CN107925434B - 用于数据的辛正交时频移位调制和传输的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用正交时频移位(OTFS)无线波形的数据通信的替代方法，其被配置以便以对通信信道失真和频移相对不敏感的方式传输数据。与申请人教导的现有方法相比，本公开教导了一种替代调制方案，其将旨在用于数据传输的数据符号映射到在原始数据符号形式上操作的类辛2D傅里叶变换。这个2D傅里叶变换进而经过窄带滤波器的滤波器组，并且输出进而用于根据各个时间片调制传输的波形，直到已经传输了整个2D傅里叶变换。在接收器处，可以使用此过程的逆来表征数据信道并且针对信道失真校正所接收信号，因而接收清晰形式的原始数据符号。

Description

用于数据的辛正交时频移位调制和传输的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年5月11日提交的第62/159,853号美国临时专利申请、2015年5月12日提交的第62/160,257号美国临时专利申请、2015年6月10日提交的第62/173,801号美国临时专利申请、2015年6月22日提交的第62/182,760号美国临时专利申请的权益。本申请是2014年12月29日提交的第14/583,911号美国专利申请“OTFS METHODS OF DATA CHANNELCHARACTERIZATION AND USES THEREOF”的部分继续申请；本申请是2014年12月29日提交的第14/583,911号美国专利申请“OTFS METHODS OF DATA CHANNEL CHARACTERIZATION ANDUSES THEREOF”的部分继续申请；本申请还是2014年7月27日提交的第14/341,820号美国专利申请“ORTHONORMAL TIME-FREQUENCY SHIFTING AND SPECTRAL SHAPINGCOMMUNICATIONS METHOD”的部分继续申请；第14/341,820号美国专利申请进而是2011年5月26日提交的第13/117,119号美国专利申请号“ORTHONORMAL TIME-FREQUENCY SHIFTINGAND SPECTRAL SHAPING COMMUNICATIONS METHOD”的继续，现在的第8,879,378号美国专利，该第8,879,378号美国专利要求2010年5月28日提交的第61,359,619号美国临时专利申请“ORTHONORMAL TIME-FREQUENCY SHIFTING AND SPECTRAL SHAPING COMMUNICATIONSMETHOD”的优先权权益；本申请还是2012年3月27日提交的第13/430,690号美国专利申请“SIGNAL MODULATION METHOD RESISTANT TO ECHO REFLECTIONS AND FREQUENCYOFFSETS”的部分继续申请，该第13/430,690号美国专利申请进而要求2012年3月26日提交的第61/615,884号美国临时专利申请“SIGNAL MODULATION METHOD RESISTANT TO ECHOREFLECTIONS AND FREQUENCY OFFSETS”的优先权权益，该第61/615,884号美国临时专利申请是2011年5月26日提交的第13/117,119号美国专利申请“ORTHONORMAL TIME-FREQUENCYSHIFTING AND SPECTRAL SHAPING COMMUNICATIONS METHOD”的部分继续申请；并且本申请还是2013年6月25日提交的第13/927,091号美国专利申请“Modulation and equalizationin an orthonormal time-frequency shifting communications system”的部分继续申请，该第13/927,091号美国专利申请要求2012年6月25日提交的第61/664,020号美国临时专利申请的优先权权益。所有这些申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本专利文件涉及通信领域，具体地说，涉及评估并补偿通信数据信道中的损坏的方法。
背景技术
自1858年第一个跨大西洋电缆问世以来，让其支持者失望的是，它只能以每16个小时约100个字的速率传输数据，不完善的数据信道对通信速度和可靠性的影响已经对通信行业产生了明显的影响。
快速过渡到现代，即使是现代，电子线(例如，CATV电缆)、光纤和无线(无线电)数据传输方法仍受到不完善数据信道的影响。数据信道常常是不完善的，因为它们常常包含位于介质中的多个物理位置(例如，诸如电线的1D电导体中的多个接点，或者诸如光纤的光导体中的1D接点)处的多个信号反射器。对于无线通信，在介质是3D空间的情况下，这些反射器可以是位于空间中各种位置处的无线电反射器。
无论介质类型和反射器类型如何，反射器通常通过创建各种回波反射、频移等来使信号波形失真。最终的结果是，由数据信道发射器发送的最初清晰且易于解释的信号波形在其到达接收器时将会由于原始信号波形的各种回波和频移版本的存在而降级。
传统地，通信行业趋于通过使用这些各种数据信道反射器和其他损坏的统计模型来创建关于给定数据信道的状态(信道状态)如何在统计基础上波动的统计图以处理此类问题。这种现有技术包括Clarke和Jakes(R.H.Clarke,A statistical theory of mobile-radio reception,Bell Syst.Tech.J.,47,957–1000(1968)；and W.C.Jakes(ed.),Microwave Mobile Communications,Wiley,New York,1974))的作品，并且事实上此类方法在行业中常常被称为Clarke-Jakes模型。
这些现有技术模型是有用的，因为它们帮助通信工程师保守地设计通常对于各种商业应用足够稳健的设备。例如，如果统计模型预测频率太接近的波形会趋于以一定统计概率被信道状态彼此抹掉，则可以将通信规范设计成在信道之间具有足够的频率间隔以在一定程度的统计概率下起作用。类似地，如果统计模型显示信道状态中的某些统计波动会产生对应的信号强度波动，则传输波形的功率或数据传输的最大速率或这两者都可以被设计来处理这些统计波动。
Pahlavan和Levesque的“Wireless Information Networks,Second Edition”,2005,John Wiley&Sons,Inc.,Hoboken New Jersey提供了对这些各种问题的良好回顾。这本书提供了很好的现有技术回顾，讨论了无线电信号如何经受各种影响，包括多径衰落、随距离信号丢失、多普勒频移以及各种反射器的散射。
作为现有技术的一个具体示例，考虑设计用于移动蜂窝电话(手机)的设备的挑战。当移动手机接收到来自非移动手机塔(基站)的传输时，尽管来自手机塔的一些无线能量可以直接行进到手机，但来自手机塔传输的大部分无线能量通常会反射离开各种反射器(例如，建筑物的平坦的一面)，并且原始手机塔传输的这些“复制品”也将被手机接收，由于手机塔、反射器以及手机之间的距离而经受各种时间延迟和功率损耗。
如果手机正在移动，则原始信号的反射“复制品”也将被不同程度地多普勒频移。这些多普勒频移将根据手机塔、手机以及对信号进行反射的各种建筑物(反射器)的位置之间的相对速度和角度而变化。
根据诸如Clarke-Jakes模型的现有技术，可以对发射器、接收器和各种反射器的平均分配进行统计学假设。随后，这个统计模型可以用来帮助设置系统参数和安全裕度，使得在一定的可靠性水平下，系统仍然起作用，尽管有这些影响。因此，现有技术允许产生合理稳健且商业上有用的系统。
回顾OTFS方法
无线通信通过调制信号并通过它们各自的无线介质或“数据信道”(例如，包含各种反射器的空白空气空间)发送这些无线(例如，无线电)信号来操作。此无线数据信道因此由包括三维空间和一维时间的空间的物理介质(以及此空间中的任何物体)组成。在基于地面的无线应用的最常用商业环境中，第三空间维度高度常常可能不那么重要，并且因此基于地面的无线应用常常可以充分地近似为具有一维时间的二维空间介质(具有物体)。
如先前讨论的，在无线信号行进穿过其空间“数据信道”时，以光速行进的各种信号(例如，波形)通常经受各种类型的降级或信道损坏。当无线信号从无线反射表面(诸如建筑物的侧面)和其他结构反弹时，这些回波信号也可能会产生。对于无线信号，传输到移动反射器或从移动反射器传输或者传输到移动车辆或从移动车辆传输的信号经受也导致频移的多普勒频移。
如先前讨论的，这些回波效应和频移是不想要的，并且如果此类移位变得太大，则会导致较低的信号传输速率以及较高的错误率。因此，减少此类回波效应和频移的方法在通信领域具有很高的实用性。
在先前工作中，例如申请人的美国专利申请US 61/349,619、US 13/430,690和13/927,091、14/583,911以及美国专利8,547,988和8,879,378中，申请人教导了一种新的无线信号调制方法，其通过在比现有技术方法先前采用的更大的时间范围、频率和频谱形状上扩展数据符号进行操作(例如，其在时间范围、频率和频谱形状方面比现有技术方法更大，现有技术是诸如时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分复用(OFDM)或其他方法)。
在第13/117,119号美国申请中先前称为“Orthonormal Time-FrequencyShifting and Spectral Shaping(OTFSSS)”(并且随后通过简单的“OTFS”缩写在稍后的专利申请诸如美国13/430,690中提到的)的申请人的方法通过以比先前方法大的“块”或帧来发送数据。也就是说，虽然现有技术CDMA或OFDM方法可在设定时间间隔内对“N”个符号的单位或帧进行编码并通过通信链路(例如数据信道)发送它们，但申请人的OTFS方法可例如基于N2符号的最小单位或帧，并且常常在更长的时间段内传输这些N2符号。
在一些OTFS调制实施方案中，传输的每个数据符号或元素也在时间、频率和频谱形状空间上以比现有技术方法的情况更大的程度进行扩展。因此，在接收端，常常花费更长时间来开始解析任何给定数据符号的值，因为在接收到N2符号的全帧(例如)时此符号必须逐渐积累或累积。
因此，发明人的现有工作涉及使用时间、频率和频谱整形的组合来在N·N(N2)(例如，NxN、N乘N)个符号的卷积单元矩阵(数据帧)中传输数据的无线通信方法。在一些实施方案中，所有N2个数据符号通过N个扩展时间间隔(例如，N个无线波形突发)接收，或者N2个数据符号都不通过N个扩展时间间隔接收(例如，需要接收N个突发以重建原始数据位)。在其他实施方案中，此要求被放宽。
为了确定传输过程的时间、波形和数据符号分配，例如可以将N2大小的数据帧矩阵乘以第一N·N时频移位矩阵、置换、随后乘以第二N N频谱整形矩阵，从而将每个数据符号混合在整个所得的N·N矩阵中。随后基于每时间片一个元素选择、调制并传输这个所得数据矩阵作为一系列N个OTFS符号波形突发。在接收器处，重构并解卷积复制矩阵，显示出最初传输数据的副本。
例如，在美国专利申请13/117,119教导的一些实施方案中，可以典型地使用处理器和软件驱动的无线发射器和接收器通过通信链路基于一次一帧数据([D])来发射和接收OTFS波形。因此，例如，通常使用至少一个处理器自动完成以下所有步骤。
这第一种方法使用通常包括多达N2个数据元素的矩阵的数据帧，N大于1。此方法基于创建包括第一N x N矩阵([U1])和第二N x N矩阵([U2])的标准正交矩阵组。通信链路和正交矩阵组通常被选择为能够在一个时间扩展间隔(例如，一个突发)内传输来自第一Nx N矩阵([U1])、数据帧([D])和第二N x N矩阵([U2])的矩阵积的至少N个元素。这里每个时间扩展间隔可以由至少N个时间片组成。该方法通常通过形成第一N x N矩阵([U1])和数据帧([D])的第一矩阵积来操作，并且随后通过可逆置换操作P置换第一矩阵积，得到置换的第一矩阵积([U1][D])。随后，该方法形成此置换的第一矩阵积P([U1][D])和第二N x N矩阵([U2])的第二矩阵积，形成卷积数据矩阵，根据该方法，可以通过无线通信链路发射和接收此卷积数据矩阵。
在发射器侧，对于每个单个时间扩展间隔(例如，突发时间)，该方法通过选择卷积数据矩阵的N个不同元素进行操作，并且在这个时间扩展间隔中的不同时间片上，该方法使用处理器和通常软件控制的无线电发射器来从卷积数据矩阵的N个不同元素选择一个元素、调制这个元素并且无线传输这个元素，使得每个元素占用它自己的时间片。
在接收器侧，接收器(通常是处理器控制的软件接收器)将在各种时间扩展间隔(突发时间)中的不同时间片上接收卷积数据矩阵的这N个不同元素，并且解调此卷积数据矩阵的N个不同元素。这些步骤将重复总共N次，从而在接收器处重新组合卷积数据矩阵的复制品。
