一种面向6G的MIMO-OTFS系统的预编码优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向6G的MIMO

【技术实现步骤摘要】
一种面向6G的MIMO
‑
OTFS系统的预编码优化方法


[0001]本专利技术涉及一种面向6G的MIMO
‑
OTFS系统的预编码优化方法，属于通信
，通过对预编码矩阵设计的优化，有效保证了不同用户间的通信性能，进一步提升了MIMO
‑
OTFS系统的误码率性能。

技术介绍

[0002]随着通信技术的飞速发展，4G和5G移动通信系统中广泛使用的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术已不再适用于最新提出的6G移动通信系统。因为6G移动通信系统往往应用于很多高速移动场景，比如卫星通信，地球站与卫星之间的相对运动会产生严重的多普勒频移，导致OFDM的子载波间产生严重干扰，从而破坏了子载波的正交性，影响系统的通信性能。于是，新的调制方式正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space，OTFS)调制技术的出现解决了传统OFDM调制方式无法克服的子载波干扰问题。另外，OTFS调制不是要消除干扰，而是使数据本身受到的干扰尽可能减小。该技术不仅适用于高速移动场景，同时还能支持多输入多输出(MIMO)技术。
[0003]多输入多输出(Multiple
‑
input Multiple
‑
output，MIMO)技术作为5G无线通信关键技术之一，能够更好地利用空间维度资源，提高频谱效率。因此，人们将该技术应用到OTFS系统中，MIMOr/>‑
OTFS系统开始得到广泛关注与研究。而多用户MIMO
‑
OTFS系统中，如何消除用户间干扰、天线间干扰以及符号间干扰，从而提升系统性能成为了一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了一种面向6G的MIMO
‑
OTFS系统预编码优化方案，求得最佳预编码矩阵，设计最佳预编码器，以解决传统预编码技术达不到的通信性能。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种面向6G的MIMO
‑
OTFS系统预编码优化方案，包括以下步骤：确定MIMO
‑
OTFS系统的延迟多普勒域信道矩阵；获取延迟多普勒域信号的输入输出关系；根据输入输出关系表达式，计算信漏噪比，在一定的基站发送总功率下最大化信漏噪比，由此建立关于预编码矩阵的目标函数问题；利用Dinkelbach算法将目标函数转化为辅助变量相减的形式，假设固定某一变量，将原非凸优化问题转变为凸优化问题，针对该凸优化问题，采用半正定规划(SDP)方法求解，最终求得最佳预编码矩阵。
[0007]确定MIMO
‑
OTFS系统的延迟多普勒域信道矩阵的方法包括：假设延迟多普勒域二维信道(τ，ν分别表示延迟维和多普勒维)表示h(τ,ν)在延迟轴上的范围是[0,τ
max
]，在多普勒轴上的范围是[
‑
ν
max
,ν
max
]，τ
max
和ν
max
分别表示所有信道路径中的最大延迟和最大多普勒频移。通常情况下，信道中只有少量的反射器具有相关的延迟和多普勒频移，因此，只需要少量参数在延迟多普勒域中建立信道模型。那么，该基站在第q根天线(总配备N
tx
根天线)到接收端的第k个用户的信道稀疏表示为：
[0008][0009]其中，L
k
为基站到第k个用户之间信道的子路径总数，δ(
·
)表示冲击函数，h
k,q,i
表示第q根基站天线到第k个用户之间沿着第i条子路径下的信道复增益，τ
k,i
表示第k个用户之间沿着第i条子路径下的延迟，ν
ki
表示第k个用户之间沿着第i条子路径下的多普勒。定义上式中信道增益h
k,q,i
表示为：
[0010][0011]其中，d表示均匀分布天线间的距离，λ表示系统的载波波长，g
k,i
表示基站与第k个用户之间的第i条子路径下的信道增益，Φ
k,i
表示第i条路径从基站端到第k个用户的方位偏离角。另外，定义l
k,i
,p
k,i
分别为第k个用户之间沿着第i条子路径下的延迟抽头和第k个用户之间沿着第i条子路径下的多普勒抽头：
