一种OTFS通信系统中的分数时延多普勒估计方法

本发明属于信道估计领域，具体涉及一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法。

背景技术：

1、在传统的信道估计方法中，基于阈值的嵌入式导频信道估计仅仅对于整数时延和整数多普勒情况下才具有较好的信道估计性能，对于分数时延和分数多普勒情况下，虽然可以通过增加保护间隔的大小来提高信道估计的准确度，但是其提高的精度是有限的，并且会浪费较多的网格资源，降低频谱效率。所以对于存在分数时延和分数多普勒的信道进行估计是一个重要问题，目前也有采用相关的方法来估计信道，但是该方法的复杂度较高。设计一个性能好复杂度较低的信道估计方法是一个较大的研究问题。

2、有鉴于此，确有必要设计一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决现有的信道估计方法的不足，本发明提供了一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，提高了信道估计的精度，并且在一定程度上降低了估计的复杂度。

2、所提出的估计方法具体的步骤如下：

3、步骤一：在发送端进行导频和数据符号的映射，在导频和数据符号之间设置保护间隔来降低接收端导频和数据符号之间的干扰；

4、步骤二：在接收端对导频接收区域进行阈值估计，得到初始的整数时延和多普勒估计；

5、步骤三：利用初始的整数时延和多普勒估计来缩小接收端信号与基函数进行相关运算的范围，根据相关运算后的最大值得到分数时延、分数多普勒以及信道系数；

6、步骤四：根据得到的分数时延、分数多普勒和信道系数，得到导频经过该条路经后得到的导频接收信号，将接收信号减去该条路径导频接收信号，得到新的接收信号，重复进行步骤二和步骤三，直到导频接收区域没有大于阈值的信号，则估计停止。

7、作为本发明的进一步改进，所述步骤一中，所述映射为：

8、

9、其中，k和l分别表示时延多普勒网格中的沿多普勒轴和时延轴的索引，xp为发送导频符号，kmax和lmax分别为系统最大时延和最大多普勒，kg和lg分别是额外设置的保护间隔，保护间隔采用全零设计，时延多普勒网格的其余位置则放置数据符号xd。

10、作为本发明的进一步改进，所述步骤二中，所述阈值估计的方法为：设定一个阈值，记为t，阈值为与发送导频有关的一个值，如果接收信号y[k，l]满足|y[k,l]|≥t，则得到初始的某一条路径的多普勒估计为k-kp，时延估计为l-lp。

11、作为本发明的进一步改进，所述步骤三中，所述基函数包括：

12、(1)与多普勒值有关的多普勒基函数：

13、(2)与时延值有关的时延基函数：

14、(3)额外的相位：

15、n和m分别为在时延多普勒域网格中沿多普勒域的格子数和沿时延域的格子数，kvi和lτi分别为第i条信道的多普勒值和时延值，e为指数，j为虚数单位，m和n分别为时延多普勒网格中沿时延轴和沿多普勒轴的索引。

16、作为本发明的进一步改进，所述步骤三中，接收端接收到的接收信号为：

17、

18、hi为第i条信道的信道系数，g表示多普勒基函数，f表示时延基函数，p表示实际信道多径数，k和k'分别表示在接收端和发送端时延多普勒网格上沿多普勒轴的索引，l和l'分别表示在接收端和发送端时延多普勒网格上沿时延轴的索引。

19、作为本发明的进一步改进，所述步骤三中，将接收信号与基函数进行相关运算，得到的分数多普勒和分数时延为：

20、

21、分别为最后估计的分数多普勒值和分数时延值，d和e分别为沿多普勒轴和时延轴的搜索范围，d和e的取值范围根据初始时延和多普勒估计来划定，分别为：

22、

23、其中step为搜索步长，取值0.1，和分别为初始信道估计得到的整数时延和多普勒值。

24、得到的信道系数为：

25、其中s为接收信号与基函数进行相关运算后取得的最大值，xp为发送导频符号；

26、作为本发明的进一步改进，所述步骤四具体为：通过所述步骤二和步骤三得到的是多条路径中的一条路径，利用上一步得到的路径信息，得到导频经过该路径在接收端得到的导频信号，并且在接收端去除该路径的影响，得到去除路径干扰后的接收导频信号，接着重复步骤二和步骤三，直到剩余的接收导频信号的功率不再大于所述阈值t则估计停止。

27、有益效果：

28、本发明不仅可以估计整数时延和多普勒，也可以估计分数时延和多普勒；本发明实际是采用了两步估计的方法，初始估计得到的数据用来缩小第二步估计的搜索范围，进而得到比现有方法更加高效的估计算法；本发明在缩小搜索范围的同时也在一定程度上减少了噪声对估计性能的影响。

技术特征：

1.一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤一中，所述映射为：

3.根据权利要求1所述的一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤二中，所述阈值估计的方法为：设定一个阈值，记为t，阈值为与发送导频有关的一个值，如果接收信号y[k，l]满足|y[k,l]|≥t，则得到初始的某一条路径的多普勒估计为k-kp，时延估计为l-lp。

4.根据权利要求1所述的一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤三中，所述基函数包括：

5.根据权利要求1所述的一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤三中，接收端接收到的接收信号为：

6.根据权利要求1所述的一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤三中，将接收信号与基函数进行相关运算，得到的分数多普勒和分数时延为：

7.根据权利要求1所述的一种otfs通信系统中的分数时延多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤四具体为：通过所述步骤二和步骤三得到的是多条路径中的一条路径，利用上一步得到的路径信息，得到导频经过该路径在接收端得到的导频信号，并且在接收端去除该路径的影响，得到去除路径干扰后的接收导频信号，接着重复步骤二和步骤三，直到剩余的接收导频信号的功率不再大于所述阈值t则估计停止。

技术总结
本发明公开了一种OTFS通信系统中的分数时延多普勒估计方法，针对于实际场景下由于时延和多普勒精度不够而存在的分数时延和分数多普勒情况提出的估计方法。该方法包括：发送端采用嵌入式导频的帧结构，在导频和发送数据间采用零保护间隔的方式；接收端根据发送导频的位置和系统中最大时延和多普勒值得到存在接收导频的区域；先利用该区域的接收信号进行初始的估计，采用的是阈值法，得到时延和多普勒的初始整数估计；然后根据初始估计得到的整数时延和多普勒值，将接收信号与基函数进行相关运算，进而得到更加精确的分数时延和分数多普勒估计。本方法不仅可以估计整数时延和多普勒还可以估计分数时延和多普勒，还一定程度上降低了估计的复杂度。

技术研发人员：王海荣,钟大胜,张军
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16