一种预编码辅助的基于制造技术

本发明专利技术公开一种预编码辅助的基于

【技术实现步骤摘要】
一种预编码辅助的基于OTFS的通导融合系统波形设计方法


[0001]本专利技术涉及通信
，更具体的，涉及一种预编码辅助的基于
OTFS
的通导融合系统波形设计方法
。

技术介绍

[0002]如今我国在通信与导航领域的发展日渐成熟，伴随着地面通信网络与卫星导航系统的迭代，两者的融合发展已成为重要课题
。
基于低轨卫星广覆盖
、
全天候
、
低时延
、
低传输损耗的特点，实现低轨卫星和地面网络的融合是未来的必然趋势，也是建设天地一体化网络的重要组成
。
随着通信导航业务的增加，实现通信与导航的融合已不止于相互辅助的信息层融合，更要实现信号体制
、
终端设计
、
系统架构的整体深层次融合
。
其中对通导一体化的波形设计是实现深层融合的关键，如何在系统约束
、
频率功率约束条件下实现通信系统性能及导航性能的均衡并能够满足系统需求是系统设计的重点
。
[0003]目前通信导航一体化信号体制设计主要包括两个方向，方向一是共享频谱式通信导航信号一体化，其中通信导航信号独立设计，但共享频谱功率等系统资源，由于地面通信网络中正交频分复用
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing
，
OFDM)
制式的广泛使用，大多对通信导航信号一体化波形的研究以
OFDM
>为基础
。
北京邮电大学的邓中亮团队提出了一种
TC
‑
OFDM
波形，该波形将通信信号与导航信号在时域上进行叠加
。
此外，也有文献将通信导航信号在
OFDM
的频域上进行融合
。
方向二是融合的通信导航一体化信号体制，在优化的调制体制及调制参数的条件下，同时实现导航测量与通信功能
。
其中包括二进制相移键控
(Binary Phase Shift Keying
，
BPSK)、
连续相位调制
(Continue Phase Modulation
，
CPM)、
最小频移键控
(Minimum Shift Keying
，
MSK)
等调制体制，但是上述信号的捕获过程中均需要对多普勒域进行密集的搜索，随着信号动态的提高以及相干积分时长的提高，接收机的接收复杂度将急剧提高
。
[0004]考虑到低轨卫星传输中存在大时延大多普勒，信道呈现双选特性，
OFDM
对于频偏和相位噪声敏感，这对接收机的频偏估计和补偿具有很高的要求
。
相较之下正交时频空调制
(Orthogonal Time Frequency Space
，
OTFS)
波形将数据直接映射在时延多普勒域，使其在高速移动场景具有优异的性能，因此本专利技术基于
OTFS
波形进行通信导航融合波形设计
。
此外在
OTFS
系统中，信道在时延多普勒域呈现稳定性，这使得能够在系统中引入预编码对发送信号进行预处理，从而优化误码性能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种预编码辅助的基于
OTFS
的通导融合系统波形设计方法，该方法在
OTFS
的基础上，创新性地引入预编码技术辅助通导融合信号的波形设计，解决了现有通导融合系统波形设计难以兼顾通信和导航信号的性能的问题，大大提升了通导融合系统中通信信号与导航信号的误码率性能
。
该方法利用预编码器对通信信号
、
导航信号进行不同程度的加权组合以及信号预处理，紧接着基于
OTFS
进行信号传输
。
相比于传统的无预编码器
辅助的通导融合波形设计方法，所提出的方法在通信信号以及导航信号的误码率方面都具有明显优势
。
[0006]为实现上述目标，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种预编码辅助的基于
OTFS
的通导融合系统波形设计方法，包括以下步骤：
[0008]S1
：输入通信
、
导航信息序列，对通信信息序列进行正交相移键控
(Quadrature Phase Shift Keying
，
QPSK)
调制，对导航信息序列进行二进制偏移载波
(Binary
‑
Offset
‑
Carrier
，
BOC)
调制；
[0009]s2
：将调制后的通信信号以及导航信号进行串并转换，得到通信信号
s
c
＝
[s
c
，1，
...
，
s
c
，
N
]T
和导航信号
s
n
＝
[s
n
，1，
...
，
s
n
，
N
]T
，并指定通信信号加权因子
a(0<a<1)
以及导航信号加权因子1‑
a
；
[0010]S3
：将信号
