一种适用于时频空间域的多天线信道估计方法、介质及装置与流程 专利技术说明

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种适用于时频空间 域的多天线信道估计方法、介质及装置。背景技术：2.新一代无线通信系统的愿景之一是全放位支持不同类型的通信场景和 应用需求。其中，在高移动性条件下保证通信质量的一个重要方面。当前， 中国高铁铁路建设发展迅猛，人们对旅行中不间断、高质量通信的需求也 在同步增长，这也凸显出超高移动性可靠通信的重要意义。目前现有采用 正交频分复用(ofdm)作为基础波形，能够大幅度降低带宽信道中通信发 收机的实现复杂度，但在高移动性的支持能力方面面临挑战。超高移动性 在时域上表现为信道响应的快速时变，这对信道估计的实时性、准确性以 及导频开销控制等都造成很大的压力；超高移动性在频域上表现为强多普 勒效应，这导致ofdm系统出现严重的子载波间干扰，采用传统收发机体 很难应对。若简单地通过缩短ofdm符号的绝对时间长度来增强移动性支 持，那么循坏前缀占比将相应的增大，频谱效率严重下降。3.为了应对高移动性场景下，ofdm调制中出现高多普勒灵敏度问题， 提出了正交时频空间(orthogonal time frequency space，otfs)调制技术。 但是otfs在时延-多普勒平面获取时延和多普勒频移等信息，需要在时频 空间域中进行多天线的信道估计。4.但是现有技术中otfs系统利用时频空间域的导频数据进行信道估计， 采用多径功率，多径延时，多径相位等参数估计出信道矩阵，但是该方法 只适用于单天线，无法进行多天线的信道估计；5.对于高速移动场景也存在对mimo空分复用技术，从而提高传输吞吐 量；但是在otfs在多天线多流领域中，现有信道估计方法并不适用于多 天线环境的信道估计，因此无法在otfs领域中使用mimo空间复用技术， 从而提升高移动场景下的高吞吐率。技术实现要素：6.本发明旨在提供一种适用于时频空间域的多天线信道估计方法、介质 及装置，以解决现有otfs系统的信道估计方法并不能进行多天线的信道 估计，因此无法有效的与mimo空间复用技术相结合，虽然otfs系统在 单流情况下能够适用于高移动性场景，但是并不能多流情况下采用otfs 预处理，因此存在otfs预处理并没有较高的系统吞吐量的问题。7.本发明提供的一种适用于时频空间域的多天线信道估计方法，包括如 下步骤：8.步骤1：otfs的时频空间对应有k流数据，k个端口，k个导频框；9.步骤2：接收信号经过ofdm解调后信号为y；10.步骤3：将接收信号y，并行k路进行otfs解码，得到时频空间域 信号ytf；11.步骤4：从时频空间域信号ytf中按照导频框的位置取出导频数据p；12.步骤5：定义导频扩展空间p_ex，该导频扩展空间p_ex的空间数据初 始化为0；13.步骤6：将导频数据p填充到导频扩展空间p_ex；14.步骤7：对填充了导频数据p的导频扩展空间p_ex进行时频域二维加 窗滤波处理，得到加窗后的导频扩展空间p_ex_wn；15.步骤8：将加窗后的扩展导频空间p_ex_wn进行otfs编码，得到最 终的频域信道矩阵h。16.进一步地，步骤6中在导频扩展空间p_ex中的导频数据位置与接收信 号y中的导频位置相同。17.进一步地，步骤7中进行时频域二维加窗滤波处理的方法为：18.从导频扩展空间p_ex中的导频数据中找出导频数据最大值，并按照导 频数据最大值位置进行时频域二维加窗滤波处理，得到加窗后的导频扩展 空间p_ex_wn。19.进一步地，所述二维加窗滤波处理的窗系数的生成方法为：[0020][0021]其中，m为时频空间的频域维度长度，m为0～(m-1)，a0为设定系数。[0022]本发明还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指 令，所述计算机终端可执行指令用于执行如上述的适用于otfs多天线端 口的导频设计方法。[0023]本发明还提供一种计算装置，包括：[0024]至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其 中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被 所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述的适 用于otfs多天线端口的导频设计方法。[0025]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：[0026]本发明通过不同天线对应的时频空间域中导频框数据进行信道估计， 其中主要采用时频空间域滤波法滤除信道噪声信息，从而得到每个端口对 应的信道信息，将时频空间域上的信道信息进行otfs编码，得到频域信 道信息，依次计算出其余端口对应的信道信息，利用多端口的频域信道信 息，构造出最终的多天线信道矩阵；利用信道矩阵在频域中进行mimo空 间复用的解调，从而提高在高移动环境下otfs系统的吞吐量，解决otfs 系统的信道估计方法不能适用于mimo空间复用的问题。附图说明[0027]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附 图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因 此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0028]图1为本发明实施例中适用于时频空间域的多天线信道估计方法的流 程图。[0029]图2为本发明实施例中导频扩展空间的示意图。[0030]图3为本发明实施例中频域信道矩阵h的示意图。具体实施方式[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配 置来布置和设计。