【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信领域，特别涉及一种超大规模mimo-otfs的导频序列设计方法。
技术介绍
1、xl-mimo技术作为未来6g的一项关键使能技术，可以利用极大数量天线之间的空间自由度和信道状态信息，实现更高的信道容量和信号处理性能。然而极大孔径阵列的使用会导致不可忽略的近场球面波特性，传统的基于平面波假设的信道和系统模型变得不再准确，使得现有的导频信道估计方案也存在一定程度上的性能下降。另外，随着高移动性场景的日益普及，信号传输受到多径衰落、多普勒衰落和噪声干扰等多方面因素的影响，导致信道呈现处双选择特性。在这种情况下，传统调制技术的信号处理性能急剧下降，特别是在超大规模天线阵列中表现得尤为严重，这对于高可靠性要求的实时通信系统来说是无法承受的。正交时频空间(orthogonal time frequency space,otfs)是解决上述挑战的一种很有前途的调制技术。在otfs中，所有信息符号被映射到二维时延多普勒(delay-doppler,dd)域，并且无线信道也在dd域中表示，用于对抗时变多径信道的动态变化。将xl-mimo和otfs相结合不仅可以通过空间多路复用形式增强信道容量，提高信号传输有效性，还可以引入球面波导向矢量在dd域准确表征近场高移动性无线信道，增加信号传输的可靠性。
2、目前，针对近场高移动性通信场景，国内外学者所提出的系统框架以及导频设计方案具有一定的局限性。现有的低导频开销、高准确性的信道估计算法严重依赖于经典的远场平面假设，而xl-mimo中不可忽略的近场球面波前特性使得现有系
技术实现思路
1、为了提高频谱利用效率并在近场高移动性场景实现准确的信道估计，本专利技术提出一种超大规模mimo-otfs的导频序列设计方法，包括：针对近场高移动性环境，建立基于球面波的通信系统，在通信系统中以最小化导频之间平均的互不干扰性度量为目标建立优化函数，求解得到最优导频序列。
2、进一步地，在基于球面波的通信系统中，将一个编码比特序列映射到时延-多普勒域，再通过otfs调制变换至时域后通过基站的均匀线性天线阵列进行发送；在接收端通过单天线接收信号后，通过otfs解调将接收信号转换到时延-多普勒域。
3、进一步地，以最小化导频之间平均的互不干扰性度量为目标建立的优化函数表示为：
4、
5、约束条件：max(abs(xdds))≤d
6、其中，xdds表示导频矩阵；μavg表示导频之间平均的互不干扰性度量；abs(·)为求绝对值的函数；max(·)为求最大值的函数；d表示最大功率阈值。
7、进一步地，导频之间平均的互不干扰性度量μavg表示为：
8、
9、其中，q为相干运算次数；l为可能出现的所有时延-多普勒偏移对的数量，表示为l＝(lm+1)(2km+1)，lm为多普勒频偏的索引的最大值，km为时延偏移索引的最大值；nt为基站处天线的数量；αi为测量矩阵中第i列向量，αj为测量矩阵中第j列向量；<,>表示求两个向量的数量积；|·|表示取模运算；||·||2表示取2-范数运算。
10、进一步地，采用遗传算法求解优化函数得到最优导频序列，具体包括以下步骤：
11、100、选择m个符合max(abs(xdds))≤d的导频序列xdds作为初始种群中的个体，初始换遗传算法的交叉概率和变异概率，并设置适应度的期望值；
12、101、计算是否有个体的适应度否达到期望值，若有则结束并将满足期望值的个体输出作为最优导频序列；
13、102、根据适应度计算个体被选择的概率，基于赌盘选择法从m个体中依次进行选择，以选择的先后顺序排列得到种群序列x'＝{x1',…xm'}；
14、103、以交叉概率pc从种群序列x'＝{x1',…xm'}中选择m·pc个导频序列个体执行交叉操作；
15、104、对个体进行适应度评估，计算是否有个体的适应否达到期望值，若有则结束并将满足期望值的个体输出作为最优导频序列，否则进行变异操作；
16、105、任选一个导频序列，依变异概率pm指定一个变异点，执行变异操作，并返回步骤101。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
18、1、本专利技术基于超大规模阵列带来的近场球面波特性，构建出适用于近场高移动性场景的xl-mimo otfs系统，随后结合嵌入式导频帧结构设计进行了输入输出关系的推导分析；
19、2、为了提升近场信道估计精度，提出了基于遗传算法的导频序列优化设计。
20、综上所述，本专利技术构建的基于球面波的系统模型在近场高移动性环境下相比于传统的平面波模型有着显著的性能优势，所提出的基于遗传算法的导频序列优化设计以其强大的自适应搜索能力取得较其他导频设计更为优越的信道估计性能。
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1.一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，针对近场高移动性环境，建立基于球面波的通信系统，在通信系统中以最小化导频之间平均的互不干扰性度量为目标建立优化函数，求解得到最优导频序列。
2.根据权利要求1所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，在基于球面波的通信系统中，将一个编码比特序列映射到时延-多普勒域，再通过OTFS调制变换至时域后通过基站的均匀线性天线阵列进行发送；在接收端通过单天线接收信号后，通过OTFS解调将接收信号转换到时延-多普勒域。
3.根据权利要求2所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，以最小化导频之间平均的互不干扰性度量为目标建立的优化函数表示为：
4.根据权利要求3所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，导频之间平均的互不干扰性度量μavg表示为：
5.根据权利要求2、3或4所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，采用遗传算法求解优化函数得到最优导频序列，具体包括以下步骤：p>
6.根据权利要求5所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，个体被选择的概率表示为：
7.根据权利要求5所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，个体的适应度为导频序列中各个导频之间平均的互不干扰性度量。
8.根据权利要求5所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，对选择的个体执行交叉操作的过程包括：随机从被选择进行交叉操作的个体和其邻居个体之间选择两个切点，并交换两个切点处的导频符号，完成交叉操作。
9.根据权利要求5所述的一种超大规模MIMO-OTFS的导频序列设计方法，其特征在于，对选择的个体执行交叉操作的过程包括：利用满足优化函数的约束条件的高斯序列或者伯努利序列中的元素替换变异点处的导频符号。
...【技术特征摘要】
1.一种超大规模mimo-otfs的导频序列设计方法，其特征在于，针对近场高移动性环境，建立基于球面波的通信系统，在通信系统中以最小化导频之间平均的互不干扰性度量为目标建立优化函数，求解得到最优导频序列。
2.根据权利要求1所述的一种超大规模mimo-otfs的导频序列设计方法，其特征在于，在基于球面波的通信系统中，将一个编码比特序列映射到时延-多普勒域，再通过otfs调制变换至时域后通过基站的均匀线性天线阵列进行发送；在接收端通过单天线接收信号后，通过otfs解调将接收信号转换到时延-多普勒域。
3.根据权利要求2所述的一种超大规模mimo-otfs的导频序列设计方法，其特征在于，以最小化导频之间平均的互不干扰性度量为目标建立的优化函数表示为：
4.根据权利要求3所述的一种超大规模mimo-otfs的导频序列设计方法，其特征在于，导频之间平均的互不干扰性度量μavg表示为：
5.根据权利要求2、3或4所...
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