CN117527488A - 一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法 - Google Patents

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CN117527488A CN202311514805.3A CN202311514805A CN117527488A CN 117527488 A CN117527488 A CN 117527488A CN 202311514805 A CN202311514805 A CN 202311514805A CN 117527488 A CN117527488 A CN 117527488A
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Abstract

本发明提出了一种用于无线通信系统的时延‑多普勒域信道估计方法，所述方法包括以下步骤：S1、获取接收信号，所述接收信号对应的发送信号是采用OTFS调制得到的；S2、将所述接收信号从时域转换为时延多普勒域，得到经转换的信号；S3、从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分和含有导频信号的第二信号成分，确定第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数；S4、根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，动态确定判决门限阈值；S5、根据所述判决门限阈值，从所述经转换的信号中确定导频信号的位置，根据所述导频信号的位置进行信道估计，得到信道估计结果。

Description

一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统领域，具体来说，涉及无线通信系统中的信道估计领域，更具体地说，涉及一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法。
背景技术
科技的发展推动无线通信业务及其场景大大扩展，其中卫星通信、高铁通信、无人机通信等面向高移动性场景的可靠通信具有越来越高的意义和价值。一方面，相关业务在人们的生活和社会发展中具有越来越多的应用，其可靠运行和服务品质依赖于高可靠的无线通信；另一方面，现有的正交频分复用调制(Orthogonal Frequency DivisionMultiplex，OFDM)在高移动性场景下无法可靠运行，其根本原因在于移动性引发了信号的多普勒频移，从而破坏了OFDM符号子载波间的正交性，造成了载波间干扰。
为了改善OFDM在移动性场景下表现不佳的问题，对OFDM符号进行预补偿或接收端干扰消除等方法被提出，并得到了广泛应用。但随着高速铁路、无人机等应用的移动速度进一步提升，这些方法的通信传输性能难以支撑其可靠通信，限制了相关业务的拓展应用。
为了解决在移动性场景下OFDM的通信传输性能难以支撑可靠通信的问题，正交时频空间调制(Orthogonal Time Frequency Space，OTFS)技术应运而生，其OTFS技术与OFDM的时间-频率(time-frequency，TF)域通信(或称频域通信)技术有着本质区别，OTFS技术是时延-多普勒(Delay-Doppler，DD)域通信的一种通信方式，通过将符号调制在DD域，利用DD域等效信道的稀疏性、紧致性等良好性质，可有效区分信道内不同信号传输路径的时延系数和多普勒系数，并借助相关的高效信道估计、信号检测算法，实现了在移动性场景下优于OFDM的通信传输性能。
对于DD域上的信道估计，具体的信道估计算法需要根据DD域等效信道的输入-输出关系的特点开展设计。基于矩形脉冲(rectangular pulse)和减少循环前缀(reducedCyclic Prefix,CP)的OTFS调制信号在DD域进行信道估计时，其在DD域上信号的输入输出关系表现为DD域上的符号在时延维度和多普勒维度沿着信号传输路径的时延系数和多普勒系数进行移位并加权求和。因此，DD域信道估计的思想基础是通过对比收发导频信号的相对位置、幅值和相位，估计得到相应信号传输路径的系数。但由于数据信号与导频信号进行叠加时，二者间可能会产生相互干扰，造成其信道估计结果不够准确。
为了提高信道估计性能，有相关改进的帧结构和干扰消除等方法被提出，在DD域通信的信道估计方法中最经典的信道估计方法包括：基于保护带的信道估计方法和基于叠加导频的信道估计方法。
