基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法及装置，该方法包括：接收OTFS调制信号，根据预设导频结构扫描相应导频接收位置获得接收导频信号；根据接收导频信号，分别对每条路径的信道参数进行估计并重构获得初始估计信道；根据每组天线接收信号和估计信道，确定发射信号，并根据检测到的发射信号和接收信号，确定优化信道；其中，预设导频结构中不同天线的导频间隔根据最大时延确定，导频与传输信号之间设置保护间隔，保护间隔根据最大多普勒频移确定。该方法可以清晰的分辨出不同发射天线在同一根天线上的接收导频信号差异，提高了估算精度。导频结构只占用少量信道资源，可以提高资源利用率，避免导频开销过大问题。大问题。大问题。

【技术实现步骤摘要】
基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于OTFS调制的联合信道估计方法及装置。

技术介绍

[0002]作为5G的典型应用场景之一，高移动速度场景如V2V、基站与无人机之间的通信以及基站与高速移动列车之间的通信等会使信道时变速度很快，从而导致很大的多普勒扩展。当前在4G系统中广泛应用的OFDM技术能够有效对抗时延扩展导致的符号间干扰，且在时不变信道的情况下实现较高的频谱效率。但在时变信道下的多普勒扩展会导致OFDM中的子载波间干扰，从而降低OFDM的性能。
[0003]正交时频空间(OTFS)调制技术是近几年来新提出的一种用以代替OFDM来对抗时变信道情况下多普勒扩展的通信技术。OTFS可以有效地将时变多径信道转换到时延
‑
多普勒(DD)域中的二维信道，并在此域中进行调制与解调操作，并且在DD域中，信道对于一个OTFS符号内的每个数据都有着相同的信道增益，从而使得其在即使具有很大多普勒扩展的信道中通信也可以拥有着很好地传输性能。
[0004]作为5G的关键技术之一，大规模MIMO技术能够有效的提高系统频谱效率和传输可靠性，因此通过将大规模MIMO与OTFS结合，可获得巨大的性能增益。而为了能够充分发挥大规模MIMO
‑
OTFS的优势，需要获得尽可能准确的信道状态信息，但是由于基站侧天线数量很多，导致传统信道估计方法采用的正交导频的导频开销过大。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法及装置。
[0006]本专利技术提供一种基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，包括：接收基于MIMO导频结构传输的DD域OTFS调制信号，根据预设导频结构扫描相应导频接收位置获得接收导频信号；根据所述接收导频信号，分别对每条路径的信道参数进行估计，重构得到初始估计信道；将接收天线顺序分组，根据任一组天线接收信号和所述初始估计信道，对每一路径进行检测，确定发射信号，通过对所有路径进行多路合并，确定最终发射信号的检测结果，作为发射估计信号，并根据发射估计信号和接收信号，确定优化估计信道；其中，所述导频结构中不同天线的导频间隔根据最大时延确定，导频与传输信号之间设置保护间隔，保护间隔根据最大多普勒频移确定。
[0007]根据本专利技术一个实施例的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，所述导频结构在DD域信道网格中，对于N维度，同一位置网格设置对应不同天线的导频，导频与天线一一对应；对于M维度，相邻导频的间隔为t
m
，导频与传输信号间以及不同天线的导频之间设置保护间隔，对于N维度，导频两侧的保护间隔宽度均为2v
n
；其中，DD域信道网格每一格两个维度分别对应了量化的时延长度和多普勒长度，M为子载波数量，N为一帧OTFS信号
中包含的OFDM符号数，t
m
为量化后最大时延尺度，v
n
是量化后最大多普勒频移尺度。
[0008]根据本专利技术一个实施例的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，所述根据所述接收导频信号，分别对每条路径的信道参数进行估计，重构得到初始估计信道，包括：根据每一条路径不同天线上的接收信号作为观测样本，通过免疫算法求解如下优化问题，得到相应的发射角；根据发射角确定多普勒频移，进而确定信道参数，以重构初始估计信道；
[0009][0010]其中，
[0011]表示DD域接收信号，a(θ
i
)为对应发射角θ
i
的天线转向矢量，i是表示路径的下标，χ
i
表示第i条信道在DD域网格的多普勒维度坐标，n
BS
和n
MS
分别表示基站和移动端的天线标识，表示根据预设导频结构，第n
MS
根发射天线在第i条信道的DD域网格时延维度坐标；表示矩阵中的第n
BS,i
行构成的向量。
[0012]根据本专利技术一个实施例的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，所述根据任一组天线接收信号和所述初始估计信道，对每一路径进行检测，确定发射信号，通过对所有路径进行多路合并，确定最终发射信号的检测结果，包括：根据一组天线信号和所述初始估计信道，结合发射信号的符号空间，利用MP检测算法求解每组天线的最优发射信号；根据每组天线的最优发射信号，通过计算所有天线的合并概率确定发射信号的检测结果。
[0013]根据本专利技术一个实施例的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，所述利用MP检测算法求解每组天线的最优发射信号，包括：对优化问题进行如下转换并求解，得到每组天线的最优发射信号：
