【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于波形设计方法，具体涉及在通感一体化系统下，一种基于otfs和ftn融合的通感一体化波形设计方法。
技术介绍
1、第六代无线系统需要支持新兴的位置感知应用，如车联网、智能家居、环境监测、人机交互等。这些应用对当今无线系统的通信和感知性能提出了更严格的要求，如超高数据速率、极高可靠性和超低延迟、高精度和分辨率传感等。随着itu-r imt-2030框架协议的完成，通感一体化(integrated sensing and communications,isac)已被公认为下一代无线网络(如超5g和6g)的关键场景之一。该研究追求无线感知和通信之间的深度集成，使这两种功能可以共同设计，以降低成本、提高硬件、频谱和能源效率，并获得相互的性能增益。波形设计在isac系统中起着至关重要的作用，主要是通过信令资源的共享利用，设计一种具有isac能力的双功能波形，从而实现集成增益。现有的多数波形设计旨在直接利用经典的通信或感知波形，对其进行一定的修改，以同时实现感知或通信功能。例如，通信波形正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,ofdm)，由于其具有频谱效率高、抗多径衰落的鲁棒性和易于实现等优点，在当前的isac系统中得到了广泛的应用。虽然基于ofdm的isac波形能够充分保证通信性能，但在高速移动环境下，其通信性能会受到严重影响。与ofdm相比，正交时频空间(orthogonal time frequency space,otfs)可以在时延多普勒域进行调制，更方便地适
2、未来的无线系统对通信的数据速率要求逐渐提高，为了进一步提高otfs的通信速率，超奈奎斯特(faster-than-nyquist,ftn)技术通过人为引入符号间干扰(inter-symbolinterference,isi)来实现符号间距压缩，可以在相同带宽下传输更多的符号。通过采样技术和信号设计，ftn技术可以极大地提升系统容量，满足未来无线系统对高传输速率业务的需求。但人为引入isi使得信号检测变得非常复杂，传统适用于奈奎斯特系统的检测算法将很难再适用。为了获得最佳检测效果，采用基于最小均方误差(minimum mean squareerror,mmse)算法的均衡器进行干扰消除，可以获得最优的译码性能。
3、综上所述，本文设计实现一种基于otfs和ftn融合的通感一体化波形设计方法，基于现有otfs波形，在其时域上扩展ftn信令，使其时间上更接近地叠加脉冲信号，实现高数据速率，同时，通过otfs实现目标距离与速度的参数估计。所提出的波形设计能够在不显著影响感知性能的情况下实现实质性的通信数据速率提升，进一步提高isac系统性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是在isac系统下，提供一种基于otfs和ftn融合的通感一体化波形设计方法，它能够在现有otfs波形上扩展ftn信令，在不显著影响感知性能的情况下实现实质性的通信数据速率提升。
2、本专利技术所述的一种基于otfs和ftn融合的通感一体化波形设计方法，具体包括以下步骤：
3、步骤一：构建ftn发射信号，具体的算法流程如下所示：
4、在isac系统中具有m个子载波，子载波中心频率为fc，带宽为δf，总带宽为b＝mδf，传输一段长度为l的数据流β，经过串并转换后得到具有m组数据的矩阵d＝[d1,d2,k,dm]t，其中，dm(1≤m≤m)表示维度为的数据流矩阵，[·]t表示对[·]的转置，对d的每组数据进行独立的ftn映射，则第m组数据的一维ftn信令描述为：
5、
6、其中，dm表示第m组输入序列，q(t)为单位能量带宽限制脉冲，α∈[0.8,1]为ftn时域压缩因子，t为单个符号持续时间。当α＝1时，系统是严格奈奎斯特采样，采样的符号个数为n，n(α)＝n。当0.8≤α＜1时，系统进行时域压缩采样，采样的符号个数为n，其中，n(α)＝n。将一维ftn信号叠加在各子载波上，构成多载波ftn信号：
7、
8、其中，fm＝(m-1)δf。
9、步骤二：对多载波ftn信号进行otfs调制，具体的算法流程如下所示：
10、将经过正交幅度调制(quadrature amplitude modulation,qam)调制后的nm个数据信息符号x＝[x1,x2,k,xnm]摆放至时延-多普勒域信号网格γ中得到矩阵x[k,l]，其中，0≤k≤n-1,0≤l≤m-1，多普勒域中有n行数据，时延域中有m列数据，x[k,l]表示为：
11、
12、然后，通过反辛有限傅里叶变换将时延-多普勒域信号变换到时频域网格λ中，表示为：
13、
14、其中，0≤n≤n-1,0≤m≤m-1。将时频域信号x[n,m]经过海森堡变换(heisenbergtransform)后成为时域信号s(t)，表示为：
15、
16、其中，gtx(t)表示时频调制器的发射脉冲波形。信号s(t)在具有复杂基带信道脉冲响应h(τ,υ)的时变信道上传输，接收信号r(t)为：
17、r(t)＝∫∫h(τ,υ)s(t-τ)ej2πυ(t-τ)dτdυ+n(t)
18、其中，n(t)表示加性高斯白噪声，平均值为0，方差为σ2，h(τ,υ)表征了信道对高速运动目标时延参数τ和多普勒参数υ的脉冲响应，表示为：
19、
20、其中，p为由发射信号经目标反射后的路径数，hp、τp和υp分别表示与第p(1≤p≤p)条路径相关的路径增益、时延和多普勒频移，δ(·)表示狄拉克函数。
21、步骤三：对步骤二得到的r(t)进行解调，具体的算法如下所示：
22、对接收信号r(t)进行维格纳变换(wigner transform)：
23、
24、其中，y(t,f)表示接收端匹配滤波器的交叉模糊函数，grx(t)表示时频调制器的接收脉冲波形，[·]*表示对[·]的共轭。通过对y(t,f)采样得到匹配的滤波器输出：
25、y[n,m]＝y(t,f)|t＝nt,f＝mδf
26、此时已将时域接收信号r(t)变换到时频域网格λ中。之后，对样本y[n,m]进行辛有限傅里叶变换处理，得到时延-多普勒域信号y[k,l]：
27、
28、步骤四：由步骤三得到的y[k,l]中提取感知信息，建立感知模型进行评估，具体的算法流程如下：
29、解调后的信号y[k,l]包含运动目标反射后的p条路径的相关时延和多普勒频移，其对应的整数kp和lp(1≤p≤p)分别置于时延-多普勒域信号网格γ中，第p条路径相关的时延τp和多普勒频移υp表示为：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于OTFS和FTN融合的通感一体化波形设计方法，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于otfs和ftn融合的通...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨小龙，张冰睿，高铭，周牧，谢良波，王勇，聂伟，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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