DE102022125445B3

DE102022125445B3 - Sender und empfänger für und verfahren zum senden und empfangen von symbolen über zeitvariable, dopplerspreizung unterliegende kanäle

Info

Publication number: DE102022125445B3
Application number: DE102022125445.3A
Authority: DE
Inventors: Yujie Liu; Yong Liang Guan; David González González
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH; Nanyang Technological University
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH; Nanyang Technological University
Priority date: 2022-10-02
Filing date: 2022-10-02
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2042-10-03
Also published as: WO2024074955A1

Abstract

Ein Kommunikationsrahmen für ein OTFS-Übertragungssystem umfasst Blöcke erster Art und zweiter Art. Der Block des ersten Typs umfasst Pilotsignale, Schutzsignale und Datensignale, der Block des zweiten Typs umfasst ausschließlich Datensignale. Die Pilotsymbole, Schutzsignale und Datensymbole des Blocks des ersten Typs und die Datensymbole des Blocks des zweiten Typs sind in einem Raster entlang der Punkte in der Verzögerungs-Doppler-Domäne angeordnet. Im Kommunikationsrahmen folgt auf einen Block erster Art ein Block zweiter Art, und auf einen Block zweiter Art folgt ein Block erster Art. Im Block der ersten Art ist mindestens ein Pilotsymbol auf mindestens drei Seiten von einem oder mehreren Schutzsymbolen umgeben. Die Stellen des Rasters der Blöcke des ersten Typs in der Verzögerungs-Doppler-Domäne, die nicht von Pilotsymbolen oder Schutzsymbolen belegt sind, werden für Datensymbole verwendet. Der Kommunikationsrahmen ermöglicht die Bestimmung der Oszillatorfrequenzabweichung und der Kanalkoeffizienten in einem Empfänger.