[0014][0015]其中，为接收信号，d为DD域信道的行数，c为DD域信道的列数，是发射信号最优解，a
j
是符号空间中第j个符号，是第n
BS
根接收天线对应的DD域信道，表示信道矩阵中第c列中非零位置的集合；为表示第i条信道中第c列中非零位置的集合。
[0016]根据本专利技术一个实施例的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，所述根据发射信号和接收信号，确定优化估计信道，包括：根据信道矩阵H
B
的循环稀疏矩阵特性，进行对角化：
[0017][0018][0019]X＝[X
DD,0
,X
DD,1
,
…
X
DD,M
‑1]T
，
[0020][0021]X
DD
＝[X
DD
(mN),X
DD
(mN+1),
…
X
DD
((m+1)N)]T
；
[0022]W＝P
‑1H
B
P＝diag{g(1),g(ω1),
…
g(ω
n
‑1)}；
[0023]确定W上的对角元素，根据对角元素具体值以及排列方式，结合特征值与信道系数的关系，推算出时延多普勒域信道中非零元素位置及大小，得到所述优化估计信道。
[0024]根据本专利技术一个实施例的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，所述确定优化估计信道之后，还包括：重复根据另一组天线的接收信号和根据上组天线得到的优化估计信道，确定所述另一组天线发射信号的检测结果，以及确定新的优化估计信道的迭代过程，以实现发射信号检测和估计信道的迭代优化。
[0025]本专利技术还提供一种基于OTFS调制的联合信道估计装置，包括：接收模块，用于接收基于MIMO导频结构传输的DD域OTFS调制信号，根据预设导频结构扫描相应导频接收位置获得接收导频信号；初始估计模块，用于根据所述接收导频信号，分别对每条路径的信道参数进行估计，重构得到初始估计信道；优化估计模块，用于将接收天线顺序分组，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，其特征在于，包括：接收基于MIMO导频结构传输的多普勒时延DD域OTFS调制信号，根据预设导频结构扫描相应导频接收位置获得接收导频信号；根据所述接收导频信号，分别对每条路径的信道参数进行估计，重构得到初始估计信道；将接收天线顺序分组，根据任一组天线接收信号和所述初始估计信道，对每一路径进行检测，确定发射信号，通过对所有路径进行多路合并，确定最终发射信号的检测结果，作为发射估计信号，并根据发射估计信号和接收信号，确定优化估计信道；其中，所述导频结构中不同天线的导频间隔根据最大时延确定，导频与传输信号之间设置保护间隔，保护间隔根据最大多普勒频移确定。2.根据权利要求1所述的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，其特征在于，所述导频结构在DD域信道网格中，对于N维度，同一位置网格设置对应不同天线的导频，导频与天线一一对应；对于M维度，相邻导频的间隔为t
m
，导频与传输信号间以及不同天线的导频之间设置保护间隔，对于N维度，导频两侧的保护间隔宽度均为2v
n
；其中，DD域信道网格每一格两个维度分别对应了量化的时延长度和多普勒长度，M为子载波数量，N为一帧OTFS信号中包含的OFDM符号数，t
m
为量化后最大时延尺度，v
n
是量化后最大多普勒频移尺度。3.根据权利要求1所述的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，其特征在于，所述根据所述接收导频信号，分别对每条路径的信道参数进行估计，重构得到初始估计信道，包括：根据每一条路径不同天线上的接收信号作为观测样本，通过免疫算法求解如下优化问题，得到相应的发射角；根据发射角确定多普勒频移，进而确定信道参数，以重构初始估计信道；其中，其中，表示DD域接收信号，a(θ
i
)为对应发射角θ
i
的天线转向矢量，i是表示路径的下标，χ
i
表示第i条信道在DD域网格的多普勒维度坐标，n
BS
和n
MS
分别表示基站和移动端的天线标识，表示根据预设导频结构，第n
MS
根发射天线在第i条信道的DD域网格时延维度坐标；表示矩阵中的第n
BS,i
行构成的向量。4.根据权利要求1所述的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，其特征在于，所述根据任一组天线接收信号和所述初始估计信道，对每一路径进行检测，确定发射信号，通过对所有路径进行多路合并，确定最终发射信号的检测结果，包括：根据一组天线信号和所述初始估计信道，结合发射信号的符号空间，利用MP检测算法求解每组天线的最优发射信号；根据每组天线的最优发射信号，通过计算所有天线的合并概率确定发射信号的检测结
果。5.根据权利要求4所述的基于OTFS调制的联合信道估计与信号检测方法，其特征在于，所述利用MP检测算法求解每组天线的最优发射信号，包括：对优化问题进行如下转换并求解，得到每组天线的最优发射信号：其中，为接收信号，d为DD域信道的行数，c为DD域信道的列数，是发射信号最优解，a
j
是符号空间中第j个符号，是第n
BS
根接收天线对应的DD域信道，表示信道矩阵中第c列...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕颖蕾，宋梅，张勇，满毅，郑凯航，王小娟，郭达，魏翼飞，赵杨柳，王炳晖，胡聪颖，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：