CN118138092A - 速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加csi反馈方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，包括：BS端根据接收到的叠加CSI反馈信号进行下行CSI初始恢复，得到空频域下行CSI初始特征；BS端根据感知服务信号和上行CSI，感知得到多模态先验信息；根据下行CSI初始特征和感知的多模态先验信息，利用延迟多普勒域降噪处理和叠加干扰抑制处理，获得反馈下行CSI和检测上行数据序列。与非叠加的CSI反馈相比，本发明节省了UE端的能耗和6G、IoT和WIFI 7等无线通信系统的数据传输资源；与叠加的CSI反馈相比，本发明根据对速度与路径感知的多模态感知信息的开发，以较小的代价，极大地提高了反馈下行CSI和上行数据序列的恢复精度。
Description
技术领域
本发明提供一种速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加信道状态信息(CSI，channel state information)反馈方法，涉及频分双工(FDD,frequency divisionduplex)模式下大规模多输入多输出(mMIMO,massive multiple-input and multiple-output)技术的6G、物联网(IoT,internet of things)和WIFI 7等无线通信系统的叠加反馈技术领域，特别涉及6G、IoT和WIFI 7等系统的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法。
背景技术
在6G、IoT和WIFI 7等采用FDD无线通信系统中，mMIMO技术是其高速率与高服务质量的主要技术支撑。采用mMIMO技术的6G、IoT和WIFI 7系统基站(BS,base station)通常配备有成百上千根发射天线以有效支持众多的6G、IoT和WIFI设备的信息传输。同时，采用mMIMO技术的6G、IoT和WIFI 7等无线通信系统中诸多带来性能提升的操作(如调制方案的选择、资源管理和波束形成等)依赖于准确的BS端到用户(UE,user equipment)端的CSI的获取。由于FDD模式下6G、IoT和WIFI 7等无线通信系统中上行和下行信道间的互易性微弱，因此，下行CSI只能由UE端反馈回BS端。
近年来，叠加编码(SC,superimposed coding)技术以其能够避免CSI反馈额外频谱资源占用、有效提高频谱效率的特性，被广泛应用于IoT和WIFI等无线通信各领域。但SC不可避免地会引入叠加干扰。既存的来自多模态的感知信息作为不同于通信信号的新模态数据，对叠加干扰的抑制效果引起广泛关注。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种6G、IoT和WIFI 7等无线通信系统的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，与非叠加的CSI反馈相比，本发明节省了UE端的能耗和6G、IoT和WIFI 7等无线通信系统的数据传输资源；与叠加的CSI反馈相比，本发明根据对速度与路径感知的多模态感知信息的开发，以较小的代价，极大地提高了反馈下行CSI和上行数据序列的恢复精度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，包括以下步骤：
(1)BS根据接收到的叠加CSI反馈信号Y进行下行CSI初始恢复，得到空频域下行CSI初始特征
所述的叠加CSI反馈是指下行CSI扩频叠加在上行数据序列上，反馈回BS；
所述的初始特征根据表达式获得初始特征矢量形式/>矩阵化后得到初始特征/>
其中，Nt表示BS天线数，M表示子载波个数，ρ表示下行CSI的功率分配因子，可根据工程经验设定，E表示UE发射功率，Nd表示调制的上行数据序列长度，g表示上行信道矢量，(·)H表示矩阵的共轭转置操作，σ2表示噪声功率，Q表示扩频矩阵；
(2)BS根据感知服务信号和上行CSI，感知得到多模态先验信息；
所述的感知服务信号包括，GNSS信号、WIFI信号、蓝牙信号；
所述的上行CSI包括，时域上行CSI、频域上行CSI、空域上行CSI；