Description

FELD DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfangen von Symbolen über einen orthogonalen Zeit-Frequenz-Raum (orthogonal time-frequency space - OTFS)-Kommunikationskanal, der einer Dopplerspreizung unterliegt, und einen Empfänger, der das Verfahren durchführt.
HINTERGRUND
Es wird erwartet, dass die drahtlose Kommunikation der sechsten Generation (6G) und darüber hinaus eine große Anzahl von hochmobilen Nutzern bedienen wird, z.B. Fahrzeuge, U-Bahnen, Autobahnen, Züge, Drohnen, LEO-Satelliten (Low Earth Orbit) usw.
Die vorangehende vierte und fünfte Generation (5G) der drahtlosen Kommunikation nutzt das orthogonale Frequenzmultiplexverfahren (orthogonal frequency division multiplex - OFDM), das eine hohe spektrale Effizienz und eine hohe Robustheit gegenüber Kanälen mit frequenzselektivem Fading bietet und auch die Verwendung von Equalizern mit geringer Komplexität ermöglicht. Aufgrund geschwindigkeitsabhängiger Dopplerverschiebungen oder -spreizungen und schnell variierendem Mehrwegempfang leidet die hochmobile Kommunikation jedoch unter starker Zeit- und Frequenzdispersität. Zeit- und Frequenzstreuung führen jeweils zu einem Signalfading beim Empfänger, das daher auch als zweifach selektives Kanalfading bezeichnet wird. Zweifach selektives Kanalfading beeinträchtigt die Leistung der OFDM-Kommunikation erheblich.
Als Alternative zu OFDM wurde die OTFS-Modulation als Lösung für den Umgang mit Kanälen mit zweifach selektivem Fading vorgeschlagen.
Die OTFS-Modulation ist ein 2D-Modulationsverfahren, bei dem QAM-Informationssymbole über Trägerwellenformen gemultiplext werden, die lokalisierten Impulsen in einer Signaldarstellung entsprechen, die als Delay-Doppler-Darstellung bezeichnet wird. Die OTFS-Wellenformen sind sowohl zeitlich als auch frequenzmäßig gespreizt und bleiben bei allgemeinen Delay-Doppler-Kanalverzerrungen ungefähr orthogonal zueinander. Theoretisch kombiniert OTFS die Zuverlässigkeit und Robustheit von Spread-Spectrum-Übertragung mit der hohen spektralen Effizienz und geringen Komplexität der Schmalbandübertragung.
zeigt ein Blockdiagramm eines allgemeinen OTFS-Übertragungssystems. Ein Sender 200 umfasst eine erste senderseitige Transformationseinheit 202 und eine zweite senderseitige Transformationseinheit 204. Serielle Binärdaten werden einem Signalabbildner (in der Abbildung nicht dargestellt) zugeführt, der eine zweidimensionale Folge von Informationssymbolen x[k, l] ausgibt, in der die QAM-Symbole entlang der Verzögerungsdimension und der Dopplerverschiebungsdimension der Verzögerungs-Doppler-Domäne angeordnet sind. Die Informationssymbole umfassen Datensymbole, Pilotsymbole, und Schutzsymbole, die die Pilotsymbole umgeben. Die zweidimensionale Folge von Informationssymbolen x[k, l] wird der ersten senderseitigen Transformationseinheit 202 zugeführt und einer inversen Finite-Symplektischen-Fourier-Transformation (iSFFT) unterzogen, die eine Matrix X[n, m] erzeugt, welche die zweidimensionale Folge von Informationssymbolen x[k, l] im Zeit-Frequenz-Bereich darstellt. Da der Sender im Zeitbereich sendet, ist eine weitere Transformation in der zweiten senderseitigen Transformationseinheit 204 erforderlich, die das Signal s[t] im Zeitbereich erzeugt, z.B. eine Heisenberg-Transformation. Das Signal s[t] wird dann über eine Antenne 206 über den Kommunikationskanal übertragen.
In einer realistischen Umgebung unterliegt das gesendete Signal auf seinem Weg vom Sender über den Kommunikationskanal zum Empfänger einem zweifach selektiven Fading mit Doppler-Spreizung. Das empfangene Signal ist eine Überlagerung einer direkten Kopie und mehrerer reflektierter Kopien des gesendeten Signals, wobei jede Kopie um eine Pfadverzögerung verzögert ist, die von der Länge der Pfadverzögerung des Signals abhängt, und um eine Dopplerverschiebung frequenzverschoben ist, die von der Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger abhängt. Jede der Signalkopien wird entsprechend ihrer jeweiligen Pfadverzögerung und Differenzgeschwindigkeit gewichtet. Typische Doppler-Verschiebungen liegen in der Größenordnung von 10 Hz - 1 kHz, wobei in Szenarien mit extrem hoher Mobilität (z.B. Hochgeschwindigkeitszüge) und/oder hoher Trägerfrequenz größere Werte auftreten können. Da es in realistischen Umgebungen sehr wahrscheinlich ist, dass mehrere Reflektoren vorhanden sind, wird das empfangene überlagerte Signal über einen Frequenzbereich gespreizt und nicht lediglich in der Frequenz verschoben, und die Signalverzerrung wird daher auch als Doppler-Spread bezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird der realistische Kommunikationskanal auch als praktischer Kommunikationskanal bezeichnet.
In wird der praktische Kommunikationskanal durch die von der Sendeantenne 206 abgestrahlten ungestörten Funkwellen und die verschiedenen ungeordneten Funkwellen dargestellt, die aus verschiedenen Richtungen und mit unterschiedlichen Abständen zueinander an der Empfängerantenne 302 ankommen. Die Funkwellen können die Antenne des Empfängers direkt oder nach ein- oder mehrmaliger Reflexion an einem oder mehreren ortsfesten und/oder bewegten Objekten erreichen, was zu einer Dopplerverschiebung und unterschiedlichen Verzögerungen der reflektierten Funkwellen führen kann.
Das von dem Empfänger 300 im Zeitbereich empfangene Signal r[t] wird einer ersten empfängerseitigen Transformationseinheit 304 zugeführt, in der es einer Wigner-Transformation unterzogen wird, um das empfangene Signal r[t] in eine Matrix Y[n, m] zu transformieren, die das empfangene Signal r[t] im Zeit-Frequenz-Bereich darstellt. Um die Signaldetektion in der Verzögerungs-Doppler-Domäne zu ermöglichen, wird die Matrix Y[n, m] dann einer zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit 306 zugeführt, wo sie einer Finite-Symplektischen-Fourier-Transformation (SFFT) unterzogen wird, die eine zweidimensionale Folge von Informationssymbolen y[k, l] in der Verzögerungs-Doppler-Domäne ausgibt. Die zweidimensionale Folge von Informationssymbolen y[k, l] wird in einen Kanalschätzungs- und Entzerrungsblock 310 eingegeben, der eine Kanalschätzung CE und eine Signaldetektion SD durchführt und die ursprünglich übertragenen Symbole rekonstruiert, und schließlich in einen Signalrückabbildner, der die ursprünglich übertragenen Binärdaten ausgibt (Signalrückabbildner in der Abbildung nicht dargestellt).
In „Embedded Delay-Doppler Channel Estimation for Orthogonal Time Frequency Space Modulation“, Proceedings of the IEEE 88th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall). 2018. DOI: 10.1 109/VTCFa!!.2018.869083 beschreiben P Raviteja, Khoa T. Phan, Yi Hong und Emanuele Viterbo die Funkübertragung auf Basis von OTFS und stellen den grundsätzlichen Aufbau eines geeigneten Kommunikationsrahmens mit Pilotsymbolen, Datensymbolen und Schutzsymbolen vor.
Der Aufbau eines Kommunikationsrahmens mit Pilotsymbolen, Datensymbolen und einer iterativ bestimmten Anzahl von die Pilotsymbole umgebenden Schutzsymbolen ist in der EP-Offenlegungsschrift EP 3 761 583 A1 gezeigt.
In „Integrated Sensing and Communication-Assisted Orthogonal Time Frequency Space Transmission for Vehicular Networks", IEEE Journal Of Selected Topics In Signal Processing. Vol. 15, No. 6, 6. November 2021, S. 1515 - 1528, beschreiben Weijie Yuan, Zhiqiang Wei, Shuangyang Li, Jinhong Yuan und Derrick Wing Kwan Ng ein OTFS Kommunikationssystem, bei dem die Uplink Kanalschätzung ohne Schutzsymbole auskommt.
Während die Überlegenheit der OFTS-Modulation unter idealen Bedingungen unbestritten ist, können praktische Beschränkungen bei ihrer kosteneffizienten Implementierung Hindernisse für eine breite Anwendung darstellen, u. a. der Trägerfrequenzversatz (carrier frequency offset - CFO).
CFO ist die Abweichung der Trägerfrequenz zwischen Sender und Empfänger, die durch den Dopplereffekt und Komponenten von Hochfrequenzgeräten (radio frequency - RF) verursacht wird. Die durch den Dopplereffekt verursachte CFO wird üblicherweise als Dopplerverschiebung oder Dopplerspreizung bezeichnet, während der durch lokale Quarzoszillatoren (crystal oscillator - XO) verursachte CFO als Oszillatorfrequenz-Versatz (oscillator frequency offset - OFO) bekannt ist.
Es gibt drei Haupttypen von Quarzoszillatoren, nämlich freischwingende XO, temperaturgesteuerte XO (temperature-controlled crystal oscillator - TCXO) und wärmegeregelte XO (oven-controlled crystal oscillator - OCXO). Freischwingende XO sind am billigsten, weisen aber den größten Frequenzfehler auf, z.B. zwischen ±10 und ±20 ppm, wobei ppm für Parts per Million steht. OCXO können den Frequenzfehler auf 0,0015 ppm reduzieren, verursachen aber sehr hohe Gerätekosten, die bis zu 2000 Mal höher sind als die eines freischwingenden XO und verursachen auch höhere Stromkosten. TCXO sind ein guter Kompromiss zwischen freilaufenden XO und OCXO. Sie sind wesentlich preiswerter als OCXO, etwa fünfmal so teuer wie XO, und der Frequenzfehler kann auf ±1,5 ppm reduziert werden.
Der OFO ist in der Regel viel größer als die Dopplerverschiebung oder -streuung. Wenn beispielsweise die Trägerfrequenz 4 GHz beträgt, kann ein TCXO mit einem Frequenzfehler von ±1,5 ppm zu einem OFO von ±6 kHz führen, was bei Geschwindigkeiten zwischen 125 und 500 km/h von größerer Bedeutung ist als die Dopplerfrequenzverschiebung von 0,5 bis 2 kHz. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dopplerfrequenzverschiebung zu dem OFO addiert wird, was die maximale Dopplerfrequenzverschiebung an einem Empfänger weiter erhöht.
Es ist daher wünschenswert, die Performance eines OTFS-Kommunikationssystems im Hinblick auf die spektrale Effizienz und Zuverlässigkeit bei Vorhandensein von OFO und bei Verwendung von Kommunikationskanälen, die einer Dopplerverschiebung unterliegen, zu optimieren.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, die ein Verfahren zum Schätzen und Kompensieren großer OFO, z.B. größer als 0,5 ppm, in OTFS-Empfängern vorschlägt, insbesondere in OTFS-Übertragungen mit geringem Pilot-Overhead und hoher spektraler Effizienz. Die Erfindung schlägt auch eine zweidimensionale Anordnung von Pilotsymbolen und Datensymbolen eines Kommunikationsrahmens mit Dual-Rate-Daten und dedizierten Pilotsymbolen (DP) für ein OTFS-Übertragungssystem zur Verwendung in dem Verfahren vor, und schlägt ferner einen gegenüber Zeit-Frequenz-Verzerrungen resilienten OTFS-Sender (time frequency distortion-resilient-OTFS - TFDR-OTFS) und einen entsprechenden Empfänger zum Senden bzw. Empfangen von Kommunikationsrahmen gemäß der Erfindung für hochmobile Kommunikation vor, die einem OFO aufgrund des lokalen XO unterliegt. Der Ausdruck Dual-Rate bezieht sich auf das Multiplexen von Daten mit niedriger Rate und Daten mit hoher Rate, was auch eine In-Band-Signalisierung in der Steuer- und Benutzerebene ermöglicht. Die In-Band-Signalisierung kann sowohl für die Übertragung von UEspezifischen Steuerinformationen als auch von allgemeinen Steuerinformationen verwendet werden.
In der folgenden Beschreibung wird ein analytisches OTFS-Systemmodell unter Berücksichtigung eines OFO vorgestellt, bevor eine zweidimensionale Anordnung von Pilotsymbolen und Datensymbolen eines Kommunikationsrahmens für ein OTFS-Übertragungssystem zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen wird, und schließlich wird der vorgeschlagene TFDR-OTFS-Empfänger mit Dual-Rate-Daten und DP im Detail diskutiert.
In dieser Beschreibung repräsentieren fettgedruckte Symbole Vektoren oder Matrizen. Hochgestellte Symbole T, H und † bezeichnen die Transponierte, die komplex konjugiert Transponierte, bzw.die Pseudo-Inverse eines Vektors oder einer Matrix. diag {a} ist eine diagonale Matrix mit dem Vektor a auf ihrer Diagonalen, während diag {A} ein Vektor ist, dessen Elemente von der Diagonalen stammen der Matrix A stammen. ⊗ ist das Kronecker-Produkt.
Im OTFS-Systemmodell mit OFO stellen N und M die Dimensionen des Verzögerungsrasters bzw. des Dopplerrasters dar, in denen die Symbole angeordnet sind. Die gesendete komplexe OTFS-Matrix x ist definiert als $x = {[x [0,0], x [0,1], \dots, x [0, M - 1], \dots, [N - 1,0], x [N - 1,1], \dots, x [N - 1, M - 1]]}^{T}$
und die empfangene OTFS-Matrix y ist definiert als $y = {[y [0,0], y [0,1], \dots, y [0, M - 1], \dots, y [N - 1,0], y [N - 1,1], \dots, y [N - 1, M - 1]]}^{T}$
H_t ist die MN × MN zeitvariable Kanalmatrix im Zeitbereich, wobei das Jakes-Modell angenommen wird und die maximale Dopplerfrequenz als f_D bezeichnet wird. ϕ (ϕ ∈ [-e_ofo, e_ofo)) sei der OFO, wobei e_ofo der größte Frequenzfehler des XO in Einheiten von ppm ist. Der empfangene OTFS-Signalvektor y bei Vorhandensein eines OFO kann wie folgt beschrieben werden, $y = (F_{N} \otimes I_{M}) E (ϕ) H_{t} (F_{N}^{H} \otimes I_{M}) x + w,$
wobei $E (ϕ) = diag {{[1, e \frac{j 2 π ϕ}{M}, \dots, e \frac{j 2 π ϕ (M N - 1)}{M}]}^{T}}$
die OFO-Matrix, F_N ie diskrete Fourier-Transformationsmatrix (DFT), I_M die M × M Einheitsmatrix und w der Vektor für additives weißes Gaußsches Rauschen ist. Durch Anwendung der verallgemeinerten komplexen exponentiellen Basisexpansionsmodellierung (generalized complex exponential basis expansion modeling - GCE-BEM) auf das Modell H_z, z.B. wie in der Offenlegungsschrift DE 10 2022 106 409 A1 dargestellt, kann y ferner dargestellt werden durch $y = \sum_{q = 0}^{Q} (F_{N} \otimes I_{M}) E (ϕ) diag {b_{q}} F_{M N}^{H} diag {F_{M N \times L} c_{q}} F_{M N} (F_{N}^{H} \otimes I_{M}) x + z_{mod} + w,$
wobei b_q und c_q die q-te GCE-BEM Basisfunktion bzw. deren Koeffizient sins, Q die GCE-BEM-Ordnung bezeichnet, die sich auf f_D bezieht, F_MN die DFT Matrix ist, und z_mod der GCE-BEM Modellierungsfehler ist.
Im Folgenden wird die elementweise Input-Output-Beziehung zwischen x[k, l] und y[k, l] unter Berücksichtigung der Modellierung mit komplexer exponentieller Basiserweiterung (complex exponential basis expansion modeling - CE-BEM) abgeleitet. Beim Sender werden nach Anwendung einer inversen symplektischen finiten Fourier-Transformation (iSFFT) und einer Heisenberg-Transformation die Zeitbereichssymbole s[n, m] beschrieben durch $s [n, m] = \sum_{k = 0}^{N - 1} x [k, m] e^{j 2 π \frac{n k}{N}} .$
h[t, l'] sei der Kanalgewinn des l'-ten Pfades (l' = 0, 1, ..., L) zum r-ten (t = 0, 1, ..., MN - 1) Zeitpunkt, wobei L die Kanallänge bezeichnet. Nach der Ausbreitung durch den doppelt selektivem Fading unterliegenden Kanal werden die empfangenen Zeitbereichssymbole r[n, l] formuliert als $\begin{matrix} r [n, l] = e^{\frac{j 2 π ϕ (n M + l)}{M}} \sum_{q = 0}^{Q} \sum_{l' = 0}^{L} h [n M + l, l'] s [n, l - l'] \\ = e^{\frac{j 2 π ϕ (n M + l)}{M}} \sum_{q = 0}^{Q} \sum_{l' = 0}^{L} \sum_{k' = 0}^{N - 1} c_{q} [l'] x [k', l - l'] e^{j 2 π q' \frac{n M + l}{M N}} e^{j 2 π \frac{n k'}{N}} + e [n, l], \end{matrix}$
wobei $q' = q - ⌈ \frac{Q}{2} ⌉, l \geq L$
angenommen werden, und e[n, l] der Modellierungsfehler im Zeitbereich aufgrund der CE-BEM-Modellierung ist. Beim Empfänger werden nach Ausführung der SFFT- und Wigner-Transformationen die empfangenen Symbole in der Verzögerungs-Doppler-Domäne y[k, l] wie folgt beschreiben $\begin{matrix} y [k, l] = \sum_{n = 0}^{N - 1} r [n, l] e^{j 2 π \frac{- n k}{N}} \\ = \sum_{q = 0}^{Q} \sum_{l' = 0}^{L} \sum_{k' = 0}^{N - 1} \sum_{n = 0}^{N - 1} e^{\frac{j 2 π ϕ (n M + l)}{M}} c_{q} [l'] x [k', l - l'] e^{j 2 π q' \frac{k M + l}{M N}} e^{j 2 π \frac{n k'}{N}} e^{j 2 π \frac{- n k}{N} + z [k, l]} \\ = e^{\frac{j 2 π ϕ l}{M}} \sum_{q = 0}^{Q} \sum_{l' = 0}^{L} \sum_{k' = 0}^{N - 1} \sum_{n = 0}^{N - 1} c_{q} [l'] x [k', l - l'] e^{j 2 π q' \frac{k M + 1}{M N}} e^{j 2 π \frac{n k'}{N}} e^{j 2 π \frac{- n k}{N}} e^{\frac{j 2 π ϕ n N}{N}} + z [k, l] \\ = e^{\frac{j 2 π ϕ l}{M}} \sum_{q = 0}^{Q} \sum_{l' = 0}^{L} c_{q} [l'] x [k - q' - N ϕ, l - l'] e^{j 2 π \frac{(q' + N ϕ) l}{M N}} + z [k, l], \\ = \sum_{q = 0}^{Q} \sum_{l' = 0}^{L} c_{q} [l'] x [k - q' - N ϕ, l - l'] e^{j 2 π \frac{(q' + N ϕ) l}{M N}} + z [k, l], \end{matrix}$
wobei z[k, l] der Modellierungsfehler in der Verzögerungs-Doppler-Domäne aufgrund der CE-BEM-Modellierung ist. Im Vergleich zu einem idealen System ohne OFO ergeben sich daraus zwei Probleme:

- i) mehr Symbole in der Doppler-Domäne stören sich gegenseitig, so dass die Inter-Doppler-Interferenz stärker ist, und
ii) die Phase des empfangenen Signals wird durch die Einführung eines zusätzlichen exponentiellen Terms e $\frac{j 2 π ϕ l}{M}$
verändert.

