一种联合制造技术

本发明专利技术涉及一种联合

【技术实现步骤摘要】
一种联合LMMSE和MRC的正交时频空调制系统符号检测方法


[0001]本专利技术属于移动通信领域，涉及正交时频空
(OTFS)
调制系统的通信符号检测技术
。

技术介绍

[0002]近年来，随着
5G
移动通信技术逐渐扩大部署，在高速铁路
、
自动驾驶车辆和无人机等一些高移动性用户应用场景中，传统的调制方案如正交频分复用
(OFDM)
由于高多普勒频移而产生严重的载波间干扰，从而使系统的整体性能下降
。
为了减少多普勒的不良频移，提高整个系统性能，最近出现一种新的调制方案
——
正交时频空
(OTFS)
调制，它将信息符号在时延
‑
多普勒域下进行多路复用而不是像传统调制技术那样在时频域中复用，从而在高速移动场景下带来了显著的性能提升
。
一个
OTFS
数据帧中的每个符号都会经历相同的信道，从而具有更好的抗时频衰落性能，而且，
OTFS
系统在时延
‑
多普勒域中表示时频双色散信道，可以更充分地反映出无线信道实际的几何稀疏特性
。
针对
OTFS
系统的符号检测方法研究是当前移动通信领域研究的一大热点
。
[0003]在进行符号检测方法前，需要构建离散时延
‑
多普勒信道模型
、
离散时延
‑
时间域信道模型
、<br/>离散时域信道模型，目前大多数研究根据标准的无线移动多路径传播场景构建上叙三种信道模型，构建完信道模型后开始进行符号的检测，目前，关于
OTFS
的符号检测方法有线性和非线性两大类
。
线性检测方法主要采用最小均方误差
(MMSE)
检测，这种方法实现简单，但是其复杂度高且误码性能较差
。
非线性检测常见的是消息传递
(MP)
方法，这种方法的误码性能较好但实现复杂
。
为改善
OTFS
系统性能，有学者提出一种基于迭代的最大比合并
(MRC)
检测方法，它将不同的信号分集接收，可以获得更低的误码率
。
然而，现有的
MRC
检测方法由于没有采用初始化检测或采用时频单抽头初始化检测，导致其在采用高阶正交振幅调制
(QAM)
情况下误码性能下降
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种联合
LMMSE
和
MRC
的正交时频空调制系统符号检测方法，针对现有
MRC
检测方法的不足，旨在降低
OTFS
系统在高通信速率情况下的误码率
。
[0005]本专利技术采取的技术方案是，包括下列步骤：
[0006]步骤1，基于正交时频空
OTFS
调制系统，将通信符号在
M
行
N
列的时延
‑
多普勒域上进行正交振幅调制
QAM
调制，并将部分符号置零；
[0007]步骤2，对时延
‑
多普勒域上数据的行进行
N
点的逆快速傅里叶变换
IFFT
使其变换到时延
‑
时间域，对时延
‑
时间域上的符号按列串行化后作为离散时间信号发送；
[0008]步骤3，根据标准的无线移动多路径传播场景，构建离散时延
‑
多普勒信道模型，并进行转换得到离散时延
‑
时间域和离散时域信道模型，供后续符号检测使用；
[0009]步骤4，接收端在离散时域接收符号后，根据离散时域信道和接收的离散时域信号按块进行线性最小均方误差检测，将按块检测的结果以列组合成
M
行
N
列的时域检测矩阵；
[0010]步骤5，将时域检测矩阵转换成时延
‑
多普勒域矩阵，在时延
‑
多普勒域进行
QAM
解调，由于在时延
‑
时间域进行最大比合并
MRC
检测可以降低其检测的复杂度，故将时延
‑
多普勒域的解调结果转换到时延
‑
时间域作为最大比合并检测的初始值；
[0011]步骤6，在时延
‑
时间域，将上述结果作为初始值再进行具有低复杂度的最大比合并检测，对检测的结果进行处理，最终得到接收端的解调信号
。
[0012]本专利技术所述步骤1中，设置一个正交时频空间调制帧，该帧由二维平面组成，块的个数为
N
，子载波的数量为
M
，分别对应时延
‑
多普勒二维平面的列数和行数，在
N
×
M
个信息符号上进行正交振幅调制，将该二维平面末尾的
l
max
行置为0，其中
l
max
表示信道的最大时延传播指数，设置帧的格式，传输的
OTFS
单个符号的持续时间为
T
，一帧总共有
N
个符号，故帧的持续时间
T
f
＝
NT
，系统的带宽
B
＝
M
△
f
，其中
△
f
为子载波间隔，采用间隔
T
s
＝
T/M
，令
T
△
f
＝
1。
[0013]本专利技术所述步骤2中，对时延
‑
多普勒域上数据的行进行
N
点的逆快速傅里叶变换使其变换到时延
‑
时间域，对时延
‑
时间域上的符号按列串行化后作为离散时间信号发送，令时延
‑
多普勒域和时延
‑
时间域上二维发射符号矩阵为分别为对应的符号向量分别为它们之间利用傅里叶变换矩阵相互转换，转换的方式为：
[0014][0015]其中
F
N
表示归一化的
N
点离散傅里叶变换矩阵，表示共轭转置，将发射符号从时延
‑
多普勒域转换到时延
‑
时间域后，对时延