[0012][0013]这里，Δf表示子载波间隔，T表示多载波符号(即基站发出的OTFS信息符号)持续时间，N为延迟维网格数，M为多普勒维网格数，MΔf表示传输信号帧带宽，NT表示传输信号帧的总持续时间。
[0014]基于MIMO
‑
OTFS系统模型图，第k个用户接收到的时域信号表示为：
[0015][0016]其中，s
k,q
(t)表示基站第q根天线发送到第k个用户的时域信号，τ
i
表示第i条子路径下的延迟，ν
i
表示第i条子路径下的多普勒，s
k,q
(t
‑
τ
i
)表示第q根天线发送到第k个用户的时域信号延迟了τ
i
，n
k
(t)为时域噪声项，上式矩阵形式进一步表示为：
[0017]y
k
＝H
k
s
k
+n
k
[0018]其中，S
k
表示第k个用户的时域发送信号，n
k
表示第k个用户的噪声向量。而延迟多普勒域信道矩阵与H
k
满足关系等式：
[0019][0020]其中，表示克罗内克积，F
N
和分别表示N点DFT和IDFT，I
M
是M维的单位矩阵。已知H
k
，由此确定信道矩阵即
[0021][0022]确定延迟多普勒域信号的输入输出关系的方法包括：结合前面所求输入输出关系的时域表示，用户端在接收到时域信号后，首先经过维格纳(Wigner)变换(Heisenberg变换
的逆变换)，再通过接收窗滤波并利用辛傅里叶变换(SFFT)转换到延迟多普勒域信号表示为：
[0023][0024]其中，w
k
表示第k个用户的预编码矩阵，表示基站第q根天线发送到用户k的延迟多普勒域信息符号，表示第k个用户的噪声项，上式进一步表示为：
[0025][0026]上式第一项表示第k个用户接收信号，第二项表示来自其他用户的干扰信号，第三项是向量化噪声。
[0027]建立预编码矩阵的目标函数问题的方法包括：首先根据输入输出关系表达式，计算信漏噪比SLNR
k
：
[0028][0029]其中，P
n
是噪声功率，分式分子表示用户本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向6G的MIMO
‑
OTFS系统的预编码优化方法，所述MIMO
‑
OTFS系统中基站发出的OTFS信息符号经由延迟多普勒域信道被不同用户接收，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：确定MIMO
‑
OTFS系统的延迟多普勒域信道矩阵；步骤2：获取延迟多普勒域信号的输入输出关系；步骤3：根据步骤2的输入输出关系表达式，以最大化信漏噪比为目标函数建立优化问题，其中目标函数以预编码矩阵为变量；步骤4：求解步骤3的优化问题，获得最佳预编码矩阵。2.根据权利要求1所述的一种面向6G的MIMO
‑
OTFS系统的预编码优化方法，其特征在于，所述步骤1的MIMO
‑
OTFS系统中，基站到第k个用户的延迟多普勒域信道矩阵的表达式如下：其中，表示克罗内克积，F
N
和分别表示N点DFT和IDFT，I
M
是M维的单位矩阵；H
k
表示基站的第q根天线到第k个用户的信道矩阵。3.根据权利要求2所述的一种面向6G的MIMO
‑
OTFS系统的预编码优化方法，其特征在于，所述基站的第q根天线到第k个用户的信道稀疏表示为：其中，τ表示延迟变量，ν表示多普勒变量，L
k
为基站到第k个用户之间信道的子路径总数，δ(
·
)表示冲击函数，h
k,q,i
表示基站的第q根天线到第k个用户之间沿着第i条子路径下的信道复增益，τ
k,i
表示基站到第k个用户之间信道中沿着第i条子路径下的延迟，v
k,i
表示基站到第k个用户之间的信号中沿着第i条子路径下的多普勒，N
tx
为基站的天线数；第k个用户接收到的时域信号表示为：其中，s
k,q
(t)表示基站第q根天线发送到第k个用户的时域信号，τ
i
表示第i条子路径下的延迟，v
i
表示第i条子路径下的多普勒，s
k,q
(t
‑
τ
i
)表示第q根天线发送到第k个用户的时域信号延迟了τ
i
，n
k
(t)为第k个用户的时域噪声项；第k个用户接收到的时域信号的矩阵形式表示为：y
k
＝H
k
s
k
+n
k
其中，S
k
表示第k个用户的时域发送信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：解培中，严成辉，李汀，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：