Wenn der OFO nicht angemessen berücksichtigt wird, verliert die OTFS-Modulation folglich ihre überlegene Leistung in der hochmobilen Kommunikation. Darüber hinaus wird die OTFS-Kanalschätzung aufgrund des Vorhandenseins eines OFO schwieriger. In wird von einem Szenario ausgegangen, in dem die Trägerfrequenz f_c auf 4 GHz, die Geschwindigkeit auf v = 125 km/h, und der Frequenzfehler des XO auf ±1.5 ppm eingestellt sind. Die maximale Dopplerfrequenz wird mit f_D = 500 Hz berechnet, und die OFO Frequenz beträgt f_OFO = ±6 KHz. zeigt ein Beispiel für das mögliche Dopplerspektrum mit f_D = 500 Hz und f_OFO = -6 KHz, 0, 6 KHz. Es ist leicht zu erkennen, dass der OFO das Dopplerspektrum nach links oder rechts verschiebt, so dass die maximale Dopplerfrequenz auf f_D+f_OFO erhöht wird. In bekannten OTFS-Kanalschätzern, z.B. denen, die in der Offenlegungsschrift DE 10 2022 106 409 A1 oder in der Offenlegungsschrift DE 10 2021 126 321 A1 behandelt werden, müssen die Unterräume oder BEM-Basisfunktionen auf der Grundlage der neuen maximalen Dopplerfrequenz, d.h. f_D+f_OFO von neuem generiert werden. Da die Frequenzverschiebung aufgrund des OFO viel größer ist als die aufgrund des Dopplereffekts, erhöht sich die erforderliche Anzahl von Unterräumen oder BEM-Basisfunktionen erheblich, was zu einem hohen Pilot-Overhead führt. Daher ist es von großer Bedeutung, den OFO zu schätzen und zu kompensieren, bevor die OTFS-Kanalschätzer implementiert werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine zweidimensionale Anordnung von Pilotsymbolen und Datensymbolen eines Dual-Rate-Kommunikationsrahmens für ein OTFS-Übertragungssystem vorgeschlagen. Der DP-Teil ist so konzipiert, dass er eine anfängliche OFO-Schätzung und eine anschließende gemeinsame Schätzung des Kanals und eines Rest-OFO ermöglicht.
Der Kommunikationsrahmen umfasst einen Block erster Art und einen Block zweiter Art. Der Block des ersten Typs umfasst Pilotsignale, Schutzsymbole und Datensignale, und der Block des zweiten Typs umfasst ausschließlich Datensignale. Die Pilotsymbole, Schutzsymbole und Datensymbole des Blocks des ersten Typs und die Datensymbole des Blocks des zweiten Typs sind auf einem Raster in der Verzögerungs-Doppler-Domäne angeordnet. Der Kommunikationsrahmen ist gekennzeichnet durch einen jeweiligen Block erster Art, der einem Block zweiter Art vorausgeht bzw. nachfolgt. Im Block erster Art ist mindestens ein Pilotsymbol an mindestens drei Seiten von einem oder mehreren Schutzsymbolen umgeben, und die nicht von Pilotsymbolen oder Schutzsymbolen belegten Rasterstellen der Blöcke erster Art in der Verzögerungs-Doppler-Domäne werden für Datensymbole verwendet.
zeigt einen beispielhaften vorgeschlagenen Dual-Rate-OTFS-Rahmen mit DP. Zwei Daten- und DP-Blöcke mit niedriger Rate sind entlang der Verzögerungsdimension für die OFO-Schätzung am Anfang und am Ende des OTFS-Rahmens angeordnet. Die Datensymbole mit niedriger Rate sind durch ein diagonales Kreuzraster symbolisiert. Die DP-Symbole sind schwarz dargestellt, die Schutzsymbole oder Schutzräume sind in einem vertikalen und horizontalen Kreuzraster dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Schutzsymbole als Teil der Pilotsymbole betrachtet werden, unter anderem zur Bestimmung des Pilot-Overheads. Die erforderliche Anzahl von Pilotsymbolen für eine korrekte Kanalschätzung beträgt vorzugsweise mindestens (2Q+1)(2L+1), wobei Q die BEM-Ordnung (Q <<N) und L die Kanallänge ist. Die Dimension der Blöcke mit niedriger Datenrate ist 2N(L+1). Die Dimension der Pilotblöcke, die in den Blöcken mit niedriger Datenrate eingebettet sind, beträgt 2P(Z+1), wobei P >= 2Q+1 ist. P ist die Anzahl der Pilot- und Schutzsymbole entlang der Doppler-Dimension und wird in Abhängigkeit von der maximalen Dopplerfrequenz gewählt. Bei Q=2, L=5, N=16, beträgt die Mindestanzahl der Pilotsymbole für eine korrekte Kanalschätzung beispielsweise 5*11=55. Die Dimension der Blöcke mit niedriger Datenrate beträgt 2*16*6=192, während die Dimension des Pilotblocks mindestens 2*5*6=60 beträgt. Da 60 > 55, ist, werden keine zusätzlichen Pilotsignale im Block mit hoher Datenrate benötigt, und die pilotgestützte Kanalschätzung kann allein mit den Pilotsignalen in den Blöcken mit niedriger Datenrate durchgeführt werden. Die Verwendung zusätzlicher Pilotsignale in den Blöcken mit hoher Rate ist jedoch aus anderen Gründen möglich. Die Dimension des hochratigen Datenblocks, dargestellt durch die weißen Kästchen, ist (M- 2(L + 1)) N.
In sind dem DP-Symbol zwei Schutzsymbole vorangestellt. Aufgrund der zyklischen Faltung im Empfänger können die Schutzsymbole des Blocks vom ersten Typ, der dem Block vom ersten Typ folgt, als dem DP-Symbol des Blocks vom ersten Typ, der dem Block vom zweiten Typ vorausgeht, nachlaufend betrachtet werden, so dass das DP-Symbol auf beiden Seiten von Schutzsymbolen umgeben ist. Dieser Effekt ist in dargestellt. Hier wird der zweite niedrigratige Block am Ende des hochratigen Blocks vor den ersten niedrigratigen Block am Anfang des hochratigen Blocks gefaltet, und die vorlaufenden Schutzräume des ersten niedrigratigen Blocks am Anfang des hochratigen Blocks werden effektiv zu nachlaufenden Schutzräumen, wie im gestrichelten Kasten dargestellt. Der Abstand zwischen den beiden Low-Rate-Blöcken ist nur zur Verdeutlichung hinzugefügt.
Die Bereitstellung von zwei Blöcken mit niedriger Rate, einer am Anfang und einer am Ende eines Blocks mit hoher Rate, ermöglicht die Bestimmung des OFO im Empfänger, während jeder der Blöcke mit niedriger Rate, der DP-Symbole trägt, in der Verzögerungsdimension kleiner gemacht werden kann und dennoch Schutzsymbole bietet, die das DP-Symbol in geeigneter Weise umgeben. Der Vorteil der OFO-Bestimmung im Empfänger wird somit ohne oder nur mit einem geringen Anstieg des Pilot-Overheads erreicht.
Die Länge des hochratigen Blocks, der die niedrigratigen Blöcke trennt, bestimmt den abschätzbaren OFO-Bereich in der Verzögerungsdimension. Eine kürzere Länge des hochratigen Blocks ermöglicht die Schätzung eines größeren OFO-Bereichs, aber die Schätzgenauigkeit nimmt ab.
Es ist zu beachten, dass die DP-Symbole nachlaufende Schutzsymbole statt vorlaufender Schutzsymbole haben können, wie in beispielhaft dargestellt. Wie bereits erläutert, umgeben die Schutzsymbole der Blöcke des ersten Typs, die sich am Anfang und am Ende des Blocks des zweiten Typs befinden, aufgrund der zyklischen Faltung im Empfänger das DP-Symbol auf beiden Seiten in der gleichen Weise wie in beschrieben.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Kommunikationsrahmens sind zumindest die Pilot- und Schutzsymbole in den Blöcken des ersten Typs, die einem Block des zweiten Typs vorausgehen und folgen, identisch, z.B. in Bezug auf ihre Amplituden und ihre Anordnung im Verzögerungs-Doppler-Raster.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Kommunikationsrahmens ist die Anzahl der Schutzsymbole, die dem Pilotsymbol in Richtung der Verzögerungsdomäne vorausgehen und/oder nachfolgen, doppelt so groß wie die maximale Zeitverzögerung, gemessen in Verzögerungsbereichen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Sender eines OTFS-Übertragungssystems einen Signalabbildner, der vor einer ersten senderseitigen Transformationseinheit und einer zweiten senderseitigen Transformationseinheit angeordnet ist. Der Signalabbildner ist dazu eingerichtet, eine binäre Datenfolge zu empfangen und eine zweidimensionale Anordnung von Pilotsymbolen, Schutzsymbolen und Datensymbolen eines Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne gemäß dem zuvor beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung auszugeben. Die erste senderseitige Transformationseinheit ist dazu eingerichtet, an einem Eingang den von dem Signalabbildner ausgegebenen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne zu empfangen und eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich auszugeben. Die zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich umfasst und repräsentiert sowohl Pilot- als auch Datensymbole. Der Ausgang der ersten senderseitigen Transformationseinheit ist einem Eingang der zweiten senderseitigen Transformationseinheit zugeführt, die dazu ausgelegt ist, ein den Kommunikationsrahmen repräsentierendes kontinuierliches Zeitbereichssignal zur Übertragung über den Kommunikationskanal auszugeben.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die erste senderseitige Transformationseinheit dazu eingerichtet, eine Vorcodierung und/oder eine inverse symplektische finite Fourier-Transformation durchzuführen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die zweite senderseitige Transformationseinheit für die Durchführung einer Heisenberg-Transformation oder einer inversen finiten Fourier-Transformation (IFFT) eingerichtet.
In realistischen Szenarien gibt es eine Beschränkung der Sendeleistung, die sowohl die Daten- als auch die Pilotübertragung beinhaltet. P_T sei die Gesamtsendeleistung und α (α ∈ (0, 1)) das Zuweisungsverhältnis der Leistung für Daten. Daraus folgt, dass P_T und (1 - α)P_T für die Übertragung von Datensymbolen bzw. Pilotsignalen verwendet werden. Wenn mehr Leistung für die Pilotübertragung verwendet wird, d.h. wenn α klein ist, ist die anfängliche Kanalschätzungsleistung in der Regel besser. Allerdings würde weniger Leistung für die Datenübertragung verbleiben, was zu einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und damit zu einer geringen Zuverlässigkeit führen würde. Stattdessen würden die Pilotsignale, denen weniger Leistung zugewiesen wird, d.h. bei großem a, zu einer schlechten anfänglichen Kanal- und Signalschätzung führen, was keine gute Ausgangsbasis für die nachfolgende Verfeinerung der Kanalschätzung und Entzerrung wäre, was ebenfalls zu einer geringen Zuverlässigkeit führt. Daher ist eine angepasste Leistungsverteilung zwischen Daten und Pilotsignalen von größter Bedeutung, um eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen.
Dementsprechend ist der Sender in einer oder mehreren Ausführungsformen so ausgelegt, dass er zwischen 50 % und 99 % der gesamten Sendeleistung den Datensymbolen und die restliche Sendeleistung den Pilotsymbolen zuweist, vorzugsweise zwischen 90 % und 99 %.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Sender dazu eingerichtet, die den Daten- bzw. Pilotsymbolen zugewiesene Leistung in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger anzupassen. Die Anpassung kann für einzelne oder Gruppen von aufeinanderfolgenden Kommunikationsrahmen dynamisch sein, z.B. wenn der Kommunikationskanal, die Trägerfrequenz und/oder die Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger variieren.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Signalabbildner dazu eingerichtet, den Pilotsignal-Overhead in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz, einer maximalen Verzögerung und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger anzupassen. Die Anpassung kann dynamisch für einzelne oder Gruppen von aufeinanderfolgenden Kommunikationsrahmen erfolgen, z.B. wenn der Kommunikationskanal, die Trägerfrequenz und/oder die Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger variieren.
Eine statische Anpassung des Pilotsignal-Overheads und/oder des Leistungszuweisungsverhältnisses im Sender kann auf der Annahme beruhen, dass der verwendete Kommunikationskanal, die Trägerfrequenz und/oder die Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger statisch sind oder innerhalb tolerierbarer Grenzen vernachlässigbar schwanken. Die statische Anpassung kann auch ein Worst-Case-Szenario berücksichtigen, z.B. eine maximal erwartete oder zulässige Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger, eine maximal erwartete Verzögerung oder ähnliches, während Empfänger und Sender kommunikativ verbunden sind, z.B. sich in Funkreichweite befinden. Die erwartete maximale Differenzgeschwindigkeit kann durch externe Eingangsdaten bereitgestellt werden, z.B. durch Geschwindigkeitsbegrenzungen für mobile Einheiten wie Autos oder Züge innerhalb des Versorgungsbereichs eines festen Senders.
Eine dynamische Anpassung des Pilotsignal-Overheads und/oder des Leistungszuweisungsverhältnisses im Sender kann auf einer tatsächlichen Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger beruhen. Solche Informationen können von einem Empfänger geliefert werden, z.B. ein Geschwindigkeitsvektor des Empfängers, oder auf Informationen beruhen, die beim Sender verfügbar sind, z.B. eine Anzahl von Empfängern, die sich innerhalb der Reichweite des Senders befinden. Bei einem stationären Sender, z.B. einer Basisstation o.ä., kann diese Zahl der Anzahl der Empfänger entsprechen, die derzeit oder im Durchschnitt mit dem Sender verbunden sind oder mit ihm in kommunikativer Verbindung stehen. Die dynamische Anpassung kann auch auf Informationen beruhen, die von einem Empfänger empfangen werden, wie z.B. Kanalstatusinformationen, eine Bitfehlerrate oder eine Anzahl von Iterationen von Kanalschätzungen, die für die Decodierung eines zuvor empfangenen Signals erforderlich sind.
Die Leistungszuweisung und/oder der Pilotsignal-Overhead können jedoch auch für spezielle Anforderungen optimiert werden. Um beispielsweise eine schnelle Konvergenz im Empfänger zu erreichen, könnte das Leistungszuweisungsverhältnis α kleiner gewählt werden als das bei gleichem Daten-SNR und Pilot-SNR, und/oder die BEM-Ordnung der ersten Kanalschätzungseinheit kann größer als 1 sein, was zu einem größeren Pilotsignal-Overhead führt. Simulationen haben gezeigt, dass ein Leistungszuweisungsverhältnis von etwa 95 % vorteilhaft ist, um sowohl die BER als auch die Konvergenzleistung zu maximieren.
Die dynamische Suche nach einer nahezu optimalen Leistungszuweisung für das Verhältnis von Pilot- und Datensignalen kann durch ein Training vor dem Beginn einer tatsächlichen Übertragung erreicht werden. Wie weiter oben erwähnt, kann ein vorteilhaftes Leistungszuweisungsverhältnis gefunden werden, wenn das durchschnittliche Daten-SNR und das durchschnittliche Pilot-SNR gleich sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Empfänger für ein OTFS-Übertragungssystem eine erste empfängerseitige Transformationseinheit und eine zweite empfängerseitige Transformationseinheit. Der Empfänger ist dazu eingerichtet, an einem Eingang der ersten empfängerseitigen Transformationseinheit, die eine zweidimensionale Darstellung des empfangenen Kommunikationsrahmens im Zeit-Frequenz-Bereich ausgibt, ein Signal im Zeitbereich zu empfangen, das einen Kommunikationsrahmen nach Anspruch 1 repräsentiert, der über einen praktischen Kommunikationskanal, d.h. einen Kommunikationskanal, der einer Dopplerspreizung unterliegt, übertragen wird. Der Ausgang der ersten empfängerseitigen Transformationseinheit ist einem Eingang der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit zugeführt, die eine zweidimensionale Repräsentation des empfangenen Kommunikationsrahmens mit Pilot- und Datensignalen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne ausgibt. Der Empfänger umfasst einen OFO-Schätzer, der zur Durchführung einer anfänglichen OFO-Schätzung und Kompensation unter Verwendung von Symbolen, die in dem Block des ersten Typs des empfangenen Kommunikationsrahmens übertragen werden, konfiguriert ist, und umfasst außerdem einen iterativen zweistufigen Kanalschätzungs- und Entzerrungsblock, der zur Durchführung einer gemeinsamen Schätzung eines restlichen OFO und des Kommunikationskanals auf der Grundlage aller in dem empfangenen Kommunikationsrahmen übertragenen Symbole konfiguriert ist.
Die Blöcke des ersten Typs des Kommunikationsrahmens, die dem Block des zweiten Typs vorausgehen bzw. nachfolgen, befinden sich bei L bzw. (M- 1) entlang der Verzögerungsdimension. Der OFO kann dann durch Ausnutzung der Autokorrelation von zwei empfangenen Blöcken des ersten Typs mit Daten niedriger Rate und mit DP am Anfang und Ende des OTFS-Rahmens geschätzt werden, ohne dass zusätzliche Pilotsignale erforderlich sind.
Es sei g_k = [y[k, L], y[k, M- 1]]^T .
Die vorgeschlagene OFO-Schätzung umfasst die folgenden drei Schritte:

