一种针对正交时频空调制系统的符号检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对正交时频空调制系统的符号检测方法，包括以下步骤：A：建立DD域信道矩阵；B：利用分块循环

【技术实现步骤摘要】
一种针对正交时频空调制系统的符号检测方法


[0001]本专利技术涉及信号处理领域，尤其涉及一种针对正交时频空调制系统的符号检测方法。

技术介绍

[0002]随着现代通信技术迭代周期的逐渐缩短，下一代移动通信标准成为各个国家着重占领的战略要地。第6代(6G)移动通信技术将为人们的生活提供无所不在的连接，如自动驾驶、高速列车、无人机和低轨道卫星等。如何在超高速移动环境下提供可靠的通信已成为6G技术的关键问题之一。下一代移动通信将达到太比特的峰值吞吐量，频谱资源需要扩展到毫米波频段。毫米波具有更大的带宽，能够实现更高的数据速率，但在高速移动场景下该频段将产生严重的多普勒扩散。传统的正交频分复用(OFDM)调制在4G和5G中得到了广泛的应用，但在高移动性场景下，OFDM会受到严重的载波间干扰，并且最高和最低子载波也会表现出不同的归一化多普勒效应，会导致同步性问题。2016年提出的正交时频空(OTFS)调制系统，采用新型变换域方法，将数据调制在时延
‑
多普勒(DD)域，能够有效地估计和消除多普勒频移和多径时延效应，在6G移动通信技术的众多备选方案中潜力巨大。
[0003]OTFS调制系统选择将信息比特调制在DD域内，利用信道的稀疏性简化信道估计和检测算法。经过OTFS调制，信息承载数据可以在大致恒定的时延
‑
多普勒信道中复用，从而使OTFS系统可以实现在高移动性场景中获得比OFDM更优的性能。
[0004]相较于传统调制方法，OTFS具有如下优点：
[0005](1)峰均比远低于OFDM和广义频分复用，这对功率受限系统(如物联网)尤其有利。此外，保护间隔或循环前缀只需要在连续的OTFS符号之间，因此系统空闲时间显著减少。
[0006](2)通过添加一些预处理和后处理块，OTFS收发器可以在传统OFDM架构的基础上实现，从而使OTFS在实现的角度上更具吸引力。
[0007](3)将剧烈波动的时
‑
频域信道转换为DD域的“准时不变”信道。
[0008]上述优点使得OTFS系统非常适合于车联网、毫米波和非地面网络(如无人机和地轨道卫星)等高移动性和高数据率的场景。
[0009]作为一种高效的信号处理方法，因子图
‑
消息传递算法在OTFS检测中得到了初步的应用。但是，消息传递算法很容易在迭代过程中陷入局部最优，特别是在OTFS系统中信道多径参数复杂时，甚至可能出现发散的情况，导致现有的OTFS检测方法存在复杂度高和性能差的缺陷。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种针对正交时频空调制系统的符号检测方法，能够解决现有OTFS检测方法中所存在的复杂度高和性能差的缺陷。
[0011]本专利技术采用下述技术方案：
[0012]一种对正交时频空调制系统的符号检测方法，依次包括以下步骤：
[0013]A：建立DD域信道矩阵；
[0014]定义DD域平面，得到DD域的输入输出关系转的向量表示形式：
[0015][0016]其中，将DD域平面定义为一个虚拟平面，坐标轴的横轴和纵轴分别为多普勒频移和时延，坐标轴被单位多普勒频移Δf和单位时延Δτ划分为网格，需要传输的信息比特序列b∈{0,1}经过正交振幅调制(QAM)，转换为数据符号序列x[k,l]，k＝0,1,...N
‑
1，l＝0,1,...,M
‑