所述的多模态先验信息包括，速度先验信息、路径延迟先验信息、路径多普勒先验信息、路径角度先验信息、位置坐标先验信息；
(3)根据下行CSI初始特征和多模态先验信息，利用延迟多普勒域(DD域)降噪处理和叠加干扰抑制处理，获得反馈下行/>和检测上行数据序列/>
进一步地，所述的步骤(2)包括以下子步骤：
(2.1)根据感知服务信号Ysen，在BS获得DD域的路径多普勒先验信息；
(2.2)根据频域上行CSI g，在BS获得下行CSI的路径延迟先验信息。
具体地，步骤(2.1)所述的在BS获得DD域的路径多普勒先验信息的过程包括：
(2.11)根据感知服务信号Ysen，在BS获得UE在t时刻的位置坐标先验信息(xt,yt)；
(2.12)经过时间间隔Δt，根据t+Δt时刻的感知服务信号，在BS获得UE在t+Δt时刻的位置坐标先验信息(xt+Δt,yt+Δt)；
其中，Δt根据工程经验设置；
(2.13)利用t和t+Δt时刻的位置坐标先验信息(xt,yt)和(xt+Δt,yt+Δt)，根据计算获得UE在时间间隔Δt内的位移大小RΔt；
(2.14)根据UE在时间间隔Δt内的位移大小RΔt，利用获得UE速度先验信息
(2.15)根据UE速度先验信息利用/>获得最大多普勒频移νmax；
其中，fc表示下行载波频率，c表示光速；
(2.16)根据最大多普勒频移νmax，利用获得DD域的路径多普勒先验信息bDoppler；
其中，N表示OFDM的符号数，1/(NT)表示路径多普勒分辨率，T表示符号持续时间，表示向上取整操作。
具体地，步骤(2.2)所述的在BS获得下行CSI的路径延迟先验信息的过程包括：
(2.21)根据频域上行通过离散傅立叶逆变换，利用/>在BS获得延迟域上行/>
其中，FM表示M×M的离散傅立叶变换矩阵；
(2.22)根据延迟域上行利用/>获得上行CSI路径延迟的支撑集wu；
其中，supp(·)表示零元素和非零元素的索引分别标记为0和1；
(2.23)根据上行CSI路径延迟的支撑集wu，利用信道互易性，获得下行CSI路径延迟先验信息wd，即wd＝wu。
进一步地，所述的步骤(3)包括以下子步骤：
(3.1)设置迭代次数Iiter，初始化迭代计数为：iiter＝0；
所述的迭代次数满足Iiter≥2，根据工程经验设置；
(3.2)根据N个符号的空频域下行CSI初始特征进行DD域降噪处理，获得N个增强的空频域下行/>
(3.3)根据N个增强的空频域下行和N个接收信号{Yn)，利用实现CSI叠加干扰抑制操作，利用实现数据检测，获得N个增强的检测数据
其中，表示CSI抑制特征，gn表示传输第n(n＝1,2,…,N)个符号时的上行信道矢量，/>表示/>的矢量形式，(·)T表示矩阵的转置操作，dec{·}表示硬判决操作；
(3.4)更新迭代次数iiter＝iiter+1；若iiter＜Iiter，执行步骤(3.5)；否则，结束迭代处理，输出迭代处理后的下行和上行数据序列/>
(3.5)根据N个增强的检测数据和N个接收信号{Yn}，利用实现上行数据序列叠加干扰抑制操作，利用实现下行CSI估计，将/>矩阵化后获得N个符号迭代的空频域下行CSI初始特征/>
其中，表示上行数据序列抑制特征，/>表示迭代的空频域下行CSI初始特征矢量形式；
(3.6)利用迭代的空频域下行CSI初始特征更新替换初始特征/>即跳转至步骤(3.2)。
具体地，步骤(3.2)所述的DD域降噪处理的过程包括：
(3.21)根据第nt(nt＝1,2,…,Nt)个天线时频域下行CSI特征利用进行辛有限傅立叶变换，获得第nt个天线DD域下行CSI特征/>
其中，
其中，表示抽取/>的第nt个行向量操作；
(3.22)根据Nt个DD域下行CSI特征路径多普勒先验信息bDoppler和下行CSI路径延迟先验信息wd，利用进行DD域降噪处理，获得Nt个增强的DD域下行/>
其中，表示抽取/>的第a到b列元素，0c×d表示c×d的全0矩阵，1N×1表示N×1的全1向量，/>表示Hadamard乘积，/>表示Kronecker乘积；
(3.23)根据Nt个增强的时频域下行利用/>构成增强的空频时域下行/>
其中，Nt个增强的时频域下行通过利用/>对Nt个增强的DD域下行/>进行辛有限傅立叶逆变换获得；
(3.24)根据增强的空频时域下行利用/>抽取其中第n个符号的下行CSI矩阵，获得N个增强的空频域下行/>
