基于串行干扰消除算法的ZP-OTFS系统符号检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于串行干扰消除算法的ZP

【技术实现步骤摘要】
基于串行干扰消除算法的ZP
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OTFS系统符号检测方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中的一种基于串行干扰消除SIC(Successive Interference Cancellation)算法的零填充正交时频空ZP
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OTFS(Zero Padding
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Orthogonal Time Frequency Space)系统符号检测方法。本专利技术可用于低复杂度情况下从ZP
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OTFS系统接收信号中检测出发送数据帧中的数据符号。

技术介绍

[0002]目前正交频分OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术已广泛的应用于4G、5G以及各种WIFI无线网络中，但是在高移动性场景下，OFDM系统中引入了严重的载波间干扰，从而影响了OFDM通信系统的性能。OTFS技术是近年来出现的一种新型多载波调制技术，该技术将时变多径信道变换到时延
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多普勒DD(delay
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Doppler)域上表示，使得传输单元中的所有符号都经历几乎相同且变化缓慢的稀疏信道。由于OTFS技术具有良好的多普勒频偏和时延适应性，从而在高动态通信场景下得到广泛应用。ZP
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OTFS是OTFS系统中的一个变体，其具有在DD域的发送符号网格中按特定规律插入空符号作为零填充的特点。零填充使得DD域输入输出符号关系被简化，避免了传输数据在时域上的块间干扰，从而能够降低信号检测的复杂性。同时零填充也可以在DD域作为导频的保护带，应用到信道估计之中。
[0003]在高速移动的无线通信场景中，环境中的信道是快时变的，因此为了保障实时的通信，就要求ZP
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OTFS接收机所承载的信号处理算法复杂度不能太高。信号检测和信道估计作为通信系统接收机的重要组成部分，故对系统性能有着至关重要的影响。所以，进一步研究基于ZP
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OTFS系统的信号检测技术将大力推进ZP
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OTFS技术的应用，以及解决高速移动场景下的高多普勒偏移问题。
[0004]Tharaj Thaj,Emanuele Viterbo等人在其发表的论文“Low Complexity Iterative Rake Decision Feedback Equalizer for Zero
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Padded OTFS Systems”(IEEE transactions on vehicular technology,2020)中提到了一种基于最大比合并MRC(Maximum Ratio Combining)的ZP
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OTFS系统符号检测方法。ZP
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OTFS系统的特点是需要在DD域的网格中插入空符号作为零填充。在该系统下，MRC检测方法在DD域网格中提取并合并接收到的传输符号的多径分量，进而使用最大比合并的方法来提高合并信号的信噪比。但是，该方法仍然存在的不足之处是，需要对DD域发送符号进行良好的初始估计，同时拥有迭代结构，从而具有较高的检测复杂度，导致OTFS通信系统中接收符号检测占用过高的系统功耗，造成通信系统接收机的总体功率较大，硬件实现难度高。
[0005]北京邮电大学在其申请的专利文献“一种OTFS系统的信号检测方法及装置”(专利申请号202010158335.1，公布号CN111478868B)中公开了一种基于神经网络和因子图的OTFS系统接收符号检测方法。该方法通过神经网络的训练来获得优化的信号检测性能参数，提升了信号检测性能。该方法仍然存在的不足之处是，训练神经网络过程以及所使用的迭代AMP算法增加了检测方法的复杂度，当每帧传输的符号数目较多时，算法迭代次数随之
增多，相应的检测的复杂度也会大幅增加，因此不适用于传输数据帧中数据较多的场景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于串行干扰消除算法的ZP
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OTFS系统符号检测方法，旨在解决目前ZP
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OTFS通信系统中符号检测方法复杂度过高，所造成的通信接收机过高功率损耗，硬件实现难度高，以及不适用于传输数据帧中数据较多的问题。
[0007]实现本专利技术目的的思路是，本专利技术针对只有一个发送符号组成的接收符号来估计发送符号，利用已被估计的发送符号消除接收数据帧中的干扰，从而继续完成估计发送符号，消除干扰的线性复杂度过程。由于消除干扰的线性复杂度过程中规避了现有技术需要信道矩阵求逆，多次迭代运算，以及构建训练模型等复杂处理过程，从而使得本专利技术降低了复杂度，适用于通信系统中对符号检测算法占用资源有限，低功率损耗的场景，更利于硬件的实现。本专利技术充分利用ZP
