操作和实施无线OTFS通信系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及计算机化的无线发射器/接收器系统，其自动使用各种方法的组合，包含通过加权或调制一系列经时间移位且经频率移位的波形突发而发射数据符号、导频符号方法、错误检测方法、MIMO方法和其它方法，来自动确定数据信道的结构，且自动补偿由所述数据信道的各种结构方面以及信道结构的改变造成的信号失真。所述数据信道常常是二维或三维空间，各种无线发射器、接收器和信号反射器在其中移动。本发明专利技术的调制方法检测各种反射器的位置和速度以及其它信道减损。错误检测方案、调制方法的变化以及MIMO技术进一步检测且补偿减损。本发明专利技术可自动优化其操作参数，且在其它方法将可能降级的环境中产生确定性的非衰落信号。

Method for operating and implementing wireless OTFS communication system

The invention relates to a wireless transmitter / receiver computerized automatic system, the use of various methods of combination, including through a series of weighted or modulated by time shift and frequency shift and burst waveform of transmitted data symbols, pilot symbol method, error detection method, MIMO method and other methods to determine the structure of the data channel that signal and automatic compensation by the data channel structure and channel structure distortion caused by the change. The data channel is often two-dimensional or three-dimensional, and a variety of wireless transmitters, receivers, and signal reflectors move in it. The modulation method of the invention detects position and speed of various reflectors and other channel impairments. Error detection schemes, variations in modulation methods, and MIMO technology are further detected and compensated for impairment. The invention can automatically optimize its operation parameters and generate deterministic non fading signals in other environments where the method may degrade.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案主张2014年7月21日申请的第62/027,213号美国临时申请案“操作和实施无线OTFS通信系统的方法(METHODSOFOPERATINGANDIMPLEMENTINGWIRELESSOTFSCOMMUNCIATIONSSYSTEMS)”的优先权权益；本申请案也是2014年12月29日申请的第15/853,911号美国专利申请案“数据信道表征的OTFS方法和其用途(OTFSMETHODSOFDATACHANNELCHARACTERIZATIONANDUSESTHEREOF)”的部分接续案；所有这些申请案的完整内容以引用的方式并入本文中。
本专利技术是在电信的领域中，具体来说是利用新颖的调制技术的无线电信的领域。
技术介绍
