一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法。包括以下步骤：步骤1，生成由发射天线发送的OTFS通信感知一体化信号：步骤2，在一体化信号感知到目标后，由目标反射回波信号至通信感知一体化接收机：步骤3，进行下变频处理与OTFS解调，获得DD域接收调制符号矩阵：步骤4，完成雷达信道与目标参数估计：步骤5，对OTFS通信感知一体化信号目标参数估计的结果进行校准：本发明专利技术优点是当目标的距离和速度分别为距离分辨率和速度分辨率的整数倍时能够准确估计目标参数信息且提出的DD域能量质心谱校正法能够将分数倍情况下产生的参数估计误差大大降低，通过校准获得更准确的参数估计结果并且极大地简化了计算过程。数估计结果并且极大地简化了计算过程。数估计结果并且极大地简化了计算过程。

【技术实现步骤摘要】
一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法


[0001]本专利技术属于无线通信和雷达信号处理
，具体涉及一种基于MMSE准则与DD域能量质心谱校正的OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法。

技术介绍

[0002]现有的无线通信系统提供通信服务以解决用户的话音及数据业务需求。未来第六代移动通信系统(6G)除了实现传统通信网络的功能，还将为新兴业务如扩展现实、智能车联网提供高精度传感服务，因而无线通信与雷达感知技术的融合受到了广泛的关注。长期以来无线通信和雷达感知并行发展、交叉有限，然而随着两者技术的演进，通信系统与感知系统逐渐具备联合设计的可能与潜力。在系统组成结构上，通信与感知在信号处理算法、设备甚至系统架构上有许多共同点；在工作频段兼容方面，通信系统频段的抬高将导致两者的频段出现越来越多的交叠，两者共享频谱将具有潜在可能；此外将通信系统与感知系统集成于一体能够减小设备尺寸与成本。因此为了解决新兴业务的通感双功能需求并提高无线电频谱效率及降低硬件成本，需要联合设计通信系统与感知系统从而共享相同的频段和硬件设备，最终实现通信感知一体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通信感知一体化发射机对通信信息序列进行星座映射、OTFS调制与射频调制，生成由发射天线发送的OTFS通信感知一体化信号；步骤2，通信感知一体化发射机发送OTFS通信感知一体信号进行目标感知，在一体化信号感知到目标后，由目标反射回波信号至通信感知一体化接收机；步骤3，通信感知一体化接收机在接收到由目标反射的回波信号后，进行下变频处理与OTFS解调，获得DD域接收调制符号矩阵；步骤4，通信感知一体化接收机根据DD域接收调制符号与DD域发送调制符号进行雷达感知信号处理，完成雷达信道与目标参数估计；步骤5，在DD域平面栅格Γ上采用DD域能量质心谱校正法对步骤4中OTFS通信感知一体化信号目标参数估计的结果进行校准。2.根据权利要求1所述的一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1，通信信源生成由二进制比特构成的数据信息序列，将信息序列输入至星座映射器并采用正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)进行数字调制获得发送调制符号向量；表示长度为MN的发送调制符号向量，M表示OTFS帧的子载波数量，N表示OTFS帧的符号数量；步骤1.2，将待传输的发送调制符号向量排列成N行M列的符号矩阵并摆放于二维时延
‑
多普勒(Delay
‑
Doppler，DD)域平面栅格Γ获得DD域发送调制符号矩阵DD域平面栅格定义为Γ如以下公式(1)所示：以上公式(1)中，k和l分别表示多普勒域的索引和时延域的索引，T和Δf分别表示OTFS符号周期和子载波间隔，并满足TΔf＝1以保持正交性，(k)
N
表示对k取多普勒频移运算，如以下公式(2)所示：步骤1.3，对DD域发送调制符号进行OTFS调制，获得时域上的基带发射信号：步骤1.4，对时域上的基带发射信号进行射频调制，产生的由发射天线发送的OTFS通信感知一体化信号如以下公式(6)所示：其中，s
RF
(t)表示由发射天线发送的OTFS通信感知一体化信号，f
c
表示射频载波频率。3.根据权利要求1所述的一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1，根据所感知目标的特征建立DD域雷达信道脉冲响应的模型；DD域雷达信道脉冲响应的模型如以下公式(7)所示：
其中，h(τ，v)表示DD域雷达信道，τ和v分别表示时延和多普勒频移，P表示感知目标的数量，h
