【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种otfs信号检测方法及系统。
技术介绍
1、在当前无线通信系统中，为满足随时随地进行信息传输的需求，高移动性终端得到了更加广泛地应用，如车联网(v2x)、无人机通信、高速铁路、空天地一体化等。但是，随着终端的高速移动，信道多径分量将快速发生变化，时延扩展造成频率选择性衰落，多普勒效应造成时间选择性衰落，此时无线信道变为快时变信道。在这种高移动性场景下，子载波间的正交性会遭受破坏，导致当前4/5g蜂窝网络中部署的正交频分复用(ofdm)调制性能严重下降。为了应对这一挑战，hadani等人于2017年提出了正交时频空(orthogonal timefrequency space,otfs)调制技术[1]，该技术能够更好地处理快时变信道中的多径时延和多普勒频偏问题。
2、otfs是一种新型调制技术，其信息符号在时延多普勒(delay doppler,dd)域中被多路复用，通过调用二维逆辛有限傅立叶变换(inverse symplectic finite fouriertransform,isfft)，每个时延多普勒域符号扩展到整个时频(time frequency,tf)域空间。因此，otfs能够在高移动性环境中充分获得信道分集增益，并且大大优于传统ofdm系统[2]。另外，otfs技术将时变多径信道变换到dd域上几乎同等增益且缓慢变化的稀疏不变信道，这有助于信道估计并减少开销，同时可以设计性能更好的信号接收方法，减轻高多普勒频移对通信性能的影响[3]。所以，otfs调制被普遍认为是
3、由于无线通信系统的特点，安全可靠的信息传递主要依赖于通过有效的信号检测恢复发送端的信息。然而，与传统ofdm的逐符号检测不同的是，otfs需要在dd域收集整个数据帧再进行检测，使得该问题需要处理的信号维度升高。因此，当实际通信系统中的子载波数m和符号数n值较大时，信号检测任务的复杂度会变得非常高。在otfs系统中，由于等效信道矩阵的维度由ofdm系统频域中的m×m变为dd域的mn×mn，传统线性最小均方误差(lmmse)检测的复杂度高达o(m3n3)，难以投入实际应用。
4、在实际通信系统中，子载波数m和符号数n一般都比较大，这会导致otfs系统中信号检测方法的复杂度过高。目前信号检测方法主要分为线性与非线性两类。其中，线性检测以迫零(zero forcing，zf)和线性最小均方误差(linear minimum mean square error，lmmse)检测为代表，两者均需要进行复杂度为o(m3n3)的矩阵求逆操作，过高的计算复杂度不能够满足低时延、轻量级通信系统的需求。另外，对于病态传输矩阵(例如非零均值、非满秩矩阵等)，矩阵求逆操作并不能够均衡接收信号，此时系统性能也会急剧降低。非线性信号检测方案主要包括消息传递(mp)、变分贝叶斯和跨域迭代检测等，其主要思想是利用系统输入输出关系，通过迭代更新状态符号概率信息来逐步逼近最优解，这些方案虽然能够一定程度上提升传输性能，但是由于信息频繁的迭代更新，同样会使其计算复杂度过高；当实际场景不满足模型假设时，其性能也会受到较大的影响，例如，在富散射环境、高信噪比或高阶调制下，当前广泛应用的mp方法的传输性能一般较差。如何充分挖掘并利用otfs系统自身的结构特点，设计兼具低复杂度和良好性能的信号检测方法是当前研究的重点问题。
5、参考文献
6、[1]hadani r,rakib s,tsatsanis m,et al.orthogonal time frequency spacemodulation[c]//2017ieee wireless communications and networking conference(wcnc).ieee,2017:1-6..
7、[2]raviteja p,hong y,viterbo e,et al.effective diversity of otfsmodulation[j].ieee wireless communications letters,2019,9(2):249-253.
8、[3]li s,yuan w,wei z,et al.cross domain iterative detection fororthogonal time frequency space modulation[j].ieee transactions on wirelesscommunications,2021,21(4):2227-2242.
9、[4]hong y,thaj t,viterbo e.delay-doppler communications:principlesand applications[m].elsevier,2022.
10、[5]刘升恒,黄永明,巩智含,等.一种基于变换域最大比合并的otfs调制信号检测方法:cn202110953367.5[p].cn202110953367.5[2023-06-29].
技术实现思路
1、专利技术人在研究otfs系统接收机设计的过程中，发现了上述信号检测方法复杂度过高和特殊场景下性能受限的问题。通过研究发现，导致传统lmmse检测方法复杂度过高的主要原因是其中包含高维矩阵的求逆运算，而利用求解等价优化问题的方法代替矩阵求逆运算可以有效解决上述问题。因此，专利技术人针对这种现状，首先将线性检测过程等效为方程求解问题，然后构造了最优解满足该方程关系的二次优化问题，由此可以利用共轭梯度法去寻找该最优解，进而提出一种低复杂度的cg-lmmse检测方法，通过迭代优化方法代替传统lmmse检测方法中的矩阵求逆运算，在低复杂度的前提下，有效提高了系统传输效率和接收端性能。
2、本专利技术针对应用于高速通信场景下的otfs通信系统，目的是解决otfs信号检测方法复杂度过高和特定场景下性能受限的问题，提出了一种基于共轭梯度的otfs信号检测方法，在低复杂度的前提下，有效提高系统的传输效率和接收端性能。
3、本专利技术提供一种用于otfs信号的检测方法，包括：
4、步骤s1，接收所述otfs时域信号；
5、步骤s2，获取当前通信系统的信噪比及信道信息，基于信道信息获取时域的等效信道矩阵；
6、步骤s3，基于等效信道矩阵和时域信号获取lmmse均衡方程中的观测矩阵和观测向量，以及以观测矩阵的准带状稀疏特性为约束条件，对所述时域信号使用共轭梯度法进行优化，得到时域均衡信号，并将所述时域均衡信号通过域变换传递到时延-多普勒域中。
7、根据本专利技术实施例所述的方法，其中，
8、所述信道信息包括当前信道路径数p、时延τ、多普勒ν和信道系数h。
9、根据本专利技术实施例所述的方法，步骤s3包括，
10、s31，基于观测矩阵的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于OTFS信号的检测方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
3.根据权利要求2所述的方法，步骤S3包括，
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤S31中，通过共轭梯度法迭代求解LMMSE均衡方程等效的优化问题进一步包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤S32中，
6.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤S33中，
7.一种OTFS信号检测检测系统，包括：
8.根据权利要求7所述的OTFS信号检测检测系统，还包括：
9.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种用于otfs信号的检测方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
3.根据权利要求2所述的方法，步骤s3包括，
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤s31中，通过共轭梯度法迭代求解lmmse均衡方程等效的优化问题进一步包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤s32中，
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：周硕，张冲，王楠坤，邢旺，周一青，石晶林，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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