1，将数据符号序列x[k,l]放置在DD域平面上，k表示DD域平面上在多普勒频移方向的坐标，l表示DD域平面上在时延方向的坐标，N表示DD域平面上沿多普勒频移方向的数据符号的个数，M表示DD域平面上沿时延方向的数据符号的个数；将DD域的发送符号向量化表示为数据向量x，y为接收向量，P表示多径个数，k
i
表示第i条径的多普勒频移除以单位多普勒频移Δf所得倍数，l
i
表示第i条径的时延除以单位时延Δτ所得倍数，I
N
(k
i
)和I
M
(l
i
)分别表示循环移位k
i
次的N维单位矩阵和循环移位l
i
次的M维单位矩阵，h
i
表示第i条径的衰落系数，j为虚数单位，exp(a)表示指数e
a
，符号表示矩阵的克罗内科积，w表示噪声向量，I
M
表示M维单位矩阵，γ表示噪声精度；
[0017]将公式(1)所示DD域输入输出关系表示为
[0018]y＝Hx+w ；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]其中，H∈C
MN
×
MN
表示DD域的等效信道矩阵，具体表示为：
[0020][0021]B：利用分块循环
‑
块内循环特性处理信道矩阵；计算得到向量d＝diag(Λ)，以及观测向量r＝Fy；
[0022]其中，取矩阵H的第一列元素，定义为向量H1，其维度为MN行1列，构造矩阵D＝reshape
M
(H1)，其中reshape
M
()表示将向量转换为M行N列的矩阵；对矩阵D进行二维傅里叶变换Λ＝FFT2(D)，经过二维傅里叶变换以后的矩阵Λ为对角阵；矩阵表示F
N
和F
M
的克罗内科积，F
N
和F
M
分别表示归一化的N点和M点离散傅里叶变换矩阵；
[0023]C：利用DD域信道矩阵进行符号检测；利用步骤B中得到向量d和r，通过迭代方式计算β
i,k
＝ξ
i,k
/e
i
，：比较归一化概率β
i,k
,k＝1,...,Q，假定其中最大概率值为β
i,k'
，判决发送符号x
i
对应的信息比特为第k'个星座点对应的信息比特，即完成发送符号x
i
的检测过程；
[0024]其中，e
i
为归一化系数，ξ
i,k
表示数据向量x第i个元素xi取值为α
k
的概率，α
k
表示QAM调制的第k星座点，Q表示QAM调制的星座点个数。
[0025]所述的步骤A包括以下具体步骤：
[0026]A1：将DD域平面定义为一个虚拟平面，坐标轴的横轴和纵轴分别为多普勒频移和时延，坐标轴被单位多普勒频移Δf和单位时延Δτ划分为网格，需要传输的信息比特序列b
∈{0,1}经过正交振幅调制(QAM)，转换为数据符号序列x[k,l]，k＝0,1,...N
‑
1，l＝0,1,...,M
‑
1，将数据符号序列x[k,l]放置在DD域平面上，k表示DD域平面上在多普勒频移方向的坐标，l表示DD域平面上在时延方向的坐标，N表示DD域平面上沿多普勒频移方向的数据符号的个数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对正交时频空调制系统的符号检测方法，其特征在于，依次包括以下步骤：A：建立DD域信道矩阵；定义DD域平面，得到DD域的输入输出关系转的向量表示形式：其中，将DD域平面定义为一个虚拟平面，坐标轴的横轴和纵轴分别为多普勒频移和时延，坐标轴被单位多普勒频移Δf和单位时延Δτ划分为网格，需要传输的信息比特序列b∈{0,1}经过正交振幅调制(QAM)，转换为数据符号序列x[k,l]，k＝0,1,...N
‑
1，l＝0,1,...,M
‑
1，将数据符号序列x[k,l]放置在DD域平面上，k表示DD域平面上在多普勒频移方向的坐标，l表示DD域平面上在时延方向的坐标，N表示DD域平面上沿多普勒频移方向的数据符号的个数，M表示DD域平面上沿时延方向的数据符号的个数；将DD域的发送符号向量化表示为数据向量x，y为接收向量，P表示多径个数，k
i