接收器随后将使用第一N x N矩阵([U1])和第二N x N矩阵([U2])来根据卷积数据矩阵重建原始数据帧([D])。在此方法的一些实施方案中，不能保证以完全精度重建任意数据帧([D])的任意数据元素，直到卷积数据矩阵完全恢复。实际上，系统也可以配置有一些冗余，使得其可以处理来自卷积数据矩阵的至少几个元素的丢失。
美国专利申请13/117,119及其临时申请61/359,619还公开了用于通过无线通信链路发射和接收至少一个数据帧([D])的替代方法的一些实施方案，其中再次此数据帧通常包括多达N2个数据元素的矩阵(N大于1)。此替代方法通过对数据帧([D])的数据元素进行卷积来工作，使得每个数据元素的值在被传输时将被扩展在多个无线波形上，其中所述多个无线波形中的每个单独波形将具有特征频率，并且所述多个无线波形中的每个单独波形将携带来自数据帧的多个这些数据元素的卷积结果。根据该方法，发射器通过在多个时间间隔上循环地移位这多个无线波形的频率来自动传输卷积结果，使得每个数据元素的值将作为在多个时间间隔上发送的多个循环频移的无线波形而被传输，再次作为一系列波形突发。在接收器侧，接收器将接收并使用处理器对多次发送的所述多个循环频移的无线波形突发进行解卷积，并因此重建至少一个最初传输的数据帧([D])的复制品。这里再一次，在一些实施方案中，可以选择卷积和解卷积方案，使得不能保证以完全精度重建任意数据帧([D])的任意数据元素，直到基本上所有的多个循环频移的无线波形已经作为多个波形突发发射和接收。实际上，如以前那样，系统也可以配置有一些冗余，使得其可以处理至少几个循环频移的无线波形的丢失。
美国专利申请13/430,690公开了使用被调制为允许自动补偿回波反射和频移的信号损坏影响的信号来传送多个数据符号的OFTS方法的一些实施方案。此方法包括将多个数据符号分配到一个或多个NxN符号矩阵中，并随后使用这一个或多个NxN符号矩阵来控制发射器的信号调制。这里，方案是，对于每个NxN符号矩阵，发射器将使用每个数据符号来对N个波形进行加权，其中这些波形选自根据编码矩阵U确定的一组N2大小的N个循环时移波形和N个循环频移波形的所有置换。此过程因此针对每个数据符号产生N个符号加权的循环时移波形和循环频移波形。编码矩阵U被选择为具有对应的逆解码矩阵UH的NxN酉矩阵。因此，对于NxN符号矩阵中的每个数据符号，OTFS系统和方法通过将N个符号加权的循环时移波形和循环频移波形相加产生N2个和符号加权的循环时移波形和循环频移波形进行操作。随后OTFS发射器在N个时间块或频率块的任何组合内传输构造为N个复合波形的这些N2个和符号加权的循环时移波形和循环频移波形。
美国专利申请13/927,088公开了提供可用在信号传输系统中的调制信号的OTFS方法的一些实施方案。这个版本的OTFS方法包括建立具有第一维度的至少N个元素和第二维度的至少N个元素的原始数据帧，其中N大于1。随后根据时频变换对此原始数据帧进行变化以便提供变换的数据矩阵。这里，使用时频移位矩阵执行时频变换，其中时频移位矩阵包括具有第一维度的N个元素和具有第二维度的N个元素，其中N大于1。OTFS发射器随后根据变换的数据矩阵的元素生成调制信号。
美国专利申请13/927,086公开了提供数据调制方法的OTFS方法的一些实施方案，其包括将一组数据元素布置成具有第一维度的N个元素和第二维度的N个元素的原始数据帧，其中N大于1，并且随后根据时频移位矩阵对原始数据帧进行变换以便形成具有至少N2个元素的中间数据矩阵。该方法还通过以下方式进行操作：置换中间数据矩阵的至少一部分元素来提供经变换的数据矩阵；并且基于变换的数据矩阵的元素生成调制信号。这里，该生成过程包括在不同的时间以列为基础选择变换的数据矩阵的元素，其中变换的数据矩阵包括至少N列和至少N行。
美国申请13/927,086还教导了提供接收数据的方法的OTFS方法，其包括：接收对应于由一组数据元素组成的传输数据帧的数据信号，并随后基于数据信号构造具有第一维度的至少N个元素和第二维度的至少N个元素的接收到的数据帧，其中N大于1。此方法随后通过逆置换所接收的数据帧的至少一部分元素进行操作以便形成非置换的数据帧。随后这进而根据第一逆变换矩阵进行逆变换，以便形成对应于传输的数据帧的重构版本的恢复数据帧。这种接收方法因此确定所接收数据信号内存在信号失真，其中信号失真指示与频移和时移中的至少一个相关的信道失真。
在其他实施方案中，先前在美国专利申请13/927,091；13/927/086；13/927,095；13/927,089；13/927,092；13/927,087；13/927,088；13/927,091；14/583,911；和/或临时申请62/129,930、61/664,020和62/027,231中公开的方法可用于本文公开的一些OTFS调制方法。美国专利申请62/027,231、62/129,930、13/927,091；13/927/086；13/927,095；13/927,089；13/927,092；13/927,087；13/927,088；13/927,091；14/583,911和61/664,020的全部内容整体并入本文。
发明内容
公开了用于实现***的技术、系统和装置。
本专利文件中描述的主题可以以提供一个或多个以下特征的特定方式实现。例如，***。
本文描述的技术基于这样的概念：上面引用的先前OTFS工作可以进一步概括和/或至少根据不同的方案实现。
为了进一步概括OTFS概念，可以将OTFS方法视为通过在包括多个不同的时移和频移传输波形的二维时频网格上分配传输的数据符号来减轻信道失真的影响(对于无线信道，这些可以是由回波反射引起的特定时移，以及由移动物体引起的多普勒频移)。
这种方案可能经受另外约束，诸如这些不同波形应都以有效方式(理想情况下通过在时移波形和频移波形的所有组合上分配任何给定数据符号)并且以允许接收器校正信道失真的方式传输数据，并且随后重建原始数据。
为此，在一些实施方案中，发射器可以根据允许接收器确定任何给定接收波形的原始时移和频移的方案来传输调制或编码的波形，甚至在受损信道可能已经进一步将该波形的时间和频率移位到意想不到的时间和频率位置之后。
因此，在OTFS概念的更一般的形式中，OTFS方法可以被视为通过连接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器的受损数据信道上无线地发射和接收数据的自动方法。这里数据可以被视为包括多个数据符号。在传送中，受损数据信道以根据信道的2D信道状态至少部分可描述的方式损坏这些波形。因此，如先前在其全部内容以引用方式并入本文的母申请14/583,911中详细描述的，传输的无线波形产生至少在一个无线接收器处的信道卷积波形。
因此，在OTFS概念的这种更一般的形式中，该方法使用至少一个发射器处理器将该数据封装成至少一个NxM(N乘N、NxM)2D数据符号阵列，并且该方法随后使用编码处理来传输这个数据符号阵列，使得每个数据符号在被配置成捕获此受损数据信道的2D信道状态的无线信号的时间和频率范围内扩展。接收器处理器随后接收这些无线信号，并且通过使用2D信道状态信息来针对数据信道损坏校正这些信号，通过使用编码处理的逆来对多个数据符号进行解码并提取，随后将数据从发射器传输到接收器。
尽管先前描述的方法描述了与上述目标一致的各种具体方法。这些先前方法在一定程度上受到线性代数考虑的影响。目前的技术部分地基于对其他方法也实现上述目标的认识。具体地，目前公开的技术更多地从微积分和辛几何的角度考虑问题。
目前公开的技术部分地受以下认识启发：当无线信号通过现实世界空间传播时，信道失真(诸如由反射器引起的时间延迟和由各种多普勒速度效应引起的频移)以大致连续方式变化。考虑当先前讨论的OTFS方法最初根据相对较粗的时间和频率网格分配传输OTFS波形突发时接下来发生什么。为了充分检测这些信道失真的影响，接收器理想情况下应使用比最初传输OTFS信号所使用的更精细的网格或仓模式来检测各种信号突发。
但是，什么样的2D网格或仓模式对于发射器是最佳的？以及什么样的2D网格或仓模式对于接收器是最佳的？尽管此类设置可以通过实验来确定，但对于这些技术也希望具有一些理论基础，并且本文公开了这种理论基础。
所公开技术的一些实施方案还部分地基于以下认识：尽管在一些先前实施方案中，待传输并稍后随后接收的数据可以以各种离散数据符号的形式分配在2D矩阵上但根据一些实施方案，可以使用替代方法对数据进行编码和解码。例如，在一些实施方案中，用于传输的数据符号可以任选地先被编码(通常使用诸如微处理器、数字信号处理器或其他电子电路的电子处理器)成流形的特性，该流形与各种类辛二维(2D)傅里叶变换相容。这些类辛2D傅里叶变换可以是旨在由微处理器、数字信号处理器等通过数字电路实现的辛傅里叶变换中的任一种：离散辛傅里叶变换、有限辛傅里叶变换以及以上傅里叶变换的数字或数值近似。
取决于所使用的辛2D傅里叶变换的类型，可以首先通过各种类型的方法将数据符号编码为各种类型的格式或流形。在某些情况下，很少或不需要编码。在其他情况下，根据辛几何的教导，可以将数据符号编码成各种类型的可微分(例如，平滑)流形(诸如连续变化的表面)。根据本文待描述的方法，随后可以分析、变换并且通过通信信道无线地传输这些数据格式，从简单的NxM封装数据符号到可微分流形。接收器接收各种无线波形，并将它们处理(根据本文待描述的方法)成另一种格式，诸如可微分流形。在这之后，接收器随后可以自动从所接收格式或可微分流形的特性中提取接收的数据符号。
为什么这样做？在一些实施方案中，为什么数据符号会被重新封装成可微分流形的形式？这是因为可微分流形是一种具有足够局部相似性使得其可以使用微积分方法并且具体地辛方法来处理的流形。这进而允许对情况进行更好的理论分析。
尽管随后将常常使用数字技术和数值方法来实现这些分析方法的结果，但从辛几何的角度来看问题和结果可以是非常有用的。
为了帮助更好地理解对OTFS方法的更正式的数学分析，下面的机械模拟可以是有用的。作为简单的机械示例，代替早期讨论的离散数据符号的较早的2D矩阵，考虑其中每个数据符号具有不同高度的情况(机械地，可视化编码成不同高度的一系列棒的各种数据符号，每个棒根据矩阵中的符号坐标放置)。在这个2D矩阵(不同高度的棒的2D网格)上拉伸橡胶膜。此橡胶膜具有光滑的表面，并因此是还易于可视化的非常简单形式的可微分流形。膜将对各种棒的高度进行正确地编码，并因此代表用于信号传输目的的各种数据符号。发射器随后可以分析这个表面的形状(并且现在我们可以使用广泛多种辛微积分方法)，将这个表面转换成对应的OTFS无线波形的2D网格(通常是粗的2D时间和频率网格)，并且优选地根据允许任何给定接收波形的原始2D网格位置由接收器确定的方案来传输。
当然，在实际系统中，常常使用计算机处理器或数字信号处理器数学地完成将基础数据符号变换成随后可以使用各种类辛方法进一步处理的替代形式或流形的过程。
接收器进而可以接收此传输的2D OTFS网格的信道失真版本。然而，为了充分检测各种信道失真，接收器应在明显更精细的2D时间和频率网格上接收OTFS无线波形。如果原始数据被编码到可微分流形上，则在对信道失真进行适当校正之后，所得到的接收表面(在我们简单的机械类比中)将看起来很像最初由发射器发送的相同的橡胶膜。接收器处理器随后可以(在我们简单的机械示例中)测量橡胶膜的各种高度，并且进而确定最初发送什么数据符号。如果原始数据未被编码成可微分流形，则当然可以使用替代方法来提取原始数据符号。
这里辛几何和方法是有用的，因为除了其他优点之外，这些方法允许我们从数学角度更好地考虑其中发射器的时频网格大小与接收器的时频网格大小不对应的情况。另外，如将要讨论的，此方法也建议用于发射和接收数据符号的替代方法。
一些实施方案还部分地基于以下认识：可以使用替代调制方案来将数据符号分配到包括多个不同的时移和频移的传输波形的二维时频网格中。这些替代调制方案仍然经受关键原始OTFS约束，诸如这些不同波形应都以有效方式(理想情况下通过在时移波形和频移波形的所有组合上分配任何给定数据符号)并且以允许接收器校正信道失真的方式传输数据，并且随后重建原始数据。然而，正如将要看到的，完成这个的细节是大致不同的。
附图说明
图1A示出连接单个发射器和单个接收器的无线数据信道的简化模型的示例。此简化模型只有一个信号反射器。由于光速考虑，在无线波形在发射器与接收器之间行进、反射离开反射器并且经历由发射器、接收器和反射器中的运动引起的多普勒频移时，这些无线信号由于通信信道而失真。如本文将讨论的，在数学上这些效应可以由辛平面表示建模。
图1B示出本发明的OTFS发射器和OTFS接收器如何可以使用发射器处理器和接收器处理器以及相关联的存储器来根据发射器的OTFS时频网格或晶格发射OTFS导频和数据符号(使用它们相关联的OTFS波形、时间和频率)并且根据接收器的对应OTFS时频仓结构接收OTFS符号(使用它们相关联的OTFS波形、时间和频率)。与用于传输导频和数据样本的OTFS时频网格相比，接收器的仓结构被过采样(具有更精细的仓结构)。
图1B还示出如何在接收器处接收直接OTFS导频突发(例如，直接从发射器行进到接收器而没有任何反射的突发)。
图1C示出接收器如何根据接收器的过采样的仓结构或者晶格接收复制OTFS波形突发(例如反射离开诸如这里示出的移动反射器的反射器的突发)。这里，所有OTFS波形突发都在时间(由于行进的距离)和频率(由于多普勒效应)上进行位移。
