CN113259298A - Otfs信号处理方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Otfs信号处理方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN113259298A CN202110803841.6A CN202110803841A CN113259298A CN 113259298 A CN113259298 A CN 113259298A CN 202110803841 A CN202110803841 A CN 202110803841A CN 113259298 A CN113259298 A CN 113259298A
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Abstract

本发明提供一种OTFS信号处理方法、装置、设备及存储介质，其中该方法应用于信号发射机，包括：获取时延‑多普勒域内的信息符号矩阵；基于信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对信息符号矩阵进行预编码处理；将经预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；其中，优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。通过本发明提供的OTFS信号处理方法、装置、设备及存储介质，能够使得经预编码优化后的OTFS发射信号的PAPR得到有效抑制，且几乎不影响BER性能。

Description

OTFS信号处理方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种OTFS信号处理方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
正交时频空间（Orthogonal Time Frequency Space，OTFS）调制是一种二维多载波调制技术，其中信息符号被直接调制到时延-多普勒平面上并扩展到整个时频域，从而充分获得信道分集增益。与常规多载波技术相比，在时变多径信道中，OTFS比OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）表现出更好的性能。
研究表明，OTFS 信号的PAPR（Peak to Average Power Ratio，峰值平均功率比，常简称为“峰均比”）上界与系统的符号数目N成正比，而OFDM信号的PAPR与子载波数M成正比，在OTFS系统中子载波数往往大于符号数，即M>N，故OTFS 信号的PAPR 性能要优于OFDM信号。但随着符号数目N的增大，OTFS信号的PAPR会逐渐与OFDM信号一致，这意味着OTFS信号也会存在PAPR较高的问题。较大的PAPR要求功率放大器具有足够大的动态范围，这会使放大器的效率降低，系统的通信性能也会出现大幅降低。
现有的PAPR抑制技术多用于对OFDM信号进行处理，大多数处理方法都与OFDM信号的特点相关，而现有的针对OTFS信号的PAPR抑制算法在PAPR性能方面虽略有提高，但是会对BER（Bit Error Rate，误比特率）性能造成较大影响，导致BER性能较差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种OTFS信号处理方法、装置、设备及存储介质。
第一方面，本发明提供一种OTFS信号处理方法，应用于信号发射机，包括：
获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；
基于所述信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对所述信息符号矩阵进行预编码处理；
将经所述预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；
其中，所述优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
可选地，所述以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，包括：
以设定的最小平均功率和最大平均功率分别作为所述时域发射信号的平均功率的下界约束和上界约束，所述最大平均功率和所述最小平均功率之间的差值近似为0，并且预编码矩阵中的各元素的模值均为1。
可选地，所述对预编码矩阵进行优化求解之前，所述方法还包括：
获取初始预编码矩阵；
基于所述初始预编码矩阵，得到初始时域发射信号矩阵；
基于所述初始时域发射信号矩阵，对时域发射信号的平均功率下界约束条件进行近似处理。
可选地，所述对预编码矩阵进行优化求解，包括：
在时延维度上对初始预编码矩阵进行分块；
基于BCD算法，对所述初始预编码矩阵进行按块逐次优化，求解出完整的预编码矩阵，再进行多次循环迭代，直至循环次数大于预设最大循环次数，或确定相邻两次求解得到的预编码矩阵近似相等，则循环迭代求解结束，得到所述优化预编码矩阵。
第二方面，本发明还提供一种OTFS信号处理方法，应用于信号接收机，包括：
接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取所述时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；
基于所述接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对所述经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将所述发射符号矩阵与对所述信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；
其中，所述优化预编码矩阵是所述信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
可选地，所述有效信道增益为所述时域发射信号的传播路径的有效信道增益，所述相位偏移矩阵为所述时域发射信号的传播路径对应的相位偏移矩阵，所述时延抽头为所述时域发射信号的传播路径的时延抽头，所述多普勒抽头为所述时域发射信号的传播路径的多普勒抽头。
第三方面，本发明还提供一种OTFS信号处理装置，应用于信号发射机，包括：
获取模块，用于获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；
预编码模块，用于基于所述信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对所述信息符号矩阵进行预编码处理；