在基于保护带的信道估计方法中，数据帧内的数据信号与导频信号之间设置了足够宽的保护带，以保证信号经多径信道传输后，数据帧内的数据信号与导频信号间不会产生相互干扰。因此，在接收端接收到的导频信号的最大移位区域内，接收机通过幅值门限判决的方式，以为判决门限对白噪声信号与含白噪声的导频信号进行区分，从而根据导频信号的收发关系得到信道估计结果，σn表示白噪声的标准差。虽然这类方法复杂度低，性能较高，但是其设置的判决门限不是最优的判决门限，以至于其信道估计结果不能够准确的表达出信道的实际情况，并且存在开销大、资源利用率低的问题，不适合在实际系统中推广。
与基于保护带的信道估计方法不同的是，在基于叠加导频的信道估计方法中，数据帧内不设置保护带，而是将导频信号叠加在数据帧内任一位置的数据信号上，即DD域通信资源完全映射待发送数据信号，在接收端接收到的导频信号的最大移位区域内，首先完成初步信道估计，即通过幅值门限判决的方式将含白噪声的数据信号与含白噪声的数据导频信号进行区分，其判决门限设置为其中Ps为数据信号功率，从而根据导频信号的收发关系得到初步信道估计结果；然后接收机结合初步信道估计结果对信号完成信号检测，并从原接收信号中除去数据信号的成分，即除去数据信号对导频信号的干扰，进而可以从干扰消除后的信号中估计出更加准确的信道估计结果。迭代上述信号检测、干扰消除以及信道估计的过程，即可得到相对于基于保护带的信道估计方法中更优的信道估计结果。但是，现有方法对判别门限的最优先性缺少深入研究，简单地采用了σn原则确定判决门限的取值，仅仅考虑单个成分的分布，取值方式不合理，导致其判决门限并非最优判决门限，以至于在实际的应用场景中，其信道估计结果也不能够准确的表达出信道的实际情况。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的第一方面，提供了一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法，所述方法包括以下步骤：S1、获取接收信号，所述接收信号对应的发送信号是采用OTFS调制得到的；S2、将所述接收信号从时域转换为时延多普勒域，得到经转换的信号；S3、从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分和含有导频信号的第二信号成分，确定第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数；S4、根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，动态确定判决门限阈值；S5、根据所述判决门限阈值，从所述经转换的信号中确定导频信号的位置，根据所述导频信号的位置进行信道估计，得到信道估计结果。
在本发明的一些实施例中，在所述步骤S4中，包括：根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，确定各自对应的方差，以得到对应的标准差；根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数各自的标准差，动态确定判决门限阈值。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数各自的标准差，动态确定的判决门限阈值表示如下：
其中，σ1表示所述第一信号成分的第一幅值概率累积函数的标准差，σ2表示所述第二信号成分的第二幅值概率累积函数的标准差。
在本发明的一些实施例中，当所述发送信号为导频信号和数据信号之间设置有预设宽度保护带的信号时，所述第一信号成分为白噪声信号，所述白噪声信号是处于保护带内的信号；所述第二信号成分为含白噪声的导频信号。
在本发明的一些实施例中，当所述发送信号为将导频信号与数据信号按任一位置进行线性叠加得到的信号时，所述第一信号成分为含白噪声的数据信号；所述第二信号成分为含白噪声的数据导频信号。
在本发明的一些实施例中，在所述步骤S5中，包括：根据所述无线通信系统的通信协议，获取所述接收信号中导频信号的发送位置、发送幅值、发送相位以及信道的最大系数；其中，所述信道的最大系数包括最大时延系数和最大多普勒系数；；基于导频信号的发送位置以及信道的最大系数，确定导频信号可移动的区域；根据可移动的区域，计算所述区域内各个位置上经转换的信号的接收幅值，并将计算得到的接收幅值与动态确定的判决门限阈值进行对比；若该位置上经转换的信号的接收幅值大于或等于确定的判决门限阈值，则该位置上的经转换的信号中含有导频信号，并确定该位置为导频信号的接收位置以及该位置上对应的相位为导频信号的接收相位；根据导频信号的发送位置、发送幅值、发送相位、接收位置、接收幅值以及接收相位，估计信道系数，得到信道估计结果。
