CN113660068B - 一种otfs系统中多用户上行动态导频分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了OTFS系统的导频分配技术领域的一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法及系统，提高了有效数据的发送效率和频谱利用率。方法包括：接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重新安排OTFS帧内的符号排列，实现动态导频分配。

Description

一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法及系统

技术领域

本发明属于OTFS系统的导频分配技术领域，具体涉及一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法及系统。

背景技术

在传统的OTFS帧中，保护间隔的大小根据最大多普勒频移抽头数和时延抽头数而确定，且大小是固定不变的，这种方式能保证导频和数据符号是之间没有干扰，对于信道估计和信号检测的精确度是有利的，但同时也带来一个问题——保护间隔占用太多网格资源，导致一帧内传输的有效数据减少，于是就引入了一个信道估计准确度和资源有效性的权衡问题。同样地，这种基于脉冲导频的信道估计方案应用在多用户的场景中也会造成较大的导频开销，原因在于为了区分不同用户间的不同信道，通常需要使用正交导频，即每个用户必须发送一个脉冲，并且需要任意两个相邻脉冲之间有适当的保护间隔用以避免在时延-多普勒域进行二维周期卷积时引起多个导频之间的干扰，其中多普勒维度和时延维度的保护间隔长度分别由最大多普勒扩展和最大路径延迟决定。在用户数过多时就会导致导频的开销过大。在导频资源有限的情况下，多用户场景下导频的选取成了一个大问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法及系统，提高了有效数据的发送效率和频谱利用率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，包括：接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重排OTFS帧内符号排列，实现动态导频分配。

进一步地，所述OTFS帧内的符号排列为：

其中，x^u[k,l]表示第u个用户发送的OTFS帧内的符号排列，

表示第u个用户发送的OTFS帧内的导频，x^u[k,l]为0时表示保护间隔，

表示第u个用户发送的OTFS帧中的数据符号，

表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标，k_ν表示最大多普勒频移抽头数，l_τ表示最大时延抽头数，M表示时延域的格子数，N表示多普勒域的格子数，U表示用户数。

进一步地，所述OTFS帧内的符号排列的方法，包括：已知用户数为U，把DD平面平分成U块，每一个用户占一块区域，每一块在多普勒域的长度是N，在时延域的长度为M/U,则第u个用户所占的区域为：0≤k≤N-1,(u-1)M/U≤l≤uM/U-1；根据用户数来动态决定导频位置，当用户数确定为U时，第u个用户的导频在时延域的位置确定为

其中

在每个用户区域的一侧预留出保护间隔，保护间隔在多普勒域的长度是N，在时延域的长度是l_τ,即保护间隔为：

和0≤k≤N-1,

当导频和保护间隔的位置都确定后，每个用户区域的剩余位置即为数据符号的位置。

进一步地，所述基站接收导频的范围为：

进一步地，确定基站接收导频的范围的方法，包括：位于

的导频在多普勒域的偏移范围是：

位于

的导频在时延域的偏移范围是：

根据位于

的导频在多普勒域的偏移范围和在时延域的偏移范围，确定基站接收导频的范围是：

进一步地，整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，分别为：

其中，K表示每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数，L表示每个用户实际所达的最大时延抽头数，

表示第u个用户的导频经过第i条路径后在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频经过第i条路径后在时延域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标。

进一步地，在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数的方法，包括：第u个用户的位于

的导频经过信道后偏移到

则第i条路径的多普勒频移抽头数为

时延抽头数为

第u个用户所经历的所有路径中，最大多普勒频移抽头数为

时延抽头数为

整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数为

最大时延抽头数为

进一步地，所述根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重排OTFS帧内符号排列，实现动态导频分配，具体为：

其中，x^u[k,l]表示第u个用户发送的OTFS帧内的符号排列，

表示第u个用户发送的OTFS帧内的导频，x^u[k,l]为0时表示保护间隔，

表示第u个用户发送的OTFS帧中的数据符号，

表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标，K表示每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数，

表示第u个用户所经历的所有路径中的最大时延抽头数，M表示时延域的格子数，N表示多普勒域的格子数，U表示用户数。

进一步地，重排OTFS帧内符号排列的方法，包括：已知用户数为U，把DD平面平分成U块，每一个用户占一块区域，每一块在多普勒域的长度是N，在时延域的长度为M/U，则第u个用户所占的区域为：0≤k≤N-1,(u-1)M/U≤l≤uM/U-1；每个用户的导频位置不再是随机的，而是特定的，当用户数为U，第u个用户的导频在时延多普勒域的位置确定为

其中

在每个用户区域的一侧预留出保护间隔，保护间隔在多普勒域的长度是N，在时延域的长度是

即保护间隔为：

和0≤k≤N-1,

当导频和保护间隔的位置都确定后，每个用户区域的剩余位置即为数据符号的位置。

第二方面，提供一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配系统，其特征是，包括：第一模块，用于接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；第二模块，用于根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；第三模块，用于在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；第四模块，用于根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重排OTFS帧内符号排列，实现动态导频分配。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明通过合理地安排导频、保护间隔和数据符号的排列，从而可以传输更多的数据符号，提高了有效数据的发送效率和频谱利用率；

(2)本发明基于“动态保护间隔”的原则，在多用户场景下，优化每个用户的上行发送符号排列方式，保证了用户间的资源利用的公平性，系统化了多用户发送符号的排列方式，摆脱了随机排列带来的弊端。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法的流程图；

图2为多用户上行发送符号导频排列方式和基站接收符号排列方式的对比图；

图3为多用户上行发送符号动态导频排列方式和基站接收符号动态排列方式的对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，包括：接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重排OTFS帧内符号排列，实现动态导频分配。

步骤一：接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；

在多用户场景下，当用户数确定为U时，在每个用户发送的OTFS帧内安排三种符号，分别是：导频、保护间隔和数据符号；如图2所示，图中，(a)表示用户1发送的符号排列，(b)表示用户2发送的符号排列，(c)表示用户3发送的符号排列，(d)表示基站接收的符号排列；OTFS帧内的符号排列的方法，包括：

a1、已知用户数为U，为了公平性，把DD平面平分成U块，每一个用户占一块区域，每一块在多普勒域的长度是N，在时延域的长度为M/U，则第u个用户所占的区域为：0≤k≤N-1,(u-1)M/U≤l≤uM/U-1；每个用户占有的资源块在图中用不同的字母标记；

b1、每个用户的导频位置不再是随机的，而是特定的，根据用户数来动态决定导频位置，当用户数确定为U时，第u个用户的导频在时延域的位置确定为

其中

导频在图中用五角星表示；

c1、在每个用户区域的一侧(本实施例在用户区域的右侧)预留出保护间隔，保护间隔在多普勒域的长度是N，在时延域的长度是l_τ,即保护间隔为：

和0≤k≤N-1,

图中的圆圈即是保护间隔；

d1、当导频和保护间隔的位置都确定后，每个用户区域的剩余位置即为数据符号的位置，图中的x、x2、x3分别表示用户1、用户2、用户3的数据符号；

OTFS帧内的符号排列为：

其中，x^u[k,l]表示第u个用户发送的OTFS帧内的符号排列，

表示第u个用户发送的OTFS帧内的导频，x^u[k,l]为0时表示保护间隔，

表示第u个用户发送的OTFS帧中的数据符号，

表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标，k_ν表示最大多普勒频移抽头数，l_τ表示最大时延抽头数，M表示时延域的格子数，N表示多普勒域的格子数，U表示用户数。

步骤二：根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；

在基站处，根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，结合多普勒频移和时延的特性，合理地划分基站接收导频的范围；

确定基站接收导频的范围的方法，包括：

a2、由于速度方向有正有负，所以导频的多普勒频移方向也有正有负，位于

的导频在多普勒域的偏移范围是：

b2、由于时延只能是正值，所以位于

的导频在时延域的偏移范围是：

c2、根据位于

的导频在多普勒域的偏移范围和在时延域的偏移范围，确定基站接收导频的范围是：

步骤三：在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；

在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数的方法，包括：

a3、第u个用户的位于

的导频经过信道后偏移到

则第i条路径的多普勒频移抽头数为

时延抽头数为

b3、第u个用户所经历的所有路径中，最大多普勒频移抽头数为

时延抽头数为

c3、整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数为

最大时延抽头数为

在基站接收导频的范围内，计算整个多用户系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数分别为：

其中，K表示每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数，L表示每个用户实际所达的最大时延抽头数，

表示第u个用户的导频经过第i条路径后在多普勒域的坐标，

表示表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频经过第i条路径后在时延域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标。

步骤四：根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重排OTFS帧内符号排列，实现动态导频分配，具体为：

其中，x^u[k,l]表示第u个用户发送的OTFS帧内的符号排列，

表示第u个用户发送的OTFS帧内的导频，x^u[k,l]为0时表示保护间隔，

表示第u个用户发送的OTFS帧中的数据符号，

表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标，k_ν表示最大多普勒频移抽头数，l_τ表示最大时延抽头数，M表示时延域的格子数，N表示多普勒域的格子数，U表示用户数，K表示每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数；

如图3所示，图中，(a)表示用户1发送的符号排列，(b)表示用户2发送的符号排列，(c)表示用户3发送的符号排列，(d)表示基站接收的符号排列；重新安排OTFS帧内的符号排列的方法，包括：

a4、已知用户数为U，为了公平性，把DD平面平分成U块，每一个用户占一块区域，每一块在多普勒域的长度是N，在时延域的长度为M/U，则第u个用户所占的区域为：0≤k≤N-1,(u-1)M/U≤l≤uM/U-1；每个用户占有的资源块在图中用不同的字母标记；

b4、每个用户的导频位置不再是随机的，而是特定的，根据用户数来动态决定导频位置，当用户数确定为U时，第u个用户的导频在时延域的位置确定为

其中

导频在图中用五角星表示；

c4、在每个用户区域的一侧(本实施例在用户区域的右侧)预留出保护间隔，保护间隔在多普勒域的长度是N，在时延域的长度是

即保护间隔为：

和0≤k≤N-1,

图中的圆圈即是保护间隔；

d4、当导频和保护间隔的位置都确定后，每个用户区域的剩余位置即为数据符号的位置，图中的x、x2、x3分别表示用户1、用户2、用户3的数据符号。

本实施例通过合理地安排导频、保护间隔和数据符号的排列，从而可以传输更多的数据符号，提高了有效数据的发送效率和频谱利用率；基于“动态保护间隔”的原则，在多用户场景下，优化每个用户的上行发送符号排列方式，保证了用户间的资源利用的公平性，系统化了多用户发送符号的排列方式，摆脱了随机排列带来的弊端。

实施例二：

基于实施例一所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，本实施例提供一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配系统，包括：第一模块，用于接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；第二模块，用于根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；第三模块，用于在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；第四模块，用于根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重新安排OTFS帧内的符号排列，实现动态导频分配。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，包括：

接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；

根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；

在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；

根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重排OTFS帧内符号排列，实现动态导频分配，具体为：

其中，x^u[k,l]表示第u个用户发送的OTFS帧内的符号排列，

表示第u个用户发送的OTFS帧内的导频，x^u[k,l]为0时表示保护间隔，

表示第u个用户发送的OTFS帧中的数据符号，

表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标，K表示每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数，

表示第u个用户所经历的所有路径中的最大时延抽头数，M表示时延域的格子数，N表示多普勒域的格子数，U表示用户数。

2.根据权利要求1所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，所述OTFS帧内的符号排列为：

其中，k_ν表示最大多普勒频移抽头数，l_τ表示最大时延抽头数。

3.根据权利要求1所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，所述OTFS帧内的符号排列的方法，包括：

已知用户数为U，把DD平面平分成U块，每一个用户占一块区域，每一块在多普勒域的长度是N，在时延域的长度为M/U，则第u个用户所占的区域为：0≤k≤N-1,(u-1)M/U≤l≤uM/U-1；

根据用户数来动态决定导频位置，当用户数确定为U时，第u个用户的导频在时延域的位置确定为

其中

在每个用户区域的一侧预留出保护间隔，保护间隔在多普勒域的长度是N，在时延域的长度是l_τ,即保护间隔为：

和0≤k≤N-1,

当导频和保护间隔的位置都确定后，每个用户区域的剩余位置即为数据符号的位置。

4.根据权利要求1所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，所述基站接收导频的范围为：

5.根据权利要求1所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，确定基站接收导频的范围的方法，包括：

位于

的导频在多普勒域的偏移范围是：

位于

的导频在时延域的偏移范围是：

根据位于

的导频在多普勒域的偏移范围和在时延域的偏移范围，确定基站接收导频的范围是：

6.根据权利要求1所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，分别为：

其中，L表示每个用户实际所达的最大时延抽头数，

表示第u个用户的导频经过第i条路径后在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频经过第i条路径后在时延域的坐标。

7.根据权利要求1所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数的方法，包括：

第u个用户的位于

的导频经过信道后偏移到

则第i条路径的多普勒频移抽头数为

时延抽头数为

第u个用户所经历的所有路径中，最大多普勒频移抽头数为

时延抽头数为

整个OTFS系统实际所达的最大多普勒偏移抽头数为

最大时延抽头数为

8.根据权利要求1所述的OTFS系统中多用户上行动态导频分配方法，其特征是，重排OTFS帧内符号排列的方法，包括：

已知用户数为U，把DD平面平分成U块，每一个用户占一块区域，每一块在多普勒域的长度是N，在时延域的长度为M/U，则第u个用户所占的区域为：0≤k≤N-1,(u-1)M/U≤l≤uM/U-1；

每个用户的导频位置不再是随机的，而是特定的，当用户数为U，第u个用户的导频在时延多普勒域的位置确定为

其中

在每个用户区域的一侧预留出保护间隔，保护间隔在多普勒域的长度是N，在时延域的长度是

即保护间隔为：

和0≤k≤N-1,

当导频和保护间隔的位置都确定后，每个用户区域的剩余位置即为数据符号的位置。

9.一种OTFS系统中多用户上行动态导频分配系统，其特征是，包括：

第一模块，用于接收每个用户发送的OTFS帧，所述OTFS帧内包括三种符号，分别为导频、保护间隔和数据符号；

第二模块，用于根据每个用户发送的OTFS帧内的符号排列，确定基站接收导频的范围；

第三模块，用于在基站接收导频的范围内，确定整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数；

第四模块，用于根据整个OTFS系统及每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数和最大时延抽头数，重排OTFS帧内符号排列，实现动态导频分配，具体为：

其中，x^u[k,l]表示第u个用户发送的OTFS帧内的符号排列，

表示第u个用户发送的OTFS帧内的导频，x^u[k,l]为0时表示保护间隔，

表示第u个用户发送的OTFS帧中的数据符号，

表示第u个用户的导频在多普勒域的坐标，

表示第u个用户的导频在时延域的坐标，K表示每个用户实际所达的最大多普勒偏移抽头数，

表示第u个用户所经历的所有路径中的最大时延抽头数，M表示时延域的格子数，N表示多普勒域的格子数，U表示用户数。

Images