其中，表示抽取/>的第n个子矩阵操作。
与非叠加的CSI反馈相比，本发明节省了UE端的能耗和6G、IoT和WIFI 7等无线通信系统的数据传输资源；与叠加的CSI反馈相比，本发明根据对速度与路径感知的多模态感知信息的开发，以较小的代价，极大地提高了反馈下行CSI和上行数据序列的恢复精度。
附图说明
图1为本发明的总体流程示意图；
图2为本发明的多模态先验信息感知流程图；
图3为本发明的DD域降噪处理和叠加干扰抑制处理流程图；
图4为本发明的DD域降噪处理流程图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
参照图1，一种具体的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法包括：
S11.BS根据接收到的叠加CSI反馈信号Y进行下行CSI初始恢复，得到空频域下行CSI初始特征
所述的叠加CSI反馈是指下行CSI扩频叠加在上行数据序列上，反馈回BS；
其中，更具体的一些实施方式如：
所述的扩频叠加，根据表达式获得叠加发射信号s；
其中，ρ表示下行CSI的功率分配因子，可根据工程经验设定，E表示UE发射功率，d表示调制的上行数据序列，Nt表示BS天线数，M表示子载波个数，x表示下行CSI矢量形式，Q表示扩频矩阵，(·)T表示矩阵的转置操作；
所述的初始特征根据表达式获得初始特征矢量形式/>矩阵化后得到初始特征/>
其中，Nd表示调制的上行数据序列长度，g表示上行信道矢量，(·)H表示矩阵的共轭转置操作，σ2表示噪声功率；
S12.BS根据感知服务信号和上行CSI，感知得到多模态先验信息；
其中，更具体的一些实施方式如：
所述的感知服务信号包括，GNSS信号、WIFI信号、蓝牙信号中的一种或多种；
所述的上行CSI包括，时域上行CSI、频域上行CSI、空域上行CSI中的一种或多种；
所述的多模态先验信息包括，速度先验信息、路径延迟先验信息、路径多普勒先验信息、路径角度先验信息、位置坐标先验信息中的一种或多种；
S13.根据下行CSI初始特征和多模态先验信息，利用延迟多普勒域(DD域)降噪处理和叠加干扰抑制处理，获得反馈下行/>和检测上行数据序列/>
参照图2，所述的多模态先验信息感知包括以下子步骤：
S21.路径多普勒先验信息感知：首先，根据感知服务信号Ysen，在BS获得UE在t时刻的位置坐标先验信息(xt,yt)；
然后，经过时间间隔Δt，根据t+Δt时刻的感知服务信号，在BS获得UE在t+Δt时刻的位置坐标先验信息(xt+Δt,yt+Δt)；
其中，Δt根据工程经验设置；
接着，利用t和t+Δt时刻的位置坐标先验信息(xt,yt)和(xt+Δt,yt+Δt)，计算获得UE在时间间隔Δt内的位移大小RΔt，即：
随后，根据UE在时间间隔Δt内的位移大小RΔt，获得UE速度先验信息即：
接着，根据UE速度先验信息获得最大多普勒频移vmax，即：
其中，fc表示下行载波频率，c表示光速；
最后，根据最大多普勒频移vmax，获得DD域的路径多普勒先验信息bDoppler，即：
其中，N表示OFDM的符号数，1/(NT)表示路径多普勒分辨率，T表示符号持续时间，表示向上取整操作；
S22.路径延迟先验信息感知：首先，根据频域上行通过离散傅立叶逆变换，在BS获得延迟域上行/>即：
其中，FM表示M×M的离散傅立叶变换矩阵；
接着，根据延迟域上行获得上行CSI路径延迟的支撑集wu，即：
其中，supp(·)表示零元素和非零元素的索引分别标记为0和1；
最后，根据上行CSI路径延迟的支撑集wu，利用信道互易性，获得下行CSI路径延迟先验信息wd，即：
wd＝wu。
参照图3，所述的DD域降噪处理和叠加干扰抑制处理包括以下子步骤：
S31.设置迭代次数Iiter，初始化迭代计数为：iiter＝0；
所述的迭代次数满足Iiter≥2，根据工程经验设置；
S32.根据N个符号的空频域下行CSI初始特征进行DD域降噪处理，获得N个增强的空频域下行/>
S33.首先，根据N个增强的空频域下行和N个接收信号{Yn}，实现CSI叠加干扰抑制操作，获得CSI抑制特征/>即：
接着，利用CSI抑制特征实现上行数据序列检测，获得N个增强的检测数据即：