现代的电子元件通信，例如光纤通信、基于电子线或电缆的通信以及无线通信，全部通过调制信号且在其相应光纤、线/电缆或者无线介质或通信信道上发送这些信号而操作。在光纤和线/电缆的情况下，这些数据通信信道常常由一个(或一个与两个之间)空间维度和一个时间维度组成。在无线通信的情况下，这些通信信道常常将由三个空间维度和一个时间维度组成。然而，对于许多基于地面的无线应用，高度或海拔的第三空间维度常常与另两个空间维度相比较不重要。在各种信号行进通过通信信道时，一般以光速或接近光速行进的这些信号一般经受各种类型降级或信道减损。举例来说，每当信号遇到光纤或线/电缆中的接合处时光纤或线/电缆媒介可潜在地产生回声信号。当无线信号弹跳离开无线反射表面(例如建筑物的侧面)和其它结构时也可潜在地产生回声信号。当光纤或线/电缆通过光纤或电缆的具有稍微不同信号传播性质或不同环境温度的不同区时可类似地发生频率移位。对于无线信号，发射到移动反射器或从移动反射器发射或者发射到移动交通工具或从移动交通工具发射的信号经受多普勒移位，这也导致频率移位。另外，底层设备(即发射器和接收器)本身并不始终完美地操作，且还会产生频率移位。这些回声效应和频率移位是不希望的，且如果这些移位变得太大则会导致信号发射的较低速率以及较高的错误率。因此减少这些回声效应和频率移位的方法在通信领域中具有高实用性。在由申请人的美国专利申请案US61/349,619、US13/177,119、US13/430,690以及第8,547,988号美国专利例示的先前工作中，申请人教示了无线信号调制的新颖方法，其通过在与现有技术方法先前所采用相比更大(例如，大于例如时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多路复用(OFDM)或其它方法)的时间、频率和谱形状(波形)范围上扩展数据符号而操作。在US13/117,119中先前被称为“正规正交时间频率移位和频谱整形(OTFSSS)”(且随后在例如US13/430,690等稍后专利申请中由更简单的“OTFS”缩写指代)的申请人的方法通过在与先前方法相比更大的“组块”或帧中发送数据而操作。即，虽然现有技术CDMA或OFDM方法可能在设定时间间隔中在通信链路上编码且发送“N”个符号的单元或帧，但申请人的OTFS方法将通常基于N2个符号或NxM个符号的最小单元或帧，且常常在较长时间周期上发射这些N2个符号或NxM个符号。在一些实施例中，这些数据符号可为复数。根据此类型的方案，来自所述N2个符号或NxM个符号的每一数据符号将通常在多个不同时间和多个不同频率上跨越多个可识别的(例如，通常相互正交)波形以无损且可逆(例如，可反转)方式分布。这些不同时间和频率一般是根据无线信道的时间延迟和多普勒移位信道响应参数而选择。由于此无损扩展以及不同时间和频率的选择，来自每一数据符号的信息贯穿所述多个不同时间和不同频率而扩展，以使得帧中的所有数据符号受到信道的时间延迟和多普勒频移特性的相等影响。因此这些方法帮助使得通信信道更“静止”(例如，确定性的且非衰落)。即，在给定帧内，不存在相对于其它数据符号经受较大失真或衰落的数据符号。在一些OTFS调制实施例中，发射的每一数据符号或元素也在比现有技术方法的情况大得多的时间、频率和谱形空间的范围上扩展。因此，在接收器端，常常花费较长时间来开始解析任何给定数据符号的值，因为在接收N2个符号的全帧时此符号已经逐渐建立或积聚。因此申请人的先前工作的一些实施例教示了一种无线通信方法，其使用时间、频率和频谱整形的组合来在N·N(N2)(例如，NxN、N乘以N)个符号的卷积单位矩阵(数据帧)中发射数据。在一些实施例中，在N个扩展时间间隔(每一者包括N个时间切片)上接收所有N2个数据符号，或不接收任何数据符号。在其它实施例中，放松了此要求。为了确定用于发射过程的时间、波形和数据符号分配，N2大小的数据帧矩阵可例如乘以第一N·N时间频率移位矩阵，经排列，并且然后乘以第二N·N频谱整形矩阵，进而跨越整个所得N·N矩阵混合每一数据符号。随后按每时间切片一个元素的基础选择、调制和发射此所得数据矩阵。在接收器处，重构且解卷积复制矩阵，从而显露原始所发射数据的副本。举例来说，在由美国专利申请案13/117,119教示的一些实施例中，可在通信链路上以时间基础在一个数据帧([D])上发射和接收OTFS波形，通常为处理器和软件驱动的无线发射器和接收器。通常使用至少一个处理器自动完成所有随后的步骤。此第一方法使用将通常包括多达N2个数据元素的矩阵的数据帧，N大于1。此方法是基于创建包括第一NxN矩阵([U1])和第二NxN矩阵([U2])的正规正交矩阵集合。所述通信链路和正规正交矩阵集合通常选择为能够在一个时间扩展间隔(例如，一个突发)上发射来自第一NxN矩阵([U1)、数据帧([D])和第二NxN矩阵([U2])的矩阵乘积的至少N个元素。此处，每一时间扩展间隔可由至少N个时间切片组成。所述方法通常通过以下方式操作：形成第一NxN矩阵([U1])和数据帧([D])的第一矩阵乘积，并且然后通过可逆排列操作P而排列第一矩阵乘积，从而得到经排列第一矩阵乘积P([U1][D])。所述方法随后形成此经排列第一矩阵乘积P([U1][D])和第二NxN矩阵([U2])的第二矩阵乘积，从而根据所述方法形成卷积数据矩阵，此卷积数据矩阵可通过以下方式在无线通信链路上发射和接收：在发射器侧上，对于每一单个时间扩展间隔(例如，突发时间)，所述方法通过以下方式操作：选择卷积数据矩阵的N个不同元素，且在此时间扩展间隔中的不同所述时间切片上，使用处理器从所述卷积数据矩阵的N个不同元素选择一个元素，调制此元素，且无线地发射此元素以使得每一元素占据其自身的时间切片。在接收器侧上，接收器将在各种时间扩展间隔(突发时间)中在不同时间切片上接收卷积数据矩阵的这些N个不同元素，且解调制此卷积数据矩阵的N个不同元素。