基于正交空间调制的正交时频空间调制系统的工作方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114745246A(43)申请公布日2022.07.12(21)申请号202210359622.8(22)申请日2022.04.06(71)申请人山东大学地址250199山东省济南市历城区山大南路27号(72)发明人白智全蔡月影杨颖超杨凯越张金梅(74)专利代理机构济南金迪知识产权代理有限公司37219专利代理师许德山(51)Int.Cl.H04L27/34(2006.01)H04L27/36(2006.01)H04L27/38(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称基于正交空间调制的正交时频空间调制系统的工作方法(57)摘要基于正交空间调制和OTFS调制系统的工作方法，属无线通信传输技术，系统由发射机和接收机组成，其通信过程为：首先，时延‑多普勒域的发射机信息比特经串并转换分三部分进入正交空间调制模块，其一用来进行星座映射，得调制符号x，另两部分分别用来确定发送x实部和虚部的激活天线索引lR和lI；其次，得到的时延‑多普勒域传输信号经OTFS调制转化为时域的传输信号，通过时变信道到达接收机；最后，接收机进行OTFS解调，得到时延‑多普勒域的接收信号，并由EMMSE检测器对信号进行检测，经正交空间解映射及并串转换，恢复出发送信息比特。本发明系统综合了正交空间调制和OTFS调制的特点，提出一种高准确率低复杂度的检测算法，提高了整体系统性能。CN114745246ACN114745246A权利要求书1/2页1.一种基于正交空间调制和正交时频空间调制系统的工作方法，该系统主要包括发射机和接收机，其中发射机包括正交空间调制模块和正交时频空间调制模块；接收机包括正交时频空间解调模块、信号检测与解映射模块；发射机配置Nt根发射天线，Nt≥2，接收机配置Nr根接收天线，满足Nr≥Nt，其通信过程为：首先，发射机产生时延‑多普勒域的信息比特序列，经串并转换将比特序列分为MN组，其中M为正交时频空间子载波数，N为每组发送符号数，各组分别进行正交空间调制，每组信息比特可分为三部分，第一部分用来进行Mmod阶正交振幅调制或相移键控调制，得到调制符号x＝xR+ixI，其中Mmod≥4，xR和xI分别为星座符号的同相分量和正交分量，第二部分和第三部分以自然映射规则分别选择发送星座符号实部xR和虚部ixI对应的激活天线索引lR和lI，每组比特序列确定一个Nt维的列向量，考虑到共有MN组比特序列，数据经过正交空间调制模块，可得到Nt×MN维的时延‑多普勒域的传输符号矩阵X；其次，X进入正交时频空间调制模块，通过逆辛傅里叶变换和海森堡变换，将时延‑多普勒域信号转化为时域信号S(t)，发射机将S(t)通过激活的发射天线经时变多输入多输出信道发送至接收机；最后，接收机收到时域接收信号R(t)，对其进行正交时频空间解调，经过维格纳变换和辛傅里叶变换得到时延‑多普勒域的接收信号Y，并在信号检测与解映射模块对Y进行增强型最小均方误差(EMMSE)检测和解映射，对时延‑多普勒域信息比特进行解调恢复，其具体步骤如下：1)发射机产生长度为的时延‑多普勒域随机比特序列b＝[b1b2...bK]，其中表示向下取整操作，b经串并转换分为MN组，形成一个的二进制矩阵Q，对于矩阵Q的第z列数据比特进行正交空间调制，其中第一部分log2Mmod比特用于进行Mmod阶正交振幅调制或相移键控调制，得到调制符号x＝xR+ixI，第二及第三部分的比特分别用于选择调制发送符号实部及虚部对应的激活天线索引lR和lI，发送向量可表示为Txz为Nt×1维的矢量，[.]表示矢量转置，当lR≠lI时，xz中存在两个非零元素，即第lR个元素xR以及第lI个元素ixI；当lR＝lI时，xz中存在一个非零元素，即第lR＝lI个元素xR+ixI，矩阵Q经过正交空间调制模块转换为Nt×MN维的时延‑多普勒域传输符号矩阵X＝[x1...xz...xMN]；2)正交时频空间调制模块中，X经过逆辛傅里叶变换和海森堡变换，转化为时域传输符号矩阵S(t)＝[s1...sz...sMN]，其中的元素是由xz中的元素进行并行正交时频空间调制得到的，表示复数集，表示由Nt个复数组成的列向量，S(t)通过时变多径瑞利衰落信道H(t)进行传输，接收机收到的时域传输符号矩阵其中H(t)为Nr×Nt个向量组成的分块信道矩阵，其元素表示第p根发送天线到第q根接收天线间的时变信道响应，L为信道多径数，对第i(i＝1,2,...L)条路径δ(.)为冲激函数，e为自然对数，τi和vi分别表示第i条2CN114745246A权利要求书2/2页路径中的信道系数、时延和多普勒频移，服从均值为0，方差为1/L的复高斯随机分布，表示克罗内克乘积操作，V(t)表示时域