OTFS调制模块，用于将经所述预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；
其中，所述优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
第四方面，本发明还提供一种OTFS信号处理装置，应用于信号接收机，包括：
OTFS解调模块，用于接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取所述时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；
符号检测模块，用于基于所述接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对所述经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将所述发射符号矩阵与对所述信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；
其中，所述优化预编码矩阵是所述信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
第五方面，本发明还提供一种信号发射机，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述第一方面所述的OTFS信号处理方法的步骤。
第六方面，本发明还提供一种信号接收机，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述第二方面所述的OTFS信号处理方法的步骤。
第七方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述第一方面所述的OTFS信号处理方法的步骤，或实现如上所述第二方面所述的OTFS信号处理方法的步骤。
本发明提供的OTFS信号处理方法、装置、设备及存储介质，通过以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到优化预编码矩阵，并基于该优化预编码矩阵对信息符号矩阵进行预编码处理，能够使得经预编码优化后的OTFS发射信号的PAPR得到有效抑制，且几乎不影响BER性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明提供的OTFS信号处理方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的时延-多普勒域平面
Figure 361413DEST_PATH_IMAGE001
和频率-时间域平面
Figure 230012DEST_PATH_IMAGE002
示意图；
图3是本发明提供的OTFS信号处理方法的流程示意图之二；
图4是本发明提供的OTFS系统调制与解调示意图；
图5是本发明提供的OTFS信号处理流程示意图；
图6是本发明提供的原始OTFS发射信号与优化后的OTFS发射信号的PAPR性能对比图；
图7是本发明提供的不同多普勒扩展下原始OTFS发射信号与优化后的OTFS发射信号的BER性能对比图；
图8是本发明提供的OTFS信号处理装置的结构示意图之一；
图9是本发明提供的OTFS信号处理装置的结构示意图之二；
图10是本发明提供的信号发射机的结构示意图；
图11是本发明提供的信号接收机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
由于较大的PAPR要求功率放大器具有足够大的动态范围，而这又会使放大器的效率降低，系统的通信性能也会出现大幅降低。目前，针对OFDM信号采用的PAPR抑制方法主要有：信号预失真技术、编码技术和概率类方法。
（1）信号预失真技术
在信号送到功率放大器之前对信号进行非线性处理，即对峰值较大信号进行压缩或限幅处理，保证信号的PAPR不超过功率放大器的动态变化范围。常见的预失真技术有限幅法。限幅法相当于对原始信号加一矩形窗，如果信号的幅值小于给定的门限值时，该矩形窗函数的幅值为1，否则，矩形窗函数的幅值小于1。限幅法中矩形窗的引入会对原信号的频谱产生影响，从而引起新的带外噪声，降低频谱效率。同时，由于该法是一种非线性变化，会产生严重的带内失真，从而降低BER性能, 导致系统性能下降。
（2）编码技术
编码技术主要是从不同编码所产生的不同码组中选择PAPR较小的码组作为OFDM符号进行数据信息的传输，从而避免了信号峰值过大这一问题。此类技术为线性过程，不会使信号产生畸变。显然，这类方法的PAPR 性能增益是在保持传输速率不变的情况下，以增加系统带宽以及降低每发送比特的能量为代价得到的。这类方法的缺陷在于，可供使用的编码图样数目非常少，当子载波数目较大时，编码效率会较低，从而导致矛盾更加突出。
（3）概率类方法
概率类方法通过加入相关的冗余辅助信息来选择PAPR值最小的信息符号序列进行传输，对信号本身没有进行任何的处理，是一种无畸变技术。同样地，由于概率类技术加入了冗余信息，比如增加相位旋转因子会增加扰码信息量，虽然会使得OFDM系统峰均比性能提升，但是要传输额外的边带信息。
而现有的针对OTFS信号的PAPR抑制方法较少，主要有基于迭代限幅和滤波框架的PAPR降低方法以及μ律压缩扩展方法。
（1）基于迭代限幅和滤波框架的PAPR降低方法
这种方法是一种改进的迭代滤波方法，适用于导频嵌入式OTFS调制。这种方法将数据区域（包含导频区域）和保护区域中的削波噪声的滤波系数设置为不同的值，先对除限幅信号以外的限幅噪声进行滤波，再对其余限幅噪声进行滤波，以在PAPR和BER性能之间取得折中。
（2）μ律压缩扩展方法
μ律压缩扩展方法的核心是增加信号的平均功率，由于峰值功率不变，增加平均功率后就可以降低PAPR。这种方法的思路是将大功率的发射信号进行压缩处理，同时对小功率信号进行放大处理，这样可以使发射端发射信号的平均功率保持不变，PAPR也会降低。虽然压缩扩展技术能够很好地降低PAPR，但是这种方案是以牺牲BER性能来换取PAPR性能的提升。
针对现有PAPR抑制方法存在的问题，本发明提供一种基于符号预编码的OTFS信号PAPR抑制方案，利用优化方法对OTFS信号的PAPR问题进行建模，对时延-多普勒域的信息符号进行预编码处理，以发射信号的PAPR作为优化目标设计预编码矩阵，考虑发射信号的平均功率约束和预编码矩阵的恒模约束，并通过数学变换和近似处理，将问题转化为一个凸优化问题，在此基础上，设计基于BCD（Block Coordinate Descent，块坐标下降）的优化算法对问题进行求解。通过相应的仿真验证表明，本发明提供的解决方案能够有效抑制OTFS发射信号的PAPR，并且对BER性能影响不大。