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OTFS系统的零填充特性，即DD域发送数据帧中的零填充，简化了系统的输入输出符号关系，使得接收端DD域接收数据帧中存在一些没有符号间干扰的接收符号，构成了无符号干扰区域，对无符号干扰区域进行划分，选取更有利于串行干扰算法性能的无符号干扰区域，减弱误差传播对串行干扰算法性能的影响，使得本专利技术在ZP
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OTFS系统发送数据帧中符号总数较多的场景，也具有较好的误码性能和低复杂度特性。
[0008]实现本专利技术目的的方案包括如下步骤：
[0009]步骤1，根据ZP
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OTFS系统的DD域发送数据帧的结构生成时域信号，通过天线发送该时域信号；
[0010]步骤2，ZP
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OTFS系统接收端接收到来自发射端的时域信号，将时域信号转换为DD域接收数据帧；
[0011]步骤3，从两个无符号干扰区域中的一个区域中获得已被估计的发送符号：
[0012]步骤3.1，根据ZP
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OTFS的DD域符号输入输出关系，确定接收数据帧中的无符号间干扰区域，将无符号干扰区域分为两个区域S1和S2；
[0013]步骤3.2，根据信道复增益从两个无符号干扰区域中选择出一个无符号干扰区域，将该区域的接收符号中估计得到的发送符号作为已被估计的发送符号；
[0014]步骤4，通过消除接收数据帧中干扰估计发送符号：
[0015]步骤4.1，从当前接收数据帧中挑选含有已被估计的发送符号的接收符号，用所选接收符号减去由已被估计的发送符号产生的干扰；
[0016]步骤4.2，判断减去干扰后的接收符号中是否存在只由一个发送符号组成的接收符号，若是，将该接收符号估计得到的发送符号添加到已被估计的发送符号中后执行步骤4.1，否则，执行步骤5；
[0017]步骤5，获得发送数据帧中所有的估计符号。
[0018]本专利技术与现有的技术相比具有以下优点：
[0019]第一，本专利技术利用已被估计的发送符号消除接收数据帧中的干扰，从而继续完成估计发送符号，克服了ZP
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于串行干扰消除算法的ZP
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OTFS系统符号检测方法，其特征在于，根据无符号间干扰区域得到已被估计的发送符号，利用已被估计的发送符号消除接收数据帧中的干扰；该检测方法的步骤包括如下：步骤1，根据ZP
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OTFS系统的DD域发送数据帧的结构生成时域信号，通过天线发送该时域信号；步骤2，ZP
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OTFS系统接收端接收到来自发射端的时域信号，将时域信号转换为DD域接收数据帧；步骤3，从两个无符号干扰区域中的一个区域中获得已被估计的发送符号：步骤3.1，根据ZP
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OTFS的DD域符号输入输出关系，确定接收数据帧中的无符号间干扰区域，将无符号干扰区域分为两个区域S1和S2；步骤3.2，根据信道复增益从两个无符号干扰区域中选择出一个无符号干扰区域，将该区域的接收符号中估计得到的发送符号作为已被估计的发送符号；步骤4，通过消除接收数据帧中干扰估计发送符号：步骤4.1，从当前接收数据帧中挑选含有已被估计的发送符号的接收符号，用所选接收符号减去由已被估计的发送符号产生的干扰；步骤4.2，判断减去干扰后的接收符号中是否存在只由一个发送符号组成的接收符号，若是，将该接收符号估计得到的发送符号添加到已被估计的发送符号中后执行步骤4.1，否则，执行步骤5；步骤5，获得发送数据帧中所有的估计符号。2.根据权利要求1所述基于串行干扰消除算法的ZP
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OTFS系统符号检测方法，其特征在于，步骤1中所述DD域发送数据帧的结构如下：其中，M表示ZP
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OTFS系统中子载波的总数，l
m
表示多径信道中最大时延抽头的大小，l表示DD域发送数据帧中时延索引，k表示DD域发送数据帧中多普勒索引，x1[k,l]表示发送数据帧中的数据符号，x[k,l]表示DD域发送数据帧中第l个时延，第k个多普勒的发送符号，其中，l＝0,...,M
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1，k＝0,...,N
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1，N表示ZP
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OTFS系统中的符号总数。3.根据权利要求2所述基于串行干扰消除算法的ZP
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OTFS系统符号检测方法，其特征在于，步骤1中所述生成的时域信号过程如下：对DD发送数据帧进行逆辛傅利叶变换ISFFT得到时间
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频率域数据，随后对时间
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频率域数据进行海森堡Heisenberg变换得到时域信号。4.根据权利要求3所述基于串行干扰消除算法的ZP
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OTFS系统符号检测方法，其特征在于，步骤2中所述将时域信号转换为DD域接收数据帧是指：对接收到的时域信号进行维格纳Wigner变换，得到时间
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，陈朋祥，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：