图1D示出接收器如何根据接收器的过采样的仓结构或者晶格接收信道卷积的OTFS波形突发(直接突发和复制突发的总和)。
图2示出图1D的更现实示例，其中左侧图的输入：X对应于发射器OTFS时频网格，中间图上的通信/数据信道失真(至少部分由数据信道的2D信道状态表示)对应于有限信道：heqv,f，并且右侧图上的输出：y上显示得到的信道卷积OTFS波形突发。
图3示出在一些实施方案中可以用于本文公开的各种OTFS波形突发的有限OTFS调制映射的一种可能结构的表示。
图4示出被配置成根据在N个时间段内使用M个滤波的OTFS频带(每个持续时间段为Tμ)的NxM结构传输信息的2D傅里叶变换信息流形的一些示例。这里假设OTFS发射器被配置成在给定允许的带宽量的情况下使用给定量的带宽(可以根据政府法规或其他方案分配)来尽可能快地传输OTFS信号。分配的持续时间和分配的带宽结束，限制了元素M的数量以及在此给定时间间隔内可以发送的对应的数据量。这里一般来说，每个OTFS滤波频带ω0的频率单位(Hz)带宽为1/Tμ。因此，如果我们希望在N*Tμ的最小时间间隔内传输所有N列，则带宽考虑要求M具有不大于1/Tμ的带宽，并且进一步要求所有M个滤波的OTFS频带使用的带宽不能超过M/T，其中T是用于传输2D傅里叶变换信息流形的所有N列的总时间量。
图5示出根据各种较小的时间片Tμ同时传输的M个滤波的OTFS频带的示例。重复曲线形状根据
Figure BDA0001537157790000131
显示每个滤波带的中心频率。更详细地示出频率带宽大小1/T和持续时间T*μ(Tμ)的一个传输仓。注意，在这个方案中，不同的时间片之间没有间隙，并且在频率区域之间有任何分离的情况下为最小。在替代方案中，可以使用另外的时间和/或频率间隙。
图6示出根据各种较小的时间片Tμ传输的OTFS波形的另一示例。示出随时间变化而变化的各种波形的幅度或调制的示例。
图7示出根据本文公开的OTFS发射和接收的示例。过程从左边开始，在那里封装数据以传输，并且任选地对其进行预编码以校正已知信道损坏(Pre)。随后通过2D傅里叶变换(诸如辛傅里叶变换、离散辛傅里叶变换或有限辛傅里叶变换)(2D-FTs)处理此材料。此材料随后通过滤波器组(FB)并且在一系列时间间隔Tμ内传输。无线OTFS波形随后通过通信或数据信道(C)，在那里它们经受各种失真和信号损坏。在接收器处，根据滤波器组以不同的时间间隔接收所接收的波形。接收器滤波器组(FB*)可以是根据可以是原始时间间隔Tμ的一部分的过采样持续时间操作的过采样滤波器组(FB*)。这种过采样使得能够针对信道引起的时间延迟和高分辨率的频移更好地分析所接收信号。随后通过逆2D傅里叶变换(2D-FTs)(其再次可以是辛傅里叶变换、离散辛傅里叶变换或有限辛傅里叶变换)分析接收到的材料。随后可以在接收器2D-FTs阶段之前或之后(这里示出的)针对信道失真进一步校正得到的材料(常常使用2D信道状态信息)。
图8示出更详细的图，示出可以用于本文描述的辛OTFS方法的图像域和变换域。
图9示出关于可以用于本文描述的辛OTFS方法的图像域和变换域双网格的另一角度。
图10示出先前在图6中示出的滤波器脉冲响应的另一版本。
图11示出图5的另一个版本。
图12示出图5的另一个版本。
图13示出辛OTFS方法如何可以在发射器和接收器系统中操作。这里，信息平面上的数据(其可以任选地经受预失真)随后可以在通过滤波器组(其可以是OFDM兼容滤波器组)之前经受逆2D傅里叶变换(并且还通常2D扩展函数)。各种波形通过信道C，其中它们被滤波器组(其可以是OFDM兼容滤波器组)接收、经受逆扩展函数、逆2D傅里叶变换(先前IFFT的逆)并随后根据需要均衡。
图14示出通过信道发射和接收数据的另一种方法。
图15示出信道引起的多普勒和时间延迟对图像域和变换域双网格的影响。
图16示出交织的一个示例。
图17示出交织的另一个示例，其中相同大小的帧在频率交错的基础上交织。
图18示出交织的另一个示例，其中可变大小的帧在时间基础上交织。
图19示出活跃OTFS中继系统如何可以在OTFS发射器与接收器之间操作的示例。
图20是无线通信方法的示例的流程图。
图21是无线通信方法的另一个示例的流程图。
具体实施方式
描述了用于实现数据发射和接收过程的技术、系统和装置。
所公开技术部分地基于以下认识：与诸如早期Clarke-Jakes模型、趋于将信号强度的变化(例如，偶然信号衰落、信号保持相干多长时间、可以预期多大范围的信号频率范围是相干的)视为仅可以通过统计方法处理的事情的现有技术方法相比，如果数据信道(通信信道)的基础结构暴露，则可以获得优异的结果，并且信号失真的各种原因(例如，各种反射、频移、其他移位等)则被分类或“解决”。
本文公开的一些实施方案集中于通过三维空间(常常在地球上，其中“空间”可以填充有空气并且甚至其他自然空中物体，诸如云、雨滴、冰雹等)和一维时间来传输数据(常常使用各种频率的无线电信号直到微波频率以及更远)的无线数据信道。然而，本文公开的许多概念还可以用于在其他介质(例如水、导电金属、透明固体等)中操作的其他数据信道。因此，不旨在限制无线示例的使用。
一些实施方案使用现代电子部件，诸如处理器(例如微处理器，其甚至可以是常用的处理器，诸如流行的Intel x86系列处理器)和数字信号处理器；并且常常将采用现代软件配置的无线发射器和接收器，其可以例如由各种现场可编程门阵列(FPGA)实现。这里Harris的方法，“Digital Receivers and Transmitters Using Polyphase Filter Banksfor Wireless Communications”，IEEE交易卷51(4)，2003年4月，第1395-1412页。也可以使用专用集成电路(ASIC)和其他类型的装置和方法。
一些公开的实施方案涉及以正交时移和频移无线波形突发的形式传输导频符号和数据符号的某些方法，导频符号和数据符号在本说明书中常常被称为OTFS导频和数据符号以及OTFS导频和数据波形突发。这些OTFS波形突发可以通过各种方法实现，诸如先前在母申请美国61/349,619、美国13/430,690、13/927,091以及美国专利8,547,988和8,879,378中公开的那些方法；所有这些专利整体以引用方式并入本文。尽管这些早期的公开因此包含对OTFS波形技术的各个方面的更详细的讨论以及关于实现OTFS符号和数据帧的各种方法的更详细的讨论，但将在本文重申来自这些公开的一些重要方面。
至少就传输数据而言，OTFS方法通过以下方式工作：通过多个正交时移和频移无线波形突发大致扩展每个传输的数据位，使得大致上每个数据位通过多个相互正交的无线波形数据突发不会所有都基于分配在给定时间和频率范围内的相同基础波形的置换来从目的地行进到接收器。为了提高效率，同时处理大量数据符号(每个可能包括多位数据)。
通常，OTF数学运算(通常由发射器处理器处理)将把这些数据符号重新封装成多个OTFS数据符号，每个OTFS数据符号本质上包含传输的每个数据位的一部分。这些OTFS数据符号用于控制每个不同OTFS波形突发的调制，并且数据以OTFS符号调制的OTFS波形突发的形式传输。关于接收数据，接收器本质上必须等待接收OTFS符号的整个批次(数据帧)，之后可以开始使用矩阵数学的过程来实质上使用接收到的OTFS符号求解最初传输的数据位。然而注意，OTFS导频符号不用于传输数据，并因此不需要经受这些限制。
因此，与其中一些位可能经受衰落并且其他位将完好通过的传统通信方法相比，通过OTFS方法，因为每个数据位通过多个不同波形从发射器行进到接收器，至少一组类似处理的数据位内的所有数据位(常常称为数据帧)将不会经历相同的信道条件。
为了简要概述这些早期公开的一些方面，在一些实施方案中，在发射器侧，通常自动地使用至少一个处理器和适当软件，用于作为OTFS符号传输的数据符号可被分配在各种符号矩阵或“数据帧”上。这些可以是N·N矩阵，或甚至N M矩阵(其中M与N不同)。这些符号矩阵或数据帧随后用作输入来控制系统的无线发射器的调制。具体地，用于传输的数据符号可以用于对循环时移波形和循环频移波形家族进行加权或调制。
这可以通过以下方式完成：例如在发射器处，使用数据符号来控制一组无线信号调制器(例如，可以使用先前讨论的Harris方法或其他方法来实现的QAM调制器)的操作。例如，得到的输出在多个频移和时移上产生多个QAM调制波形的突发，其稍后可以由接收器使用来帮助识别数据信道的结构(例如各种反射器的位置和速度)。
尽管这些波形随后可能在传输期间失真，但假设接收器可确定各种波形的原始时频起源，随后系统的接收器以及基于适当接收器的解卷积方法可使用接收波形的基本时间和频率结构来校正这些失真并确定最初传输的数据符号。
然而正如本文讨论的，有多于一种方式做到这点。这里公开了用于实现相同目标的替代方法。
一些实施方案涉及通过连接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器的受损数据信道无线地发射和接收数据(例如，多个数据符号)的自动方法。这里假设，如本文件其他地方讨论的，此受损数据信道是受损无线数据信道(100)，诸如填充有各种反射器(106)的空间，其在波形行进通过数据信道时损坏波形(112、114a、114b)。根据本发明，此损坏可至少部分地根据信道的2D信道状态(或者如图2所示，有限信道heqv,f)进行描述，使得传输的无线波形在至少一个无线接收器处产生信道卷积的波形，按照图1A至图1D和图2(输出：y)所示。
此方法可以包括使用至少一个发射器(102)和发射器处理器(例如，图1A 102p)将数据封装成至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且使用编码处理来传输这个数据符号阵列，使得每个数据符号在被配置成捕获此受损数据信道的2D信道状态的无线信号的时间和频率范围内扩展。这里，至少一个接收器处理器(例如图1A 104p)可以接收这些无线信号，在优选实施方案中，使用与2D信道状态有关的信息来针对数据信道损坏校正这些信号。接收器处理器随后可以使用编码处理的逆来对这多个数据符号进行解码并提取。或者，可以在接收器已经对多个数据符号进行解码并提取之后针对数据信道损坏进行信号校正。
可以使用许多方法来实现OTFS数据传输方法。这些早期方法中的一些在早期申请中有所讨论，诸如美国专利申请62/027,231、62/129,930、13/927,091；13/927/086；13/927,095；13/927,089；13/927,092；13/927,087；13/927,088；13/927,091；14/583,911和61/664,020。
然而，在一些实施方案中，可以通过将至少一个NxM 2D数据符号阵列变换成至少一个滤波OFDM符号块或阵列来实现OTFS数据传输方法。这可以例如使用一维傅里叶变换和滤波处理或算法来完成。随后可以使用各种类型的二维傅里叶变换将这至少一个滤波OFDM符号块或阵列变换成至少一个OFTS符号块或阵列。这些结果(称为“材料”)通常将存储在发射器存储器(102m)中。随后可以通过各种方法诸如通过使用采用一系列M个窄带滤波器组的发射器(102c)将该材料分成各种无线频率子带，从而在至少N个时间间隔内产生一系列M个相互正交的波形。随后可以在至少N个时间间隔内传输这些。
取决于具体情况，可以施加时间和频率上的间隙或“保护带”，以便在传输之前使各种窄带滤波器之间的无意间串扰的可能性和时间间隔最小化。取决于数据信道的特性，在情况允许时，任何此类间隙或保护带可以增加或减少或者设置为零。
可替代地并且更具体地说，以上讨论的编码处理可以将至少一个NxM 2D数据符号阵列编码到分配在长度为T的列时间轴和长度为F的行频率轴上的至少一个辛分析兼容流形(或其他数据格式或数据流形)，从而产生通常存储在发射器存储器(102m)中的至少一个信息流形。
这里，信息流形本质上将数据符号保持在一种形式，其中随后可以通过期望的OTFS变换操作，诸如辛2D傅里叶变换、离散辛2D傅里叶变换、有限辛傅里叶变换等操作数据符号。通常，如果对数据符号进行任何种类的扩展操作，则其还将常常在信息流形阶段或之前完成。
随后，通常使用至少一个发射器处理器，OTFS处理器(102p)和/或发射器(102c)可以根据2D“类辛”傅里叶变换来变换至少一个信息流形。这里“类辛”旨在涵盖先前讨论的辛2D傅里叶变换、离散辛2D傅里叶变换和有限辛傅里叶变换中的任一种。这个操作将因此产生至少一个2D傅里叶变换信息流形，其也可以存储在发射器存储器(102m)中。
OTFS发射器(102c)典型地将这个至少一个2D傅里叶变换信息流形作为一系列“M”个同时窄带波形(每个序列在连续时间间隔内)传输，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形。