s
c
与
s
n
进行组合得到信号
s
，根据
S2
中指定的加权因子生成对应的预编码器
P
后处理信号
s
，得到处理后的信号
x
＝
Ps
；
[0011]S4
：利用
OTFS
技术将信号
x
由时延多普勒域映射到时域，添加循环前缀后进行传输；
[0012]S5
：将接收端接收到的信号移除循环前缀后从时域重新映射到时延多普勒域，并利用最小均方误差
(Minimum Mean Squared Error
，
MMSE)
方法进行均衡，得到均衡后的信号
y
；
[0013]S6
：对均衡后的信号
y
中的通信信号部分进行并串转换及
QPSK
解调，获取通信信息，对均衡后的信号
y
中的导航信号部分进行并串转换及解调，获取导航电文并计算位置信息
。
[0014]优选地，本专利技术所述方法的系统框图如图1所示
。
其中，该基于
OTFS
的通导融合系统可支持
N
subc
个间隔为
Δ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种预编码辅助的基于
OTFS
的通导融合系统波形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：输入通信
、
导航信息序列，对通信信息序列进行正交相移键控
(Quadrature Phase Shift Keying
，
QPSK)
调制，对导航信息序列进行二进制偏移载波
(Binary
‑
Offset
‑
Carrier
，
BOC)
调制；
S2
：将调制后的通信信号以及导航信号进行串并转换，得到通信信号
s
c
＝
[s
c
，1，
...
，
s
c
，
N
]
T
和导航信号
s
n
＝
[s
n
，1，
...
，
s
n
，
N
]
T
，并指定通信信号加权因子
a(0<a<1)
以及导航信号加权因子1‑
a
；
S3
：将信号
s
c
与
s
n
进行组合得到信号
s
，根据
S2
中指定的加权因子生成对应的预编码器
P
后处理信号
s
，得到处理后的信号
x
＝
Ps
；
S4
：利用
OTFS
技术将信号
x
由时延多普勒域映射到时域，添加循环前缀后进行传输；
S5
：将接收端接收到的信号移除循环前缀后从时域重新映射到时延多普勒域，并利用最小均方误差
(Minimum Mean Squared Error
，
MMSE)
方法进行均衡，得到均衡后的信号
y
；
S6
：对均衡后的信号
y
中的通信信号部分进行并串转换及
QPSK
解调，获取通信信息，对均衡后的信号
y
中的导航信号部分进行并串转换及解调，获取导航电文并计算位置信息
。
该基于
OTFS
的通导融合系统可支持
N
subc
个间隔为
Δ
f
的子载波，总带宽为
s
＝
N
subc
·
Δ
f
；每个子载波支持
N
sym
个持续时间为
T
sym
的符号，总帧长为
T
＝
N
sym
·
T
sym
。2.
根据权利要求1所述的预编码辅助的基于
OTFS
的通导融合系统波形设计方法，其特征在于，步骤
S1
中，导航信号序列为
{0
，
1}
序列，其中包含卫星的轨道
、
钟差及时标等信息
。
通信信号序列为
{0
，
1}
序列
。3.
根据权利要求2所述的预编码辅助的基于
OTFS
的通导融合系统波形设计方法，其特征在于，步骤
S2
中的加权因子
a
代表了通导融合信号中通信信号的比重，加权因子1‑
a
代表了通导融合信号中导航信号的比重，通过调节
a
，可以使通导融合信号偏向通信或偏向导航
。4.
根据权利要求3所述的预编码辅助的基于
OTFS
的通导融合系统波形设计方法，其特征在于，步骤
S3
中预编码器
P
的确定方法具体为：根据图1，信号矢量
s
经过预编码器
P
后得到信号
x
＝
Ps
，通过辛有限傅里叶逆变换
(Inverse Symplectic Finite Fourier Transform
，
ISFFT)
将
x
从时延多普勒域映射到时频域，对应的时频域矩阵可表示为其中，
D
n
表示
n
阶归一化的离散傅里叶变换
(Discrete Fourier Transform
，
DFT)
矩阵，函数
mtx(a
，
b
，
c)
的功能是将任意矢量
a
排列为
b
×
c
的矩阵
。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜园，周齐家，赵磊，李俊杰，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：