本發(fā)明涉及無線通信，具體涉及一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法及應用。

背景技術：

1、正交時頻空信號(orthogonal?time?frequency?space,otfs)是一種用于無線通信的新型調制技術，具體來說，otfs通過將信號在時間和頻率上進行正交化，能夠有效地抵御多徑干擾和頻率偏移。它的基本原理是將信息符號映射到一個二維的時頻網(wǎng)格中，通過同時在時間和頻率上進行調制，從而實現(xiàn)更好的性能，otfs在高速移動環(huán)境下(如高速列車、汽車等)的通信中表現(xiàn)尤為出色，能夠提高信號的可靠性和傳輸效率。這種技術在5g及未來的通信系統(tǒng)中有著廣泛的應用前景。

2、然而現(xiàn)有技術通常是基于mle的otfs時延多普勒估計，但復雜度較高，尤其在多維聯(lián)合估計中難以滿足實時性要求，同時采用線性最小均方誤差(lmmse)方法解耦角度估計與時延多普勒估計，但仍受限于網(wǎng)格分辨率問題，且基于廣義似然比檢測方法進行分數(shù)時延多普勒估計，但計算復雜度高，因此現(xiàn)有的時延多普勒估計方法在處理分數(shù)值時延多普勒時精度較低，同時計算復雜度較高，難以滿足高實時性場景需求，為解決上述問題，我們提出一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法及應用。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法及應用，解決背景技術中提出的問題。

2、本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的：

3、一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，包括以下步驟：

4、s1.搭建多輸入多輸出正交時頻空(mimo-otfs)自發(fā)自收模式感知測試仿真平臺，所述平臺包括otfs調制模塊、脈沖成形模塊、預編碼模塊、無線信道模塊、接收模塊、otfs解調模塊和感知估計模塊；

5、s2.基于所述mimo-otfs仿真平臺生成otfs發(fā)射信號，并進行接收處理以獲得待估計信號；

6、s3.對接收到的待估計信號進行時延-多普勒信息的解耦處理，分別提取角度-時延感知信息分量和角度-多普勒感知信息分量；

7、s4.通過角度信息增強時延和多普勒參數(shù)的估計，獲得整數(shù)時延和整數(shù)多普勒；

8、s5.采用二維網(wǎng)格分割搜索方法對得到的整數(shù)時延和多普勒進行分數(shù)時延和分數(shù)多普勒的估計，得到完整的時延-多普勒估計值。

9、優(yōu)選地，所述otfs調制模塊用于：

10、a1.將輸入的比特流進行調制并映射到時延-多普勒域中的多個資源塊，得到時延和多普勒網(wǎng)格上的調制數(shù)據(jù)；

11、a2.通過逆辛有限傅里葉變換(isfft)將時延-多普勒域信號轉換為時頻域信號；

12、a3.使用海森堡變換將時頻域信號轉換為基帶時域信號，所述時域信號通過預編碼映射到多天線系統(tǒng)，形成mimo-otfs信號。

13、優(yōu)選地，所述無線信道模塊基于抽頭延遲線模型建立感知信道，所述感知信道中包括視距(los)路徑，所述視距路徑與目標距離、速度等參數(shù)關聯(lián)，生成目標的時延和多普勒信息。

14、4.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述接收模塊在接收端通過以下步驟處理接收到的otfs信號:

15、b1.通過魏格納變換將接收信號從時域轉換為時頻域信號；

16、b2.通過辛有限傅里葉變換(sfft)將接收信號從時頻域轉換為dd域信號；

17、b3.提取并保留dd域信道狀態(tài)信息，去除數(shù)據(jù)符號部分，獲取角度-時延和角度-多普勒感知信息。

18、優(yōu)選地，所述時延-多普勒信息解耦處理包括:

19、c1.提取dd域信號中的角度-時延感知信息分量；

20、c2.提取dd域信號中的角度-多普勒感知信息分量，實現(xiàn)角度信息與時延、多普勒信息的解耦；

21、c3.通過已知的角度信息增強時延和多普勒參數(shù)的估計，減小搜索維度，提高估計精度。

22、優(yōu)選地，所述時延和多普勒參數(shù)的估計過程分為兩個階段:

23、第一階段通過角度信息輔助的整數(shù)時延和整數(shù)多普勒估計，簡化搜索維度，將時延和多普勒估計簡化為一維搜索問題，降低計算復雜度；

24、第二階段采用二維網(wǎng)格分割搜索方法，對第一階段得到的整數(shù)時延和整數(shù)多普勒進行分數(shù)時延和分數(shù)多普勒的精確估計，得到完整的時延-多普勒估計值。