例如，发射器处理器(102p)可以常常在一次一列的基础上在这个2D傅里叶变换信息流形的所有频率和时间上操作。这里，发射器处理器可以通过在位置n(其中n可以从1变化到N)来选择给定的列，并且根据与Tμ成比例的持续时间片传输具有宽度的列，其中μ＝1/N。随后，处理器(或发射器102c)可以使这个2D二维傅里叶变换信息流形的列切片中的那些频率(例如，对应于该传输时间片的频率)经过一组至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器。这产生M个相互正交的波形。处理器随后可以在不同的传输时间间隔(例如，一次一列)内传输作为多个至少M个同时传输的相互正交波形的这些得到的滤波波形，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形。
再次，取决于具体情况，可以施加时间和频率中的间隙或“保护带”，以便在传输之前使各种窄带滤波器之间的无意间串扰的可能性和时间间隔最小化。取决于数据信道的特性，在情况允许时，任何此类间隙或保护带可以增加或减少或者设置为零。
如图1A至图1D和图2所示，各种OTFS波形将随后通过通信信道/数据信道，并且在它们到达OTFS接收器之前累积各种失真。或者说，受损数据信道损坏这些各种波形(按照图1B至图1D)，并且假设已经为该数据信道适当地设置了OTFS参数，随后应至少部分地根据此信道的2D信道状态描述此损坏。最终结果是无线接收器接收信道卷积的OTFS波形。
一个或多个OTFS接收器(104)可以进而通过本质上执行传输过程的逆来接收此至少一个2D傅里叶变换信息流形的这个(信道卷积)版本。然而，由于信道卷积效应(诸如多普勒效应)，在M个原始频率下最初M个窄带波形现在可能在不同频率范围内多于M个窄带波形。此外，由于各种波形反射离开各种反射器造成的光速延迟效应，接收到原始信号的时间也可能不同。因此，接收器具有捕获所有事物的挑战性任务，并且通常它将在更精细的网格时间和频率网格或一系列仓上对各种波形进行超采样或过采样以便试图捕获所有事物。因此，在图1B至图1D中，请注意，接收器OTFS仓具有比发射器OTFS网格小的时频大小，这旨在表示这个过采样过程。
因此，至少在最初传输的2D傅里叶变换信息流形的所有频率和时间上(并且通常在更大范围的频率和时间上)，接收器将使用其至少一个接收器处理器来选择小于或等于传输的时间间隔的持续时间的接收时间片。接收器随后将在各个接收时间片处接收这些信道卷积波形，并且根据一组接收的至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器来分析这些波形。如先前讨论的，通常接收器将对成倍的M个窄带滤波器过采样并使用其来实现这一点，并且还覆盖更大范围的频率(使得它也不会错过预期的多普勒频移信号)。接收器将因此在每个接收时间片上接收这些信道卷积波形，直到已经接收到最初传输的2D傅里叶变换信息流形的近似(信道卷积形式)。这通常将存储在接收器存储器(104m)中。
如图7所示，接收器还有更多的工作要做。接收器随后必须校正信道卷积，并最终检索最初传输的数据符号的版本。为此，接收器可以根据各种选项中的至少一个进行操作。
接收器可以例如使用2D类辛傅里叶变换的逆来将最初2D傅里叶变换信息流形(存储在接收器存储器102m中)的接收到的信道卷积近似变换成至少一个接收的信息流形的近似，并且使用与2D信道状态有关的使用信息来针对这些数据信道损坏校正各种接收的信息流形。
或者，接收器可以首先使用与2D信道状态有关的信息来针对数据信道损坏校正最初2D傅里叶变换信息流形(存储在接收器存储器中)的接收的信道卷积近似。随后，接收器处理器可以使用2D类辛傅里叶变换的逆来进而产生至少一个接收的信息流形，并且从那里提取数据符号，完成发射和接收数据的过程。
理想情况下，OTFS方法将通过所有传输的时间和频率波形扩展任何给定的数据符号，理想情况是以相对均匀分配的方式。在一些实施方案中，进一步对传输进行编码或调制也是有用的，使得接收到的波形的最初传输时间和频率也可以由接收器区分。尽管本文描述的2D类辛傅里叶变换方法可以相对较好地处理这种分配，但在一些实施方案中，实现另外的扩展操作以确保数据符号是均匀分配可能是有用的。
为此，在一些实施方案中，在将至少一个NxM 2D数据符号阵列编码到至少一个辛分析兼容流形上之前或之后，发射器处理器(102p)可以根据扩展操作来进一步变换至少一个NxM 2D数据阵列。例如，许多此类扩展函数可以用于此，诸如2D啁啾操作。如果此类扩展操作完成，则在接收端，接收器将需要使用此扩展操作的逆以便对数据符号进行解码并从各种接收的信息流形提取数据符号。
图3示出在一些实施方案中可以用于本文公开的各种OTFS波形突发的有限OTFS调制映射的一种可能结构的表示。
图4示出被配置成根据在N个时间段内使用M个滤波的窄OTFS频带(每个持续时间段为Tμ)的NxM结构来传输信息的2D傅里叶变换信息流形的一些示例。在这个示例中，每个不同的窄带OTFS频率由给定的行表示，并且每个不同的时间段由给定的列表示。
这里假设OTFS发射器被配置成在给定允许的带宽量的情况下使用给定量的带宽(可以根据政府法规或其他方案分配)来尽可能快地传输OTFS信号。换句话说，这里在各个时间区域和频率区域之间不存在保护间隔或间隙(尽管在一些实施方案中，可以引入此类间隙)。分配的持续时间和分配的带宽不会限制元素M的数量以及在此给定时间间隔内可以发送的对应的数据量。这里一般来说，每个OTFS滤波频带ω0的频率单位(Hz)带宽为1/Tμ。因此，如果我们希望在N*Tμ的最小时间间隔内传输所有N列，则带宽考虑要求M具有不大于1/Tμ的带宽，并且进一步要求所有M个滤波的OTFS频带使用的带宽不能超过M/T，其中T是用于传输2D傅里叶变换信息流形的所有N列的总时间量。
在接收器端，接收器(104)可以根据接收时间片和接收多组不同的非重叠窄带频率滤波器(所述滤波器通常类似于用于发射器的那些滤波器)来接收各种2D傅里叶变换信息流形。这里先前讨论的重要的例外是，接收器时间片和接收多组滤波器一般将以更精细的粒度-即在更小的频率带宽和更短的时间片上但在更宽的频率和时间总范围内进行操作。因此，接收器仓结构将优选地对发射器先前使用的对应的发射时间片和发射多组不同的非重叠窄带频率滤波器进行过采样。
如图4中可以看到的，OTFS发射器通常会传输得到的滤波波形(在本例中在所有的行和连续的列上)，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形。然而，发射器可以连续且不断地传输连续的列(时间片)-即在一系列连续的较长持续时间的波形中没有任何时间间隔，或者发射器可以在各个连续的列之间设置一些时间间隔，从而创建一系列更明显的波形突发。
或者说，发射器可以将得到的滤波波形作为以下传输：1)不同的连续传输时间间隔内的多个至少M个同时传输的相互正交的波形；或者2)包括由至少一个隔离时间间隔分开的不同的传输间隔内的至少M个同时传输的相互正交的波形突发的多个OTFS数据或OTFS导频突发。
图5示出根据各种较小的时间片Tμ同时传输的M个滤波的OTFS频带的示例。重复曲线形状根据
Figure BDA0001537157790000221
显示每个滤波带的中心频率。更详细地示出频率带宽大小1/T和持续时间T*μ的一个传输仓。再次，如先前所讨论的，在优选实施方案中，OTFS接收器将使用过采样，并且因此使用更精细粒度的仓，其仍然可以在更宽的时间和频率范围内延伸，以便捕获具有高度延迟或多普勒频移的信号。
或者说，在一些实施方案中，先前讨论的非重叠窄带频率滤波器可以被配置成通过来自各种2D傅里叶变换的频率
Figure BDA0001537157790000222
其中j是-1的平方根，t对应于从2D傅里叶变换信息流形选择的持续时间为Tμ的给定时间片，并且k对应于给定2D傅里叶变换信息流形中的给定行位置，其中k在1和M之间变化。
在这个示例中，频率单位为Hz的带宽ω0可以与1/T成比例，并且T＝M/(允许的无线带宽)。
因此，也如图4和图5所示，各种2D傅里叶变换信息流形的总尺寸为根据时间轴的NTμ和根据频率轴的M/T，并且各种2D傅里叶变换信息流形中的每个“单元”或“仓”的总尺寸与根据时间轴的Tμ和根据频率轴的1/T成比例。
图6示出根据各种较小的时间片Tμ传输的OTFS波形的另一示例。还示出随时间变化而变化的各种波形的幅度或调制程度的示例。
任选地区分最初传输的OTFS波形的仓(网格、晶格)时间和频率位置
为了帮助OTFS接收器区分各种类型的接收信号，并且区分直接信号和各种时间延迟和/或频移反射的信号，在一些实施方案中，使用基础调制信号来调制传输的无线OTFS波形可能是有用的，该基础调制信号允许接收器区分在原始2D时间和频率网格上给定接收信号源自哪里。在早期的OTFS方案中，通过使用循环时移和频移的相互正交波形来传输OTFS信号的方案实现了使得这种时间和频率网格位置可区分的这种基础调制方案。
在一些实施方案中，还可以使用类似的双循环方案来完成最初传输的OTFS波形的网格、仓或晶格位置的可区分性。然而其他方法也是可能的。主要标准是，如果期望波形的原始位置的时间和频率具有可区分性，则基本的调制方案应理想地创建这种可区分性。在优选实施方案中，关于始发位置不应含糊不清。实际上，特别是如果数据信道的某些方面是事先已知的，和/或如果采用合适的纠错机制，则可容许一些歧义。
在当前的“辛”情况下，其中2D傅里叶变换信息流形的每个“行”通过根据诸如
Figure BDA0001537157790000231
的参数操作的窄带滤波器，则“kω”项允许接收器通过其起始“行”位置“k”来区分任何给定传入OTFS波形。如果对于任何给定的传入OTFS波形，“t”项也通过其起始“列”位置“t”而变化，则接收器还应能够通过确定各种接收到的波形的t(时间相关)和k(频率相关)的值来确定各种接收到的波形的仓(网格、晶格)位置，并且将这些用于随后的解卷积方法。然而理想情况下应选择t值来避免或至少最小化这里的任何含糊之处。
如果在某些情况下，如果期望接收的OTFS信号的仓(网格晶格)起源时间和频率起源具有另外可区分性，则另外时间和频率变化或者时间或频率变化调制方案也可以施加在OTFS信号上(在传输之前)以便允许OTFS接收器进一步区分各种接收的信号的仓(网格、晶格)起源。
使用2D傅里叶变换信息流形来调制OTFS无线波形的替代方法
在替代方法中，可以使用狄拉克梳法来调制信息流形或二维傅里叶变换信息流形并对其进行采样。这些狄拉克梳可以是由狄拉克函数构成的周期性回火分配。
这种类型的方法的替代名称包括脉冲序列和采样函数。本质上，这些狄拉克梳法可获得傅里叶分析的许多益处，但根据不同的基础数学和计算框架进行操作。这种替代方法也是有效的，但是由于傅里叶方法和滤波器组更容易理解，因此本公开集中于辛傅里叶和滤波器组方法。
系统示例
图7示出根据本文公开的OTFS发射和接收的示例。过程从左边开始，在那里封装数据以传输，并且任选地对其进行预编码以校正已知信道损坏(Pre)。随后通过2D傅里叶变换(诸如辛傅里叶变换、离散辛傅里叶变换或有限辛傅里叶变换)(2D-FTs)处理此材料。此材料随后通过滤波器组(FB)并且在一系列时间间隔Tμ内传输。无线OTFS波形随后通过通信或数据信道(C)，在那里它们经受各种失真和信号损坏。在接收器处，根据滤波器组以不同的时间间隔接收所接收的波形。接收器滤波器组(FB*)可以是根据可以是原始时间间隔Tμ的一部分的过采样持续时间操作的过采样滤波器组(FB*)。这种过采样使得能够针对信道引起的时间延迟和高分辨率的频移更好地分析所接收信号。随后通过逆2D傅里叶变换(2D-FTs)(其再次可以是辛傅里叶变换、离散辛傅里叶变换或有限辛傅里叶变换)分析接收到的材料。随后可以在接收器2D-FTs阶段之前或之后(这里示出的)针对信道失真进一步校正得到的材料(常常使用2D信道状态信息)。
返回到图1A至图1D，以及现在使用OTFS的本实施方案，关于可以如何使用OTFS方法表征或“获取”受损数据信道的后果仍然大致相同，而不管使用的具体OTFS调制方案的细节如何。
总之，在本文描述的方法中，受损数据信道可以是包括至少一个无线反射器的受损无线数据信道，每个反射器包括反射器位置、反射器速度、包括反射器速度引起的多普勒频移的反射器频移以及无线反射的至少一个反射器系数。
各种OTFS无线发射器通常将包括发射器位置、发射器速度、发射器频率以及发射器频移。这里，发射器频移将由根据发射器速度引起的多普勒频移的发射器的频率的变化引起。类似地，每个OTFS无线接收器通常将包括接收器位置、接收器速度、接收器频率和接收器频移。这个接收器频移也将是根据接收器速度引起的多普勒频移的接收器的频率中的变化。
2D信道状态将通常包括与相对位置；速度；由发射器多普勒频移、接收器多普勒频移、反射器多普勒频移引起的速度感生频移；以及各种发射器、接收器和反射器的反射的反射器系数有关的信息。
本文描述的OTFS方法可以使用至少一个发射器和至少一个处理器来传输直接的OTFS数据波形或波形突发。这些直接的OTFS数据波形或波形突发可以被视为包括作为OTFS数据信号波形或波形突发Dpt,pf·Wp(pt,pf)在多个时间pt和频率pf组合(对应于先前讨论的N和M网格坐标)上传输的多个OTFS数据信号Dpt,pf(其通过先前描述的各种2D辛傅里叶变换方法与基础标准数据符号相关)，其中每个pt和pf是从二维数据OTFS时频网格(或晶格)选择的独特数据时频坐标。