根据本发明的第二方面，提供一种基于信道估计进行信号处理的方法，所述方法包括：基于本发明的第一方面所述的信道估计方法对接收信号对应的发送信号的传输信道进行信道估计，得到信道估计结果；根据信道估计结果对所述接收信号进行处理，以提取信息比特。
根据本发明的第三方面，提供一种无线通信系统，所述无线通信系统包括发射端和接收端，其中：所述发射端被配置为获取导频信号和信息比特，将获取的信息比特进行编码调制得到对应的数据信号，按照时延多普勒域信号的配置格式将导频信号和数据信号映射至信号帧的特定位置，将映射后的信号从时延多普勒域转换到时域，并将转换后的信号以无线信号的形式发送；所述接收端被配置为接收信号，并根据本发明的第一方面所述的信道估计方法根据所述接收信号进行信道估计，得到信道估计结果，并根据所述信道估计结果对所述接收信号进行处理，以提取信息比特。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提出的一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法，能够根据接收信号中各个成分的分布差异，对各个成分的幅值分布进行了分析，结合参数的差异性，采用差值最大原则，动态确定了判决门限阈值，使得其信道估计结果更加准确，提升了信道估计性能，对实际系统具有很强的指导价值。不仅解决了现有技术中判决门限的设置只考虑了单个成分的分布，没有充分考虑被区分的接收信号中多个成分的幅值分布差异，以至于在实际系统中并不能实现最优的信道估计性能的问题，还解决了在信号功率发生改变时，判决门限不能随之调整，以至于信道估计的准确性较低的问题。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1为根据本发明实施例的时延多普勒域的信道场景示意图；
图2为根据本发明实施例的一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法的流程示意图；
图3为根据本发明实施例的DD域等效信道的输入输出关系示意图；
图4为根据本发明实施例的实验结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如背景技术中所述，现有的在DD域上的信道估计方法中，其判决门限的设置都是只考虑了单个成分的幅值概率分布，没有充分考虑被区分的接收信号中多个成分的幅值分布差异，以至于在实际系统中并不能实现最优的信道估计性能，并且在信号功率发生改变时，判决门限不能随之调整，以至于信道估计的准确性较低。
经过研究发现，不同接收信号中所含成分不同，可以对接收信号中各个成分的幅值分布进行分析，根据接收信号中各个成分的幅值分布动态确定判决门限值，以此来解决上述问题。因此，本发明提出了一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法，概括来说，所述方法包括：获取接收信号，将所述接收信号从时域转换为时延多普勒域，以便从经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分和含有导频信号的第二信号成分，确定第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数，根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，动态确定判决门限阈值；不仅能够对接收信号中的不同成分进行充分分析，还能够根据实际的信号功率发生变化动态调整其判决门限阈值，以使得根据各个成分的幅值概率累积函数确定的判决门限阈值更符合实际应用场景。根据所述判决门限阈值，从所述经转换的信号中确定导频信号的位置，根据所述导频信号的位置进行信道估计，得到信道估计结果，能够根据动态确定的判决门限阈值有效分区分接收信号中含导频信号的成分，提高了导频信号判别的准确性，进而实现了更好的信道估计性能。