1) Berechnung der Auto-Korrelationsmatrix: Die Korrelationsmatrix R wird wie folgt berechnet $R = \frac{1}{N} \sum_{k = 0}^{N - 1} g_{k} g_{k}^{H} .$
2) Eigenwert-Zerlegung: Die Eigenwertzerlegung wird auf R angewendet, und der Signal-Eigenvektor der Länge 2 wird als u erhalten.
3) OFO-Extraktion: u₁ und u₂ werden als das erste bzw. das letzte Element von u definiert. Dank der Eigenschaft der konstanten Phasenverschiebung haben u₁ und u₂ die folgende Beziehung: $u_{2} = u_{1} e^{j \frac{2 π ϕ (M - L - 1)}{M}} .$
Folglich kann der OFO leicht geschätzt werden als: $\hat{ϕ} = \frac{∠ {u_{1}^{†} u_{2}} M}{2 π (M - L - 1)} .$

Der OFO wird also mit einer in sich geschlossenen mathematischen Lösung geschätzt und erfordert keine zusätzlichen Pilotsignale. Die Komplexität des OFO-Schätzverfahrens beträgt 4N.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet die anfängliche OFO-Schätzung die Verwendung der Autokorrelation der empfangenen OTFS-Symbole, die in den Blöcken des ersten Typs des empfangenen Kommunikationsrahmens enthalten sind und den Daten mit niedriger Rate und DP entsprechen. Die anfängliche OFO-Kompensation umfasst die Zuführung der anfänglichen OFO-Schätzung an den iterativen zweistufigen Kanalschätzungs- und Entzerrungsblock, um sie in die für die Kanalschätzung verwendeten BEM-Basisfunktionen einzubeziehen.
Durch Einbeziehung der OFO-Schätzung ϕ̂ in die GCE-BEM-Basisfunktion b_q ergibt sich die neue GCE-BEM-Basisfunktion als ${\hat{b}}_{OFO, q} = diag {[1, e^{\frac{2 π \hat{ϕ}}{M}}, \dots, e^{\frac{2 π \hat{ϕ} (M N - 1)}{M}}]} b_{q} .$
Bei Verwendung von (Q + 1) BEM-Basisfunktionen hat die OFO-Kompensationsmethode eine lineare Komplexität von MN(Q + 1). Somit kann das weiter oben vorgestellte Systemmodell umgestaltet werden zu $y = \sum_{q = 0}^{Q} (F_{N} \otimes I_{M}) diag {{\hat{b}}_{OFO, q}} F_{M N}^{H} diag {F_{M N \times L} c_{q}} F_{M N} (F_{N}^{H} \otimes I_{M}) x + z_{mod} + w .$
Nach der anfänglichen OFO-Schätzung und -Kompensation verbleibt aufgrund des BEM-Modellierungsfehlers und des Rauschens ein kleiner Rest-OFO, der bei der gemeinsamen Schätzung des Rest-OFO und des Kommunikationskanals berücksichtigt wird.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet die gemeinsame Schätzung des verbleibenden OFO und des Kanals eine iterative zweistufige Kanalschätzung, die eine anfängliche Kanalschätzung, gefolgt von einer anfänglichen Entzerrung und Symbolschätzung, und eine iterative Kanalschätzung, gefolgt von einer entsprechenden Entzerrung und Symbolschätzung, umfasst.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen werden zumindest die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegebenen Pilotsignale einer ersten Kanalschätzungseinheit zugeführt, die eine erste Schätzung der Zeitdomänen-Kanalmatrix Ĥ_t ⁱ⁼⁰ ausgibt. Die erste Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich Ĥ_t ⁱ⁼⁰ sowie zumindest die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegebenen Datensignale oder die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegebenen Pilot- und Datensignale werden einer Entzerrereinheit zugeführt, die einen geschätzten Satz von zumindest Datensignalen ausgibt. Der geschätzte Satz von zumindest Datensignalen sowie zumindest die Pilotsignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegeben werden, oder die Pilot- und Datensignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegeben werden, werden einer zweiten Kanalschätzungseinheit zugeführt, die eine zweite Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich Ĥ_t ^i≥1 ausgibt. Das Ausgangssignal Ĥ_t ^i≥1 der zweiten Kanalschätzungseinheit sowie zumindest die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegebenen Datensignale oder die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegebenen Pilot- und Datensignale werden der Entzerrereinheit zugeführt, die einen weiteren geschätzten Satz von zumindest Datensignalen ausgibt. Die Kanalschätzung in der zweiten Kanalschätzungseinheit und die Schätzung eines geschätzten Satzes von mindestens Datensignalen in der Entzerrereinheit wird iterativ wiederholt, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Mit anderen Worten, der Prozess der Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich Ĥ_t ⁱ in der zweiten Kanalschätzungseinheit und der Schätzung von Sätzen von mindestens Datensymbolen in der Entzerrereinheit, die Rückführung der jeweils letzten Ausgabe von der Entzerrereinheit sowie mindestens der Pilotsignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegeben werden, oder der Pilot- und Datensignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegeben werden, an die zweite empfängerseitige Kanalschätzungseinheit wird wiederholt, bis das Abbruchkriterium erfüllt ist.
Zu den Abbruchkriterien kann die Konvergenz der Ausgangssignale der Entzerrereinheit gehören. Eine solche Konvergenz kann z. B. angenommen werden, wenn die Bitfehlerrate des dekodierten Ausgangssignals der Entzerrereinheit für zwei aufeinander folgende Iterationen unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann z.B. eine Differenz der Bitfehlerraten sein, die kleiner als 10^-6 ist. Ein weiteres denkbares Abbruchkriterium kann eine vorgegebene Anzahl von Iterationen sein. Es ist auch möglich, eine maximale Anzahl von Iterationen festzulegen, nach der die Iteration beendet wird, aber die Iteration früher zu beenden, wenn die Bitfehlerrate für zwei aufeinanderfolgende Iterationen unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, bevor die maximale Anzahl von Iterationen erreicht ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Empfängers ist die erste empfängerseitige Transformationseinheit dazu eingerichtet, eine finite Fourier-Transformation, eine inverse Heisenberg- oder eine Wigner-Transformation durchzuführen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Empfängers ist die zweite empfängerseitige Transformationseinheit dazu eingerichtet, eine symplektische Finite-Fourier-Transformation durchzuführen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Empfängers ist die erste Kanalschätzungseinheit dazu eingerichtet, eine Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung einer ersten BEM-Ordnung des zeitveränderlichen Kommunikationskanals durchzuführen. Die erste BEM-Ordnung bezieht sich auf die Ordnung der Basisexpansion zur Modellierung des Kommunikationskanals. Die erste Kanalschätzung ist vorzugsweise eine pilotgestützte Kanalschätzung, d.h. sie verwendet die bekannten Orte und/oder andere Eigenschaften der Pilotsignale im Kommunikationsrahmen zur Schätzung
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Empfängers führt die Entzerrereinheit eine Entzerrung nach dem Message-Passing-Verfahren, dem Zero-Forcing-Verfahren und/oder nach dem Verfahren des kleinsten mittleren quadratischen Fehlers durch.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Empfängers ist die zweite Kanalschätzungseinheit dazu eingerichtet, eine Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung einer zweiten BEM-Ordnung des zeitveränderlichen Kommunikationskanals durchzuführen. Die zweite BEM-Ordnung bezieht sich auf die Ordnung der Basisexpansion zur Modellierung des Kommunikationskanals. Die zweite Kanalschätzung ist vorzugsweise eine datengestützte Kanalschätzung, d.h. sie verwendet die in der Entzerrereinheit geschätzten Signale zusätzlich zu den Pilotsignalen im Kommunikationsrahmen zur Schätzung.
Die erste und die zweite BEM-Ordnung der ersten und der zweiten Kanalschätzungseinheit können gleich oder unterschiedlich sein. Es sei darauf hingewiesen, dass eine kleine BEM-Ordnung Q und eine geringere BEM-Auflösung T verwendet werden können, wenn ein geringer Pilot-Overhead erforderlich ist. Allerdings führt eine kleine BEM-Ordnung in der Regel zu einer langsameren Konvergenz. Eine höhere BEM-Ordnung mit einer höheren Auflösung führt zu einer besseren Performance und schnellerer Konvergenz, kann aber mehr Pilotsignale erfordern, d.h. einen höheren Pilot-Overhead haben. Wenn beispielsweise die BEM-Ordnung von Q =2 auf Q =4 erhöht wird, kann die Auflösung T vorteilhaft von 1 auf 2 erhöht werden.
Dank der Schätzung des OFO des Senders im Empfänger ist der verbleibende OFO vergleichsweise klein. Dies ermöglicht die Verwendung einer kleinen BEM-Ordnung Q und einer kleinen Auflösung T bei der anfänglichen, pilotgestützten Kanalschätzung, wobei dennoch eine schnelle Konvergenz erreicht wird.
Eine oder mehrere Ausführungsformen des Empfängers umfassen ferner eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, Informationen über die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Empfängers über Grund, die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Senders über Grund und/oder die relative Geschwindigkeit zwischen dem Empfänger und dem Sender zu empfangen, und die ferner dazu eingerichtet ist, eine BEM-Ordnung Q_S zu bestimmen, und/oder die dazu eingerichtet ist, die BEM-Ordnung Q_S zu empfangen, die am Sender zum Zusammensetzen des Kommunikationsrahmens verwendet wird. Die empfangene oder ermittelte BEM-Ordnung Q_S und/oder die empfangenen Informationen werden an die erste und/oder zweite Kanalschätzungseinheit weitergeleitet, um die jeweilige anzuwendende oder verwendete BEM-Ordnung zu bestimmen. Informationen über die beim Sender verwendete BEM-Ordnung Q_S können z. B. übertragen werden, wenn sich ein mobiles Endgerät mit einer Basisstation verbindet, oder allgemeiner, wenn eine Kommunikationsverbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger hergestellt wird. Da nur wenige Bytes benötigt werden, würde dies den Overhead nicht wesentlich erhöhen, kann aber die spektrale Effizienz erhöhen, wenn ein geringerer Overhead als der Standard-Overhead verwendet werden kann.
Wird keine dynamische Anpassung der BEM-Ordnung Q_S verwendet, kann der Empfänger einen festgelegten Standardwert annehmen.
Die verschiedenen oben vorgestellten Elemente des Senders und des Empfängers können als Hardware, als Softwaremodule oder als Kombinationen davon implementiert werden, d.h. Hardware, die durch Software gesteuert und/oder parametrisiert wird. Insbesondere können die erste und die zweite Kanalschätzungseinheit des Empfängers auf demselben Hardware- oder Softwaremodul beruhen und für die jeweilige pilotgestützte oder datengestützte Kanalschätzung parametrisiert werden, wobei entsprechende Eingangsdaten und GCE-BEM-Parameter verwendet werden.
Ein drahtloses Gerät gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Sender und/oder einen Empfänger für ein OTFS-Übertragungssystem wie oben beschrieben.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Übertragen einer binären Datenfolge über einen OTFS-Kommunikationskanal das Abbilden einer binären Datenfolge in einem Signalabbildner in eine zweidimensionale Anordnung von Pilotsymbolen und Datensymbolen in einem Raster im Verzögerungsdopplerbereich. In der zweidimensionalen Anordnung gemäß der Erfindung ist die Anzahl der Schutzsymbole, die das Pilotsymbol in jeder Richtung des Dopplerbereichs umgeben, doppelt so groß wie die Anzahl der BEM-Basisfunktionen, die zur Modellierung des Kommunikationskanals in einem Empfänger verwendet werden. Der Konverter kann eine Anzahl von Schutzsymbolen um das Pilotsymbol in jeder Richtung des Verzögerungsbereichs bereitstellen, die doppelt so groß ist wie die maximale Zeitverzögerung in Form von Verzögerungsbereichen. Die zweidimensionale Anordnung bildet einen Kommunikationsrahmen für ein OTFS-Übertragungssystem. Die Konvertierung kann den Empfang der binären Datenfolge an einem Eingang des Signalabbildners und die Bereitstellung der zweidimensionalen Anordnung von Pilot- und Datensymbolen an einem Ausgang des Signalabbildners umfassen.
Das Verfahren umfasst ferner das Transformieren des zweidimensionalen Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich in einer ersten senderseitigen Transformationseinheit. Die erste Transformation kann den Empfang des zweidimensionalen Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne an einem Eingang der ersten senderseitigen Transformationseinheit und die Bereitstellung der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen an einem Ausgang der ersten senderseitigen Transformationseinheit umfassen.