图1为本发明提供的OTFS信号处理方法的流程示意图之一，该方法应用于信号发射机，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤100、获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；
具体地，OTFS调制可以看作是一种特殊的OFDM调制，其信息符号分布在离散化的时延-多普勒域（平面）内。
图2为本发明提供的时延-多普勒域平面
Figure 342324DEST_PATH_IMAGE001
和频率-时间域平面
Figure 474229DEST_PATH_IMAGE003
示意图，如图2所 示，时延-多普勒域信号平面
Figure 717997DEST_PATH_IMAGE001
是分别在多普勒轴和时延轴上以间隔
Figure 859128DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 888264DEST_PATH_IMAGE005
进行量 化得到的，该平面可以表示为：
Figure 925490DEST_PATH_IMAGE006
（1）
式中，
Figure 423599DEST_PATH_IMAGE007
分别是在时延、多普勒维度下的索引，
Figure 40525DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 924167DEST_PATH_IMAGE009
分别是子载波数目和符 号数目，
Figure 132295DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 366967DEST_PATH_IMAGE011
分别是相邻子载波频率间隔和符号周期，二者呈反比关系，即
Figure 833589DEST_PATH_IMAGE012
。
类似地，离散化的频率-时间平面
Figure 571738DEST_PATH_IMAGE003
可以记为：
Figure 419608DEST_PATH_IMAGE013
（2）
其中，
Figure 875998DEST_PATH_IMAGE014
分别是在子载波频率、符号时间维度下的索引，OTFS 调制信号所占 带宽为
Figure 631464DEST_PATH_IMAGE015
，一帧OTFS 信号总时间长度为
Figure 240431DEST_PATH_IMAGE016
。
设一个OTFS帧内有
Figure 321519DEST_PATH_IMAGE017
个信息符号，信息符号矩阵
Figure 999626DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 558783DEST_PATH_IMAGE019
（3）
这些信息符号来自某个调制符号集
Figure 520791DEST_PATH_IMAGE020
（如QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）或PSK（Phase-Shift Keying，相移键控）等），并且 这些符号都在时延-多普勒平面内，其中a1，…，aQ分别表示调制符号集中第1个，…，第Q个调 制符号（如QAM符号或PSK符号等）。
步骤101、基于信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对信息符号矩阵进行预编码处理；其中，优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的；
具体地，对时延-多普勒域内信息符号矩阵
Figure 507202DEST_PATH_IMAGE021
进行预编码处理，即对时延-多普勒 域上的每个信息符号都乘以一个复常数的权值，得到：
Figure 141446DEST_PATH_IMAGE022
（4）
其中，
Figure 238715DEST_PATH_IMAGE023
表示经过预编码后的信息符号矩阵，
Figure 805962DEST_PATH_IMAGE024
为预编码矩阵，
Figure 979586DEST_PATH_IMAGE025
为哈达 玛积。
为了有效抑制OTFS发射信号的PAPR，本发明实施例中，在获取时延-多普勒域内信息符号矩阵后，可以通过对预编码矩阵进行优化求解获得优化预编码矩阵，然后使用该优化预编码矩阵对信息符号矩阵进行预编码处理。
具体地，本发明实施例中，优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的，即该优化预编码矩阵为满足上述优化目标和约束条件下的最优预编码矩阵（optimal solution）。
具体地，对信息符号矩阵
Figure 632284DEST_PATH_IMAGE021
进行预编码处理得到
Figure 533244DEST_PATH_IMAGE023
后，对
Figure 220577DEST_PATH_IMAGE023
进行ISFFT（Inverse Symplectic Finite Fourier Transform，逆辛有限傅里叶变换）运算（相当于沿多普勒轴 做N点的IFFT（Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶逆变换）运算、沿时延轴做M 点的FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）运算），可以将信息符号
Figure 752053DEST_PATH_IMAGE026
从时 延-多普勒平面映射到频率-时间平面内。然后，利用海森堡变换可以将频率-时间域的离散 信号转化为时域发射信号。
当发射脉冲为矩形脉冲时，时域发射信号矩阵
Figure 141315DEST_PATH_IMAGE027
可以表示为：
Figure 580386DEST_PATH_IMAGE028
（5）
其中
Figure 387805DEST_PATH_IMAGE029
分别表示M点的IDFT（Inverse Discrete Fourier Transform，离散傅里叶逆变换）矩阵、M点的DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里 叶变换）矩阵和N点的IDFT矩阵。将
Figure 886920DEST_PATH_IMAGE027
向量化，可以得到时域发射信号矢量
Figure 264942DEST_PATH_IMAGE030
：
Figure 710967DEST_PATH_IMAGE031
（6）
式中，函数
Figure 372893DEST_PATH_IMAGE032