表示第i条径的多普勒频移除以单位多普勒频移Δf所得倍数，l
i
表示第i条径的时延除以单位时延Δτ所得倍数，I
N
(k
i
)和I
M
(l
i
)分别表示循环移位k
i
次的N维单位矩阵和循环移位l
i
次的M维单位矩阵，h
i
表示第i条径的衰落系数，j为虚数单位，exp(a)表示指数e
a
，符号表示矩阵的克罗内科积，w表示噪声向量，I
M
表示M维单位矩阵，γ表示噪声精度；将公式(1)所示DD域输入输出关系表示为y＝Hx+w；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，H∈C
MN
×
MN
表示DD域的等效信道矩阵，具体表示为：B：利用分块循环
‑
块内循环特性处理信道矩阵；计算得到向量d＝diag(Λ)，以及观测向量r＝Fy；其中，取矩阵H的第一列元素，定义为向量H1，其维度为MN行1列，构造矩阵D＝reshape
M
(H1)，其中reshape
M
()表示将向量转换为M行N列的矩阵；对矩阵D进行二维傅里叶变换Λ＝FFT2(D)，经过二维傅里叶变换以后的矩阵Λ为对角阵；矩阵表示F
N
和F
M
的克罗内科积，F
N
和F
M
分别表示归一化的N点和M点离散傅里叶变换矩阵；C：利用DD域信道矩阵进行符号检测；利用步骤B中得到向量d和r，通过迭代方式计算β
i,k
＝ξ
i,k
/e
i
，：比较归一化概率β
i,k
,k＝1,...,Q，假定其中最大概率值为β
i,k'
，判决发送符号x
i
对应的信息比特为第k'个星座点对应的信息比特，即完成发送符号x
i
的检测过程；其中，e
i
为归一化系数，ξ
i,k
表示数据向量x第i个元素xi取值为α
k
的概率，α
k
表示QAM调制的第k星座点，Q表示QAM调制的星座点个数。2.根据权利要求1所述的对正交时频空调制系统的符号检测方法，其特征在于，所述的步骤A包括以下具体步骤：
A1：将DD域平面定义为一个虚拟平面，坐标轴的横轴和纵轴分别为多普勒频移和时延，坐标轴被单位多普勒频移Δf和单位时延Δτ划分为网格，需要传输的信息比特序列b∈{0,1}经过正交振幅调制(QAM)，转换为数据符号序列x[k,l]，k＝0,1,...N
‑
1，l＝0,1,...,M
‑
1，将数据符号序列x[k,l]放置在DD域平面上，k表示DD域平面上在多普勒频移方向的坐标，l表示DD域平面上在时延方向的坐标，N表示DD域平面上沿多普勒频移方向的数据符号的个数，M表示DD域平面上沿时延方向的数据符号的个数；数据符号x[k,l],经过DD域信道传输后，在接收端得到DD域接收符号y[k,l],D域接收符号y[k,l],其中，k'和l'分别表示沿多普勒频移和时延方向的数据符号坐标，h
w
[k
‑
k',l
‑
l']表示DD域信道在多普勒频移和时延方向的第|k
‑
k'|和第|l
‑
l'|个坐标上的取值；A2：将DD域的发送符号x[k,l]向量化表示为数据向量x∈C
MN
×1，k＝0,1,...N
‑
1，l＝0,1,...,M
‑
1，符号C
MN
×1表示长度为MN的复数值列向量，使得数据向量x中的第u个元素x
u
与DD域中数据x[k,l]，k＝0,1,...N
‑
1，l＝0,1,...,M
‑
1的坐标关系为u＝kM+l；以与x[k,l]向量化完全相同的方法，将接收符号y[k,l]，k＝0,1,...N
‑
1，l＝0,1,...,M
‑
1向量化表示为y∈C
MN
×1；将DD域的输入输出关系转换为向量形式后得到其中，y为接...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁正道，赵恒，史梁，藏涛，刘亚同，
申请(专利权)人：袁正道，
类型：发明
国别省市：