Das Verfahren umfasst ferner das Transformieren der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen in einer zweiten senderseitigen Transformationseinheit in ein kontinuierliches Signal im Zeitbereich, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert. Die zweite Transformation kann den Empfang der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich an einem Eingang der zweiten senderseitigen Transformationseinheit und die Bereitstellung des kontinuierlichen Signals im Zeitbereich, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, an einem Ausgang der zweiten senderseitigen Transformationseinheit umfassen.
Das Verfahren umfasst ferner das Übertragen des kontinuierlichen Signals im Zeitbereich, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, über den Kommunikationskanal. Das Senden kann Schritte umfassen, die von konventionellen Sendern bekannt sind, wie z.B. Verstärkung, Strahlformung und - ausrichtung und dergleichen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst der erste Transformationsschritt das Unterwerfen des zweidimensionalen Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne einer inversen symplektischen finiten Fourier-Transformation.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst der zweite Transformationsschritt das Unterwerfen der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen einer Heisenberg-Transformation oder einer inversen finiten Fourier-Transformation (IFFT).
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Einstellen eines Leistungszuweisungsverhältnisses zwischen Daten- und Pilotsymbolen zwischen 0,5 und 0,99, vorzugsweise zwischen 0,9 und 0,99.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Anpassen eines Leistungszuweisungsverhältnisses zwischen Daten- und Pilotsymbolen in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Anpassen des Pilotsignal-Overheads in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Empfangen einer binären Datenfolge über einen praktischen OTFS-Kommunikationskanal das Empfangen eines kontinuierlichen Signals im Zeitbereich, das einen Kommunikationsrahmen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung repräsentiert, über den Kommunikationskanal. Das Verfahren umfasst ferner das Transformieren des kontinuierlichen Signals im Zeitbereich, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, in einer ersten empfängerseitigen Transformationseinheit in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich, die an einem Ausgang der ersten empfängerseitigen Transformationseinheit verfügbar ist. In einem nächsten Schritt des Verfahrens wird die zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen, die Pilot- und Datensignale im Zeit-Frequenz-Bereich umfasst, in einer zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit in einen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen transformiert, der Pilot- und Datensignale in der Verzögerungs-Doppler-Domäne umfasst, die an einem Ausgang der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit bereitgestellt wird. Als nächstes wird ein OFO aus den Blöcken des ersten Typs des Kommunikationsrahmens geschätzt, wobei der OFO einer Kanalschätzungseinheit zur Verfügung gestellt wird, um die OFO-Schätzung in die anzuwendende CE-Funktion einzubeziehen.
Um eine erste Schätzung der Kanalmatrix Ĥ_t ⁱ⁼⁰ im Zeitbereich an einem Ausgang einer ersten Kanalschätzungseinheit zu erhalten, werden zumindest die Pilotsignale, die in dem zweidimensionalen Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne enthalten sind, einer ersten Kanalschätzungseinheit bereitgestellt. Die erste Schätzung der Kanalmatrix Ĥ_t ⁱ⁼⁰ im Zeitbereich sowie zumindest die Datensignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegeben werden, oder die Pilot- und Datensignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegeben werden, werden dann einer Entzerrereinheit zugeführt, um einen geschätzten Satz von zumindest Datensignalen an einem Ausgang der Entzerrereinheit zu erhalten. Als nächstes wird der geschätzte Satz von zumindest Datensignalen, die von der Entzerrereinheit ausgegeben werden, sowie zumindest die Pilotsignale, die nach der zweiten Transformation in der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit verfügbar sind, oder die Pilot- und Datensignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegeben werden, einer zweiten Kanalschätzungseinheit zugeführt, um eine weitere Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich Ĥ_t ^i≥1 zu erhalten. Die weitere Schätzung der Kanalmatrix Ĥ_t ^i≥1 zugeführt, um einen weiteren geschätzten Satz von zumindest Datensignalen zu erhalten. Die Schätzung der Kanalmatrix Ĥ_t ^i≥1 im Zeitbereich in der zweiten Kanalschätzungseinheit und die Schätzung der Sätze von mindestens Datensignalen in der Entzerrereinheit wird iterativ wiederholt, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Bei der iterativen Wiederholung werden der jeweils letzte weitere geschätzte Satz von zumindest Datensignalen und die Pilotsignale zum Schätzen der Kanalmatrix Ĥ_t ^i≥1 im Zeitbereich verwendet und die jeweils letzte geschätzte Kanalmatrix Ĥ_t ^i≥1 im Zeitbereich sowie zumindest die nach der zweiten Transformation in der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit erhaltenen Datensignale oder die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit ausgegebenen Pilot- und Datensignale werden für die nächste Schätzung von zumindest Datensignalen verwendet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Transformieren des kontinuierlichen Signals im Zeitbereich, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich das Unterwerfen des kontinuierlichen Signals im Zeitbereich, das einen Kommunikationsrahmen repräsentiert, einer finiten Fourier-Transformation, einer inversen Heisenberg- oder einer Wigner-Transformation.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Transformieren der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen, die Pilot- und Datensignale im Zeit-Frequenz-Bereich umfassen, in einen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen, der Pilotsignale und Datensignale in der Verzögerungs-Doppler-Domäne umfasst, das Unterwerfen der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen, die Pilot- und Datensignale im Zeit-Frequenz-Bereich umfassen, einer symplektischen finiten Fourier-Transformation.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Schätzen des OFO aus den Blöcken des ersten Typs das Trennen der Blöcke des ersten Typs aus dem empfangenen Kommunikationsrahmen, das Durchführen einer Autokorrelation zumindest für die darin enthaltenen Pilotsymbole und das Extrahieren der OFO-Information aus der Autokorrelation.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Erhalten der ersten Schätzung der Kanalmatrix Ĥ_t ⁱ⁼⁰ im Zeitbereich die Durchführung einer Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung des zeitveränderlichen Kommunikationskanals mit einer ersten BEM-Ordnung.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst die Schätzung der Kanalmatrix Ĥ_t ^i≥1 im Zeitbereich in der zweiten Kanalschätzungseinheit die Durchführung einer Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung des zeitvariablen Kommunikationskanals mit einer zweiten BEM-Ordnung.
Wie weiter oben erwähnt, können die erste und die zweite BEM-Ordnung Q und/oder die Auflösungen T der ersten bzw. zweiten Kanalschätzungseinheit gleich oder unterschiedlich sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Erhalten eines geschätzten Satzes von zumindest Datensignalen in der Entzerrereinheit das Unterwerfen zumindest der Datensignale, die nach der zweiten Transformation in der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit erhalten wurden einer Entzerrung nach dem Message-Passing-Verfahren, dem Zero-Forcing-Verfahren, oder dem Verfahren des kleinsten mittleren quadratischen Fehlers.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Empfangen von Informationen über die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Empfängers über Grund, die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Senders über Grund und/oder die relative Geschwindigkeit zwischen dem Empfänger und dem Sender in einer Steuereinheit und das Bestimmen einer BEM-Ordnung Q_S und/oder das Empfangen der BEM-Ordnung Q_S, die am Sender zum Zusammensetzen des Kommunikationsrahmens verwendet wird. Die empfangenen Informationen können zur Bestimmung der jeweiligen BEM-Ordnung verwendet werden, die in der ersten und/oder in der zweiten Kanalschätzungseinheit zu verwenden ist. Die jeweils empfangene oder ermittelte BEM-Ordnung wird der ersten und/oder der zweiten Kanalschätzungseinheit zur Verfügung gestellt.
Die Sende- und/oder Empfangsverfahren können durch Computerprogrammanweisungen repräsentiert werden, die, wenn sie von einem Mikroprozessor ausgeführt werden, den Computer und/oder die Steuerhardwarekomponenten eines Senders bzw. eines Empfängers eines OFTS-Übertragungssystems, wie hierin vorgestellt, zu der Ausführung des Sende- bzw. Empfangsverfahrens, wie hierin vorgestellt, veranlassen.
Die Computerprogrammanweisungen können abrufbar auf einem computerlesbaren Medium oder Datenträger gespeichert oder übertragen werden. Das Medium oder der Datenträger kann physisch verkörpert sein, z. B. in Form einer Festplatte, einer SSD, eines Flash-Speichers oder dergleichen. Das Medium oder der Datenträger kann aber auch ein moduliertes elektromagnetisches, elektrisches oder optisches Signal umfassen, das vom Computer mittels eines entsprechenden Empfängers empfangen und in einen Speicher des Computers übertragen und dort gespeichert wird.
XOs mit einem sehr kleinen OFO sind in der Regel teurer und benötigen mehr Energie für den Betrieb. Der vorgeschlagene Kommunikationsrahmen in einem Sender und einem Empfänger, der die jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahren ausführt, ermöglicht die Handhabung des größeren OFO von weniger teuren XOs mit größerem OFO bei geringerem Leistungsbedarf und ermöglicht somit auch eine Verringerung des Stromverbrauchs bei gleichzeitiger Reduzierung der Gerätekosten.
Der vorgeschlagene TFDR-OTFS-Empfänger erreicht eine hervorragende Leistung in Bezug auf die Bitfehlerrate (Bit Error Rate - BER), den mittleren quadratischen Fehler (Mean Square Error - MSE) der OFO-Schätzung und den MSE der Kanalschätzung bei gleichzeitig geringem Pilotsignal-Overhead dank der angepassten Gestaltung des Kommunikationsrahmens mit Blöcken des ersten und zweiten Typs, wobei die Blöcke des ersten Typs eine niedrige Datenrate und DP bieten. Die BER-Performance liegt nahe an der unteren erreichbaren BER-Grenze, die von einer perfekten Schätzung und Kompensation des OFO und Kanals ausgeht.
Der vorgeschlagene Kommunikationsrahmen und sein DP-Muster dienen zwei Zwecken: erstens der Schätzung des OFO zusammen mit Daten niedriger Rate und zweitens der Schätzung des OTFS-Kanals, wodurch Ressourcen für Daten hoher Rate eingespart werden. Durch die Verwendung von Daten mit niedriger Rate und die genaue Planung ihrer Positionen wird der OFO geschätzt, ohne dass zusätzliche dedizierte Pilotsignale erforderlich sind. Durch die Schätzung und Kompensation des OFO vor der Kanalschätzung wird der Aufwand für dedizierte Pilotsignale erheblich reduziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Im folgenden Abschnitt werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 ein Blockschaltbild eines allgemeinen OTFS Übertragungssystems,
2 eine beispielhafte Visualisierung der Verschiebung des Doppler-Spektrums in einem OTFS-Kommunikationskanal bei Vorliegen eines OFO,
3 beispielhafte im Sender vorliegende OTFS Übertragungsrahmenmuster gemäß der vorliegenden Erfindung
4 ein Blockdiagramm der OFO-Schätzung, Kanalschätzung und Entzerrung eines beispielhaften Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden einer Binärdatenfolge über einen OTFS Kommunikationskanal, und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen einer Binärdatenfolge über einen zweifach-selektivem Fading unterliegenden OTFS Kommunikationskanal.