的作用是将矩阵按列展开得到其列矢量形式，
Figure 42909DEST_PATH_IMAGE033
表示克罗内克 积，
Figure 891916DEST_PATH_IMAGE034
为
Figure 453216DEST_PATH_IMAGE035
维的单位矩阵，发射信息符号矢量
Figure 969648DEST_PATH_IMAGE036
是由矩阵
Figure 810565DEST_PATH_IMAGE023
按列展开所得，即
Figure 146869DEST_PATH_IMAGE037
。
OTFS时域发射信号受一帧内的所有通信数据影响，因此不同于传统OFDM信号的 PAPR都是考虑一个符号时间长度，本发明实施例中，在计算OTFS信号的PAPR时是针对一帧 数据的时间长度。一般地，复基带离散OTFS信号
Figure 482166DEST_PATH_IMAGE038
的PAPR计算式为：
Figure 56367DEST_PATH_IMAGE039
（7）
式中，
Figure 157364DEST_PATH_IMAGE041
表示期望运算，
Figure 280041DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 285912DEST_PATH_IMAGE043
分别为矢量
Figure 468631DEST_PATH_IMAGE044
的无穷范数和2范数。
对于经预编码处理后的OTFS信号，其PAPR计算式为：
Figure 779527DEST_PATH_IMAGE045
（8）
基于上述PAPR计算式，本发明实施例中，利用优化方法对OTFS信号的PAPR抑制问 题进行建模，以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，并以时域发射信号的平均功率
Figure 705895DEST_PATH_IMAGE046
和预编码矩阵
Figure 254688DEST_PATH_IMAGE047
中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解，得 到最优预编码矩阵，从而基于该最优预编码矩阵对信息符号矩阵进行预编码处理。
步骤102、将经预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号。
具体地，基于信息符号矩阵
Figure 359041DEST_PATH_IMAGE048
对应的最优预编码矩阵，对信息符号矩阵
Figure 157233DEST_PATH_IMAGE048
进行预 编码处理得到
Figure 887291DEST_PATH_IMAGE049
后，可以基于OTFS调制方法，例如ISFFT变换和海森堡变换，首先对
Figure 352908DEST_PATH_IMAGE049
进行 ISFFT运算，将信息符号
Figure 950916DEST_PATH_IMAGE026
从时延-多普勒平面映射到频率-时间平面内。然后，利用海 森堡变换将频率-时间域的离散信号转化为时域发射信号。
本发明实施例提供的OTFS信号处理方法，通过以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到优化预编码矩阵，并基于该优化预编码矩阵对信息符号矩阵进行预编码处理，能够使得经预编码优化后的OTFS发射信号的PAPR得到有效抑制，且几乎不影响BER性能。
可选地，所述以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，包括：
以设定的最小平均功率和最大平均功率分别作为时域发射信号的平均功率的下界约束和上界约束，最大平均功率和最小平均功率之间的差值近似为0，并且预编码矩阵中的各元素的模值均为1。
具体地，为了使式（8）最小，本发明实施例中，首先需要将发射信号的平均功率限定在某个小范围内，即平均功率满足：
Figure 236404DEST_PATH_IMAGE050
（9）
其中，
Figure 770154DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 824697DEST_PATH_IMAGE052
分别是约束的最小平均功率和最大平均功率，
Figure 723383DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 246900DEST_PATH_IMAGE054
的值可以灵活设置，在此不做限制，它们满足
Figure 318761DEST_PATH_IMAGE055
且
Figure 493390DEST_PATH_IMAGE056
，那么最小化式（8）可以近似等价于最小化发射信号的最大功率。
其次，为了不影响接收端的BER性能，还需要对预编码矩阵进行一定的约束。如果预编码矩阵中的元素模值过小，那么经过加权后的信息符号就会近似为0，从而导致原始的信息符号数据丢失；如果预编码矩阵中的元素模值过大，又会影响发射信号的平均功率。因此，本发明实施例中，约束预编码矩阵中的各个元素的模值为1。
由此，关于OTFS信号的PAPR优化问题可以建模为下式：
Figure 625294DEST_PATH_IMAGE057
（10）
为了简化对上式的求解，可以根据Lagrange对偶理论，存在正则化系数
Figure 869063DEST_PATH_IMAGE058
使得 优化问题近似等价于：
Figure 744615DEST_PATH_IMAGE059
（11）
其中
Figure 711434DEST_PATH_IMAGE060
表示元素值全为1的
Figure 14239DEST_PATH_IMAGE061
维矩阵，
Figure 496036DEST_PATH_IMAGE062
的取值可以根据实际应用场景进 行设置，例如在系统的PAPR性能和BER性能之间折中考虑进行
Figure 660432DEST_PATH_IMAGE062
的选取。
可选地，所述对预编码矩阵进行优化求解之前，所述方法还包括：
获取初始预编码矩阵；
基于初始预编码矩阵，得到初始时域发射信号矩阵；
基于初始时域发射信号矩阵，对时域发射信号的平均功率下界约束条件进行近似处理。
具体地，由于存在平均功率的下界约束，此时优化问题（11）是非凸的，不利于求 解。本发明实施例中，通过一阶凸逼近的方法来松弛平均功率的约束条件，使得上述问题可 以转化为方便求解的凸优化问题。平均功率的表达式可以等价表示为
Figure 809654DEST_PATH_IMAGE063
， 其中
Figure 283361DEST_PATH_IMAGE064
表示矩阵的迹，将该式做如下处理：
Figure 252454DEST_PATH_IMAGE065