本文描述的OTFS接收器可以被配置成至少根据具有与发射器使用的OTFS时频网格的样本或过样本成比例的仓大小和仓坐标位置的二维数据OTFS时频仓结构来至少接收这些数据波形或波形突发。
如前面所讨论的，在传播通过受损数据信道时，直接OTFS数据波形或波形突发随后在至少一条路径上行进，这在数学上可以使用延迟多普勒平面来描述。此至少一条路径可以包括以下中的至少一个：a：从发射器直接行进到接收器的直接OTFS数据波形或波形突发；和/或b：包括直接OTFS数据波形或波形突发的复制OTFS数据波形或波形突发，复制OTFS数据波形或波形突发在到达接收器之前反射离开各个反射器，从而在接收器处产生进一步反射器时间延迟并且反射器频移的直接OTFS波形或波形突发。
因此，在接收器处，得到的发射器频移和接收器频移的直接OTFS数据波形或波形突发以及任何复制OTFS数据波形或波形突发的组合产生信道卷积的OTFS数据波形或波形突发。
在OTFS接收器处，接收器可以使用其(优选地过采样的)网格或仓结构来接收这些信道卷积的OTFS数据波形或波形突发。接收器随后可以使用2D信道状态和至少处理器来执行各种任务，诸如：
确定连接发射器和接收器的受损数据信道的2D信道状态。
在无线发射器处对至少一些直接数据波形或波形突发进行预编码以预先补偿受损数据信道
在至少一个无线接收器处对至少一些信道卷积数据波形或波形突发解卷积，从而至少导出最初传输的数据符号的近似。
如先前讨论的，在这个术语中，Dpt,pf对应于来自2D傅里叶变换信息流形的(时频)仓坐标(pt,pf)的内容，Wp(pt,pf)对应于滤波器组的输出
Figure BDA0001537157790000261
其中k＝pf。
注意，正如先前在其全部内容以引用方式并入本文中的美国申请14/583,911中所广泛讨论的，常常通过发射和接收专门设计用于2D信道状态检测目的的至少一个导频符号而不是自身直接传输数据来获得此2D信道状态信息是有用的。
因此，一些实施方案可以是获取连接至少一个发射器和至少一个接收器的受损数据信道的2D信道状态的自动方法。如先前讨论的并且也如图1所示，这个受损数据信道通常将包括至少一个反射器。每个反射器将进而至少包括反射器位置(例如，数据信道中的物理位置)、反射器频移以及至少一个反射器反射系数。如将要讨论的，反射器也可以具有另外性质。
OTFS收发器(即，发射器到接收器系统)可以在数学上表示为将衰落无线信道转换成特殊二维坐标系统的数学变换，其中信道通过卷积而起作用，使得大致上(理想地完全)减轻衰落现象。更正式地，OTFS收发器(发射器接收器对)可以被描述为一对线性变换(M；D)，其中M被称为调制映射，并且D被称为解调映射并且是M的逆。调制域是二维周期域Z上的复值函数的向量空间。然而在下面的章节中，我们将以更标准的工程术语来描述此过程。这里，我们将最初集中于OTFS导频突发，但如将要讨论的，概念也适用于OTFS数据突发。
进一步的工程级讨论
图1A示出这里连接单个发射器(102)和单个接收器(104)的无线数据信道(100)的简化模型。这里(为了简单起见)假设发射器和接收器不相对于彼此移动(尽管它们也可能也在移动)。这个数据信道由于存在以限定速度(108)移动的一个移动反射器(106)而受损。一些OTFS导频波形突发(110)(112)从发射器直接行进到接收器。其他OTFS导频突发是已经反射离开移动反射器(114a、114b)的复制OTFS导频突发，并且因此反射器时间延迟并且反射器频移。接收器因此接收直接和复制OTFS导频突发的组合作为信道卷积的OTFS导频突发。OTFS导频突发到达接收器的顺序是：1)直接OTFS导频突发(112)，并且随后是频移复制OTFS导频突发(114b)。
每个发射器通常将包括发射器位置(例如，数据信道中的物理位置)和发射器频移，并且每个接收器将类似地包括接收器位置(数据信道中的物理位置)和接收器频移。2D信道状态通常将包括与在数据信道中操作的各种发射器、接收器和反射器中的至少一些的相对位置、频移和反射器的反射器系数有关的信息。
根据本发明的方法，该方法将使用由至少一个发射器处理器控制的此至少一个发射器来发射直接OTFS导频(波形)突发。这些直接OTFS导频突发通常将包括作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)在多个时间pt和频率pf的组合上传输的多个OTFS导频符号Ppt,pf。这里，pt和pf中的每一个可以是从通常相对于接收器OTFS时频网格欠采样的二维导频OTFS时频网格选择的独特的导频时频坐标。所有OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)(或者至少以非零功率级传输的全部)是从相同OTFS导频基础波形Wp的循环时移和频移版本导出的相互正交的波形突发。
在一些实施方案中，OTFS发射器以稍微不同的术语来定义，但基本概念是类似的。例如，可以根据相对于OTFS接收器的通信晶格欠采样的通信晶格描述连续OTFS发射器。OTFS波形基于相互正交的发生器波形，并经受2D滤波处理。
由于这些OTFS导频符号波形突发不用于传输数据，而是用于表征(获取)数据信道的2D信道状态，因此在选择OTFS导频符号波形突发时可能有相当大的灵活性。然而，一个要求是多个OTFS导频符号Ppt,pf(作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)传输)应包括作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)传输的至少一个非空OTFS导频符号Ppt,pf。应选择功率级，使得这个OTFS导频符号应该可由至少一个接收器检测。在优选实施方案中，OTFS导频符号也将被选择，使得它可以被接收器识别为导频符号，而不会被混淆为OTFS数据符号。
在一些实施方案中，多个OTFS导频符号中的至少一些可以是空导频符号，其指示发射器不向基础Wp(pt,pf)波形(例如，Ppt,pf·Wp(pt,pf)＝0)施加任何功率。这些空导频符号旨在在不传输波形突发的二维导频OTFS时频网格上创建至少一些空的pt和pf独特导频时频坐标。这些空白区域使得接收器更容易检测到信道已投射到该空白网格位置(否则应该是)的任何信道卷积OTFS导频突发。
或者，在一些实施方案中，多个OTFS导频符号中的至少一些可以作为旨在创建从二维导频OTFS时频网格选择的pt和pf独特导频时频坐标的统一背景的一系列统一或标准的背景导频符号(和相关联的波形)传输。这里，发射器将通过功率传输Ppt,pf·Wp(pt,pf)。这些背景导频符号旨在创建标准化背景，以便再次使得信道卷积的非空(常规)OTFS导频突发到这个统一的背景上的投影能够被接收器检测和量化。
无论导频符号和导频符号波形突发的选择如何，接收器将被配置成至少根据具有与用于导频和数据传输的OTFS时频网格成比例的仓大小和仓坐标位置的二维导频OTFS时频仓结构来接收至少这些导频突发(在一些实施方案中，接收器也将接收OTFS数据突发，但这不是必需的)。这里，接收器仓的分辨率将相对于发射器网格结构过采样，因为它们通常将至少等于并且优选地大于发射器网格结构的分辨率。总体思路是接收器仓结构应被选择为对数据信道引起的延迟和频移敏感，并且通常更精细(更小)的接收器仓结构将对这些效应更敏感。注意(当然)接收器设计的实际约束以及更细(更小)的接收器仓实际上将以每个仓为基础捕获更少的OTFS波形能量光子的事实。因此在某一时刻，由于噪音的限制，非常精细的仓结构将经受收益递减。因此，接收器仓不能是时间和频率上无限小的仓。
图1B示出OTFS发射器(102)和OTFS接收器(104)一般如何地使用发射器处理器(102p)和接收器处理器(104p)(除了发射器电路(102c)和接收器电路(104c)之外)以及相关联存储器(102m)、(104m)来从发射器OTFS网格(102g)传输OTFS符号(使用其相关联OTFS波形、时间和频率)并且将OTFS符号接收(使用其相关联OTFS波形、时间和频率)到接收器OTFS仓(104b)中。
图1B还示出如何在接收器处接收直接OTFS导频突发(112)和任何OTFS数据突发。这里，发射器(102)根据发射器OTFS网格结构(102g)传输各种类型的OTFS波形突发，诸如由各种时间和频率隔开的各种OTFS导频符号波形突发(120)和各种OTFS数据符号波形突发(130)。
这里，(120)表示具有OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)的二维导频OTFS时频网格。关于任选的数据传输，(130)表示具有OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)的二维OTFS数据时间频率网格。尽管并不绝对要求OTFS导频符号和OTFS数据符号根据其在相同发射器OTFS网格(102g)和接收器OTFS仓(104b)结构中的相对位置发射和接收，但常常导频和数据符号将根据相同的网格和仓结构发射和接收，并因此这里示出这个更常见的选项。
发射器传输至少一个正能量OTFS导频符号突发(1)(122)(在本示例中由可能具有零能量的多个空(0)或背景分隔符围绕)。其他选项也是可能的，并且这些将在本说明书后面讨论。在此示例中，发射器还在沿着相同发射器OTFS网格(102g)的其他时频位置处发送多个OTFS数据符号波形突发(130)。这里示出这些波形突发用来行进通过数据信道的直接路径(112)。
接收器(102)被配置成通常根据通常比发射器网格(102g)更细粒度(更高分辨率)的接收器时频仓结构(104b)来接收信道卷积的OTFS符号。这里使用这种较高分辨率的接收器仓分辨率(时间和频率上更精细的划分)(104b)通常是优选的，更高分辨率的仓帮助接收器更好地分辨数据信道的2D信道状态。根据经验，期望使每个接收器仓至少是发射器OTFS网格的对应间隔的分辨率的两倍(例如，占用不到一半的时间和频率空间)。常常可期望更高的仓分辨率。
在图1B中，假设接收器(104)和发射器(102)相对于彼此不移动，关于直接OTFS突发(112)的单独数据信道效应为：所有突发根据发射器与接收器之间的距离被时间延迟。(在这个无线示例中，假设这些时间延迟效应是与光速相关的。)如果发射器(102)和接收器(104)已经相对于彼此移动，则由于多普勒效应，所有的突发也将沿接收器OTFS仓频率轴进行位移。
在一些实施方案中，其中发射器(102)(特别是发射器处理器102p和发射器存储器102m)将根据接收器(例如，接收器处理器104p和接收器存储器104m)已知的方案选择OTFS导频符号波形突发(120)，任何接收器处理器(104p)和存储器(104m)确定2D信道脉冲响应和2D信道状态的任务被极大地简化。
注意，在图1B所示的简化示例中，发射器(102)仅有一个天线，并且接收器(104)仅有一个天线。如本说明书稍后将要讨论的，情况并非总是如此。
在一些实施方案中，发射器电路(102c)可以被配置成使用多个发射器天线(有时以不同的极化)传输OTFS符号的多个网格(102g)，并且有时还调整跨多个天线的波形的方向和/或相位。稍后也将简短地进一步讨论这些实施方案。
类似地，在一些实施方案中，接收器电路(104c)可以被配置成使用多个接收器天线接收信号。接收器电路也可以被配置成结合这些多个接收器天线来检测传入波形的极化、方向或相位。因此，在这些更复杂的方案中，接收器也可以在同一时刻同时接收多于一个的仓(104b)的OTFS符号。
进一步注意，因为根据OTFS方法，使用相互正交的波形传输OTFS符号，所以在一些实施方案中，将接收器电路(104c)配置成能够检测从使用第一OTFS波形传输的第一OTFS符号到根据第二OTFS波形传输的第二OTFS符号的数据信道引起的投影，因为这两个波形彼此相互正交。
注意，在图1B中，尽管示出二维发射器OTFS网格(102g)和接收器OTFS仓(104b)的示例，但这仅仅表示最简单的实施方案。在待讨论的其他实施方案中，除了图中所示的时间和频率维度之外，OTFS发射器网格(102g)和/或接收器OTFS仓(104b)还可以具有任选的另外维度。此类任选的附加尺寸的示例包括极化尺寸、相位尺寸、传输角度或接收方向以及所接收OTFS波形尺寸的正交性的混合。
如图1A中可以看到的，在通过受损数据信道(100)传播时，直接OTFS导频突发随后在至少一个路径上行进。这些路径可以包括直接从发射器到接收器(112)的直接OTFS导频突发；以及复制OTFS导频突发。这些复制OTFS导频突发通常是在到达接收器之前已经反射离开至少一个反射器(106)的直接OTFS导频突发(114a、114b)。因此，到这些复制OTFS导频突发(114b)到达接收器(104)时，最初的直接OTFS波形突发(112)现在已经被进一步反射器时间延迟(因为它们必须行进更长的距离)以及反射器频移(假设反射器可以移动)。
因此，在直接(112)和复制(114b)OTFS导频(波形)突发到达接收器时，将发生相消干涉。例如，即使直接的OTFS导频突发(112)既可以是时间延迟的(由于发射器与接收器之间的距离)，也可以是频移的(因为发射器和接收器可能不精确，或者因为发射器和接收器可以相对于彼此移动，或其他效应)。因此，当与各种复制OTFS导频(114b)突发组合时，任何发射器频移和接收器频移的直接OTFS导频突发(112)的所得组合将产生信道卷积的OTFS导频突发。
