数据信道表征的OTFS方法及其用途技术

光纤、电缆和无线数据信道通常因反射器和其它缺陷而减弱，从而产生在数据波形中具有回声和频率移位的信道状态。此处，呈现使用OTFS导频符号波形突发来自动产生所述信道状态的详细2D模型的方法。此2D信道状态可随后用以优化数据发射。对于无线数据信道，可通过在过程中使用极化和多个天线而产生信道状态的甚至更详细2D模型。一旦知道2D信道状态，系统就通过使用信道缺陷提升数据发射速率而将不完美的数据信道从不利条件变为优点。所述方法可用以改善多个类型媒体中的传统数据发射模式，且尤其有用于使用非传统OTFS数据发射方法产生新类型的稳健且高容量无线通信。

Otfs method of data channel characterization and its application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数据信道表征的OTFS方法及其用途相关申请案的交叉参考本申请案是2015年1月19日申请的第14/583,911号美国专利申请案“数据信道表征的OTFS方法及其用途(OTFSMETHODSOFDATACHANNELCHARACTERIZATIONANDUSESTHEREOF)”的部分接续案；第14/583,911号申请案要求2014年7月21日申请的第62/027,231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；所有这些申请案的完整内容以引用的方式并入本文中。
本专利技术在电信的领域中，具体来说是估计且补偿电信数据信道中的减损的方法。
技术介绍
关于表征通信数据信道的信道状态的现有技术自从追溯至1858年的第一条横跨大西洋的电缆的出现，让其支持者失望的是其仅能够以每16小时约100字的速率发射数据，不完美的数据信道对通信速度和可靠性的影响对于电信行业已显而易见。随着快速过渡到现代，即使现代的电子导线(例如，CATV电缆)、光纤和数据发射的无线(无线电)方法也经受不完美的数据信道的影响。数据信道常常是不完美的，因为它们常常含有定位于媒体中的各种物理位置处的各种信号反射器(例如，例如导线等1D电导体中的各种接合处，或例如光纤等光学导体中的1D接合处。对于其中媒体是3D空间的无线通信，这些反射器可为定位于空间中的各种位置的无线电反射器)。无论媒体类型和反射器类型如何，反射器通常通过产生各种回声反射、频率移位及类似物而使信号波形失真。净结果是由数据信道发射器发送的原始干净且容易解译的信号波形在其到达接收器的时候将会因原始信号波形的各种回声和经频率移位版本的存在而降级。传统地，电信行业已倾向于通过使用这些各种数据信道反射器和其它减损的统计模型来处理这些问题以产生关于给定数据信道的状态(信道状态)可如何基于统计而波动的统计简档。这些现有技术包含Clarke和Jakes的著作(R.H.Clarke，《移动无线电接收的统计理论(Astatisticaltheoryofmobile-radioreception)》，贝尔系统技术期刊，47，957-1000(1968)；以及W.C.Jakes(编者)，《微波移动通信(MicrowaveMobileCommunications)》，Wiley出版社，纽约，1974)，且实际上这些方法在行业中常常称为Clarke-Jakes模型。这些现有技术模型是有用的，因为其帮助通信工程师保守地设计对于各种商业应用一般都将足够稳健的设备。举例来说，如果统计模型预测在频率上过于靠近在一起的波形将趋于以某种统计概率通过信道状态散布到彼此上，随后可设计通信规范而在信道之间具有足够的频率分离以在某种水平的统计概率上起作用。类似地如果统计模型示出信道状态中的某些统计波动将产生信号强度的对应波动，那么可设计所发射波形的功率或数据发射的最大速率或这两者以处理这些统计波动。这些各种问题的良好回顾由Pahlavan和Levesque的《无线信息网络第二版(WirelessInformationNetworks,SecondEdition)》(2005，JohnWiley&Sons公司，新泽西州霍博肯市)提供。此书提供了良好的现有技术回顾，论述了无线电信号如何经受各种影响，包含多路径衰落、随着距离的信号下降、多普勒移位，以及各种反射器的散射。作为现有技术的特定实例，考虑设计用于移动蜂窝式电话(手机)的设备的挑战。当移动手机接收到来自非移动手机塔(基站)的发射时，虽然来自手机塔的一些无线能量可直接行进到手机，但来自手机塔发射的许多无线能量将通常反射离开各种反射器(例如，建筑物的平坦侧)，且原始手机塔发射的这些“复制品”也将由手机接收，由于手机塔、反射器和手机之间的距离而经受各种时间延迟和功率损耗。如果手机在移动，那么原始信号的反射“复制品”也将在变化范围上经多普勒移位。这些多普勒移位将根据手机塔、手机之间的相对速度和角度以及反射信号的各种建筑物(反射器)的位置而变化。根据例如Clarke-Jakes模型等现有技术，可关于发射器、接收器以及各种反射器的平均分布做出统计假设。此统计模型可随后例如用以帮助设定系统参数和安全裕度以使得在某一水平的可靠性下，无论这些影响如何系统都仍起作用。因此现有技术允许制造合理地稳健且商业上有用的系统。极化效应：例如光波和无线电波等某些类型的波可在各种方向或定向上振荡。举例来说，无线(无线电波)可在例如水平或垂直方向等单个方向上线性极化，或它们可经圆形极化以使得场旋转的方向可以顺时针或逆时针方式变化。举例来说，无线天线常常可经配置以发射线性极化无线波形。发射的光波和/或无线电波常常由各种类型的极化波的相干或非相干的混合物组成。一般如果存在所有极化类型的相等混合，那么所述波被视为未经极化。相反如果一个极化类型占优势，那么所述波被视为根据优势极化模式而极化。反射器常常并不以确切相同方式反射所有极化波。实际上反射器常常吸收一些极化模式，同时反射其它极化模式。举例来说，镜面反射器(镜面反射)常常仅反射一个极化方向，这是极化太阳镜常常用以减少眩光的原因。例如无线信号的地面反射或反射离开不规则金属物体等其它类型的反射器可最终使反射波的极化角度移位。MIMO技术MIMO(多输入多输出)无线电方法常用用于许多应用，包含WiFi和3GMIMO技术。MIMO的基本原理在例如Roy的5,515,378、Paulraj的5,345,599等各种美国专利以及例如Golden等的《使用VBLAST空时通信架构的检测算法和初始实验室结果(DetectionalgorithmandinitiallaboratoryresultsusingVBLASTspace-timecommunicationarchitecture)》(ELECTRONICSLETTERS35(1)，1999年1月7日)等各种论文中描述。相控阵列技术相控阵列天线用于宽范围的应用，包含雷达、射电天文学、AM和FM广播及类似应用。在发射器侧上，基本概念是根据N狭缝衍射的原理操作多个(例如，N个)发射器或接收器。因此为了发射，所述N个发射器中的每一者将发射同一波形，各自被偏移不同的相移角度。由于相长干涉和相消干涉的衍射原理，取决于相移角度，来自N个不同天线的所得波形的总和将对所得发射波束赋予方向性。类似地，为了接收，接收器将监视或检测由N个不同接收天线接收的相同波形之间的相移，因此实际上也对接收器天线阵列赋予方向性。关于相控阵列方法的专利包含Shimko的第4931803号美国专利等等。OTFS方法的回顾如先前论述，例如光纤通信、基于电子线或电缆的通信以及无线通信等现代的电子元件通信全部通过调制信号且在其相应光纤、线/电缆或者无线媒体或通信信道上发送这些信号而操作。此处这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动获取减弱的数据信道的2D信道状态的方法，所述减弱的数据信道连接至少一个发射器和至少一个接收器/n其中所述至少一个发射器在时间pt和频率pf的多个组合上发射直接OTFS导频突发，所述直接OTFS导频突发包括作为OTFS导频符号波形突发P