（12）
式中，
Figure 719076DEST_PATH_IMAGE066
表示取实部，
Figure 660487DEST_PATH_IMAGE067
为初始时域发射信号矩阵，它可以通过给定的初始预 编码矩阵
Figure 305095DEST_PATH_IMAGE068
计算出来，两者关系可以表示为：
Figure 761484DEST_PATH_IMAGE069
（13）
Figure 516951DEST_PATH_IMAGE070
可以通过随机方式产生，其值可以设置为服从均值为0方差为1的标准正态分 布，也可以设置为符合任意分布，在此不做限制。从而用式（12）来近似式（11）中的平均功率 下界约束条件，可以得到式（11）的凸优化形式如下：
Figure 391497DEST_PATH_IMAGE071
（14）
可选地，所述对预编码矩阵进行优化求解，包括：
在时延维度上对初始预编码矩阵进行分块；
基于BCD算法，对初始预编码矩阵进行按块逐次优化，求解出完整的预编码矩阵，再进行多次循环迭代，直至循环次数大于预设最大循环次数，或确定相邻两次求解得到的预编码矩阵近似相等，则循环迭代求解结束，得到优化预编码矩阵。
具体地，当子载波数M和符号数目N较大时，预编码矩阵中需要求解的优化变量过多，会导致式（14）的求解速度很慢，因此本发明实施例中，采用基于BCD的快速求解算法。BCD算法的基本思路是，首先给定满足约束条件的初始预编码矩阵，然后在时延维度上对初始预编码矩阵进行分块求解，即每次仅优化预编码矩阵的某几行，接着将优化后的预编码块矩阵更新到当前优化的预编码矩阵中，得到新的预编码矩阵，并将该矩阵作为下一次优化的初始值，这样对预编码矩阵进行按行（时延维度）逐次优化，求解出完整的预编码矩阵，再经过多次循环迭代，得到优化预编码矩阵。
具体地，将预编码矩阵按行（时延维度）分解为
Figure 941427DEST_PATH_IMAGE072
块（
Figure 885112DEST_PATH_IMAGE073
表示每块包括的行 数），将未优化的预编码矩阵记作
Figure 647532DEST_PATH_IMAGE074
，则有：
Figure 360273DEST_PATH_IMAGE075
（15）
于是第
Figure 595951DEST_PATH_IMAGE076
个块矩阵
Figure 26932DEST_PATH_IMAGE077
的维度为
Figure 124201DEST_PATH_IMAGE078
。当处于第t次循环中，优化第
Figure 160290DEST_PATH_IMAGE076
个预编码块 矩阵
Figure 317602DEST_PATH_IMAGE077
时，其对应的时域发射信号块矩阵
Figure 721033DEST_PATH_IMAGE079
为：
Figure 887572DEST_PATH_IMAGE080
（16）
其中
Figure 574905DEST_PATH_IMAGE081
表示完整信息符号矩阵
Figure 903118DEST_PATH_IMAGE082
的第
Figure 292380DEST_PATH_IMAGE076
个块矩阵，与矩阵
Figure 934714DEST_PATH_IMAGE077
的维度相同。相应 地，将此时完整的预编码矩阵记为
Figure 476554DEST_PATH_IMAGE083
，故完整的时域发射信号矩阵
Figure 241248DEST_PATH_IMAGE084
为：
Figure 868538DEST_PATH_IMAGE085
（17）
最后，该问题可以分解为
Figure 862033DEST_PATH_IMAGE086
个子问题，每个子问题可以写为如下形式：
Figure 258379DEST_PATH_IMAGE087
（18）
其中，
Figure 131657DEST_PATH_IMAGE088
表示初始时域发射信号矩阵
Figure 246244DEST_PATH_IMAGE089
的第
Figure 292697DEST_PATH_IMAGE076
个块矩阵。
完成对整个预编码矩阵的优化后，再将此过程循环多次直至满足条件，例如直至 循环次数大于预设最大循环次数，或确定相邻两次求解得到的预编码矩阵近似相等（如F范 数小于或等于设定阈值），则循环迭代求解结束，得到最优预编码矩阵
Figure 58397DEST_PATH_IMAGE090
。其中，预设最 大循环次数和设定阈值均可根据实际需要设置，在此不做限制。
基于BCD算法的大维度 OTFS信号的PAPR优化求解过程如下：
Figure 899314DEST_PATH_IMAGE091
其中，t为当前循环次数，T为设定的最大循环次数，ε为设定的阈值。
图3为本发明提供的OTFS信号处理方法的流程示意图之二，该方法应用于信号接收机，如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤300、接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；
步骤301、基于接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将发射符号矩阵与对信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；
其中，优化预编码矩阵是信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
具体地，信号发射机基于优化预编码矩阵对时延-多普勒域内的信息符号矩阵进行预编码处理，将经预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号后，将时域发射信号发送至信号接收机，信号接收机接收到时域发射信号后，可以通过对接收信号进行OTFS解调和符号检测，最终得到原始信息符号矩阵。
图4为本发明提供的OTFS系统调制与解调示意图，如图4所示，在信号接收机处，首 先将接收到的信号
Figure 501197DEST_PATH_IMAGE092
重新折叠为
Figure 289024DEST_PATH_IMAGE093
矩阵
Figure 659963DEST_PATH_IMAGE094
。然后，通过OTFS解调方法，例如维格纳变 换（与海森堡变换相反）和SFFT（Symplectic Finite Fourier Transform，辛有限傅里叶变 换），可以得到时延-多普勒平面中的接收符号矩阵
Figure 422513DEST_PATH_IMAGE095
：
Figure 777271DEST_PATH_IMAGE096
（19）