In den Figuren können gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sein.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die wurden bereits weiter oben beschrieben und werden hier nicht erneut behandelt.
zeigt ein schematisches Blockdiagramm der anfänglichen OFO-Schätzung und -Kompensation sowie des gemeinsamen Rest-OFO- und Kanalschätzung in einem beispielhaften Empfänger 300 gemäß der vorliegenden Erfindung. Nach Ausführung der SFFT- und Wigner-Transformationen stehen die empfangenen Symbole in der Verzögerungs-Doppler-Domäne y[k, l] für die weitere Verarbeitung zur Verfügung.
Die OFO-Schätzung 312, die Kanalschätzung 321, 322 und die Entzerrung 324 ersetzen den in dargestellten allgemeinen Kanalschätzungs- und Entzerrungsblock 310. Alle anderen Elemente des in gezeigten Empfängers 300, d. h. die erste und zweite empfängerseitige Transformationseinheit 304 bzw. 306, sind identisch und in der Abbildung nicht dargestellt.
Die zweidimensionale Anordnung von Pilot- und Datensignalen y[k, l] in der Verzögerungs-Doppler-Domäne, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit 306 ausgegeben wird, kann zunächst der OFO-Schätzeinheit 312 zugeführt werden. Die OFO-Schätzeinheit 312 umfasst eine Blocktrenneinheit 314, die die Blöcke des ersten Typs von den Blöcken des zweiten Typs des Kommunikationsrahmens trennt und die Blöcke des ersten Typs an eine Autokorrelationseinheit 316 liefert. Die Autokorrelation kann eine (in der Abbildung nicht gezeigte) Eigenwertzerlegung beinhalten oder von ihr gefolgt werden. Das Ergebnis der Autokorrelation wird an die OFO-Extraktionseinheit 318 weitergeleitet, die den OFO bestimmt und an eine Einheit zur Erzeugung von BEM-Basen 319 weiterleitet. Basierend auf der OFO-Schätzung ϕ̂, die von der OFO-Extraktionseinheit 318 ausgegeben wird, bestimmt die BEM-Basen-Erzeugungseinheit 319 die BEM-Ordnungen Q, die in den Kanalschätzungseinheiten 321 und 322 zu verwenden sind, und leitet die entsprechenden Informationen entsprechend an die erste und zweite Kanalschätzungseinheit 321, 322 weiter.
Die zweidimensionale Anordnung von Pilot- und Datensignalen y[k, l] in der Verzögerungs-Doppler-Domäne, die von der Low-Rate-Blockextraktionseinheit 314 ausgegeben wird, kann auch einer Pilotextraktionseinheit 326 zugeführt werden, die im Wesentlichen eine Fensterfunktion ist, die das Wissen über den Aufbau des übertragenen zweidimensionalen Arrays zum Entfernen oder Unterdrücken von Datensignalen verwendet. Die extrahierten Pilotsignale y_p die eine pilotgestützte, den OFO berücksichtigende erste Kanalschätzung unter Verwendung eines GCE-BEM-Kanalmodells mit einer ersten BEM-Ordnung Q_S durchführt. Die erste BEM-Ordnung Q_S kann klein sein und eine niedrige Auflösung T nutzen, z.B. wenn ein geringer Pilotsignal-Overhead erforderlich ist, wenn auch auf Kosten einer langsameren Konvergenz. Die erste BEM Ordnung Q_S kann jedoch auch vergleichsweise groß sein, mit einer höheren Auflösung T, was zu einer schnelleren Konvergenz führt, wenngleich auf Kosten eines höheren Pilotsignal-Overheads. Das Ergebnis der Kanalschätzung in der ersten Kanalschätzeinheit 321 wird zusammen mit mindestens den in der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit 306 verfügbaren empfangenen Datensignalen y_d oder der gesamten empfangenen zweidimensionalen Anordnung von Pilot- und Datensignalen y[k, l] einem Entzerrer 324 zugeführt. Die erste Schätzung der übertragenen Symbole wird an eine zweite Kanalschätzungseinheit 322 zurückgeführt, die eine datengestützte, den OFO einbeziehende Kanalschätzung unter Verwendung eines GCE-BEM-Kanalmodells ausgibt. Die zweite Kanalschätzungseinheit kann eine höhere BEM-Ordnung Q_L und eine höhere Auflösung T als die erste Kanalschätzungseinheit verwenden, wobei auch gleiche BEM-Ordnungen Q_L und Auflösungen T denkbar sind. Die zweite Kanalschätzungseinheit 322 empfängt außerdem die empfangene zweidimensionale Anordnung von Pilot- und Datensignalen y[k, 1]. Das Ergebnis der Kanalschätzung in der zweiten Kanalschätzungseinheit 322 wird zusammen mit mindestens den an der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit 306 verfügbaren empfangenen Datensignalen y_d oder der gesamten empfangenen zweidimensionalen Anordnung von Pilot- und Datensignalen y[k, l] dem Entzerrer 324 zugeführt, um eine gegenüber der vorherigen verbesserte Schätzung der übertragenen Symbole zu erhalten. Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Abbruchkriterium erfüllt ist.
zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Übertragen einer binären Datenfolge über einen OTFS-Kommunikationskanal. In Schritt 402 wird eine binäre Datenfolge in einen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne abgebildet, der einen Block des ersten Typs und einen Block des zweiten Typs umfasst, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. In Schritt 404 wird der zweidimensionale Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich transformiert. In Schritt 406 wird die zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich in ein kontinuierliches Zeit-Domänen-Signal transformiert, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, der in Schritt 408 über den Kanal übertragen wird. Vor der Umwandlung der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich kann in einem optionalen Schritt 410 ein Leistungszuweisungsverhältnis zwischen Pilot- und Datensignalen und/oder ein Pilot-Overhead bestimmt oder angepasst werden, der in einem optionalen Schritt 412 eingestellt wird.
zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Empfang einer binären Datenfolge über einen OTFS-Kommunikationskanal, der doppeltselektivem Fading unterliegt. In Schritt 502 wird ein kontinuierliches Signal im Zeitbereich, das einen Kommunikationsrahmen repräsentiert, über den Kommunikationskanal empfangen. In Schritt 504 wird das kontinuierliche Signal im Zeitbereich, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich transformiert. In Schritt 506 wird die zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen, die Pilot- und Datensignale im Zeit-Frequenz-Bereich umfasst, in einen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne transformiert, der einen Block des ersten Typs und einen Block des zweiten Typs umfasst, in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der Erfindung. In Schritt 508 wird ein OFO aus den Blöcken des ersten Typs des Kommunikationsrahmens geschätzt und in Schritt 510 von einem OFO-Schätzer 312 an eine Kanalschätzungseinheit 320 geliefert. In Schritt 512 wird eine anfängliche Schätzung einer Kanalmatrix im Zeitbereich in einer ersten Kanalschätzungseinheit 321 erhalten, die eine Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung des zeitveränderlichen Kommunikationskanals mit einer ersten BEM-Ordnung und mit einer ersten Auflösung durchführt. In Schritt 514 wird ein geschätzter Satz von mindestens Datensignalen in einer Entzerrereinheit 324 auf der Grundlage der Kanalschätzung und des Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne bestimmt. In Schritt 516 wird geprüft, ob ein Abbruchkriterium erfüllt ist, das im positiven Fall, dem „Ja“-Zweig von Schritt 516, signalisiert, dass die geschätzten empfangenen Symbole in Schritt 520 an einen Signal-Rückabbildner ausgegeben werden können und schließlich als empfangene Binärsequenz ausgegeben werden können. Wenn das Abbruchkriterium nicht erfüllt ist, d.h. der „Nein“-Zweig von Schritt 516, wird in Schritt 520 eine weitere Schätzung einer Kanalmatrix im Zeitbereich in einer zweiten Kanalschätzungseinheit 322 vorgenommen, die eine Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung des zeitvariablen Kommunikationskanals mit einer zweiten BEM-Ordnung und einer zweiten Auflösung unter Verwendung der geschätzten Datensignale zusätzlich zu den Pilotsignalen durchführt. Das Ergebnis der Kanalschätzung wird dem Entzerrer 324 zugeführt, der den Schritt 514 unter Verwendung der neuen Schätzung aus Schritt 520 wiederholt.
Optional kann in Schritt 522 eine BEM-Ordnung Q_S empfangen werden, die im Sender verwendet wurde, oder Informationen, die es ermöglichen, eine BEM-Ordnung zu bestimmen, die bei der Kanalschätzung verwendet werden soll. In Schritt 524 wird die zu verwendende BEM-Ordnung Q_S bestimmt und in Schritt 526 an die Kanalschätzungseinheit übermittelt.
DEFINITIONEN UND LISTE DER BEZUGSZEICHEN (Teil der Beschreibung)