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20140721 US 62/027,231;20141229 US 14/583,9111.一种自动获取减弱的数据信道的2D信道状态的方法，所述减弱的数据信道连接至少一个发射器和至少一个接收器
其中所述至少一个发射器在时间pt和频率pf的多个组合上发射直接OTFS导频突发，所述直接OTFS导频突发包括作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)而发射的多个OTFS导频符号Ppt,pf，其中每一所述pt和pf是从二维导频OTFS时间频率栅格选出的唯一导频时间频率坐标，且所有所述OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)是从同一OTFS导频基础波形Wp的经时间和频率移位版本导出的相互正交的波形突发；
所述方法包括：
根据具有与所述OTFS时间频率栅格成比例的区间大小和区间坐标位置的至少二维导频OTFS时间频率区间结构接收至少所述导频突发；
其中在通过所述减弱的数据信道的传播后，所述直接OTFS导频突发中的至少某些直接OTFS导频突发直接从所述至少一个发射器行进到所述至少一个接收器，进而产生经发射器频率移位且经接收器频率移位的直接OTFS导频突发，且所述直接OTFS导频突发中的其它直接OTFS导频突发在到达所述至少一个接收器之前反射离开至少一个反射器，进而在所述至少一个接收器处产生进一步经反射器时间延迟且经反射器频率移位的复制OTFS导频突发；
其中在所述至少一个接收器处，任何所述经发射器频率移位且经接收器频率移位的直接OTFS导频突发以及任何所述复制OTFS导频突发的所得组合产生信道卷积OTFS导频突发；
所述接收至少所述导频突发包含使用所述区间结构接收所述信道卷积OTFS导频突发；以及
确定连接所述至少一个发射器和所述至少一个接收器的所述减弱的数据信道的所述2D信道状态。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在发射之前，选择所述多个OTFS导频符号Ppt,pf以及二维导频OTFS时间频率栅格和区间结构以使得如果在由所述至少一个发射器发射之后，所述减弱的数据信道随后造成以第一时间频率坐标原始发射的所述OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)中的至少一些被投影到以不同时间频率坐标以及与标称对应于所述OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)的那些区间不同的区间原始发射的不同OTFS导频符号波形突发Pt2,f2·Wp(t2,f2)上，所述方法进一步包含：
检测所述投影中的至少一些。