其中，gn表示传输第n(n＝1,2,…,N)个符号时的上行信道矢量，表示/>的矢量形式，(·)T表示矩阵的转置操作，dec{·}表示硬判决操作；
S34.更新迭代次数iiter＝iiter+1；若iiter＜Iiter，执行步骤S35；否则，结束迭代处理，输出迭代处理后的下行和上行数据序列/>
S35.首先，根据N个增强的检测数据和N个接收信号{Yn}，实现上行数据序列叠加干扰抑制操作，获得上行数据序列抑制特征/>即：
接着，利用上行数据序列抑制特征实现下行CSI估计，即：
其中，表示迭代的空频域下行CSI初始特征矢量形式；
最后，将矩阵化后获得N个符号迭代的空频域下行CSI初始特征/>
S36利用迭代的空频域下行CSI初始特征更新替换初始特征/>即跳转至步骤S32。
参照图4，所述的DD域降噪处理包括以下子步骤：
S41.根据第nt(nt＝1,2,…,Nt)个天线时频域下行CSI特征进行辛有限傅立叶变换，获得第nt个天线DD域下行CSI特征/>即：
其中，表示获得时频域下行CSI特征的过程；
其中，表示抽取/>的第nt个行向量操作；
S42.根据Nt个DD域下行CSI特征路径多普勒先验信息bDoppler和下行CSI路径延迟先验信息wd，进行DD域降噪处理，获得Nt个增强的DD域下行CSI即：
其中，表示抽取/>的第a到b列元素，0c×d表示c×d的全0矩阵，1N×1表示N×1的全1向量，/>表示Hadamard乘积，/>表示Kronecker乘积；
S43.根据Nt个增强的时频域下行构成增强的空频时域下行/>即：
其中，Nt个增强的时频域下行通过利用/>对Nt个增强的DD域下行/>进行辛有限傅立叶逆变换获得；
S44.根据增强的空频时域下行抽取其中第n个符号的下行CSI矩阵，获得N个增强的空频域下行/>即：
其中，表示抽取/>的第n个子矩阵操作。
实施例1
步骤S11中，获得空频域下行CSI初始特征的一个具体实施例如下：
假设：Nt＝2，M＝2，ρ＝0.1，E＝1，Nd＝8，σ2＝1，上行信道矢量g为：
BS接收到的叠加CSI反馈信号Y为：
扩频矩阵Q为：
对接收到的叠加CSI反馈信号Y进行下行CSI初始恢复，即可计算出初始特征矢量形式/>为：
矩阵化后得到空频域下行CSI初始特征为：
实施例2
步骤S42中，获得第nt个增强的DD域下行的一个具体实施例如下：
假设：M＝4，N＝4，bDoppler＝1，wd＝[1 0 0 0]，第nt个天线DD域下行CSI特征为：
对第nt个天线DD域下行CSI特征进行DD域降噪处理，即可计算出第nt个增强的DD域下行CSI为：
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基站(BS)根据接收到的叠加CSI反馈信号Y进行下行CSI初始恢复，得到空频域下行CSI初始特征
所述的叠加CSI反馈是指下行CSI扩频叠加在上行数据序列上，反馈回BS；
所述的初始特征根据表达式获得初始特征矢量形式/>
矩阵化后得到初始特征
其中，Nt表示BS天线数，M表示子载波个数，ρ表示下行CSI的功率分配因子，可根据工程经验设定，E表示用户(UE)发射功率，Nd表示调制的上行数据序列长度，g表示上行信道矢量，(·)H表示矩阵的共轭转置操作，σ2表示噪声功率，Q表示扩频矩阵；
(2)BS根据感知服务信号和上行CSI，感知得到多模态先验信息；
所述的感知服务信号包括，GNSS信号、WIFI信号、蓝牙信号；
所述的上行CSI包括，时域上行CSI、频域上行CSI、空域上行CSI；
所述的多模态先验信息包括，速度先验信息、路径延迟先验信息、路径多普勒先验信息、路径角度先验信息、位置坐标先验信息；
(3)根据下行CSI初始特征和多模态先验信息，利用延迟多普勒域即DD域降噪处理和叠加干扰抑制处理，获得反馈下行/>和检测上行数据序列/>
2.根据权利要求1所述的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，其特征在于，步骤(2)所述的得到多模态先验信息，包括以下子步骤：
(2.1)根据感知服务信号Ysen，在BS获得DD域的路径多普勒先验信息；
(2.2)根据频域上行CSI g，在BS获得下行CSI的路径延迟先验信息。
3.根据权利要求2所述的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，其特征在于，步骤(2.1)包括以下子步骤：