‑
时间域的符号进行并串转换可以得到时域的发射信号其变换的方式为：
[0016][0017]其中，
G
tx
为发射端的脉冲整形波形，一般采用矩形脉冲，所以它等效为大小
M
×
M
的单位矩阵
I
M
，在这种情况下，传输的离散时域信号样本与延迟
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种联合
LMMSE
和
MRC
的正交时频空调制系统符号检测方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1，基于正交时频空
OTFS
调制系统，将通信符号在
M
行
N
列的时延
‑
多普勒域上进行正交振幅调制
QAM
调制，并将部分符号置零；步骤2，对时延
‑
多普勒域上数据的行进行
N
点的逆快速傅里叶变换
IFFT
使其变换到时延
‑
时间域，对时延
‑
时间域上的符号按列串行化后作为离散时间信号发送；步骤3，根据标准的无线移动多路径传播场景，构建离散时延
‑
多普勒信道模型，并进行转换得到离散时延
‑
时间域和离散时域信道模型，供后续符号检测使用；步骤4，接收端在离散时域接收符号后，根据离散时域信道和接收的离散时域信号按块进行线性最小均方误差检测，将按块检测的结果以列组合成
M
行
N
列的时域检测矩阵；步骤5，将时域检测矩阵转换成时延
‑
多普勒域矩阵，在时延
‑
多普勒域进行
QAM
解调，由于在时延
‑
时间域进行最大比合并
MRC
检测可以降低其检测的复杂度，故将时延
‑
多普勒域的解调结果转换到时延
‑
时间域作为最大比合并检测的初始值；步骤6，在时延
‑
时间域，将上述结果作为初始值再进行具有低复杂度的最大比合并检测，对检测的结果进行处理，最终得到接收端的解调信号
。2.
根据权利要求1所述的一种联合
LMMSE
和
MRC
的正交时频空调制系统符号检测方法，其特征在于：所述步骤1中，设置一个正交时频空间调制帧，该帧由二维平面组成，块的个数为
N
，子载波的数量为
M
，分别对应时延
‑
多普勒二维平面的列数和行数，在
N
×
M
个信息符号上进行正交振幅调制，将该二维平面末尾的
l
max
行置为0，其中
l
max
表示信道的最大时延传播指数，设置帧的格式，传输的
OTFS
单个符号的持续时间为
T
，一帧总共有
N
个符号，故帧的持续时间
T
f
＝
NT
，系统的带宽
B
＝
M
△
f
，其中
△
f
为子载波间隔，采用间隔
T
s
＝
T/M
，令
T
△
f
＝
1。3.
根据权利要求1所述的一种联合
LMMSE
和
MRC
的正交时频空调制系统符号检测方法，其特征在于：所述步骤2中，对时延
‑
多普勒域上数据的行进行
N
点的逆快速傅里叶变换使其变换到时延
‑
时间域，对时延
‑
时间域上的符号按列串行化后作为离散时间信号发送，令时延
‑
多普勒域和时延
‑
时间域上二维发射符号矩阵为分别为时间域上二维发射符号矩阵为分别为对应的符号向量分别为它们之间利用傅里叶变换矩阵相互转换，转换的方式为：其中
F
N
表示归一化的
N
点离散傅里叶变换矩阵，表示共轭转置，将发射符号从时延
‑
多普勒域转换到时延
‑
时间域后，对时延
‑
时间域的符号进行并串转换可以得到时域的发射信号其变换的方式为：其中，
G
tx
为发射端的脉冲整形波形，一般采用矩形脉冲，所以它等效为大小
M
×
M
的单位矩阵
I
M
，在这种情况下，传输的离散时域信号样本与延迟
‑
多普勒域信息符号关联为：这样就得到了时域的发射符号，然后将它从发射端发射
。4.
根据权利要求1所述的一种联合
LMMSE
和
MRC
的正交时频空调制系统符号检测方法，
其特征在于：所述步骤3中，根据标准的无线移动多路径传播场景构建离散时延
‑
多普勒信道模型，并根据它转换得到离散时延
‑
时间域和离散时域信道模型，在这一步，主要构建三种信道模型，为后续符号检测做准备，对应的三种信道模型分别是离散时域信道模型
、
离散时延
‑
多普勒信道模型
、
离散时延
‑
时间域信道模型，从时延
‑
多普勒信道模型开始，考虑总共有
P
条路径，其中第
i
条路径上的时延
τ
i
和多普勒频移
ν
i
分别为其中
l
i
和
κ
i
分别为离散时延和离散多普勒，
τ
max
和
ν
max
表示最大时延和多普勒频移，对应的信道的稀疏表示为：其中
δ
(
·
)
表示狄利克雷函数，
h
i
表示时延为
τ
i
、
多普勒频移为
ν
i
时对应的信道复增益，离散化后可以表示为：其中，其中，和分别为对应的离散时延集合和离散多普勒集合；对信道的稀疏表示
h(
τ
,
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜宏，肖可，王妞，聂新礼，张旌慈，倪宏坤，董博，许明勋，张敬涛，郑惠明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：