3.根据权利要求2所述的方法，其中作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)发射的所述多个OTFS导频符号Ppt,pf包括作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)发射的至少一个非空OTFS导频符号Ppt,pf，其具有足够功率而可由所述至少一个接收器检测；以及以下各项中的任一者：
1:所述多个OTFS导频符号中的至少一些是既定产生从所述二维导频OTFS时间频率栅格选出的空的pt和pf唯一导频时间频率坐标的空导频符号，其中不发射波形突发；或
2:所述多个OTFS导频符号中的至少一些是既定产生从所述二维导频OTFS时间频率栅格选出的pt和pf唯一导频时间频率坐标的均匀背景的背景导频符号，所述方法进一步包含：
检测信道卷积非空OTFS导频突发到所述均匀背景上的投影。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述2D信道状态包含：使用至少一个2D脉冲响应以数学方式描述所述减弱的数据信道如何造成以第一时间频率坐标发射的所述OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)中的至少一些被投影到以不同时间频率坐标以及与标称对应于所述OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)的那些区间不同的区间原始发射的不同OTFS导频符号波形突发Pt2,f2·Wp(t2,f2)上。


5.根据权利要求4所述的方法，进一步包含使用来自多个所述区间的多个所述2D脉冲响应以至少部分地将所述2D信道状态描述为包括2DZ变换或其它2D变换中的至少一者的至少一个2D变换。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述2D信道状态包括用于所述减弱的数据信道的矩阵或其它数学变换，其描述由所述发射器发射的所有信号如何与来自所述发射器的由所述接收器接收的所有信号耦合。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个OTFS导频符号Ppt,pf是所述至少一个接收器已知的，且其中将所述多个OTFS导频符号进一步选择为以下各项中的任一者：包括二进制最大长度移位寄存器序列的一维或二维m序列，由Ppt,pf零值的区包围的差量值Pi,j，一维或二维Barker码，Costas阵列，Walsh矩阵，或经选择以促进获取所述2D信道状态的其它多个导频符号；且
其中所述区间具有与所述栅格的时间频率分辨率相比来说相等或更精确的时间频率分辨率。


8.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：
通过所述减弱的数据信道发射多个数据符号，以还发射所述多个数据符号中的至少一些作为包括多个载运数据的波形突发的直接数据突发，且将所述直接数据突发连同所述直接OTFS导频突发一起发射到所述至少一个接收器；
其中所述直接数据突发也反射离开所述至少一个反射器，进而在所述至少一个接收器处产生包括经时间延迟且经反射器频率移位的直接数据突发的复制数据突发，且其中在所述至少一个接收器处，任何所述经发射器频率移位且经接收器频率移位的直接数据突发以及复制数据突发的所得组合产生信道卷积数据突发；以及
使用所述2D信道状态进一步执行以下各项中的至少一者：
a)在所述至少一个发射器处预编码所述直接数据突发中的至少一些以预先补偿所述减弱的数据信道；以及
b)在所述至少一个接收器处对所述信道卷积数据突发中的至少一些进行解卷积，进而导出所述多个数据符号的至少近似。