fc: Trägerfrequenz
Δf: Unterträgerabstand
L: Kanallänge
M: Anzahl der Verzögerungsbereiche
N: Anzahl der Dopplerbereiche
PT: Gesamt-Übertragungsleistung
α: Anteil der Daten zugewiesenen Leistung
λ: Pilot Overhead
QS: BEM Ordnung bei der anfänglichen Kanalschätzung mit niedriger Ordnung
QL: BEM Ordnung bei der anschließenden, iterativen Kanalschätzung
AWGN: additives weißes Gauß'sches Rauschen
BEM: Basisexpansionsmodell
CE-BEM: komplex-exponentielle BEM
GCE-BEM: verallgemeinerte CE-BEM
DFT: diskrete Fouriertransformation
MSE: mittlerer quadratischer Fehler
OTFS: orthogonaler Zeit-Frequenz-Raum
SNR: Signal-Rausch-Verhältnis
BER: Bitfehlerrate
OFDM: orthogonales Frequenzmultiplexverfahren
MP: Message Passing
SFFT: finite-symplektische Fouriertransformation
200: Sender
202: erste senderseitige Transformationseinheit
204: zweite senderseitige Transformationseinheit
206: Antenne
300: Empfänger
302: Antenne
304: erste empfängerseitige Transformationseinheit
306: zweite empfängerseitige Transformationseinheit
310: Block zur Kanalschätzung und -entzerrung
312: OFO schätzen
314: Block niedriger Datenrate extrahieren
316: Autokorrelation
318: OFO extrahieren
319: Erzeugung von BEM Basis unter Einbeziehung des OFO
320: zweistufige Kanalschätzung und -entzerrung
321: erste Kanalschätzungseinheit
322: zweite Kanalschätzungseinheit t
324: Entzerrereinheit
326: Pilotsignal-Rückgewinnungseinheit
400: Übermittlungsverfahren
402: Abbildung in die Verzögerungs-Doppler-Domäne
404: in den Zeit-Frequenz-Bereich transformieren
406: Umwandlung in ein kontinuierliches Signal im Zeitbereich
408: über den Kanal senden
410: Anpassung der Leistungszuweisung / des Pilotsignal-Overheads
412: Einstellung der Leistungszuweisung / des Pilotsignal-Overheads
500: Empfangsverfahren
502: Empfang eines kontinuierlichen Signals im Zeitbereich
504: Umwandlung eines kontinuierlichen Signals im Zeitbereich in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich
506: Umwandlung einer zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich in einen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne
508: OFO schätzen
510: geschätzten OFO an BEM Basiserzeugungseinheit leiten, und erzeugte BEM Basis an Kanalschätzung leiten
512: Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich in einer ersten Kanalschätzungseinheit
514: Erhalt geschätzter Symbole
516: Abbruchkriterium erfüllt?
518: Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich in einer zweiten Kanalschätzungseinheit
520: Schätzung an Signalrückabbildner ausgeben
522: Empfangen
524: Bestimmung des zu verwendenden BEM
526: BEM der Kanalschätzungseinheit zuführen