因此本质上，数据信道(100)已经将原始OTFS导频突发加扰或卷积到未知程度。这里，根据本发明的方法，然而，在接收器(104)处，该方法将使用接收器的仓结构(104b)来接收这些信道卷积的OTFS导频突发，并且该方法将使用至少一个处理器(通常接收器处理器104p和存储器104m)来确定(常常本质上实时地)连接发射器和接收器的受损数据信道(100)的2D信道状态。
图1C示出反射离开以特定速度(108)移动的反射器(106)的复制OTFS波形突发(114a)如何根据接收器的仓结构(104b)由接收器(104)接收。这里，OTFS波形突发(114b)在时间(由于沿着114a和114b行进的距离)和频率(由于反射器速度108引起的多普勒效应)上均进行位移。
图1D示出接收器(104)如何根据接收器仓结构(104b)接收信道卷积的OTFS波形突发(来自图B的直接突发112和来自图1C的复制突发114a和114b的总和)。接收器现在正在接收更复杂的信号混合，但是用于对OTFS导频符号波形突发(120)解卷积的相同方法也将对OTFS数据符号波形突发(130)进行解卷积。注意，在现实世界的情况下，通常会有许多在操作的反射器，一些移动一些不移动。另外，可能存在多于一个的发射器和接收器(一些移动，一些不移动)，并且还如将讨论的，发射器和接收器可能具有多个天线。因此在现实世界中，在接收器(104)处将有一组非常复杂的信道卷积的OTFS波形突发。
在一些实施方案中，2D信道状态可以由矩阵或其他数学变换表示，该矩阵或其他数学变换针对受损数据信道描述如何将由发射器传输的一些或全部信号与来自发射器的由接收器接收的一些或所有信号耦合。
在描述处理器(通常接收器处理器104p)如何能够取得从接收器仓结构(104b)获得的原始数据并且将此原始数据变换成2D信道状态信息的各种细节之前，重要的是多花点时间讨论如何选择OTFS导频符号(120)、发射器OTFS时频网格(102g)和接收器OTFS时频仓(104b)。
一般来说，应通过实际考虑数据信道(100)、相对于发射器和接收器的位置的反射器间隔或位置(106)以及预期数据信道频移来激发网格结构(102b)、仓结构(104b)和OTFS导频符号(例如120、122)的选择。主要目标在于：方案(例如，发射器OTFS网格结构102g、接收器仓结构104b)应捕获此预期反射器间隔和预期频移的至少一些基础细节。
因此，波形传播通过数据信道的速度、波形波长以及针对无线数据信道，诸如发射器、接收器和反射器的可能的速度(其引起多普勒频移)的考虑都是有效的考虑。例如，频率上太窄地(不足够)或时间上太短地(不足够)延伸以至于不能捕获2D信道结构的重要细节的网格或仓结构可能是次优的或甚至是无用的。
类似地，过于粗(例如，间隔太大)使得2D信道结构的重要细节被遗漏(例如，所有接收到的信号结束于一个接收器仓中)的网格或仓结构将再次是次优的或甚至是无用的。
通常，系统将在传输之前进行这些选择，通常是根据数据信道的基础物理，如需要还根据任何监管约束或商业约束。因此，例如，规则可能会限制允许的频率范围和允许的发射器功率。商业约束(诸如延迟时间考虑)也可以对网格在时间上延伸的程度进行约束。
更具体地说，在传输之前，应选择多个OTFS导频符号Ppt,pf,(120)发射器二维导频OTFS时频网格结构(102g)以及接收器二维导频OTFS时频仓结构(104b)来有用地捕获数据信道的细节。例如，这种选择应使得如果在被发射器发射之后，受损数据信道随后导致最初在第一时频(发射器网格)坐标处传输的至少一些OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)投射在最初在不同时频(发射器网格)坐标处传输的不同OTFS导频符号波形突发Pt2,f2·Wp(t2,f2)上，则这些效应可由接收器检测到。具体地，接收器仓结构和接收器接收电路应使得，当这些投影出现并且OTFS导频符号波形突发投射到不同的仓(例如，时间和频率不同于那些名义上对应于原始OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)的仓)时，这些投影中的至少一些将可由接收器检测和量化。这里，例如，可以设置标准，和/或发射器和接收器软件(其也可以存储在诸如102m、104m的存储器中)设计成确保网格结构和仓结构适当地设置在手边的数据信道。
回到以下问题：处理器(常常是接收器处理器104p)如何取得从接收器仓结构(104b)获得的原始数据并且将此原始数据变换成2D信道状态信息，这里可以使用各种方法。常常这些将是可以使用接收器处理器(104p)和相关联的存储器(104m)实现的软件实现的方法，但也可以使用其他方法，诸如更具体的硬件方法。
在一个方案中，2D信道状态可以至少部分地通过以下方式确定：使用至少一个2D脉冲响应来在数学上描述受损数据信道(100)如何导致在第一时频坐标处传输的至少一些OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)投射在最初在不同时频坐标处传输的不同OTFS导频符号波形突发Pt2,f2·Wp(t2,f2)，和/或投射在不同于那些名义上对应于OTFS导频符号波形突发Pt1,f1·Wp(t1,f1)接收器仓的接收器仓(104b)上。
这里，例如，该方法可以进一步使用来自多个接收器仓的多个这些2D脉冲响应，以便至少部分地将2D信道状态描述为2D Z变换或其他类型的2D变换。此类Z变换由Oppenheim等人在1999年Prentice Hall的“Discrete-Time Signal Processing”的第二版的第三章以及其他地方中描述。
在这个方案中，2D信道状态可以被视为一种类型的模糊函数，其实际上模糊发射器根据发射器OTFS网格(102g)上的单独特定坐标传输的最初“尖锐”信号，并且在多个接收器仓(104b)上模糊这些信号，如图1D的简化形式所示。这里，一旦表征了已知信号(这里为导频信号)的模糊，则用于对导频符号进行解卷积的相同变换也应对数据符号进行解卷积。
尽管在一些实施方案中，可以传输具有非零能量的少至一个OTFS导频符号波形(由诸如120所示的适当OTFS发射器网格结构中的适当空或零能量空间包围)；但在其他实施方案中，可以传送大量的非零能量OTFS导频符号波形。
传输多个非零能量OTFS导频符号波形可以具有使得能够以更高精度建立数据信道的2D信道状态的优点。然而，这后一种方法的代价可能是同时传输的OTFS数据或传统数据(如果有的话)的量可能减少。例如，如果用于传输OTFS导频符号(120)的发射器网格(102g)上的空间量增加，则在某个点处，用于传输OTFS数据符号(130)的发射器网格(102g)上的空间量必然减小，因为发射器网格(102g)在时间或频率上不是无限大。在这种情况下OTFS数据符号仍然可以被传输，但根据随后的数据承载网格帧，这会增加延迟。
还有另外的考虑因素。例如，应理想地选择OTFS导频符号以使得接收器随后相对明确地确定2D信道状态，并且优选地OTFS导频符号还被选择为减少接收器处理器(104p)上的计算负载。如前所述，通常将根据发射器和接收器都理解的共同方案来选择多个OTFS导频符号Ppt,pf及其OTFS网格位置，使得接收器处理器(104p)清楚地识别哪个仓位置(104b)表示信道卷积导频符号。
这里可以使用各种方案。在一些实施方案中，多个OTFS导频符号可以是一维或二维m序列(或部分m序列)，所述一维或二维m序列(或部分m序列)包括二进制最大长度移位寄存器序列、由Ppt,pf零值的区域围绕的δ值Pi,j。此类序列由Xiang，“Using M-sequences fordetermining the impulse responses of LTI-systems”，Signal Processing 28(1992)，第139-152页描述。或者，也可以使用其他导频符号方案，诸如一维或二维巴克码、科斯塔斯阵列、沃尔什矩阵等。这里再次，标准是：这多个导频符号应被选择来促进数据信道的2D信道状态的获取(例如表征)。如前所述，通常应选择接收器仓结构(104b)，使得各个接收器OTFS时频仓将具有与OTFS发射器网格(102g)的时频分辨率相等或更精确的时频分辨率。
传输数据：
当然，数据信道的2D信道状态就其本身而言通常没有什么用处，除非随后用来帮助促进数据传输。本文描述的导频方法可以产生2D信道状态信息，该2D信道状态信息可以用于传输传统数据(即，根据基本上任何现有技术的非OTFS方法格式化的数据)或者也用于由OTFS方法传输的数据。
尽管在一些实施方案中，可以将任何数据传输(例如，传输仅具有数据符号的第一OTFS网格(102g)帧，之后传输传统数据或者传输具有数据符号的第二OTFS网格帧)定时为在通过本文描述的方法确定数据信道的2D信道状态之前或之后发生，但在一些实施方案中，与OTFS导频(波形)突发一起传输数据(通过传统或OTFS方法)将是有用的。
在该方案中，系统通常将还使用发射器(102)和至少一个处理器(通常是发射器处理器102p)来通过受损数据信道(100)传输多个数据符号。这多个数据符号本身通常将作为直接数据突发来传输，所述直接数据突发包括多个数据携带波形突发。这些直接数据(波形)突发可以与直接OTFS导频突发一起传输到接收器。这些直接数据突发也将反射离开反射器(例如106)，也产生复制数据突发。这些复制数据(波形)突发将像以前一样包括时间延迟和反射器频移直接数据突发。当直接和复制数据突发到达接收器时，相长和相消干涉将再次出现。如前所述，这些直接数据突发也可能经受由发射器或接收器中的缺陷、发射器和接收器的运动等引起的发射器频移或接收器频移。在接收器处，任何这些直接数据突发(其可以是发射器频移和接收器频移)和复制数据突发的所得组合将产生信道卷积的数据突发。
如果传输大量复杂和未知的数据符号，并且缺少从OTFS导频突发获得的任何2D信道状态信息，则接收器处理器可能在对这些信道卷积数据突发进行解卷积时遇到很大的困难。然而，根据本文描述的方法，接收器可以利用这个2D信道状态信息，并且使用至少一个处理器(通常是接收器处理器104p和存储器104m)来对各种信道卷积数据突发中的至少一些进行解卷积。这允许接收器至少导出最初传输的多个数据符号的近似。
另选地或除此之外，接收器还可以将命令发送回发射器。(这里假设接收器有它自己的发射器，并且发射器又有它自己的接收器)。随后发射器处理器(102p)和相关联的存储器(102m)可以使用这些命令对至少一些直接数据突发进行预编码以预先补偿受损数据信道，这些命令可以基于由接收器获得的2D信道状态或者实际上可以是由接收器获得的一些或全部2D信道状态的副本。因此，例如，如果受损数据信道(100)引起特定失真，则可以利用抗失真因子来调整传输的信号，使得在预编码的信号到达接收器时，抗失真因子抵消掉由受损数据信道引起的失真，从而在接收器处产生相对干净且不失真的信号。
尽管本文所描述的方法可以用于根据传统方法(这里，原始1858跨大西洋电缆上的莫尔斯码被用作极端示例来强调这一点)帮助提高传输数据(甚至传统(现有技术)数据)的效率，但是当结合还通过OTFS方法传输的数据使用时，本文使用的2D信道状态表征方法可以是最有用的。以下进一步描述这些OTFS数据传输方法。
在优选实施方案中，直接数据突发将传输作为直接OTFS数据突发的多个数据符号中的至少一些。这些直接OTFS导频突发通常将包括作为OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)在多个时间dt和频率df的组合上传输的多个OTFS数据符号Ddt,df。这里dt和df是从诸如(130)的二维OTFS数据时频网格(或通信晶格)选择的独特数据时频坐标(dt，df)。通常，所有OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)将包括通过从相同OTFS数据基础波形Wd的循环时移和频移版本导出的相互正交的波形突发所传输的最初传输的OTFS数据符号Ddt,df。按照先前的OTFS讨论，每个数据位(以及可以由多个数据位形成的数据符号)分配在这多个OTFS数据符号Ddt,df上。如前所述，这些OTFS数据突发作为直接OTFS数据突发和复制OTFS数据突发行进通过数据信道。在接收器处，它们相长相消地组合，产生信道卷积的数据突发。这里这些被称为信道卷积OTFS数据突发。
根据这种联合OTFS导频符号OTFS数据符号传输方案，常常使用发射器处理器(102p)和存储器(102m)将多个数据符号中的单独数据符号在传输之前编码成发射器处的多个OTFS数据符号Ddt,df。按照其他OTFS数据传输方法，OTFS数据编码使得接收器必须成功地接收多个OTFS数据符号Ddt,df来提供足够的信息以确定任何单独的数据符号。