9.根据权利要求8所述的方法，其中至少所述数据符号进一步布置于二维OTFS数据时间频率栅格的符号帧部分中，所述符号帧为至少所述数据符号的NxN或NxM帧，N和M均为大于1的整数；
其中基于每符号帧，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符号和对应OTFS变换直接数据突发的对应OTFS帧；
所述方法进一步包含：
基于每OTFS帧而接收所述信道卷积OTFS变换数据突发；
基于每OTFS帧对所述多个OTFS符号进行解卷积，进而产生所述OTFS帧的近似；
从所述OTFS帧的所述近似提取至少复制数据符号。


10.根据权利要求8所述的方法，其中所述直接数据突发发射所述多个数据符号中的至少一些作为直接OTFS数据突发，所述直接OTFS数据突发包括在时间dt和频率df的多个组合上作为OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)发射的多个OTFS数据符号Ddt,df，其中每一所述dt和df是从二维OTFS数据时间频率栅格选出的唯一数据时间频率坐标(dt，df)，且所有所述OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)包括通过从同一OTFS数据基础波形Wd的经时间和频率移位版本导出的相互正交波形突发发射的原始发射OTFS数据符号Ddt,df，且其中每一数据符号分布于多个OTFS数据符号Ddt,df上；
其中所述信道卷积数据突发是信道卷积OTFS数据突发；
其中所述多个数据符号中的个别数据符号在发射之前在所述发射器处经编码为多个OTFS数据符号Ddt,df，所述编码经配置以使得所述接收器必须成功地接收多个OTFS数据符号Ddt,df以提供足够信息来确定所述个别数据符号；
其中所述多个所述OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)是从同一OTFS数据基础波形Wd导出的相互正交波形突发；且
其中所述区间结构进一步涵盖所述二维OTFS数据时间频率栅格。


11.根据权利要求10所述的方法，其中所述OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)和所述多个所述OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)是选自共同多个时间t和频率f，其中每一所述t和f是从二维OTFS时间频率坐标的共同栅格选出的唯一时间频率坐标(t，f)；
其中用于所述OTFS数据符号波形突发的所述时间频率坐标(td，fd)进一步选择为不与用于所述OTFS导频符号波形突发的所述时间频率坐标(pt，pf)重叠。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述OTFS数据OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)以及作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)发射的所述多个OTFS导频符号Ppt,pf并不占据从所述二维OTFS数据时间频率栅格选出的所有唯一时间频率坐标(dt，df)。


13.根据权利要求11所述的方法，其中所述OTFS数据OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)以及作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)发射的所述多个OTFS导频符号Ppt,pf并不全部以相同功率电平发射，而是一些OTFS数据符号波形突发或一些OTFS导频符号波形突发是以根据至少所述2D信道状态、到所述至少一个接收器的距离或所述至少一个接收器的灵敏度选择的功率电平而发送。


14.根据权利要求11所述的方法，其中用于所述OTFS数据符号波形突发的所述时间频率坐标(td，tf)进一步选择为围绕或邻近于用于所述OTFS导频符号波形突发的时间频率坐标(pt，pf)；且
其中所述OTFS导频基础波形Wp和所述OTFS数据基础波形Wd经选择为同一基础波形。


15.根据权利要求1所述的方法，其中所述减弱的数据信道是包括至少一个光纤的光纤数据信道、包括至少一个金属电导体的导电线数据信道，或包括流体的数据信道。


16.根据权利要求1所述的方法，其中所述减弱的数据信道是无线数据信道，所述发射器是无线发射器，所述接收器是无线接收器，所述反射器是进一步包括反射器速度的无线反射器，所述反射器频率移位是接收器速度多普勒移位，且所述至少一个反射器反射系数是反射器无线反射系数；
所述发射器具有发射器速度，且所述发射器频率至少部分地通过根据所述发射器速度变化的发射器多普勒移位而确定；
所述接收器具有接收器速度，且所述接收器频率至少部分地通过根据所述接收器速度变化的接收器多普勒移位而确定；
所述直接OTFS导频突发包括多个无线OTFS导频符号波形突发；且
其中所述2D信道状态包括关于由所述至少一个发射器、接收器和反射器的发射器多普勒移位、接收器多普勒移位、反射器多普勒移位以及反射器反射系数造成的相对位置、速度、速度引起的频率移位的信息。


17.一种自动获取减弱的数据信道的2D信道状态的方法，所述减弱的数据信道连接至少一个发射器和至少一个接收器
其中所述至少一个发射器在时间pt和频率pf的多个组合上发射直接OTFS导频突发，所述直接OTFS导频突发包括作为无线OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)而发射的多个OTFS导频符号Ppt,pf，其中每一所述pt和pf...

【专利技术属性】
技术研发人员：R哈达尼，SS拉基布，
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