将重复这些步骤多达总共N次，进而将卷积数据矩阵的复制品重组到接收器。接收器将随后使用第一NxN矩阵([U1])和第二NxN矩阵([U2])来从卷积数据矩阵重构原始数据帧([D])。在此方法的一些实施例中，在卷积数据矩阵已经完全复原之前无法保证以完全准确性重构任意数据帧([D])的任意数据元素。美国专利申请案13/117,119及其临时申本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过多维数据信道无线地发射多个符号的自动方法，所述多维数据信道连接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器；所述多维数据信道包括至少两个空间维度和一个时间维度；所述多维数据信道进一步包括至少一个无线反射器，每一所述至少一个无线反射器包括反射器位置、速度以及至少一个无线反射系数；每一所述至少一个无线发射器包括无线发射器位置和速度；每一所述至少一个无线接收器包括无线接收器位置和速度；所述方法包括：至少对于包括数据符号的所述符号且在存在多个此类数据符号的情况下，使用至少一个处理器以无损且可逆方式贯穿所述多个数据符号扩展每一数据符号，进而产生多个OTFS符号，且使用所述至少一个发射器和至少一个处理器无线地发射至少所述数据符号作为多个OTFS符号，其中所述多个OTFS符号中的每一数据符号贯穿多个相互正交的经时间移位且经频率移位的无线OTFS波形突发而扩展，进而产生原始发射的无线OTFS波形突发；其中在传播通过所述多维数据信道后，所述原始发射的无线OTFS波形突发在至少一个路径上行进，所述至少一个路径包括以下各项中的至少一者：a：原始发射的无线OTFS波形突发作为直接无线OTFS波形突发而直接从所述至少一个无线发射器行进到所述至少一个无线接收器；和/或b：原始发射的OTFS波形突发在到达所述至少一个无线接收器之前反射离开所述至少一个无线反射器，进而在所述至少一个无线接收器处产生经时间延迟且经多普勒频率移位的反射无线OTFS波形突发；其中在所述至少一个无线接收器处，任何所述直接无线OTFS波形突发和任何所述反射无线OTFS波形突发的所得组合产生信道卷积OTFS波形突发；在所述至少一个无线接收器处，接收所述信道卷积OTFS波形突发；使用至少一个处理器确定所述至少一个无线发射器与所述至少一个无线接收器之间的所述多维数据信道的信道响应参数，其中所述多维数据信道的所述信道响应参数是通过所述至少一个无线发射器、所述至少一个无线接收器以及所述至少一个无线反射器的至少相对位置、相对速度以及性质而产生；使用所述信道响应参数和至少一个处理器对所接收信道卷积OTFS波形突发进行解卷积，进而导出所述原始发射的OTFS波形突发的至少近似；使用至少一个处理器从所述原始发射的OTFS波形突发的所述近似以数学方式提取所述多个数据符号；进而在所述至少一个无线发射器与至少一个无线接收器之间发射所述数据符号中的至少一些。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.21 US 62/027,231;2014.12.29 US 14/583,9111.一种通过多维数据信道无线地发射多个符号的自动方法，所述多维数据信道连接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器；所述多维数据信道包括至少两个空间维度和一个时间维度；所述多维数据信道进一步包括至少一个无线反射器，每一所述至少一个无线反射器包括反射器位置、速度以及至少一个无线反射系数；每一所述至少一个无线发射器包括无线发射器位置和速度；每一所述至少一个无线接收器包括无线接收器位置和速度；所述方法包括：至少对于包括数据符号的所述符号且在存在多个此类数据符号的情况下，使用至少一个处理器以无损且可逆方式贯穿所述多个数据符号扩展每一数据符号，进而产生多个OTFS符号，且使用所述至少一个发射器和至少一个处理器无线地发射至少所述数据符号作为多个OTFS符号，其中所述多个OTFS符号中的每一数据符号贯穿多个相互正交的经时间移位且经频率移位的无线OTFS波形突发而扩展，进而产生原始发射的无线OTFS波形突发；其中在传播通过所述多维数据信道后，所述原始发射的无线OTFS波形突发在至少一个路径上行进，所述至少一个路径包括以下各项中的至少一者：a：原始发射的无线OTFS波形突发作为直接无线OTFS波形突发而直接从所述至少一个无线发射器行进到所述至少一个无线接收器；和/或b：原始发射的OTFS波形突发在到达所述至少一个无线接收器之前反射离开所述至少一个无线反射器，进而在所述至少一个无线接收器处产生经时间延迟且经多普勒频率移位的反射无线OTFS波形突发；其中在所述至少一个无线接收器处，任何所述直接无线OTFS波形突发和任何所述反射无线OTFS波形突发的所得组合产生信道卷积OTFS波形突发；在所述至少一个无线接收器处，接收所述信道卷积OTFS波形突发；使用至少一个处理器确定所述至少一个无线发射器与所述至少一个无线接收器之间的所述多维数据信道的信道响应参数，其中所述多维数据信道的所述信道响应参数是通过所述至少一个无线发射器、所述至少一个无线接收器以及所述至少一个无线反射器的至少相对位置、相对速度以及性质而产生；使用所述信道响应参数和至少一个处理器对所接收信道卷积OTFS波形突发进行解卷积，进而导出所述原始发射的OTFS波形突发的至少近似；使用至少一个处理器从所述原始发射的OTFS波形突发的所述近似以数学方式提取所述多个数据符号；进而在所述至少一个无线发射器与至少一个无线接收器之间发射所述数据符号中的至少一些。2.根据权利要求1所述的方法，其中多个所述符号包括数据符号；其中至少所述数据符号进一步布置于符号帧中，所述符号帧是所述符号的NxN或NxM帧，N和M都是大于1的整数；其中基于每符号帧的基础，所述至少一个处理器使用无损且可逆变换跨越所述符号帧中的至少所有数据符号扩展来自至少每一数据符号的信息，进而产生包括多个OTFS符号的对应OTFS帧；其中所述至少一个无线接收器基于每OTFS帧的基础接收所述信道卷积OTFS波形突发，且基于每OTFS帧的基础提取所述多个OTFS符号，进而产生所述OTFS帧的近似；进一步使用所述至少一个处理器以及所述变换的逆从所述OTFS帧的所述近似提取至少复制数据符号。3.根据权利要求1所述的方法，进一步使用所述至少一个发射器和至少一个处理器在至少一个经界定时间和频率处发射至少一个导频符号作为至少一个无线导频符号波形突发；其中所述至少一个无线导频符号波形突发的直接版本和反射版本作为至少一个信道卷积导频符号波形突发而到达所述至少一个无线接收器；在所述至少一个无线接收器处，接收所述至少一个信道卷积导频符号波形突发，且使用至少一个处理器确定连接所述至少一个无线发射器和至少一个无线接收器的所述多维数据信道的所述信道响应参数；且随后使用所述信道响应参数进一步对所述所接收信道卷积OTFS波形突发进行解卷积。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述符号或OTFS符号中的至少一些包括错误检测或错误校正符号或OTFS符号；进一步使用所述至少一个接收器处的至少一个处理器以使用所述错误检测或错误校正符号或OTFS符号来检测OTFS符号发射错误何时超过预定可接受错误水平，且向所述接收器或所述发射器自动告知所述信道响应参数是次优的，且起始校正动作；和/或进一步使用至少一个处理器和所述至少一个接收器以使用所述错误检测或错误校正符号或OTFS符号来自动校正其它OTFS符号或数据符号中的错误。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个相互正交的经时间移位且经频率移位的无线OTFS波形突发是进一步关于等待时间、频率带宽或信道响应参数准则中的任一者而选择，且其中一些OTFS符号可根据一个选择准则而发射，而其它OTFS符号可根据不同选择准则而发射。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个相互正交的经时间移位且经频率移位的无线OTFS波形突发进一步特征在于：1)突发持续时间βt，其根据所需发射等待时间和/或所述数据信道中的反射器的空间分布中的任一者而变化；和/或2)突发频率带宽δf，其根据接收器、发射器以及所述数据信道中的反射器的速度和位置的预期分配中的任一者而变化；和/或3)每突发所发射的OTFS数据符号的数目，其根据βt和δf两者而变化，所述βt和/或δf是根据所述信道响应参数、所需发射等待时间以及每突发将发射的OTFS数据符号的所需数目而选择。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线发射器和所述无线接收器中的至少一者具有多个天线，所述多个天线定位于所述至少一个无线发射器和所述无线接收器上或附近的不同位置处，且所述多个天线共享其相应无线发射器或无线接收器的相同速度；进一步使用所述多个天线执行以下各项中的至少一者：进一步确定所述信道响应参数，以及对所述所发射或所接收无线波形突发的至少空间分布进行成形。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线发射器和所述无线接收器中的至少一者具有多个天线，所述多个天线定位于所述至少一个无线发射器和所述无线接收器上或附近的不同位置处，且所述多个天线共享其相应无线发射器或无线接收器的相同速度；其中所述多个天线划分成至少第一天线子集和第二天线子集；且所述多个天线的所述第一子集发射或接收无线OTFS波形突发的第一集合，所述第一集合不同于由所述第二天线子集发射或接收的无线OTFS波形突发的第二集合。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线发射器和所述无线接收器中的至少一者经配置于第一全双工装置中，且其中所述无线发射器和所述无线接收器中的至少一者经配置于第二全双工装置中；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：SS拉基布，R哈达尼，
申请(专利权)人：科希尔技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US