按照其他OTFS数据传输方案，多个OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)各自是从相同OTFS数据基础波形Wd导出的相互正交的波形突发。在接收器处，接收器仓结构(104b)使得除了涵盖任何OTFS导频符号(例如120)之外，仓结构(104b)还涵盖二维OTFS数据时频网格(例如130)。换言之，接收器仓结构(104b)在时间和频率上的范围以及单独接收器仓的分辨率将至少与发射器网格结构(102g)在时间和频率上的范围以及分辨率匹配并且优选地超过它们。
在一些实施方案中，确保以高度协调的方式发射和接收OTFS导频符号波形突发和OTFS数据符号波形突发将是有用的。为此，这里按照图1B，OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)(130)和多个OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)(120)应从共同的多个时间t和频率f选择，其中每一个t和f是从二维OTFS时频坐标(102g)的公共网格选择的独特时频坐标(t，f)。根据这种协调的OTFS导频和数据传输方案，单独OTFS数据符号波形突发的时频坐标(td，fd)应优选地进一步选择为不与OTFS导频符号波形突发的时频坐标(pt，pf)重叠。这里当然，重叠是不合乎期望的，因为它可能导致用于确定或获取2D信道状态的OTFS导频符号与用于传输数据的OTFS数据符号之间的混淆。
然而要注意，并不要求OTFS数据时频网格上的所有可能坐标都填充有OTFS导频符号和数据符号。例如，即使如图1B所示，可能有一些未使用的网格坐标。
事实上，在一些实施方案中，OTFS数据时频网格可能仅被OTFS导频符号和数据符号稀疏地占用。因此通常，OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)以及作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)传输的多个OTFS导频符号Ppt,pf不需要占用从二维OTFS数据时频网格选择的所有独特的时频坐标(dt，df)。
还要注意的是，并不要求所有正能量OTFS数据符号波形突发(这里是图1B中的“1”(122))或导频符号以相同的能量或功率级传输。相反在一些实施方案中，多个OTFS数据符号波形突发Ddt,df·Wd(dt,df)以及作为OTFS导频符号波形突发Ppt,pf·Wp(pt,pf)传输的多个OTFS导频符号Ppt,pf可以以不同的功率级传输。这里，例如，可以根据各种标准选择的功率级发送一些OTFS数据符号波形突发或一些OTFS导频符号波形突发，各种标准诸如2D信道状态、从给定发射器到给定接收器的距离、给定接收器的敏感度等。
当根据相同的发射器OTFS时间和频率网格(102g)并且根据相同的基础波形(例如，其中OTFS导频基础波形Wp和OTFS数据基础波形Wd被选为相同的基础波形)传输OTFS导频符号和OTFS数据符号两者时，哪些网格坐标的拓扑或布置用于OTFS导频符号以及哪些网格坐标用于OTFS数据符号可以变化。尽管在图1B中，OTFS导频符号(120)被示出占用了发射器OFTS网格(102g)的与OTFS数据符号(130)不同的(相邻的)的部分，但并非总是如此。
图8示出更详细的图，示出可以用于本文描述的辛OTFS方法的图像域和变换域。
图13示出辛OTFS方法如何在发射器和接收器系统中操作。这里，信息平面上的数据(其可以任选地经受预失真)随后可以在通过滤波器组(其可以是OFDM兼容滤波器组)之前经受逆2D傅里叶变换(并且还通常2D扩展函数)。各种波形通过信道C，其中它们被滤波器组(其可以是OFDM兼容滤波器组)接收、经受逆扩展函数、逆2D傅里叶变换(先前IFFT的逆)并随后根据需要均衡。
图14示出通过信道发射和接收数据的另一种方法。
图19示出活跃OTFS中继系统如何可以在OTFS发射器与接收器之间操作的示例。
使用替代的通信形式
注意，尽管在本公开中已经使用了无线示例，但这些示例并不旨在进行限制。在替代实施方案中，还设想其他介质，诸如电线或电缆上的电传输或RF传输、光纤上的光传输以及其他长距离通信方法，包括信号在空气或水或固体材料上的声传输。
信道干扰的影响：
根据本文讨论的辛OTFS方案，在辛坐标系中，诸如多普勒效应的信道干扰将根据多普勒效应引起的频移将辛平面沿频率轴失真或变换成一个函数，而诸如时间延迟的信道干扰将根据光速时间延迟将辛平面沿时间轴失真或变换成函数。最终结果是，在辛OTFS坐标系上，信道干扰时间延迟表现为一个轴上的相位梯度，而多普勒频移表现为在另一个轴上的幅度调制效应。
因为辛OTFS方法在变换域中传输，信道卷积更容易处理，因为信道卷积显示为更容易处理的乘法函数。这里技巧是简单地在时间和频率上对信号进行足够精细的采样，以便能够检测这些信道失真引起的相位梯度和幅度调制效应。一旦这些可以被检测到，它们就可以被校正和消除。
这有助于解决区域中长期存在的问题。在现场缺乏关于如何使用现有技术OFDM方法来校正诸如多普勒频移和时间延迟的信道失真的认识。信念是因为OFDM方法依赖跨多个相对窄的带宽发送信息，校正此类信道失真是不可行的。然而实际上，利用适当的采样间隔检测OFDM信号中信道失真引起的相位梯度和幅度调制，实际上此类校正是可能的。
图15示出信道引起的多普勒和时间延迟对图像域和变换域双网格的影响。
交织以及与传统OFDM方法的兼容
使用辛方法来交织不同的信息平面是可能的。辛式OTFS的一个非常有用的方面是，在一些实施方案中，辛OTFS滤波器组可以被设置为例如与先前的OFDM标准(诸如流行的蜂窝4G标准)兼容。与此同时，诸如4G的先前OFDM标准，也具有允许控制定时和交织的介质访问控制(MAC)协议。
这里，交织的一个示例是，例如，在第一时间间隔期间仅在频带范围内发送整个辛场的某个列时间宽度，发送其他内容，并且随后在稍后的时间间隔内在频带范围内发送整个辛场的另一个列时间宽度。其他形式的交织，诸如基于频率的交织也是可能的。
图16示出交织的一个示例。
图17示出交织的另一个示例，其中相同大小的帧在频率交错的基础上交织。
图18示出交织的另一个示例，其中可变大小的帧在时间基础上交织。
与OFDM方法的向后兼容性
在一些商业上重要的实施方案中，辛OFDM方法可以在相同的频率和时间上与传统的OFDM方法共存，并且实际上甚至可以用于提高传统OFDM方法的效率。
在这个实施方案中，辛OTFS方法可以被视为向OFDM调制器馈送信号。通过交织，可以在一些时间间隔期间使用传统OFDM符号并且在其他时间间隔期间使用OTFS信号来驱动这个相同的OFTM调制器。在这方面，辛OFTS方法可以被视为(在发射端)OFDM调制器的改进前端。这里，例如OFTS收发器可被视为包括在OFDM调制器之前用于传输的信号预处理，以及在OFDM接收器之后在接收端处的信号后处理。
因此在这种方法中，两全其美是可能的。可以至少在需要时保留与流行的传统OFDM方法(诸如4G)的兼容性，而同时，也可以基本上同时享受OFTS方法校正信道失真的优越能力。这促进基于本文和其他地方描述的OTFS方法的从例如传统的4G系统到新的更高能力的“5G”系统的简单过度。
图20是用于通过耦接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器的受损数据信道无线地发射和接收数据的无线通信的方法2000的流程图，所述数据包括多个数据符号。受损数据信道损坏所述波形，所述损坏可至少部分地根据所述受损数据信道的2D信道状态描述，其中传输的无线波形在所述至少一个无线接收器处产生信道卷积波形。
方法2000包括：使用至少一个发射器处理器来将所述数据封装(2002)成至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且使用编码处理(2004)来传输所述数据符号阵列，使得每个数据符号在被配置成检测所述受损数据信道的2D信道状态的无线信号的时间和频率范围内扩展。方法2000包括：在接收侧，使用至少一个接收器处理器来接收所述无线信号(2006)，使用所述2D信道状态来针对所述数据信道损坏校正所述信号(2008)，并且使用所述编码的逆来对所述多个数据符号进行解码并提取(2010)。
图21示出通过连接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器的受损数据信道无线地发射和接收数据的方法2100的流程图，所述数据包括多个数据符号。
方法2100包括：使用至少一个发射器处理器来将所述数据封装(2102)成至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且进一步将所述至少一个NxM 2D数据符号阵列编码(2104)到分配在长度为T的列时间轴和长度为F的行频率轴上的至少一个辛分析兼容流形上，从而产生至少一个信息流形。
方法2100包括：使用至少一个发射器处理器来根据2D类辛傅里叶变换对所述至少一个信息流形进行变换(2106)，从而产生至少一个2D傅里叶变换信息流形。
方法2100包括：通过所述2D傅里叶变换信息流形的总体频率和时间来传输(2108)每个至少一个2D傅里叶变换信息流形；选择(2110)持续时间与Tμ成比例的传输时间片，其中μ＝1/N；以及使对应于所述传输时间片的所述2D傅里叶变换信息流形中的那些频率经过一组至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器，并且在不同的传输时间间隔内将所得滤波波形作为多个至少M个同时传输的相互正交的波形传输，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形。受损数据信道损坏所述波形，所述损坏可至少部分地根据所述信道的2D信道状态描述，从而在所述至少一个无线接收器处产生信道卷积波形。
方法2100包括：在接收器侧，通过至少在所述2D傅里叶变换信息流形的全部频率和时间上来接收(2112)每个所述至少一个2D傅里叶变换信息流形；使用至少一个接收器处理器来选择小于或等于传输时间间隔的持续时间的接收时间片(2114)；以及在每个所述接收时间片上通过一组接收的至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器来接收(2116)这些信道卷积波形，并且在每个接收时间片上接收所述信道卷积波形(2118)，直到已经接收到所述2D傅里叶变换信息流形的近似。
方法2100包括执行(2120)以下各项中的至少一个：(a)使用所述2D类辛傅里叶变换的逆来将所述2D傅里叶变换信息流形的所述近似变换成所述至少一个接收的信息流形的近似，并且使用与所述2D信道状态有关的信息来针对所述数据信道损坏校正所述至少一个接收的信息流形；或者(b)使用与所述2D信道状态有关的信息来针对所述数据信道损坏校正所述2D傅里叶变换信息流形的所述近似，并且使用所述2D类辛傅里叶变换的逆来进而产生所述至少一个接收的信息流形。
方法2100还包括：使用所述至少一个接收器处理器来对所述数据符号进行解码并从所述至少一个接收的信息流形提取所述数据符号(2122)。
虽然本专利文件包含许多细节，但这些并不应当解释为对任何发明或可要求保护的范围的限制，而应当解释为可特定于特定发明的特定实施方案的特征的描述。本专利文件中在单独实施方案的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方案中组合地实现。相反，描述于单个实施方案的上下文中的各种特征也可以单独地或以任何适合的子组合实现于多个实施方案中。此外，尽管上述特征可以以某些组合的形式进行描述，并且甚至最初要求保护，但在某些情况下，可以从组合中去除要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求的组合可以针对子组合或子组合的变化。
类似地，尽管在附图中以特定的顺序描述了操作，但这不应该被理解为要求以所示出的特定顺序或按顺序执行此类操作，或者要执行所有示出的操作以实现期望的结果。此外，在本专利文件中描述的实施方案中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方案中都要求这种分离。
仅描述了一些实现方式和示例，并且可以基于本专利文件中描述和示出的内容来做出其他实现方式、增强和变化。

Claims (18)

1.一种通过耦接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器的受损数据信道无线地发射和接收数据的自动方法，所述数据包括多个数据符号；
其中所述受损数据信道损坏包括所述数据的波形，所述损坏能够至少部分地根据所述受损数据信道的2D信道状态而描述，其中传输的无线波形在所述至少一个无线接收器处产生信道卷积波形，所述方法包括：
使用至少一个发射器处理器来将所述数据封装成至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且使用编码处理来传输所述数据符号阵列，使得每个数据符号在被配置成检测所述受损数据信道的2D信道状态的无线信号的时间和频率范围内扩展；以及
使用至少一个接收器处理器来接收所述无线信号，使用所述2D信道状态来针对所述数据信道损坏校正所述信号，并且使用所述编码处理的逆来对所述多个数据符号进行解码并提取，
