杂度较低,适用于对性能要求不高的系统。开放环频偏估计算法计算简单,其复杂度低于直接判决引导频偏估计算法,估计时间短适合突发通信系统。     

非数据辅助的QAM信号载波频偏估计算法

研究了正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulated ,QAM）信号的非数据辅助载波频率偏移估计算法。针对一些算法主要适用于低阶QAM信号以及计算复杂度较高等问题,提出一种基于加权相位直方图的载波频偏估计算法。该算法通过分析零频偏下的相位概率密度函数与加权相位直方图的关系,采用多级估计方法,对该相位直方图二阶矩的峰值进行测量,从而得到频偏估计值。进一步地,本算法通过联合快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）算法实现多级估计过程,从而简化计算过程降低计算复杂度。仿真结果表明,信噪比较高时,该算法在无信噪比、星座图以及前导信息等辅助信息条件下同样具有较好的估计性能。      

一种数据辅助的载波频差估值算法

在许多频率估值算法中,估值范围和估值精度是难以同时兼顾的一对矛盾。本文通过对这一问题进行分析,提出了一种具有高性能和低复杂度的估值算法。仿真结果表明,对于数据辅助的ＢＰＳＫ,在Ｅｂ／Ｎ０＞ ０ｄＢ时,本算法的频差估值范围为符号速率的±４０％ ,估值方差接近克拉美—劳界（ＣＲＢ）,与文献［２］提出的算法相比,在相同的性能下,其硬件实现代价减小了３～５ 倍