一种基于矩阵分块的变换域干扰消除OTFS均衡方法

本发明涉及正交时频空(otfs)调制系统信道均衡领域，尤其涉及一种基于矩阵分块的变换域干扰消除otfs均衡方法。

背景技术：

1、在现代通信系统中，由于多径传播、多普勒效应等因素的影响，信道均衡成为克服传统通信系统中时延展宽和频率选择性衰落问题的关键技术之一。在高速移动环境下，传统均衡方法在处理时空变化显著的信道时面临一系列挑战。针对这一问题，otfs系统的引入为克服传统困境提供了一种全新的框架。然而otfs系统在高速移动场景中仍然受到多普勒效应的制约，特别是在有限的时延-多普勒(dd)域网格下，多普勒分辨率的限制导致了信号处理的困难。

2、信道均衡是otfs接收机设计的重要步骤，也是提升解调性能的关键。依据现有的otfs信道均衡方法可以分为线性和非线性均衡两类。但这两类方法都存在复杂度较高的问题，在线性均衡方案上由线性最小均方误差(lmmse)造成的矩阵求逆问题给均衡方案带来了很高的复杂度，而非均衡方案上迭代收敛的次数也需要考虑在内，如果收敛次数过，同样会使复杂度增大一个数量级。同时在高速移动等复杂通信环境下，传统的均衡方法不能很好消除信道中带来的符号间干扰(isi)和多普勒间干扰(idi)问题。

3、综上，为了保证均衡性能，获得准确传输信号的同时，需要降低方法的复杂度，增大方法的有效性和可行性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提出了一种基于矩阵分块的变换域干扰消除otfs均衡方法，在保证均衡性能的同时大大降低了方法的复杂度。

2、为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于矩阵分块的变换域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，包括：

3、s1，通过分离出不同多普勒抽头的接收向量，在时延域上逐符号的消除isi；

4、s2，利用信道等效响应矩阵的分块稀疏性，将整体信道模型的求解转换成每个符号与子矩阵之间的信道模型关系，通过求解每个符号的信道模型来逐步消除idi；

5、s3，将各干扰消除之后得到的均衡信号进行判决，并进行判决反馈获得判决增益，更新信道估计以及均衡值，最终准确解调出所有发射信号。

6、所述的基于矩阵分块的变换域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，所述s1包括：

7、otfs系统的一大特质是发射信号在通过双选信道时会在dd域两个方向上产生扩散，从而造成数据间的干扰。数据处在时延域方向的第一个符号都只与一个发射符号有关；此外，接收数据符号越往尾端走，受到发射符号和子信道影响的个数就会逐一增加，直到这个影响数量等于信道的路径数。因此，可以利用矩阵的分块稀疏性，将整体的均衡模型转换成每个符号间的均衡模型。由于第一个符号只与第一个发射符号有关，于是可以直接进行均衡。第二行的符号减去前一个符号均衡结果与相应子矩阵块的乘积，即可减去第一个符号间干扰，以此类推直到完成所有符号的isi消除。

8、所述的基于矩阵分块的变换域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，所述s2包括：

9、根据上述规律，可以将接收信号向量写为信道子矩阵与其对应的发射向量的乘积加上一个干扰项。而s1中已经对各符号之间的干扰项进行了消除，则将整个资源网格的检测问题，统一转换为每一个向量与多个子信道间的检测问题。具体地，所有接收符号最终都可以转换成以下信道模型

10、

11、其中，代表直射路径接收信号，xm代表发射信号的第m个符号，代表第m个符号处的噪声。km,l＝circ[hm,l(0),…,hm,l(n-1)]是等效信道矩阵h中的一个子矩阵，也是一个托普利兹循环矩阵，并且对角线上的元素相等。则根据托普利兹循环矩阵的性质，将其左乘傅里叶矩阵，右乘傅里叶矩阵的共轭转置就可以得到一个对角阵。此时，再对此模型进行mmse均衡，其中的求逆由于其对角矩阵的性质就可以变成元素除法，大大降低了方法复杂度。

12、所述的基于矩阵分块的变换域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，所述s3包括：

13、在上述步骤中，迭代完每个数据符号，可以得到所有数据符号的均衡值，最后再将均衡得到的发送信号进行解调就可以得到发送信号的二进制表示。在这个解调的过程中，其实是对一系列复数信息进行判决，根据这些复数信息在星座图与各调制符号的欧氏距离(欧氏距离最短原则)，来将他们判决到原来的调制点。因此解调过程中的判决从一定程度上相当于去掉了一部分噪声的影响，产生了一定的判决增益，提高了整个系统的误码率(ber)性能。

14、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

15、本发明通过基于矩阵分块的otfs变换域干扰消除均衡方法来进行信道均衡，能够逐步消除isi和idi。利用dd域信道矩阵的分块稀疏性，将整个系统的均衡问题转换成了每一个小矩阵之间的均衡，并利用矩阵特性将其转换到变换域进行均衡，大大降低了方法复杂度。同时，在这个准确均衡的前提下，利用了判决反馈进一步增加了接收机设计的性能增益。

16、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于矩阵分块的变化域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于矩阵分块的变化域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于矩阵分块的变化域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，所述s2包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于矩阵分块的变化域干扰消除otfs均衡方法，其特征在于，所述s3包括：

技术总结本发明提出了一种基于分块矩阵的变换域干扰消除OTFS信道均衡方法。首先为了更有效地对每个信号块进行均衡处理，设定保护间隔和时延‑多普勒域信道响应的分块稀疏性，按顺序逐步消除由于正交时频空(OTFS)系统扩散带来的符号间干扰问题，从而得到每个块的信道均衡模型，其中多普勒间干扰就体现在这些信道子矩阵块的非对角线元素中。其次，利用信道子矩阵托普利兹循环矩阵的性质，将其进行变换域处理变为对角矩阵，再进行均衡操作，能消除多普勒间干扰的同时显著减少算法的复杂度。最后，在此方法的基础上引入判决反馈，可以进一步提升算法的性能增益。利用所提出的方法进行信道均衡，能够在消除各种干扰的同时，大大降低算法的复杂度，同时能够在保证性能的同时降低导频利用率，提高数据传输效率。技术研发人员：廖勇,李雪受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29