当收发脉冲为矩形窗时，时延-多普勒域下的输入输出关系可以表示为：
Figure 899948DEST_PATH_IMAGE097
（20）
式中，
Figure 125393DEST_PATH_IMAGE098
表示在收发两端信号的传播路径数目，
Figure 822960DEST_PATH_IMAGE099
为第
Figure 337117DEST_PATH_IMAGE100
条路径的有效信道增 益，
Figure 263485DEST_PATH_IMAGE101
和
Figure 609016DEST_PATH_IMAGE102
分别为第
Figure 228216DEST_PATH_IMAGE100
条路径的时延抽头和多普勒抽头，
Figure 777140DEST_PATH_IMAGE103
为传播路径中的高斯白 噪声，
Figure 507199DEST_PATH_IMAGE104
为
Figure 707236DEST_PATH_IMAGE100
条路径的相位偏移矩阵，其表达式为：
Figure 435021DEST_PATH_IMAGE105
（21）
因此，在信道状态信息（如有效信道增益、相位偏移矩阵、时延抽头和多普勒抽头等）已知的情况下，可以基于接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，首先确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵，然后基于时延抽头和多普勒抽头，对经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵，最后为了去除预编码矩阵对原始信息符号的影响，可以将发射符号矩阵与对信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵。
可选地，所述有效信道增益为时域发射信号的传播路径的有效信道增益，所述相位偏移矩阵为时域发射信号的传播路径对应的相位偏移矩阵，所述时延抽头为时域发射信号的传播路径的时延抽头，所述多普勒抽头为时域发射信号的传播路径的多普勒抽头。
具体地，为了不让符号解调算法影响系统的BER性能，本发明实施例中，考虑信道中只有单条路径的情况，使用时延-多普勒域的单抽头均衡算法进行符号解调。当无线信道中只有一条信号传播路径时，式（20）可以简化为：
Figure 720508DEST_PATH_IMAGE106
（22）
式中，
Figure 237946DEST_PATH_IMAGE107
和
Figure 558069DEST_PATH_IMAGE108
分别为该路径的有效信道增益、时延抽头和多普勒抽头，
Figure 519072DEST_PATH_IMAGE109
为该路径对应的相位偏移矩阵，其值只与路径的时延抽头和多普勒抽头有关。
由此，在信道状态信息已知的前提下，可以首先利用时延-多普勒域的单抽头均衡算法，得到经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵：
Figure 291856DEST_PATH_IMAGE110
（23）
式中，
Figure 848870DEST_PATH_IMAGE111
表示点除运算。
然后对矩阵
Figure 226762DEST_PATH_IMAGE112
分别沿时延维和多普勒维进行反向的
Figure 93087DEST_PATH_IMAGE113
和
Figure 353167DEST_PATH_IMAGE114
次循环移位， 得到发射符号矩阵
Figure 228719DEST_PATH_IMAGE115
。
最后，对于优化后的OTFS信号，为了去除预编码矩阵对原始信息符号的影响，可以 将上述解调出的发射符号矩阵点除最优预编码矩阵
Figure 518841DEST_PATH_IMAGE116
，得到原始信息符号矩阵
Figure 821647DEST_PATH_IMAGE048
：
Figure 506706DEST_PATH_IMAGE117
（24）
下面通过仿真实验来对本发明提供的OTFS信号处理方法的技术效果进行说明。
图5为本发明提供的OTFS信号处理流程示意图，如图5所示，其主要流程为：首先获取时延-多普勒域中的信息符号矩阵；然后对信息符号矩阵进行预编码处理并计算发射信号的PAPR；再基于PAPR的计算式对优化问题进行建模，设计优化目标与约束条件；接下来设计满足约束条件的初始预编码矩阵对信息符号矩阵进行初始预编码，来简化优化目标；随后利用BCD算法对问题进行循环迭代求解，得到最优预编码矩阵，以及优化后的发射信号，并计算发射信号经优化后的PAPR；随后，对接收信号进行OTFS解调和符号检测，求得BER；依次进行100次OTFS信号的PAPR优化，统计出发射信号PAPR对应的CCDF及平均BER。
由于通信数据的随机性，OTFS系统的时域发射信号包络会有起伏，为了便于分析OTFS信号的PAPR 性能，一般用统计学方法确定PAPR的互补累积分布函数（ComplementaryCumulative Distribution Function，CCDF），即：
Figure 920370DEST_PATH_IMAGE118
（25）
其中，
Figure 804012DEST_PATH_IMAGE119
为PAPR的门限值，
Figure 28451DEST_PATH_IMAGE120
表示PAPR大于
Figure 263123DEST_PATH_IMAGE119
的概率。
在仿真实验中，通过比较原始OTFS信号和经过优化后的OTFS信号的PAPR性能以及BER性能，来验证本发明提供的OTFS信号处理方法对PAPR抑制的有效性。信息符号采用QPSK调制，其他仿真参数如下所示：
Figure 214899DEST_PATH_IMAGE121
图6为本发明提供的原始OTFS发射信号与优化后的OTFS发射信号的PAPR性能对比图，如图6所示，当符号数目N = 32时，原始OTFS信号的PAPR最大值约等于11.2 dB，而经过优化后的PAPR最大值只有4.2 dB，说明本发明提供的OTFS信号处理方法能对原始OTFS信号的PAPR起到明显的抑制效果。
图7为本发明提供的不同多普勒扩展下原始OTFS发射信号与优化后的OTFS发射信号的BER性能对比图，如图7所示，首先，在不同的信道多普勒扩展下（即通信收发端最大相对速度不同时），OTFS系统的BER几乎相同，说明OTFS系统的BER与信道的多普勒扩展无关，在快时变信道中OTFS 调制的BER性能很好。其次，在低SNR（Signal Noise Ratio，信噪比）情况下，优化后的OTFS信号与原始OTFS信号的平均BER性能几乎相同。在高SNR情况下，为了与原始OTFS信号保持相同的BER性能，本发明提供的OTFS信号处理方法最大仅需要增加2dB的SNR。同时，接收端的SNR大于15 dB时，两者的BER都为0，这意味着本发明提供的OTFS信号处理方法不会对系统的BER性能有影响。