[0032]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限 制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0033]实施例[0034]如图1所示，本实施例提出一种适用于时频空间域的多天线信道估计 方法，包括如下步骤：[0035]步骤1：otfs的时频空间对应有k流数据，k个端口，k个导频框；[0036]步骤2：接收信号经过多普勒、多径衰落时延信道等影响，经过ofdm 解调后信号为y，该信号y为k*m*n三维数据，其中k为端口数，m为 有效频点数，n为时域符号数；[0037]步骤3：将接收信号y并行k路进行otfs解码，得到时频空间域信 号ytf；[0038]步骤4：从时频空间域信号ytf中按照导频框的位置取出导频数据p， 该导频数据p为k*m1*n1三维数据；[0039]步骤5：定义导频扩展空间p_ex，该导频扩展空间p_ex为k*m*n三 维数据，并且该导频扩展空间p_ex的空间数据初始化为0；[0040]步骤6：将导频数据p填充到导频扩展空间p_ex，其中在导频扩展空 间p_ex中的导频数据位置与接收信号y中的导频位置相同；[0041]步骤7：从填充了导频数据p的导频扩展空间p_ex中的导频数据中找 出导频数据最大值，并按照导频数据最大值位置进行时频域二维加窗滤波 处理，得到加窗后的导频扩展空间p_ex_wn；[0042]步骤8：将加窗后的扩展导频空间p_ex_wn数据进行otfs编码，得 到最终的频域信道矩阵h，其中h为k*k*m*n的四维数据。[0043]示例：[0044]以4端口4流mimo为例进行时频空间域中的信道估计，其中时延‑ꢀ多普勒平面为3276*32，具体为：[0045]s1、otfs的时频空间对应有4流数据，4个端口以及4个导频框，其 中导频框位置如下表1所示：[0046]表1，导频框时频域位置：[0047]端口号时频取值范围1频域范围1:100，时域范围1:82频域范围811:910，时域范围9:163频域范围1711:1810，时域范围17:244频域范围2611:2710，时域范围25:32[0048]s2、在接收端4根天线接收信号分别进行ofdm解调，按照4096长 度进行傅里叶变换(fft)，然后选取出32个符号中有效子载波3276，得 到4*3276*32的信号y；[0049]s3、将信号y，4流数据分别按照式(1)进行otfs解码(时频空间域的 转换)：[0050][0051]其中，n为时频空间的时间维度长度，m为时频空间的频域维度长度， n的取值为0～n-1，m的取值为0～m-1，k的取值为0～n-1，l的取值为0～m-1， y为4*3276*32的三维时频空间数据，即上述的时频空间域信号ytf；[0052]s4、根据上述端口号在时频空间域中导频框位置，在三维时频空间数 据y中取出导频数据p，每流数据中有4个导频框，因此p为4*4*100*8 的4维数据；[0053]s5、定义4*4组导频扩展空间，每个导频扩展空间尺寸为3276*32；[0054]s6、定义信道信息h11d,h21d,h31d,h41d为天线1接收信号时频域数据 的4组导频数据，信道信息h12d,h22d,h32d,h42d为天线2接收信号时频域 数据的4组导频数据，信道信息h13d,h23d,h33d,h43d为天线3接收信号时 频域数据的4组导频数据，信道信息h14d,h24d,h34d,h44d为天线4接收信 号时频域数据的4组导频数据；[0055]s7、将导频数据填充到上述导频扩展空间，如图2所示，为h11d导频 数据填充到扩展导频时频空间，其中黑色网格部分为导频数据填充部分， 图2中导频框以外的白色区域填充0，其余导频数据按照相同的填充方式进 行填充，只是导频框位置不同，便能够得到填充导频数据后的导频扩展空 间p_ex；[0056]s8、对填充导频数据p后的导频扩展空间p_ex进行时频域二维加窗滤 波处理，得到加窗后的导频扩展空间p_ex_wn；其中按照窗函数式(2)进行 窗系数的生成；[0057][0058]其中，m为3276，m为0～3275，a0为0.53836。[0059]s9、将加窗后的扩展导频空间p_ex_wn按照式(3)进行otfs编码，得 到频域信道矩阵h，表示为式(4)：[0060][0061][0062]其中，x为加窗后的扩展导频空间p_ex_wn数据，n为32，m为3276， x为otfs编码后的数据。[0063]此外，在一些实施例中，提出一种计算机终端存储介质，存储有计算 机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行如前文实施例所 述的适用于时频空间域的多天线信道估计方法。计算机存储介质的示例包 括磁性存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，cd-rom、 dvd等)或存储器，如存储卡、rom或ram等。计算机存储介质也可以 分布在网络连接的计算机系统上，例如是应用程序的商店。[0064]此外，在一些实施例中，提出一种计算装置，包括：至少一个处理器； 以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有 可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执 行，以使所述至少一个处理器能够执行如前文实施例所述的适用于时频空 间域的多天线信道估计方法。计算装置的示例包括pc机、平板电脑、智能 手机或pda等。[0065]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。









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