未来移动通讯中的FTN概述
Ⅰ、介绍
最近几年4G（有时称3G），也被称为长期演进（LTE）或者演变UTRA（EUTRA），在一些国家，这已经发布并且开始商业应用。

LTE中，上下行链路中的峰值数据率已经分别增长到75Mbps和300Mbps。

LTE实现了了无线接入中低于5ms的很低的传输延时，使用从1.4MHz 到20MHz的带宽。

LTE只支持分组传输模式，所有的数据和语言服务在分组领域也可实现。

内部正交无线接入方案和OFDMA在下行链路中应用，而单载波（SC）FDMA，也称作OFDMA 的离散傅里叶传输在上行链路中使用。

MIMO传输是达到高峰值数据率的关键特征之一。

随着Release8对LTE的规范，LTE-Advanced系统的标准化活动开始在2008年达到用户数据率和国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)提出的的系统容量。

LTE-Advanced已经在正交LTE无线接口基础上发展，为了增加数据率和频谱效率的不同技术已经被具体化，比如载波聚集（CA），增强上下行链路MIMO，在均匀和非均匀网络中的小区间干扰协调，中继等。

尽管LTE/LTE-Advanced可以在未来几年适应无线用户访问的高速增长，增加系统容量的强烈需求仍然在戏剧性增长。

估计无线访问的总通信量在2020年相比于2010年会增加5 00倍。

考虑到最近智能手机和平板电脑的发展，新的无线接入技术需要更深入发展来加强系统容量和未来在LTE-Advanced之上的移动通讯的用户数据率。

当前LTE-Advanced不能适应大约2020年出现的超高通信量。

在无线接入技术中，传输信号波形、多路访问技术、多伦路复用技术、控制和参考信号是移动通讯中代表性的核心技术。

一个潜在的解决方案是非正交的传输方案。

非正交传输方案FTN是未来系统通过提高数据率来提高频谱效率的途径之一。

Ⅱ、FTN背景
码间干扰是出现在当发送符号部分重叠或者全部重叠的一种失真，导致了接收机检测性能的退化。

奈奎斯特准则是为了零码间干扰。

对于x(t)的采样x(nT)在n=0时，x(nT)=1。

n =其他值时为0。

1/T是符号率。

FTN观念由Mazo在1975年提出，这种信号在发送机端引入了码间干扰，但是调制比普通速率快。

图1显示了符号的正交传输如何用FTN成为非正交。

奈奎斯特情况下符号间隔为T ，而FTN 情况下为T τ。

Mazo 显示了发送sinc 脉冲超过25%不会使二进制未编码调制系统符号间的最小欧氏距离下降。

接收机端的复杂度提高是为了补偿发射机端引入的蓄意码间干扰。

Ⅲ、FTN 容量概述
奈奎斯特准则：如果x(t)的傅里叶变换X(f)满足
，则无码间干扰。

实际中不用sinc 脉冲，因为它在频域衰
减太快，它的脉冲响应在时域上是无限的。

我们需要一个衰减换麦的脉冲，因此有带宽剩余，可以仍然满足奈奎斯特准则，选择一个升余弦脉冲来分析。

现在比较在1/T 的奈奎斯特率和1/T τ的FTN 率下发送升余弦脉冲，其脉冲幅度如1中叠加。

正交信号被完全重建成矩形脉冲在-1/2T 到1/2T 上接收机端应用一个反锯齿低通滤波器，这意味着没有信息损失。

第二种情况，在时域应用FTN 意味着在频域上会进一步分离。

为了在接收机端重建正交信号，要应用一个带宽W （大于1/T ）的低通滤波器。

图3中，接收脉冲的整个带宽在低通滤波器中被包括。

香浓定义AWGN 的容量：
W 是信号单侧带宽，P 是信号平均功率，N0是白噪声频谱密度。

h(t)是单位能量的脉冲信号，H （f ）是其傅里叶变换。

信号的功率谱密度是2
)(f H P 。

在最佳的WT 2/1=τ的限制下，防止混叠效应：
与AWGN 一样。

而奈奎斯特容量这样计算：
我们可以看到FTN 容量比奈奎斯特容量大的原因是因为脉冲带宽过剩。

以上两个公式的结果在图4中显示。

当滚降因子是0.5、1.0时的标准化奈奎斯特容量。

图片显示渐进增加趋向于等于带宽过剩有更高的信噪比。

Ⅳ、FTN 系统模型：
M 元调制方案被使用。

s(t)是传输信号
实现FTN 映射器的一中方式是使用参数为N 的增采样和对称的脉冲成形函数h(t)，其单元能量为1，即，它是M 点的增采样，N<M 。

FTN 率等于M/N ，τ=N/M<1。

FTN 信号产生的蓄意码间干扰效应由不同的增采样因子产生。

增采样信号v[n]这样定义：
在我们的模型中，信号通过AWGN 信道传输，所以收到的信号是：y(t)=s(t)+w(t) w(t)是均值为0的白噪声，双边功率谱密度为N0/2。

图7是接收机的框图，FTN 反映射器用来把接收信号还原成符号率，均衡器用来消除FTN 带来的码间干扰，然后产生软输出比特到信道译码器。

接收信号y(t)通过FTN 反映射器，匹配滤波器的输出信号在（5）中被定义。

然后每隔T τ采样。

类似于FTN 映射器在发送端提出的模型，FTN 反映射器首先应用一个匹配滤波器)(*
t h -作用于y(t)，他有一个与发送端相同的成形脉冲，并且用一个M 增采样。

其结果信号r(t)接着做N 点减采样。

最终应用一个白滤波器来将噪声去色。

图8是主要步骤。

（5）
)(~
t w 是有色噪声。

为了评估我们的系统模型，我们进行数字模拟。

模拟参数：速率（比率）为0.5的（7,5）卷积码，滚降因子α为0.5的根升余弦脉冲成形函数，BPSK 调制，软输出BCJR 均衡器，信息比特是1000每帧有100帧。

平均误码率曲线在图9中显示，其中τ分别为0.9和0.8，很接近于奈奎斯特情况。

当τ增加，BER 增加。

Ⅴ、结论：
FTN 观念在时域和频域上被讨论，显示出其相比于奈奎斯特情况的更高的容量增长和更高的数据率。

FTN 中的容量增长只有在使用非sinc 脉冲时获得，它有多余的脉冲带宽，而更高的数据率来自于我们在一个单元时间发送超过一个符号的事实。