其中所述编码处理将所述至少一个NxM 2D数据符号阵列编码到分配在长度为T的列时间轴和长度为F的行频率轴上的至少一个类辛分析兼容流形上，从而产生至少一个信息流形；
使用至少一个发射器处理器来根据2D类辛傅里叶变换对所述至少一个信息流形进行变换，从而产生至少一个2D傅里叶变换信息流形；
通过以下步骤传输至少一个2D傅里叶变换信息流形中的每个：
在所述2D傅里叶变换信息流形的全部频率和时间上，选择持续时间与Tμ成比例的传输时间片，其中μ= 1/N，并且使对应于所述传输时间片的所述2D傅里叶变换信息流形中的那些频率经过一组至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器，并且在不同的传输时间间隔上将所得滤波波形作为多个至少M个同时传输的相互正交的波形传输，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个接收器通过以下步骤接收所述至少一个2D傅里叶变换信息流形中的每个：
至少在所述2D傅里叶变换信息流形的全部频率和时间上，使用至少一个接收器处理器来选择持续时间小于或等于所述传输时间间隔的接收时间片，并且在每个所述接收时间片上通过一组至少M个不同的非重叠窄带频率的接收滤波器来接收这些信道卷积波形，并且在每个接收时间片上接收所述信道卷积波形，直到已经接收到所述2D傅里叶变换信息流形的近似；
执行以下各项中的至少一个：
a)使用所述2D类辛傅里叶变换的逆来将所述2D傅里叶变换信息流形的所述近似变换成至少一个接收的信息流形的近似，并且使用与所述2D信道状态有关的信息来针对所述数据信道损坏校正所述至少一个接收的信息流形；
b)使用与所述2D信道状态有关的信息来针对所述数据信道损坏校正所述2D傅里叶变换信息流形的所述近似，并且使用所述2D类辛傅里叶变换的逆来进而产生所述至少一个接收的信息流形。
3.一种通过连接至少一个无线发射器和至少一个无线接收器的受损数据信道无线地发射和接收数据的自动方法，所述数据包括多个数据符号，所述方法包括：
使用至少一个发射器处理器来将所述数据封装成至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且进一步将所述至少一个NxM 2D数据符号阵列编码到分配在长度为T的列时间轴和长度为F的行频率轴上的至少一个辛分析兼容流形上，从而产生至少一个信息流形；
使用至少一个发射器处理器来根据2D类辛傅里叶变换对所述至少一个信息流形进行变换，从而产生至少一个2D傅里叶变换信息流形；
通过以下步骤传输至少一个2D傅里叶变换信息流形中的每个：
在所述2D傅里叶变换信息流形的全部频率和时间上，选择持续时间与Tμ成比例的传输时间片，其中μ= 1/N，并且使对应于所述传输时间片的所述2D傅里叶变换信息流形中的那些频率经过一组至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器，并且在不同的传输时间间隔上将所得滤波波形作为多个至少M个同时传输的相互正交的波形传输，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形；
其中所述受损数据信道损坏所述波形，从而在所述至少一个无线接收器处产生信道卷积波形，所述损坏能够至少部分地根据所述信道的2D信道状态而描述，
通过以下步骤接收所述至少一个2D傅里叶变换信息流形中的每个：
至少在所述2D傅里叶变换信息流形的全部频率和时间上，使用至少一个接收器处理器来选择持续时间小于或等于所述传输时间间隔的接收时间片，并且在每个所述接收时间片上通过一组至少M个不同的非重叠窄带频率的接收滤波器来接收这些信道卷积波形，并且在每个接收时间片上接收所述信道卷积波形，直到已经接收到所述2D傅里叶变换信息流形的近似；
执行以下各项中的至少一个：
a)使用所述2D类辛傅里叶变换的逆来将所述2D傅里叶变换信息流形的近似变换成至少一个接收的信息流形的近似，并且使用与所述2D信道状态有关的信息来针对所述数据信道损坏校正所述至少一个接收的信息流形；
b)使用与所述2D信道状态有关的信息来针对所述数据信道损坏校正所述2D傅里叶变换信息流形的近似，并且使用所述2D类辛傅里叶变换的逆来进而产生所述至少一个接收的信息流形；以及
使用所述至少一个接收器处理器来对所述数据符号进行解码并从所述至少一个接收的信息流形提取所述数据符号。
4.如权利要求3所述的方法，其中在将所述至少一个NxM 2D数据符号阵列编码到至少一个辛分析兼容流形上之前或之后，所述发射器处理器根据扩展操作进一步变换所述至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且其中所述接收器处理器使用所述扩展操作的逆来对所述数据符号进行解码并从所述至少一个接收的信息流形中提取所述数据符号。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述扩展操作是利用2D啁啾操作的卷积。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述非重叠窄带频率滤波器通过来自所述至少一个2D傅里叶变换信息流形的与
Figure DEST_PATH_IMAGE001
成比例的频率，其中j是-1的平方根，t对应于从所述至少一个2D傅里叶变换信息流形选择的持续时间为μ的给定时间片，并且k对应于所述至少一个2D傅里叶变换信息流形上的给定行位置，其中k在1和M之间变化，
其中，g( )是所述一组至少M个不同的非重叠窄带频率的接收滤波器的输出，ω0是OTFS滤波频带。
7.如权利要求6所述的方法，其中ω0与1/T成比例，并且T = M/(允许的无线带宽)。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个2D傅里叶变换信息流形的总尺寸为根据时间轴的NTμ和根据频率轴的M/T，并且所述至少一个2D傅里叶变换信息流形中的每个单元的总尺寸与根据时间轴的Tμ和根据频率轴的1/T成比例。
9.如权利要求3所述的方法，其中所述接收器根据接收时间片和不同的非重叠窄带频率的接收滤波器组来接收所述至少一个2D傅里叶变换信息流形，所述至少一个2D傅里叶变换信息流形对对应的发射时间片和不同的非重叠窄带频率的发射滤波器组进行过采样。
10.如权利要求3所述的方法，其中所述发射器将所述得到的滤波波形作为以下各项传输，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形：
1)不同的连续传输时间间隔上的多个至少M个同时传输的相互正交的波形；或者
2) 多个OTFS数据或OTFS导频突发，所述多个OTFS数据或OTFS导频突发包括由至少一个隔离时间间隔分开的不同传输间隔内的至少M个同时传输的相互正交的波形突发。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述受损数据信道是包括至少一个无线反射器的受损无线数据信道，所述至少一个反射器中的每个包括反射器位置、反射器速度、包括反射器速度引起的多普勒频移的反射器频移以及无线反射的至少一个反射器系数；
所述至少一个无线发射器中的每个包括发射器位置、发射器速度、发射器频率和发射器频移，所述发射器频移根据发射器速度引起的多普勒频移来引起所述发射器频率的改变；
所述至少一个无线接收器中的每个包括接收器位置、接收器速度、接收器频率和接收器频移，所述接收器频移根据接收器速度引起的多普勒频移来引起所述接收器频率的改变；
其中所述2D信道状态包括与相对位置、速度、由发射器多普勒频移、接收器多普勒频移、反射器多普勒频移引起的速度感生频移、以及所述至少一个发射器、接收器和反射器的反射的反射器系数有关的信息；
所述方法包括：
使用所述至少一个发射器和至少一个处理器来传输直接OTFS数据波形或波形突发，所述直接OTFS数据波形或波形突发包括作为OTFS数据符号波形或波形突发Dpt,pf·Wp(pt,pf)在多个时间pt和频率pf组合上传输的多个OTFS数据符号Dpt,pf，其中每个所述pt和pf是从二维数据OTFS时频网格选择的独特数据时频坐标，Wp是OTFS导频基础波形；
所述接收器被配置成至少根据具有与所述OTFS时频网格的样本或过样本成比例的仓大小和仓坐标位置的二维数据OTFS时频仓结构来至少接收所述数据波形或波形突发；
其中在传播通过所述受损数据信道时，所述直接OTFS数据波形或波形突发随后在至少一条路径上行进，所述至少一条路径包括以下各项中的至少一个：
a：从所述至少一个发射器直接行进到所述至少一个接收器的直接OTFS数据波形或波形突发；以及
b：包括直接OTFS数据波形或波形突发的复制OTFS数据波形或波形突发，所述复制OTFS数据波形或波形突发在到达所述至少一个接收器之前已反射离开所述至少一个反射器，从而在所述至少一个接收器处产生进一步反射器时间延迟并且反射器频移的直接OTFS波形或波形突发；
其中在所述至少一个接收器处，得到的任何所述发射器频移和接收器频移的直接OTFS数据波形或波形突发以及任何所述复制OTFS数据波形或波形突发的组合产生信道卷积的OTFS数据波形或波形突发；
在所述至少一个接收器处，使用所述仓结构来接收所述信道卷积的OTFS数据波形或波形突发
使用所述2D信道状态和至少一个处理器来进一步执行以下各项中的至少一个：
a)确定连接所述至少一个发射器和所述至少一个接收器的所述受损数据信道的所述2D信道状态；
b)在所述至少一个无线发射器处对至少一些所述直接OTFS数据波形或波形突发进行预编码以预先补偿所述受损数据信道；以及在所述至少一个无线接收器处对至少一些所述信道卷积数据波形或波形突发解卷积，从而至少导出所述多个数据符号的近似。
12.如权利要求11所述的方法，其中Dpt,pf对应于来自所述至少一个2D傅里叶变换信息流形的仓坐标(pt，pf)的内容，并且Wp(pt，pf)对应于
Figure 23552DEST_PATH_IMAGE002
，其中k = pf，
其中，g( )是所述一组至少M个不同的非重叠窄带频率的接收滤波器的输出，t对应于从所述至少一个2D傅里叶变换信息流形选择的持续时间为μ的给定时间片，ω0是OTFS滤波频带。
13.如权利要求3所述的方法，其中通过发射和接收至少一个导频符号来确定所述2D信道状态信息。
14.一种无线通信设备，包括：
存储指令的存储器；
处理器；
以及射频(RF)发射器；
其中所述处理器从所述存储器读取指令，并且实现通过通信地连接所述RF发射器和至少一个无线接收器的受损数据信道无线地传输数据的自动方法，所述数据包括多个数据符号，所述指令包括：
用于将所述数据封装成至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且进一步将所述至少一个NxM 2D数据符号阵列编码到分配在长度为T的列时间轴和长度为F的行频率轴上的至少一个辛分析兼容流形上，从而产生至少一个信息流形的指令；
用于根据2D类辛傅里叶变换对所述至少一个信息流形进行变换从而产生至少一个2D傅里叶变换信息流形的指令；
用于致使所述RF发射器通过所述2D傅里叶变换信息流形的全部频率和时间传输至少一个2D傅里叶变换信息流形中的每个的指令，
用于选择持续时间与Tμ成比例的传输时间片，其中μ= 1/N，并且使对应于所述传输时间片的所述2D傅里叶变换信息流形中的那些频率经过一组至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器，并且在不同的传输时间间隔上将所得滤波波形作为多个至少M个同时传输的相互正交的波形传输，直到已经传输了整个2D傅里叶变换信息流形的指令；
其中所述受损数据信道损坏所述波形，所述损坏能够至少部分地根据所述信道的2D信道状态而描述，从而在所述至少一个无线接收器处产生信道卷积波形。
15.如权利要求14所述的设备，其中在将所述至少一个NxM 2D数据符号阵列编码到至少一个辛分析兼容流形上之前或之后，所述处理器根据扩展操作进一步变换所述至少一个NxM 2D数据符号阵列，并且其中所述接收器处理器使用所述扩展操作的逆来对所述数据符号进行解码并从至少一个接收的信息流形中提取所述数据符号。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述扩展操作是利用2D啁啾操作的卷积。
17.如权利要求14所述的设备，其中所述非重叠窄带频率滤波器通过来自所述至少一个2D傅里叶变换信息流形的与
Figure 990239DEST_PATH_IMAGE001
成比例的频率，其中j是-1的平方根，t对应于从所述至少一个2D傅里叶变换信息流形选择的持续时间为μ的给定时间片，并且k对应于所述至少一个2D傅里叶变换信息流形上的给定行位置，其中k在1和M之间变化，
其中，g( )是所述一组至少M个不同的非重叠窄带频率滤波器的输出，ω0是OTFS滤波频带。
18.如权利要求17所述的设备，其中ω0与1/T成比例，并且T = M/(允许的无线带宽)。
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