因此，综合来看，本发明提供的OTFS信号处理方法能够在几乎不影响系统BER性能的前提下，明显降低发射信号的PAPR。
下面对本发明提供的OTFS信号处理装置进行描述，下文描述的OTFS信号处理装置与上文描述的OTFS信号处理方法可相互对应参照。
图8为本发明提供的OTFS信号处理装置的结构示意图之一，该装置应用于信号发射机，如图8所示，该装置包括：
获取模块800，用于获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；
预编码模块810，用于基于信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对信息符号矩阵进行预编码处理；
OTFS调制模块820，用于将经预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；
其中，优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
可选地，所述以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，包括：以设定的最小平均功率和最大平均功率分别作为时域发射信号的平均功率的下界约束和上界约束，最大平均功率和最小平均功率之间的差值近似为0，并且预编码矩阵中的各元素的模值均为1。
可选地，所述预编码模块810，还用于：获取初始预编码矩阵；基于初始预编码矩阵，得到初始时域发射信号矩阵；基于初始时域发射信号矩阵，对时域发射信号的平均功率下界约束条件进行近似处理。
可选地，所述预编码模块810，还用于：在时延维度上对初始预编码矩阵进行分块；基于BCD算法，对初始预编码矩阵进行按块逐次优化，求解出完整的预编码矩阵，再进行多次循环迭代，直至循环次数大于预设最大循环次数，或确定相邻两次求解得到的预编码矩阵近似相等，则循环迭代求解结束，得到优化预编码矩阵。
图9为本发明提供的OTFS信号处理装置的结构示意图之二，该装置应用于信号接收机，如图9所示，该装置包括：
OTFS解调模块900，用于接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；
符号检测模块910，用于基于接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将发射符号矩阵与对信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；
其中，优化预编码矩阵是信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
可选地，所述有效信道增益为时域发射信号的传播路径的有效信道增益，所述相位偏移矩阵为时域发射信号的传播路径对应的相位偏移矩阵，所述时延抽头为时域发射信号的传播路径的时延抽头，所述多普勒抽头为时域发射信号的传播路径的多普勒抽头。
在此需要说明的是，本发明提供的上述装置，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
图10为本发明提供的信号发射机的结构示意图，如图10所示，该信号发射机可以包括：处理器（processor）1010、通信接口（Communications Interface）1020、存储器（memory）1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信接口1020，存储器1030通过通信总线1040完成相互间的通信。处理器1010可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的任一所述OTFS信号处理方法的步骤，例如：获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；基于信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对信息符号矩阵进行预编码处理；将经预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；其中，优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
图11为本发明提供的信号接收机的结构示意图，如图11所示，该信号接收机可以包括：处理器（processor）1110、通信接口（Communications Interface）1120、存储器（memory）1130和通信总线1140，其中，处理器1110，通信接口1120，存储器1130通过通信总线1140完成相互间的通信。处理器1110可以调用存储器1130中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的任一所述OTFS信号处理方法的步骤，例如：接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；基于接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将发射符号矩阵与对信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；其中，优化预编码矩阵是信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
此外，上述存储器1030和1130中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各实施例提供的任一所述OTFS信号处理方法的步骤，例如：获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；基于信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对信息符号矩阵进行预编码处理；将经预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；其中，优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各实施例提供的任一所述OTFS信号处理方法的步骤，例如：接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；基于接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将发射符