25、優(yōu)選地，所述二維網(wǎng)格分割搜索方法通過以下步驟實現(xiàn)：

26、d1.設定二維網(wǎng)格的分割步長，基于分割后的網(wǎng)格進行分數(shù)時延和分數(shù)多普勒的搜索；

27、d2.基于時延-多普勒平面上整數(shù)索引的位置，通過優(yōu)化的網(wǎng)格分割步長進一步搜索分數(shù)值；

28、d3.使用極限中心定理劃分搜索區(qū)域，選擇分布更為集中的區(qū)域進行分數(shù)時延和多普勒的搜索，以提高估計精度。

29、優(yōu)選地，所述角度信息通過引入目標的角度自由度，作為先驗條件用于輔助時延和多普勒參數(shù)的估計，進一步增強時延-多普勒估計的精度，降低計算復雜度。

30、本發(fā)明還提供了所述的角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法的應用，所述方法適用于高速移動場景下的無線通信系統(tǒng)，包括自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、雷達感知以及5g/6g通信系統(tǒng)中的目標感知和參數(shù)估計。

31、綜上所述，本發(fā)明主要具有以下有益效果：

32、1、本發(fā)明的方案提出了低復雜度的時延-多普勒估計框架，首先采用時延-多普勒解耦和角度信息增強的方法在不失性能損失的前提下降低復雜度，然后考慮了對離網(wǎng)的分數(shù)時延-多普勒索引值進行搜索。

33、2、本發(fā)明的方案提出了角度增強時延-多普勒估計方法，將已知角度作為新的自由度信息引入，提高了整數(shù)時延-多普勒估計性能，為一維時延或多普勒估計提供了先驗邊界條件，提高了整數(shù)估計精度，減少了估計的時間開銷。

34、3、本發(fā)明提出了二維網(wǎng)格分割方法，并依據(jù)目標時延-多普勒分布規(guī)律設計了優(yōu)化的分割系數(shù)。其有效地搜索分數(shù)時延-多普勒，迭代次數(shù)更少，準確度更高，更能準確定位分數(shù)時延-多普勒索引值。

技術特征：

1.一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述otfs調制模塊用于：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述無線信道模塊基于抽頭延遲線模型建立感知信道，所述感知信道中包括視距(los)路徑，所述視距路徑與目標距離、速度等參數(shù)關聯(lián)，生成目標的時延和多普勒信息。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述接收模塊在接收端通過以下步驟處理接收到的otfs信號:

5.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述時延-多普勒信息解耦處理包括:

6.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述時延和多普勒參數(shù)的估計過程分為兩個階段:

7.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述二維網(wǎng)格分割搜索方法通過以下步驟實現(xiàn)：

8.根據(jù)權利要求1所述的一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法，其特征在于，所述角度信息通過引入目標的角度自由度，作為先驗條件用于輔助時延和多普勒參數(shù)的估計，進一步增強時延-多普勒估計的精度，降低計算復雜度。

9.一種基于權利要求1-8中任一所述的角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法的應用，其特征在于，所述方法適用于高速移動場景下的無線通信系統(tǒng)，包括自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、雷達感知以及5g/6g通信系統(tǒng)中的目標感知和參數(shù)估計。

技術總結
本發(fā)明公開了一種角度信息增強的正交時頻空信號時延多普勒估計方法及應用，包括以下步驟：搭建多輸入多輸出正交時頻空自發(fā)自收模式感知測試仿真平臺，所述平臺包括OTFS調制模塊、脈沖成形模塊、預編碼模塊、無線信道模塊、接收模塊、OTFS解調模塊和感知估計模塊；本發(fā)明提出了低復雜度的時延?多普勒估計框架，首先采用時延?多普勒解耦和角度信息增強的方法在不失性能損失的前提下降低復雜度，然后考慮了對離網(wǎng)的分數(shù)時延?多普勒索引值進行搜索；此外，本發(fā)明提出的二維網(wǎng)格分割方法依據(jù)目標時延?多普勒分布規(guī)律采用了優(yōu)化的分割系數(shù)，減少了迭代次數(shù)，準確度更高，更能準確定位分數(shù)時延?多普勒索引值。

技術研發(fā)人員：高暉,鄧偉鑫,許文俊,曹若菡,程新洲
受保護的技術使用者：北京郵電大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26