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在对技术方案进行详细描述前，先对时延多普勒域的信道场景进行介绍，如图1所示，整个信道场景包括发送方(如图中所示的公共汽车)、反射方(如图中所示的楼房、小轿车、树木)和接收方(如图中所示的基站)，在发送方和接收方之间包括多条信道，且每个信道都有对应的衰落系数、时延系数和多普勒系数(如图中对应的hi、τi、vi，i表示第i条信道，i∈[0,P-1]，P表示信道总数)，当发送方与接收方之间没有反射方时，其时延系数为0。在时延多普勒域中，其发送方发送的信号的发送位置以及接收方接收的信号的接收位置可用时延系数和多普勒系数进行表示，并且在时延多普勒域中，由于通信双方的相对移动方向可能是相对靠近或相对原理，因此，其多普勒系数可能取正数值或负数值，其时延系数一定大于零。
如图2所示，本发明提出了一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法，所述方法包括以下步骤：
S1、获取接收信号，所述接收信号对应的发送信号是采用OTFS调制得到的；
S2、将所述接收信号从时域转换为时延多普勒域，得到经转换的信号；
S3、从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分和含有导频信号的第二信号成分，确定第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数；
S4、根据所述第一幅值分布累积函数和所述第二幅值概率累积函数，动态确定判决门限阈值；
S5、根据所述判决门限阈值，从所述经转换的信号中确定导频信号的位置，根据所述导频信号的位置进行信道估计，得到信道估计结果。
在步骤S1中：获取接收信号，所述接收信号对应的发送信号是采用OTFS调制得到的。
根据本发明的一个实施例，OTFS调制技术有多种具体的类型，对应的，发送信号也可以是不同的类型。示意性的，基于现有的两种数据帧结构，发送信号可以是导频信号和数据信号之间设置有预设宽度保护带的信号，也可以是导频信号和数据信号之间设置有预设宽度保护带的信号。发送信号的类型可以根据无线通信系统的设置具体确定，后续实施例中均以这两种发送信号为例进行展开说明。
在步骤S2中：将所述接收信号从时域转换为时延多普勒域，得到经转换的信号。
根据本发明的一个实施例，在无线通信系统中，其信道传输的信号是处于时域中的信号，因此所述接收信号对应的发送信号在发送端从时延多普勒域转换到了时域上，在接收端接收到信号后，需将信号从时域转换到时延多普勒域，以得到在时延多普勒域上的信号。
根据本发明的一个示例，通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)将信号从时域转换到时频域，再通过稀疏傅里叶变换(Sparse Fast Fourier Transform，SFFT)将信号从时频域转换到时延多普勒域。
在步骤S3中：主要为了从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分和含有导频信号的第二信号成分，确定第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数，以便后续动态确定判决门限阈值。
根据本发明的一个实施例，从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分和含有导频信号的第二信号成分，分析第一信号成分和第二信号成分的实部和虚部的幅值分布，以确定第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数。
根据本发明的一个示例，在数字频带传输(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调制中，一个数据帧共含有NM个数据信号，每个数据信号均取自星座点每个数据信号的功率表示为Pd，则其中dR和dI分别表示数据信号的实部和虚部。同理，导频信号表示为PR+jPI，导频信号的功率为PPilot，则 其中PR和PI分别表示导频信号的实部和虚部。白噪声表示为nR+jnI，白噪声功率表示为Pn，则nR,nI服从均值为0，方差为的高斯分布，即有在多径信道场景中，其衰落系数功率服从瑞利分布，信道中共含有P条路径，第i条信道的衰落系数表示为衰落系数的功率表示为则服从均值为0，方差为的高斯分布，即
对于某个信号的实部与虚部均服从均值为0，方差相同的高斯分布，对应的模服从瑞利分布，例如：z＝x+jy，μx＝μy＝0,其实部和虚部均服从均值为0，方差为σ2的高斯分布，即则可知z的模|z|的幅值概率累积函数为：
其中，t表示存在一个值，使得z的模|z|小于t。