号矩阵与对信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；其中，优化预编码矩阵是信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的任一所述OTFS信号处理方法的步骤，例如：获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；基于信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对信息符号矩阵进行预编码处理；将经预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；其中，优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的任一所述OTFS信号处理方法的步骤，例如：接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；基于接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将发射符号矩阵与对信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；其中，优化预编码矩阵是信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种OTFS信号处理方法，其特征在于，应用于信号发射机，包括：
获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；
基于所述信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对所述信息符号矩阵进行预编码处理；
将经所述预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；
其中，所述优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
2.根据权利要求1所述的OTFS信号处理方法，其特征在于，所述以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，包括：
以设定的最小平均功率和最大平均功率分别作为所述时域发射信号的平均功率的下界约束和上界约束，所述最大平均功率和所述最小平均功率之间的差值近似为0，并且预编码矩阵中的各元素的模值均为1。
3.根据权利要求2所述的OTFS信号处理方法，其特征在于，所述对预编码矩阵进行优化求解之前，所述方法还包括：
获取初始预编码矩阵；
基于所述初始预编码矩阵，得到初始时域发射信号矩阵；
基于所述初始时域发射信号矩阵，对时域发射信号的平均功率下界约束条件进行近似处理。
4.根据权利要求1至3任一项所述的OTFS信号处理方法，其特征在于，所述对预编码矩阵进行优化求解，包括：
在时延维度上对初始预编码矩阵进行分块；
基于BCD算法，对所述初始预编码矩阵进行按块逐次优化，求解出完整的预编码矩阵，再进行多次循环迭代，直至循环次数大于预设最大循环次数，或确定相邻两次求解得到的预编码矩阵近似相等，则循环迭代求解结束，得到所述优化预编码矩阵。
5.一种OTFS信号处理方法，其特征在于，应用于信号接收机，包括：
接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取所述时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；
基于所述接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对所述经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将所述发射符号矩阵与对所述信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；
其中，所述优化预编码矩阵是所述信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
6.根据权利要求5所述的OTFS信号处理方法，其特征在于，所述有效信道增益为所述时域发射信号的传播路径的有效信道增益，所述相位偏移矩阵为所述时域发射信号的传播路径对应的相位偏移矩阵，所述时延抽头为所述时域发射信号的传播路径的时延抽头，所述多普勒抽头为所述时域发射信号的传播路径的多普勒抽头。
7.一种OTFS信号处理装置，其特征在于，应用于信号发射机，包括：
获取模块，用于获取时延-多普勒域内的信息符号矩阵；
预编码模块，用于基于所述信息符号矩阵对应的优化预编码矩阵，对所述信息符号矩阵进行预编码处理；
OTFS调制模块，用于将经所述预编码处理后的信息符号矩阵转化为时域发射信号；
其中，所述优化预编码矩阵是以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
8.一种OTFS信号处理装置，其特征在于，应用于信号接收机，包括：
OTFS解调模块，用于接收到信号发射机发送的、对信息符号矩阵进行预编码处理后得到的时域发射信号后，获取所述时域发射信号对应时延-多普勒域内的接收符号矩阵；
符号检测模块，用于基于所述接收符号矩阵、有效信道增益和相位偏移矩阵，确定经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵；基于时延抽头和多普勒抽头，对所述经过信道作用后产生移位的发射符号矩阵分别沿时延维和多普勒维进行反向的循环移位，得到发射符号矩阵；将所述发射符号矩阵与对所述信息符号矩阵进行预编码处理所使用的优化预编码矩阵进行点除运算，得到原始信息符号矩阵；
其中，所述优化预编码矩阵是所述信号发射机以时域发射信号的PAPR最小化为优化目标，以时域发射信号的平均功率和预编码矩阵中的元素模值为约束条件，对预编码矩阵进行优化求解得到的。
9.一种信号发射机，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述OTFS信号处理方法的步骤。
10.一种信号接收机，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5至6任一项所述OTFS信号处理方法的步骤。
11.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述OTFS信号处理方法的步骤，或实现如权利要求5至6任一项所述OTFS信号处理方法的步骤。
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