(2.11)根据感知服务信号Ysen，在BS获得UE在t时刻的位置坐标先验信息(xt,yt)；
(2.12)经过时间间隔Δt，根据t+Δt时刻的感知服务信号，在BS获得UE在t+Δt时刻的位置坐标先验信息(xt+Δt,yt+Δt)；
其中，Δt根据工程经验设置；
(2.13)利用t和t+Δt时刻的位置坐标先验信息(xt,yt)和(xt+Δt,yt+Δt)，根据计算获得UE在时间间隔Δt内的位移大小RΔt；
(2.14)根据UE在时间间隔Δt内的位移大小RΔt，利用获得UE速度先验信息/>
(2.15)根据UE速度先验信息利用/>获得最大多普勒频移νmax；
其中，fc表示下行载波频率，c表示光速；
(2.16)根据最大多普勒频移νmax，利用获得DD域的路径多普勒先验信息bDoppler；
其中，N表示OFDM的符号数，1/(NT)表示路径多普勒分辨率，T表示符号持续时间，表示向上取整操作。
4.根据权利要求2所述的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，其特征在于，步骤(2.2)包括以下子步骤：
(2.21)根据频域上行通过离散傅立叶逆变换，利用/>在BS获得延迟域上行/>
其中，FM表示M×M的离散傅立叶变换矩阵；
(2.22)根据延迟域上行利用/>获得上行CSI路径延迟的支撑集wu；
其中，supp(·)表示零元素和非零元素的索引分别标记为0和1；
(2.23)根据上行CSI路径延迟的支撑集wu，利用信道互易性，获得下行CSI路径延迟先验信息wd，即wd＝wu。
5.根据权利要求1所述的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，其特征在于，步骤(3)所述的DD域降噪处理和叠加干扰抑制处理包括以下子步骤：
(3.1)设置迭代次数Iiter，初始化迭代计数为：iiter＝0；
所述的迭代次数满足Iiter≥2，根据工程经验设置；
(3.2)根据N个符号的空频域下行CSI初始特征进行DD域降噪处理，获得N个增强的空频域下行/>
(3.3)根据N个增强的空频域下行和N个接收信号{Yn}，利用实现CSI叠加干扰抑制操作，利用实现数据检测，获得N个增强的检测数据
其中，表示CSI抑制特征，gn表示传输第n(n＝1,2,…,N)个符号时的上行信道矢量，表示/>的矢量形式，(·)T表示矩阵的转置操作，dec{·}表示硬判决操作；
(3.4)更新迭代次数iiter＝iiter+1；若iiter＜Iiter，执行步骤(3.5)；否则，结束迭代处理，输出迭代处理后的下行和上行数据序列/>
(3.5)根据N个增强的检测数据和N个接收信号{Yn}，利用/>实现上行数据序列叠加干扰抑制操作，利用/>实现下行CSI估计，将/>矩阵化后获得N个符号迭代的空频域下行CSI初始特征/>
其中，表示上行数据序列抑制特征，/>表示迭代的空频域下行CSI初始特征矢量形式；
(3.6)利用迭代的空频域下行CSI初始特征更新替换初始特征/>即跳转至步骤(3.2)。
6.根据权利要求5所述的速度与路径感知辅助的多模态干扰抑制叠加CSI反馈方法，其特征在于，步骤(3.2)所述的DD域降噪处理包括以下子步骤：
(3.21)根据第nt(nt＝1,2,…,Nt)个天线时频域下行CSI特征利用/>进行辛有限傅立叶变换，获得第nt个天线DD域下行CSI特征/>
其中，
其中，表示抽取/>的第nt个行向量操作；
(3.22)根据Nt个DD域下行CSI特征路径多普勒先验信息bDoppler和下行CSI路径延迟先验信息wd，利用/>进行DD域降噪处理，获得Nt个增强的DD域下行/>
其中， 表示抽取/>的第a到b列元素，0c×d表示c×d的全0矩阵，1N×1表示N×1的全1向量，⊙表示Hadamard乘积，/>表示Kronecker乘积；
(3.23)根据Nt个增强的时频域下行利用/>构成增强的空频时域下行/>
其中，Nt个增强的时频域下行通过利用/>对Nt个增强的DD域下行/>进行辛有限傅立叶逆变换获得；
(3.24)根据增强的空频时域下行利用/>抽取其中第n个符号的下行CSI矩阵，获得N个增强的空频域下行/>
其中，表示抽取/>的第n个子矩阵操作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication |