一种正交时频空系统线性均衡方法、装置与电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种贴合实际通信应用场景的具有低复杂、高实用性的正交时频空系统线性均衡方法、装置与电子设备。所述方法包括：通过对基于正交频分复用系统的正交时频空通信系统的信道结构进行分析，确定所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延‑多普勒域的有效信道矩阵以及所述有效信道矩阵与时域信道的关系；根据所述有效信道矩阵以及所述有效信道矩阵与时域信道的关系，确定低复杂度线性均衡方法，确定评估矩阵。所述装置包括采样信号模块、关系分析模块与均衡评估模块。所述远程监控电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述正交时频空系统线性均衡方法。

A linear equalization method, device and electronic equipment for orthogonal time-frequency space system

【技术实现步骤摘要】
一种正交时频空系统线性均衡方法、装置与电子设备
本专利技术涉及无线通信
，特别是指一种正交时频空系统线性均衡方法、装置与电子设备。
技术介绍
正交频分复用技术OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)因为其高频谱效率等优势在5G中被采用，但是当用户移动时，由于多普勒效应的出现，子载波间的正交性被破坏，这将导致载波间干扰，因此系统通信性能下降。在5G的通信中，对一些高速移动的用户间的可靠通信做出了明确的质量要求，因此正交时频空调制OTFS(OrthogonalTimeFrequencySpace)系统被提出用来抵抗信道的多普勒效应。正交时频空调制OTFS是一种新型的可以有效抵抗信道多普勒效应导致用户间通信性能下降问题的调制方式。OTFS可以承载在现有的OFDM技术基础上，只需要在OFDM的发射端和接收端各自加上预处理和后处理模块。OTFS能有效对抗多普勒主要利用了时延-多普勒域信道不随时间变化的特点。对于OTFS通信系统的信道均衡，因为时延-多普勒域信道的稀疏特性，现有的大部分研究多集中在利用信道稀疏性进行非线性均衡，对于时延-多普勒域信道条件下的线性均衡方法研究较少，非线性均衡方法相比于线性均衡在实际系统中的应用其应用不广泛，实现难度较高。此外，现有方案中均考虑在无限窗函数条件下的理想信道的均衡方法，无限窗表示在时间和频率域长度都无限长的发射窗函数，但这在实际系统中是不可能实现的，因此现有方案的实际应用性较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种适用于实际系统矩形窗信道条件下的具备较高实用性与低计算复杂度的正交时频空系统线性均衡方法、装置与电子设备。基于上述目的，本专利技术提供了一种正交时频空系统线性均衡方法，其特征在于，包括：通过对基于正交频分复用系统的正交时频空通信系统的信道结构进行分析，确定所述正交时频空通信系统的信号接收端所接收到的采样信号；根据所述采样信号，确定所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延-多普勒域的有效信道矩阵，并确定所述有效信道矩阵与时域信道的关系；根据所述有效信道矩阵以及所述有效信道矩阵与时域信道的关系，确定低复杂度线性均衡方法，确定评估矩阵。可选的，所述通过对基于正交频分复用系统的正交时频空通信系统的信道结构进行分析，确定所述正交时频空通信系统的信号接收端所接收到的采样信号，包括：长度为N×M的调制符号受多普勒效应影响，转化为时延-多普勒域调制信号x[k,l]，k＝1,2,…,N，l＝1,2,…,M；所述正交时频空通信系统的发射端对所述时延-多普勒域调制信号x[k,l]进行逆辛有限傅里叶变换ISFFT，并利用时域长度为N，频域长度为M的矩形窗发射函数对变换后的所述时延-多普勒域调制信号x[k,l]进行处理，得到时间-频率域调制信号xt-f；所述发射端对所述时间-频率域调制信号xt-f进行正交频分复用调制处理，得到时域发射信号s(t)；所述正交时频空通信系统的接收端接收到到经过线性时变信道的所述时域发射信号s(t)，采样后得到接收信号r(k′)：其中，所述时域发射信号s(t)经过线性时变信道后可以表示为多径信道的信道增益和信号的卷积；由此所述接收信号r(k′)中，k′表示采样时刻，l′表示第l′条时延径，所述多径信道共由L条所述时延径组成，h(k′,l′)表示所述时变信道的脉冲响应，w(k′)表示加性高斯白噪声；所述接收端对所述接收信号r(k′)进行正交频分复用解调处理，并对解调后的所述接收信号r(k′)进行辛有限傅里叶变换SFFT，得到所述采样信号y[k,l]，k＝1,2,…,N，l＝1,2,…,M；所述采样信号y[k,l]的矩阵表示形式为：其中，y为以所述采样信号y[k,l]为元素的矩阵按照行列向量化后的维度为NM×1的列向量，x为与所述时延-多普勒域调制信号x[k,l]相对应的维度为NM×1的列向量，FN，FM分别是N点和M点傅里叶变换矩阵，分别是N点和M点的逆傅里叶变换矩阵，IN表示N阶单位矩阵，表示克罗内克乘积，V和U分别表示接收窗函数与发射窗函数，w表示噪声向量；其中，矩阵是一个NM×NM的块对角方阵，表示循环前缀的长度大于信道的最大时延条件下的时域信道矩阵，表示第p个正交频分复用符号经过的时域信道矩阵。可选的，所述发射端对所述时间-频率域调制信号xt-f进行正交频分复用调制处理，得到时域发射信号s(t)，包括：对所述时间-频率域调制信号xt-f进行逆快速傅里叶变换IFFT处理，将频率域信号转换为时域信号；为转换为时域信号的每个发送符号添加合适长度的循环前缀CP；通过矩形发射函数对添加循环前缀后的所述时域信号进行信号向量化处理，得到向量化调制到载波上的所述时域发射信号s(t)。可选的，所述根据所述采样信号，确定所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延-多普勒域的有效信道矩阵，包括：根据所述采样信号能够确定所述正交时频空通信系统的时延-多普勒域的有效信道矩阵为：在矩形窗发射函数条件下，所述接收窗函数V与发射窗函数U满足以下条件：由此，所述有效信道矩阵可以化简为：所述有效信道矩阵Heff可以分解为N×N个小矩阵其中k"＝1,2,…,N，i"＝1,2,…,M；由此，组成所述有效信道矩阵的小矩阵可以表示为：其中，fi"p是离散傅里叶变换矩阵的元素，f′pk"是逆离散傅里叶变换矩阵的元素；根据所述离散傅里叶变换矩阵的元素fi"p与所述逆离散傅里叶变换矩阵的元素f′pk"对所述小矩阵进一步化简：由此，能够确定所述有效信道矩阵Heff为块循环矩阵；所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延-多普勒域的所述有效信道矩阵Heff可以表示为如下矩阵形式：可选的，所述确定所述有效信道矩阵与时域信道的关系，包括：根据所述有效信道矩阵Heff以及所述小矩阵能够确定组成所述有效信道矩阵的循环小矩阵An与时域信道矩阵的关系：其中，表示所述时域信道矩阵中第p个正交频分复用符号经过的时域信道矩阵，运算符FFTMtx()表示对一系列矩阵进行快速傅里叶变换操作，变换得到的结果也是一系列矩阵；根据所述循环小矩阵An与时域信道矩阵的关系能够确定所述所述有效信道矩阵Heff与所述时域信道矩阵的关系。可选的，所述根据所述有效信道矩阵以及所述有效信道矩阵与时域信道的关系，确定低复杂度线性均衡方法，确定评估矩阵，包括：根据所述有效信道矩阵，能够对在时延-多普勒域的迫零均衡进行简化，所述迫零均衡的评估矩阵可以表示为：WZF＝Heff-1即对所述有效信道矩阵Heff求逆可得到所述评估矩阵WZF，所述有效信道矩阵Heff是块循环矩阵，对其求逆后所得矩阵也是块循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正交时频空系统线性均衡方法，其特征在于，包括：/n通过对基于正交频分复用系统的正交时频空通信系统的信道结构进行分析，确定所述正交时频空通信系统的信号接收端所接收到的采样信号；/n根据所述采样信号，确定所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延-多普勒域的有效信道矩阵，并确定所述有效信道矩阵与时域信道的关系；/n根据所述有效信道矩阵以及所述有效信道矩阵与时域信道的关系，确定低复杂度线性均衡方法，确定评估矩阵。/n

【技术特征摘要】
1.一种正交时频空系统线性均衡方法，其特征在于，包括：
通过对基于正交频分复用系统的正交时频空通信系统的信道结构进行分析，确定所述正交时频空通信系统的信号接收端所接收到的采样信号；
根据所述采样信号，确定所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延-多普勒域的有效信道矩阵，并确定所述有效信道矩阵与时域信道的关系；
根据所述有效信道矩阵以及所述有效信道矩阵与时域信道的关系，确定低复杂度线性均衡方法，确定评估矩阵。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过对基于正交频分复用系统的正交时频空通信系统的信道结构进行分析，确定所述正交时频空通信系统的信号接收端所接收到的采样信号，包括：
长度为N×M的调制符号受多普勒效应影响，转化为时延-多普勒域调制信号x[k,l]，k＝1,2,…,N，l＝1,2,…,M；
所述正交时频空通信系统的发射端对所述时延-多普勒域调制信号x[k,l]进行逆辛有限傅里叶变换ISFFT，并利用时域长度为N，频域长度为M的矩形窗发射函数对变换后的所述时延-多普勒域调制信号x[k,l]进行处理，得到时间-频率域调制信号xt-f；
所述发射端对所述时间-频率域调制信号xt-f进行正交频分复用调制处理，得到时域发射信号s(t)；
所述正交时频空通信系统的接收端接收到到经过线性时变信道的所述时域发射信号s(t)，采样后得到接收信号r(k′)：



其中，所述时域发射信号s(t)经过线性时变信道后可以表示为多径信道的信道增益和信号的卷积；
由此所述接收信号r(k′)中，k′表示采样时刻，l′表示第l′条时延径，所述多径信道共由L条所述时延径组成，h(k′,l′)表示所述时变信道的脉冲响应，w(k′)表示加性高斯白噪声；
所述接收端对所述接收信号r(k′)进行正交频分复用解调处理，并对解调后的所述接收信号r(k′)进行辛有限傅里叶变换SFFT，得到所述采样信号y[k,l]，k＝1,2,…,N，l＝1,2,…,M；
所述采样信号y[k,l]的矩阵表示形式为：



其中，y为以所述采样信号y[k,l]为元素的矩阵按照行列向量化后的维度为NM×1的列向量，x为与所述时延-多普勒域调制信号x[k,l]相对应的维度为NM×1的列向量，FN，FM分别是N点和M点傅里叶变换矩阵，分别是N点和M点的逆傅里叶变换矩阵，IN表示N阶单位矩阵，表示克罗内克乘积，V和U分别表示接收窗函数与发射窗函数，w表示噪声向量；
其中，矩阵是一个NM×NM的块对角方阵，表示循环前缀的长度大于信道的最大时延条件下的时域信道矩阵，表示第p个正交频分复用符号经过的时域信道矩阵。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射端对所述时间-频率域调制信号xt-f进行正交频分复用调制处理，得到时域发射信号s(t)，包括：
对所述时间-频率域调制信号xt-f进行逆快速傅里叶变换IFFT处理，将频率域信号转换为时域信号；
为转换为时域信号的每个发送符号添加合适长度的循环前缀CP；
通过矩形发射函数对添加循环前缀后的所述时域信号进行信号向量化处理，得到向量化调制到载波上的所述时域发射信号s(t)。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述采样信号，确定所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延-多普勒域的有效信道矩阵，包括：
根据所述采样信号



能够确定所述正交时频空通信系统的时延-多普勒域的有效信道矩阵为：



在矩形窗发射函数条件下，所述接收窗函数V与发射窗函数U满足以下条件：
V，
由此，所述有效信道矩阵可以化简为：



所述有效信道矩阵Heff可以分解为N×N个小矩阵其中k″＝1,2,…,N，i″＝1,2,…,M；
由此，组成所述有效信道矩阵的小矩阵可以表示为：



其中，fi"p是离散傅里叶变换矩阵的元素，f′pk"是逆离散傅里叶变换矩阵的元素；
根据所述离散傅里叶变换矩阵的元素fi"p与所述逆离散傅里叶变换矩阵的元素f′pk"对所述小矩阵进一步化简：






由此，能够确定所述有效信道矩阵Heff为块循环矩阵；
所述正交时频空通信系统在矩形窗限制条件下的时延-多普勒域的所述有效信道矩阵Heff可以表示为如下矩阵形式：





5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述有效信道矩阵与时域信道的关系，包括：
根据所述有效信道矩阵Heff以及所述小矩阵能够确定组成所述有效信道矩阵的循环小矩阵An与时域信道矩阵的关系：



其中，表示所述时域信道矩阵中第p个正交频分复用符号经过的时域信道矩阵，运算符FFTMtx()表示对一系列矩阵进...

【专利技术属性】
技术研发人员：许文俊，邹婷婷，高晖，别志松，张平，林家儒，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11