p
表示第p个目标的复信道增益，p＝1，
…
，P，τ
p
和v
p
分别表示通信感知一体化发射机与第p个目标的往返时延和多普勒频移，τ
p
满足τ
p
＝2R
p
/c，v
p
满足v
p
＝2f
c
V
p
/c，R
p
和V
p
分别表示通信感知一体化发射机与第p个目标的相对距离和相对运动速度，c代表光速，δ(
·
)为狄利克雷函数；步骤2.2，将发送的OTFS通信感知一体化信号经感知目标反射后，产生回波并返回至通信感知一体化接收机的这一过程，等效于发送的OTFS通信感知一体化信号经过步骤2.1所述DD域雷达信道的射频等效信道到达通信感知一体化接收机处，通信感知一体化接收机处收到回波信号的等效过程如以下公式(8)所示：r
RF
(t)＝∫∫h
RF
(τ，v)s
RF
(t
‑
τ)e
j2πv(t
‑
τ)
dτdv......(8)，其中，r
RF
(t)表示通信感知一体化接收机处收到的回波信号，h
RF
(τ，ν)表示步骤2.1所述的DD域雷达信道的射频等效信道；其中，DD域雷达信道的射频等效信道如以下公式(9)所示：4.根据权利要求1所述的一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1，通信感知一体化接收机对回波信号进行下变频处理，获取时域基带接收信号；时域基带接收信号如以下公式(10)所示：其中，r(t)表示通信感知一体化接收机处的时域基带接收信号；步骤3.2，对时域基带接收信号进行OTFS解调，获得DD域接收调制符号矩阵5.根据权利要求1所述的一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法，其特征在于，所述步骤4包括以下步骤：步骤4.1，将步骤2.1中所述的DD域雷达信道使用离散形式表达；DD域雷达信道使用离散形式的表达式如以下公式(13)所示：其中，h[k，l]表示DD域雷达信道离散响应，即多普勒域索引k和时延域索引l处的复信道增益值，多普勒域索引k和时延域索引l分别对应于多普勒频移v＝(k)
N
/(NT)和时延τ＝l/(MΔf)，1/(NT)和1/(MΔf)分别表示多普勒分辨率和时延分辨率；其中，第p个目标的往返时延τ
p
与时延分辨率的关系为τ
p
＝l
p
/(MΔf)，多普勒频移v
p
与多普勒分辨率的关系为v
p
＝k
p
/(NT)且关系表示第p个目标位于DD域平面栅格Γ上第l
p
个时延域索引和第k
p
个多普勒域索引处，当k＝k
p
且l＝l
p
时则h[k，l]＝h
p
，当在第l个时延域索引和第k个多普勒域索引处未感知到目标时则h[k，l]＝0；步骤4.2，根据步骤4.1所述的离散形式DD域雷达信道，获得DD域发送调制符号与DD域
接收调制符号之间的输入输出关系，DD域发送调制符号与DD域接收调制符号之间的输入输出关系如以下公式(14)所示：其中，<
·
>
N
和<
·
>
M
分别表示模N和模M运算，w[k，l]表示DD域平面栅格Γ上的第k个多普勒和第l个时延格点处的加性高斯白噪声，服从均值为零且方差(即平均功率)为σ2的复高斯分布，α[k，l]表示由时域样本的循环移位引起的多普勒域线性相移，α[k，l]如以下公式(15)所示：步骤4.3，根据DD域接收调制符号和DD域发送调制符号进行基于最小均方误差准则(Minimum Mean Square Error，MMSE)的DD域雷达信道与目标参数估计。6.根据权利要求1所述的一种OTFS通信感知一体化信号目标参数估计方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：步骤5.1，对步骤4.3.3中估计的DD域雷达信道离散响应进行样值比选，分别实施行比选和列比选，根据比选结果求向量元素中的最大值，即DD域雷达信道离散响应的峰值；行比选表示按行比较选取每一行的最大值，行比选的结果为向量满足满足表示DD域雷达信道离散响应中第k行的最大值，k为多普勒域索引，列比选表示按列比较选取每一列的最大值，列比选的结果为向量满足足表示DD域雷达信道离散响应中第l列的最大值，l为时延域索引，峰值对应于时延域索引和多普勒域索引步骤5.2，以DD域雷达信道离散响应的峰值为中心，向上取X个样值、向下取个X样值，同时向左取Y个样值、向右取Y个样值，并取样值的时延域索引与多普勒域索引；向上取X个样值的结果为x＝1，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喜庆，熊礼亮，闫实，彭木根，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：