基于此，在本发明中，分析第一信号成分和第二信号成分的实部和虚部的幅值分布，可得各个成分服从的高斯分布，将其方差代入上述幅值概率累积函数中即可得到各个成分的幅值概率累积函数。
示意性地，当发送信号是导频信号和数据信号之间设置有预设宽度保护带的信号时，从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分为白噪声信号，含有导频信号的第二信号成分为含白噪声的导频信号。对其第一信号成分和第二信号成分的幅值分布进行分析，其中：
如果第一信号成分为白噪声信号，从时域白噪声经线性变换为时延多普勒域白噪声后，其经转换的信号中白噪声的实部和虚部与时域中的白噪声同分布，即服从均值为0，方差为的高斯分布，有由于白噪声信号的实部和虚部均服从均值为0，方差为的高斯分布，则其对应的幅值概率累积函数为：
其中，Pn表示白噪声功率，t表示幅值。
如果第二信号成分为含白噪声的导频信号，根据白噪声的实部和虚部的分布以及导频信号的实部与虚部的分布，其信号可表示为：
其中，i表示第i条信道。
根据信号的表示形式，可以得到含白噪声的导频信号的实部与虚部所服从的分布，其实部服从的分布表示为： 其虚部服从的分布表示为： 由于含白噪声的导频信号的实部和虚部均服从均值为0，方差为的高斯分布，则其对应的幅值概率累积函数为：
其中，PPilot表示导频信号的功率，表示第i条信道的衰落系数功率，Pn表示白噪声功率。
示意性地，当发送信号为将导频信号与数据信号按任一位置进行线性叠加得到的信号时，从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分为含白噪声的数据信号，含导频信号的第二信号成分为含白噪声的数据导频信号。对其第一信号成分和第二信号成分的幅值分布进行分析，其中：
如果第一信号成分为含白噪声的数据信号，根据白噪声的实部和虚部的分布以及数据信号的实部与虚部的分布，其信号可表示为：
根据信号的表示形式，可以得到含白噪声的数据信号的实部与虚部所服从的分布，其实部服从的分布表示为： 其虚部服从的分布表示为： 由于含白噪声的导频信号的实部和虚部均服从均值为0，方差为的高斯分布，则其对应的幅值概率累积函数为：
其中，Pd表示数据信号的功率，表示第i条信道的衰落系数功率，Pn表示白噪声功率。
如果第二信号成分为含白噪声的数据导频信号，根据白噪声的实部和虚部的分布、数据信号的实部与虚部的分布以及导频信号的实部与虚部的分布，其信号可表示为：
根据信号的表示形式，可以得到含白噪声的数据导频信号的实部与虚部所服从的分布，其实部服从的分布表示为： 其实部服从的分布表示为：由于含白噪声的数据导频信号的实部和虚部均服从均值为0，方差为的高斯分布，则其对应的幅值概率累积函数为：
其中，Pd表示数据信号的功率，表示第i条信道的衰落系数功率，PPilot表示导频信号的功率，表示第i′条信道的衰落系数功率，Pn表示白噪声功率。
在步骤S4中：根据步骤S3中确定的所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，动态确定判决门限阈值。
根据本发明的一个实施例，根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，确定各自对应的方差，以得到对应的标准差；根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数各自的标准差，动态确定判决门限阈值。更具体地，在经转化的信号的第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数中，存在一个值，使得在该值下此信号中第一信号成分与第二信号成分的功率差值最大，也即，该值作为判决门限阈值时，能够更好的区分出信号中的两种信号成分。示意性地，对于任意两个参数不同的瑞利分布的幅值概率累积函数，其判决门限阈值可表示为：
其中，F1(t)表示第一信号成分的第一幅值概率累积函数，F2(t)表示第二信号成分的第二幅值概率累积函数，t表示信号可能的幅值。
示意性地，其第一信号成分的第一幅值概率累积函数可表示为：其第二信号成分的第二幅值概率累积函数可表示为：其中，t>0,σ1<σ2，σ1表示所述第一信号成分的第一幅值概率累积函数的标准差，σ2表示所述第二信号成分的第二幅值概率累积函数的标准差。
为了得到最终的判决门限阈值，首先计算两个信号成分的幅值概率累积函数的差值，即：
再对计算的差值求导，得到：
当导数等于零时，计算得到的值即为此时的判决门限阈值，即：
计算得到最终的判决门限阈值为：
其中，σ1表示所述第一信号成分的第一幅值概率累积函数的标准差，σ2表示所述第二信号成分的第二幅值概率累积函数的标准差。
示意性地，当发送信号是导频信号和数据信号之间设置有预设宽度保护带的信号时，根据其白噪声信号的幅值概率累积函数可以得到其方差为则其标准差为根据含白噪声的导频信号的幅值概率累积函数可以得到其方差为则其标准差为将两种信号成分的标准差带入上述得到的判决门限阈值中，可以得到此信号下的判决门限阈值：
示意性地，当发送信号为将导频信号与数据信号按任一位置进行线性叠加得到的信号时，根据其含白噪声的数据信号的幅值概率累积函数可以得到其方差为则其标准差为根据其含白噪声的数据导频信号的幅值概率累积函数可以得到其方差为 则其标准差为将两种信号成分的标准差带入上述得到的判决门限阈值中，可以得到此信号下的判决门限阈值：
基于上述动态确定判决门限阈值的方式，不仅解决了现有技术中判决门限的设置都是只考虑了单个成分的分布，没有充分考虑被区分的接收信号中多个成分的幅值分布差异，以至于在实际系统中并不能实现最优的信道估计性能的问题，还解决了在信号功率发生改变时，判决门限不能随之调整，以至于信道估计的准确性较低的问题。
在步骤S5中：根据所述判决门限阈值，从所述经转换的信号中确定导频信号的位置，根据所述导频信号的位置进行信道估计，得到信道估计结果。
根据本发明的一个实施例，根据所述无线通信系统的通信协议，获取所述接收信号中导频信号的发送位置、发送幅值、发送相位以及信道的最大系数；其中，所述信道的最大系数包括最大时延系数和最大多普勒系数；基于导频信号的发送位置以及信道的最大系数，确定导频信号可移动的区域；根据可移动的区域，计算所述区域内各个位置上经转换的信号的接收幅值，并将计算得到的接收幅值与动态确定的判决门限阈值进行对比；若该位置上经转换的信号的接收幅值大于或等于确定的判决门限阈值，则该位置上的经转换的信号中含有导频信号，并确定该位置为导频信号的接收位置以及该位置上对应的相位为导频信号的接收相位；根据导频信号的发送位置、发送幅值、发送相位、接收位置、接收幅值以及接收相位，估计信道系数，得到信道估计结果。
根据本发明的一个示例，在一个无线通信系统中，根据其通信协议，可获得导频信号的发送位置、发送幅值、发送相位以及信道的最大时延系数和最大多普勒系数，在接收到信号后，可以根据导频信号的发送位置以及信道的最大时延系数和最大多普勒系数，确定导频信号可移动的区域，例如：假设导频信号的发送位置为[ki,li]，信道的最大多普系数为kmax，最大时延系数为lmax，则导频信号可移动的区域为[ki-kmax≤k≤ki+kmax,li≤l≤li+lmax]。根据可移动的区域，计算所述区域内各个位置上经转换的信号的接收幅值，并将计算得到的接收幅值与动态确定的判决门限阈值进行对比；若该位置上经转换的信号的接收幅值大于确定的判决门限阈值，则该位置上的经转换的信号中含有导频信号，并确定该位置为导频信号的接收位置以及该位置上对应的相位为导频信号的接收相位，例如：在可移动的区域内，存在一个位置为[ki′,li′]，其计算得到该位置上信号的接收幅值为|y[ki′,l′]|，若则可确定该位置上的经转换的信号中含有导频信号，并将该位置作为导频信号的接收位置。根据导频信号的发送位置、发送幅值、发送相位、接收位置、接收幅值以及接收相位，得到信道估计结果，例如：导频信号的发送位置为[ki,li]，接收位置为[ki′,li′]，发送值(含发送幅值和发送相位)为x[ki,li]，接收值(含接收幅值和接收相位)为y[ki′,li′]，首先根据发送位置和接收位置可以对信道的时延系数和多普勒系数进行估计，得到时延系数为l＝(li′-li)M，多普勒系数为k＝(ki′-ki)N；再基于发送值和接收值根据DD域等效信道输入输出关系对信道的衰落系数进行估计，得到衰落系数为得到的信道的时延系数、多普勒系数以及衰落系数即为信道估计结果。
根据本发明的一个实施例，DD域等效信道的输入输出如图3所示，其中s(t)表示输入信号，τ1、τ2、…、τP-1表示时延，表示信道，其每个信道旁的标注表示的是该信道的系数向量，表示累加，也即将输入信号经过各个信道的结果进行累加，得到输出信号 其中P表示信道的总数量，hp表示对应信道的衰落系数，vp表示对应信道的多普勒，t表示时间变量。
示意性地，在本发明中，其DD域等效信道输入输出关系可以表示为：
其中，n[ki′,li′]表示信号在第i条信道中位置为[ki′,li′]时白噪声值，hw[ki′-ki,li′-li]表示信道系数向量，N表示多普勒系数的数量，M表示时延系数的数量。
示意性地，其信道系数向量可表示为：
其中，P表示信道总数，hp表示第p条信道的衰落系数，kp表示第p条信道的多普勒系数，lp表示第p条信道的时延系数，Δf表示DD域中通信资源的子载波间隔，n表示子载波间隔索引，T表示DD域中发送信号的持续时间，m表示持续时间索引,且子载波间隔与持续时间之间满足Δf*T＝1。
示意性地，第p条信道的时延系数与子载波间隔之间满足：
lp＝τpMΔf；
其中，τp表示第p条信道的时延。
示意性地，第p条信道的多普勒系数与持续时间之间满足：
kp＝vpNT；
其中，vp表示第p条信道的多普勒。
在本发明的第二方面，还提出了一种基于信道估计进行信号处理的方法，所述方法包括：基于上述提出的一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法对接收信号对应的发送信号的传输信道进行信道估计，得到信道估计结果；根据信道估计结果对所述接收信号进行处理，以提取信息比特。
更具体地，根据本发明的一个实施例，基于上述信道估计方法得到的信道结果，通过信道均衡算法(例如MMSE信道均衡算法)对接收信号做均衡，例如：假设估计路径的数量为对应每条路径的衰落系数参数为时延系数为多普勒系数为接收信号表示为yt，长度为MN，首先利用其信道估计的各个参数重构时域信道矩阵，其时域信道矩阵表示如下：
其中,Π表示单位循环矩阵，可表示为Δ表示为多普勒相移向量，可表示为Δ＝diag[z0,z1,…,zMN-1]，
根据时域信道矩阵构造MMSE均衡矩阵，构造的MMSE均衡矩阵表示如下：
其中，Ps表示和σ2表示信号功率和白噪声功率，I表示单位矩阵。
则可根据构造的均衡矩阵与接收信号得到均衡信号，即：
最后将每个均衡信号与调制信号集合内的各发送信号进行欧氏距离计算和判决，即可得到每个信号点的检测结果，即：
其中,i＝0,1，…，MN-1，j＝0,1，…，Q-1。
根据检测结果进行后续处理，以提取信息比特，为本领域技术人员所常用的手段，此处不做赘述。
在本发明的第三方面，还提出了一种无线通信系统，所述系统用于实现本发明的第一方面所提出的一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法，所述系统包括发送端和接收端，其中：所述发射端被配置为获取导频信号和信息比特，将获取的信息比特进行编码调制得到对应的数据信号，按照时延多普勒域信号的配置格式将导频信号和数据信号映射至信号帧的特定位置，将映射后的信号从时延多普勒域转换到时域，并将转换后的信号以无线信号的形式发送；所述接收端被配置为接收信号，并采用第一方面所提出的一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法根据所述接收信号进行信道估计，得到信道估计结果，并根据所述信道估计结果对所述接收信号进行处理，以提取信息比特。
为了更好地展示本发明技术方案实现的技术效果，对本发明和现有方法进行了实验对比，在实验中对本发明提出的方法与传统方法根据其对应的判决门限阈值进行信道估计的识别误差进行了评估，下面结合实验结果以及附图展示本发明的技术效果。
在实验前，先按照表1中的数据对一些仿真参数进行设置，如表1所示：
表1仿真参数设置
基于上述设置的参数，定义导频移位表征矩阵和识别误差，根据信道的估计导频移位表征矩阵和信道的实际导频移位表征矩阵，可以计算得到识别误差，其识别误差可表示为：
其中，Hest表示信道的估计导频移位表征矩阵，Hreal表示信道的实际导频移位表征矩阵。
其实验结果如图4所示，从图中可以看出，本发明提出的一种用于无线通信系统的信道估计方法的识别误差明显低于现有方法的识别误差，根据实验结果更好的说明了本发明具有更好的信号估计性能。
综上所述，本发明提出的一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法，能够根据接收信号中各个成分的分布差异，对各个成分的幅值分布进行了分析，结合参数的差异性，采用差值最大原则，动态确定了判决门限阈值，使得其信道估计结果更加准确，提升了信道估计性能，对实际系统具有很强的指导价值。不仅解决了现有技术中判决门限的设置只考虑了单个成分的分布，没有充分考虑被区分的接收信号中多个成分的幅值分布差异，以至于在实际系统中并不能实现最优的信道估计性能的问题，还解决了在信号功率发生改变时，判决门限不能随之调整，以至于信道估计的准确性较低的问题。
需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于无线通信系统的时延-多普勒域信道估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、获取接收信号，所述接收信号对应的发送信号是采用OTFS调制得到的；
S2、将所述接收信号从时域转换为时延多普勒域，得到经转换的信号；
S3、从所述经转换的信号提取不含导频信号的第一信号成分和含有导频信号的第二信号成分，确定第一信号成分的第一幅值概率累积函数和第二信号成分的第二幅值概率累积函数；
S4、根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，动态确定判决门限阈值；
S5、根据所述判决门限阈值，从所述经转换的信号中确定导频信号的位置，根据所述导频信号的位置进行信道估计，得到信道估计结果。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，包括：
根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数，确定各自对应的方差，以得到对应的标准差；
根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数各自的标准差，动态确定判决门限阈值。
3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一幅值概率累积函数和所述第二幅值概率累积函数各自的标准差，动态确定的判决门限阈值表示如下：
其中，σ1表示所述第一信号成分的第一幅值概率累积函数的标准差，σ2表示所述第二信号成分的第二幅值概率累积函数的标准差。
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，
当所述发送信号为导频信号和数据信号之间设置有预设宽度保护带的信号时，所述第一信号成分为白噪声信号，所述白噪声信号是处于保护带内的信号；所述第二信号成分为含白噪声的导频信号。
5.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，
当所述发送信号为将导频信号与数据信号按任一位置进行线性叠加得到的信号时，所述第一信号成分为含白噪声的数据信号；所述第二信号成分为含白噪声的数据导频信号。
6.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，包括：
根据所述无线通信系统的通信协议，获取所述接收信号中导频信号的发送位置、发送幅值、发送相位以及信道的最大系数；其中，所述信道的最大系数包括最大时延系数和最大多普勒系数；
基于导频信号的发送位置以及信道的最大系数，确定导频信号可移动的区域；
根据可移动的区域，计算所述区域内各个位置上经转换的信号的接收幅值，并将计算得到的接收幅值与动态确定的判决门限阈值进行对比；
若该位置上经转换的信号的接收幅值大于或等于确定的判决门限阈值，则该位置上的经转换的信号中含有导频信号，并确定该位置为导频信号的接收位置以及该位置上对应的相位为导频信号的接收相位；
根据导频信号的发送位置和接收位置以及导频信号的发送幅值、发送幅值、发送相位、接收位置、接收幅值以及接收相位，估计信道系数，得到信道估计结果。
7.一种基于信道估计进行信号处理的方法，其特征在于，所述方法包括：
基于如权利要求1-6所述的信道估计方法对接收信号对应的发送信号的传输信道进行信道估计，得到信道估计结果；
根据信道估计结果对所述接收信号进行处理，以提取信息比特。
8.一种无线通信系统，其特征在于，所述无线通信系统包括发射端和接收端，其中：
所述发射端被配置为获取导频信号和信息比特，将获取的信息比特进行编码调制得到对应的数据信号，按照时延多普勒域信号的配置格式将导频信号和数据信号映射至信号帧的特定位置，将映射后的信号从时延多普勒域转换到时域，并将转换后的信号以无线信号的形式发送；
所述接收端被配置为接收信号，并采用如权利要求1-6所述的信道估计方法根据所述接收信号进行信道估计，得到信道估计结果，并根据所述信道估计结果对所述接收信号进行处理，以提取信息比特。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至6、7任一所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至6、7中任一项所述方法的步骤。
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