Claims

Zweidimensionale Anordnung von Pilotsymbolen und Datensymbolen eines Kommunikationsrahmens für ein Orthogonal Time Frequency Space (OTFS)-Übertragungssystem, wobei der Kommunikationsrahmen einen Block des ersten Typs mit niedriger Rate und einen Block des zweiten Typs mit hoher Rate umfasst, wobei der Block des ersten Typs Pilotsignale, Schutzsignale und Datensignale umfasst, der Block des zweiten Typs ausschließlich Datensignale umfasst, die Pilotsymbole, Schutzsignale und Datensymbole des Blocks des ersten Typs und die Datensymbole des Blocks des zweiten Typs in einem Raster in der Verzögerungs-Doppler-Domäne angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Block des ersten Typs ein Block des zweiten Typs folgt und auf einen Block des zweiten Typs ein Block des ersten Typs folgt, wobei in dem Block des ersten Typs mindestens ein Pilotsymbol an mindestens drei Seiten von einem oder mehreren Schutzsymbolen umgeben ist, wobei die Stellen in dem Raster der Blöcke des ersten Typs in der Verzögerungs-Doppler-Domäne, die nicht von Pilotsymbolen oder Schutzsymbolen belegt sind, für Datensymbole verwendet werden.
Zweidimensionale Anordnung von Symbolen in dem Kommunikationsrahmen für ein OTFS-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei zumindest die Pilot- und Schutzsymbole in den Blöcken des ersten Typs die einem Block des zweiten Typs vorausgehen und folgen, identisch sind.
Zweidimensionale Anordnung von Symbolen in dem Kommunikationsrahmen für ein OTFS-Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Schutzsymbole, die dem Pilotsymbol in Richtung der Verzögerungsdomäne vorausgehen und/oder folgen, das Doppelte der maximalen Zeitverzögerung gemessen in Verzögerungsbereichen beträgt.
Sender (200) eines OTFS-Übertragungssystems mit einem Signalabbildner, der stromaufwärts von einer ersten senderseitigen Transformationseinheit (202) und einer zweiten senderseitigen Transformationseinheit (204) angeordnet ist, wobei der Signalabbildner dazu ausgelegt ist, eine binäre Datenfolge zu empfangen und einen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen (x[k, l]) in der Verzögerungs-Doppler-Domäne auszugeben, in dem Pilotsymbole (P), Datensymbole und Schutzsymbole (G) zweidimensional gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 angeordnet sind, wobei die erste senderseitige Transformationseinheit (202) dazu eingerichtet ist, an einem Eingang den zweidimensionalen Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne zu empfangen, der von dem Signalabbildner ausgegeben wird, und eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich auszugeben, und wobei das Ausgangssignal der ersten senderseitigen Transformationseinheit (202) einem Eingang der zweiten senderseitigen Transformationseinheit (204) zugeführt wird, die dazu eingerichtet ist, ein kontinuierliches Signal im Zeitbereich, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, zur Übertragung über den Kommunikationskanal auszugeben.
Sender (200) für ein OTFS-Übertragungssystem nach Anspruch 4, wobei die erste senderseitige Transformationseinheit (202) dazu eingerichtet ist, eine Vorcodierung und/oder eine inverse symplektische finite Fourier-Transformation durchzuführen.
Sender (200) für ein OTFS-Übertragungssystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite senderseitige Transformationseinheit (204) dazu eingerichtet ist, eine Heisenberg-Transformation oder eine inverse finite Fourier-Transformation (IFFT) durchzuführen.
Sender (200) für ein OTFS-Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Sender (200) dazu eingerichtet ist, zwischen 50 % und 99 % der gesamten Sendeleistung Datensymbolen und die restliche Sendeleistung Pilotsymbolen zuzuordnen, vorzugsweise zwischen 90 % und 99 %.
Sender (200) für ein OTFS-Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Sender (200) dazu eingerichtet ist, eine den Daten- bzw. Pilotsymbolen (P) zugeordnete Leistung in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger anzupassen.
Sender (200) für ein OTFS-Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Signalabbildner dazu eingerichtet ist, den Pilotsignal-Overhead in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger anzupassen.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems mit einer ersten empfängerseitigen Transformationseinheit (304) und einer zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306), wobei der Empfänger (300) dazu eingerichtet ist, an einem Eingang der ersten empfängerseitigen Transformationseinheit (304) ein einen über einen Kommunikationskanal übertragenen Kommunikationsrahmen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 repräsentierendes Signal im Zeitbereich zu empfangen, welche eine zweidimensionale Darstellung des empfangenen Kommunikationsrahmens im Zeit-Frequenz-Bereich ausgibt, und wobei ein Ausgangssignal der ersten empfängerseitigen Transformationseinheit (304) einem Eingang der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) zugeführt ist, welche eine zweidimensionale, Pilotsignale und Datensignale umfassende Darstellung des empfangenen Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne ausgibt, wobei der Empfänger (300) einen zur Durchführung einer anfänglichen Oszillatorfrequenzversatz (oscillator frequency offset - OFO)-Schätzung und Kompensation unter Verwendung von in dem Block ersten Typs des Kommunikationsrahmens übertragener Symbole eingerichteten OFO-Schätzer (312) umfasst, und außerdem einen Block (320) zur iterativen zweistufigen Kanalschätzung und Entzerrung umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, einen verbleibenden OFO zu bestimmen und eine Kanalschätzung unter Verwendung aller Symbole des empfangenen Kommunikationsrahmens durchzuführen.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach Anspruch 10, wobei der OFO-Schätzer (312) zur Durchführung einer Autokorrelation (316) auf die in dem Block ersten Typs des Kommunikationsrahmens enthaltenen empfangenen OTFS Symbole eingerichtet ist, und wobei die anfängliche OFO-Schätzung dem Block (320) zur iterativen zweistufigen Kanalschätzung und Entzerrung zugeführt ist.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Block (320) zur iterativen zweistufigen Kanalschätzung und Entzerrung zur gemeinsamen Schätzung eines verbleibenden OFO und des Kanals eine von einer anfänglichen Entzerrung und Symbolschätzung (324) gefolgte anfängliche Kanalschätzung (321) sowie eine von einer jeweiligen Entzerrung und Symbolschätzung (324) gefolgte iterative Kanalschätzung (322) implementiert.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach Anspruch 12, wobei zumindest die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Pilotsignale einer ersten Kanalschätzungseinheit (321) zugeführt werden, die eine erste Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥0) ausgibt, wobei die erste Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥0) sowie zumindest die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Datensignale oder die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Pilot- und Datensignale einer Entzerrereinheit (324) zugeführt werden, die einen geschätzten Satz von zumindest Datensignalen ausgibt, wobei der geschätzte Satz von zumindest Datensignalen sowie zumindest die von der zweiten empfangsseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Pilotsignale oder die von der zweiten empfangsseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Pilot- und Datensignale einer zweiten Kanalschätzungseinheit (322) zugeführt werden, die eine zweite Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥1) ausgibt, wobei das Ausgangssignal (Ĥ_t ^i≥1) der zweiten Kanalschätzungseinheit (322) sowie zumindest die von der zweiten empfangsseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Datensignale oder die von der zweiten empfangsseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Pilot- und Datensignale der Entzerrereinheit (324) zugeführt werden, die einen weiteren geschätzten Satz von zumindest Datensignalen ausgibt, wobei der Empfänger (300) dazu eingerichtet ist, die Kanalschätzung in der zweiten Kanalschätzungseinheit (322) und das Schätzen eines geschätzten Satzes von zumindest Datensignalen in der Entzerrereinheit (324) iterativ zu wiederholen, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach Anspruch 13, wobei die erste Kanalschätzungseinheit (321) dazu eingerichtet ist, eine Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung (basis expansion modeling - BEM) einer ersten BEM-Ordnung des zeitveränderlichen Kommunikationskanals durchzuführen.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach Anspruch 13 oder 14, wobei die zweite Kanalschätzungseinheit (322) dazu eingerichtet ist, eine Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung einer zweiten BEM-Ordnung des zeitlich veränderlichen Kommunikationskanals durchzuführen.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die erste empfängerseitige Transformationseinheit (304) dazu eingerichtet ist, eine finite Fourier-Transformation, eine inverse Heisenberg- oder Wigner-Transformation durchzuführen.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die zweite empfängerseitige Transformationseinheit (306) dazu ausgebildet ist, eine Decodierung und/oder eine symplektische finite Fourier-Transformation durchzuführen.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Entzerrereinheit (324) eine Entzerrung nach dem Message-Passing-Verfahren, Zero-Forcing-Verfahren und/oder nach dem Verfahren des kleinsten quadratischen Fehlers durchführt.
Empfänger (300) eines OTFS-Übertragungssystems nach einem der Ansprüche 10 bis 18, der außerdem eine Steuereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, Informationen über die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Empfängers (300) über Grund, die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Senders (200) über Grund und/oder die relative Geschwindigkeit zwischen dem Empfänger (300) und dem Sender (200) zu empfangen, und ferner dazu eingerichtet ist, eine BEM-Ordnung Q_S zu bestimmen, und/oder dazu eingerichtet ist, die BEM-Ordnung Q_S zu empfangen, die am Sender (200) zum Zusammensetzen des Kommunikationsrahmens verwendet wurde, und dazu eingerichtet ist, die empfangenen Informationen und/oder die BEM-Ordnung Q_S an die erste und/oder zweite Kanalschätzungseinheit (321, 322) weiterzuleiten.
Drahtlose Vorrichtung für ein OTFS-Übertragungssystem mit einem Sender (200) nach einem der Ansprüche 4 bis 9 und/oder einem Empfänger (300) nach einem der Ansprüche 10 bis 19.
Verfahren (400) zum Übertragen einer binären Datenfolge über einen OTFS-Kommunikationskanal, umfassend: - Abbilden (402) einer binären Datenfolge in einem Signalabbildner in einen zweidimensionalen Kommunikationsrahmen in der Verzögerungs-Doppler-Domäne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, - Transformieren (404), in einer ersten senderseitigen Transformationseinheit (202), des zweidimensionalen Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich, - Transformieren (406) der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich in einer zweiten senderseitigen Transformationseinheit (204) in ein zeitkontinuierliches Signal, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, und - Übertragen (408) des zeitkontinuierlichen Signals, das den Kommunikationsrahmen repräsentiert, über den Kommunikationskanal.
Verfahren (400) nach Anspruch 21, wobei der erste Transformationsschritt (404) das Unterwerfen des zweidimensionalen Kommunikationsrahmens in der Verzögerungs-Doppler-Domäne einer inversen symplektischen finiten Fourier-Transformation umfasst.
Verfahren (400) nach Anspruch 21 oder 22, wobei der zweite Transformationsschritt (406) das Unterwerfen der zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen einer Heisenberg-Transformation oder einer inversen finiten Fourier-Transformation (IFFT) umfasst.
Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, außerdem umfassend das Einstellen (410) eines Leistungszuweisungsverhältnisses zwischen Daten- und Pilotsymbolen zwischen 0,5 und 0,99, vorzugsweise zwischen 0,9 und 0,99.
Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 21 bis 24, außerdem umfassend das Anpassen (412) eines Leistungszuweisungsverhältnisses zwischen Daten- und Pilotsymbolen in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger.
Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 21 bis 25, außerdem umfassend das Anpassen (412) des Pilotsignal-Overheads in Abhängigkeit von einem verwendeten Kommunikationskanal, einer verwendeten Trägerfrequenz und/oder einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger.
Verfahren (500) zum Empfangen einer binären Datenfolge über einen zweifach selektivem Fading unterliegenden OTFS-Kommunikationskanal, umfassend: - Empfangen (502) eines zeitkontinuierlichen Signals, das einen Kommunikationsrahmen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 repräsentiert, über den Kommunikationskanal, - Transformieren (504), in einer ersten empfängerseitigen Transformationseinheit (304), des den Kommunikationsrahmen repräsentierenden zeitkontinuierlichen Signals in eine zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen im Zeit-Frequenz-Bereich, die an einem Ausgang der ersten empfängerseitigen Transformationseinheit (304) ansteht, - Transformieren (506), in einer zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306), der Pilot- und Datensignale im Zeit-Frequenz-Bereich umfassenden zweidimensionalen Anordnung von Informationssymbolen in einen zweidimensionalen, Pilotsignale und Datensignale in der Verzögerungs-Doppler-Domäne umfassenden Kommunikationsrahmen, der an einem Ausgang der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ansteht, - Schätzen (508) eines OFO aus den Blöcken des ersten Typs des Kommunikationsrahmens, - Zuführen (510) des geschätzten OFO (ϕ̂) zu einer BEM-Basen-Erzeugungseinheit (319) und der erzeugten BEM-Basen zu der Kanalschätzung (320), um die OFO-Schätzung (ϕ̂) in die anzuwendende Kanalschätzungsfunktion einzubeziehen, - Zuführen zumindest der Pilotsignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegeben werden, zu einer ersten Kanalschätzungseinheit (321), um eine erste Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥0) an einem Ausgang der ersten Kanalschätzungseinheit (321) zu erhalten (508), - Zuführen der ersten Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥0) sowie zumindest der von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Datensignale oder der von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegebenen Pilot- und Datensignale zu einer Entzerrereinheit (324), um einen geschätzten Satz von zumindest Datensignalen an einem Ausgang der Entzerrereinheit (324) zu erhalten (510), - Schätzen (512), in einer zweiten Kanalschätzungseinheit (322), einer Schätzung der Zeitbereichs-Kanalmatrix (Ĥ_t ^i≥1) aus dem geschätzten Satz von mindestens Datensignalen, die von der Entzerrereinheit (324) ausgegeben werden, sowie aus mindestens den Pilotsignalen, die nach der zweiten Transformation in der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) erhalten werden, oder den Pilot- und Datensignalen, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegeben werden, - Zuführen der Schätzung der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥1) , die an einem Ausgang der zweiten Kanalschätzungseinheit (322) bereitsteht, sowie zumindest der Datensignale, die nach der zweiten Transformation in der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) erhalten wurden, oder der Pilot- und Datensignale, die von der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) ausgegeben wurden, zu der Entzerrereinheit (324), um einen weiteren geschätzten Satz von zumindest Datensignalen zu erhalten (510), und - iteratives Wiederholen des Schätzens (512) der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥1) in der zweiten Kanalschätzungseinheit (322) und des Schätzens (510) von Sätzen von mindestens Datensignalen in der Entzerrereinheit (324), bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
Verfahren (500) nach Anspruch 27, wobei der erste Transformationsschritt (504) umfasst, das zeitkontinuierliche Signal, das einen Kommunikationsrahmen repräsentiert, einer finiten Fourier-Transformation, einer inversen Heisenberg- oder einer Wigner-Transformation zu unterwerfen.
Verfahren (500) nach Anspruch 27 oder 28, wobei der zweite Transformationsschritt (506) umfasst, die Pilot- und Datensignale im Zeit-Frequenz-Bereich umfassende zweidimensionale Anordnung von Informationssymbolen einer symplektischen finiten Fourier-Transformation zu unterwerfen.
Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei das Schätzen (508) des OFO aus den Blöcken des ersten Typs des Kommunikationsrahmens umfasst: - Trennen der Blöcke des ersten Typs aus dem empfangenen Kommunikationsrahmen - Durchführen einer Autokorrelation zumindest auf die darin enthaltenen Pilotsymbole, und - Extrahieren der OFO-Information aus der Autokorrelation.
Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei das Erhalten (508) der ersten Schätzung der Zeitdomänen-Kanalmatrix (Ĥ_t ⁱ⁼⁰) in der ersten Kanalschätzungseinheit (320) das Durchführen einer Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung des zeitvariablen Kommunikationskanals mit einer ersten BEM-Ordnung umfasst.
Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 27 bis 31, wobei das Erhalten (512) von Schätzungen der Kanalmatrix im Zeitbereich (Ĥ_t ^i≥1) in der zweiten Kanalschätzungseinheit das Durchführen (322) einer Kanalschätzung auf der Grundlage einer Basisexpansionsmodellierung des zeitlich veränderlichen Kommunikationskanals mit einer zweiten BEM-Ordnung umfasst.
Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei das Erhalten (510) eines geschätzten Satzes von zumindest Datensignalen in der Entzerrereinheit (324) umfasst, dass zumindest die Datensignale, die nach der zweiten Transformation (506) in der zweiten empfängerseitigen Transformationseinheit (306) erhalten wurden, einer Entzerrung nach dem Message-Passing-Verfahren, Zero-Forcing-Verfahren und/oder nach dem Verfahren des kleinsten quadratischen Fehlers unterworfen werden.
Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 27 bis 33, außerdem umfassend: - Empfangen (520) von Informationen über die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Empfängers (300) über Grund, die absolute Geschwindigkeit und Richtung des Senders (200) über Grund und/oder die relative Geschwindigkeit zwischen dem Empfänger (300) und dem Sender (200) und/oder die BEM-Ordnung QS, die am Sender (200) zum Zusammensetzen des Kommunikationsrahmens verwendet wurde, in einer Steuereinheit, - Bestimmen (522) der jeweiligen BEM-Ordnung, die in der ersten und/oder in der zweiten Kanalschätzungseinheit (320, 322) zu verwenden ist, und - Bereitstellen (524) der jeweiligen bestimmten BEM-Ordnung an die erste und/oder an die zweite Kanalschätzungseinheit (320, 322).
Computerprogrammprodukt mit Computerprogrammbefehlen, die bei Ausführung durch einen Mikroprozessor einen Computer und/oder Steuerhardwarekomponenten eines Senders eines OFTS-Übertragungssystems nach einem der Ansprüche 4 bis 9 bzw. eines Empfängers eines OFTS-Übertragungssystems nach einem der Ansprüche 10 bis 19 zur Ausführung des Verfahrens (400, 500) nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 26 bzw. 27 bis 34 veranlassen.
Computerlesbares Medium oder Datenträger, der das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 35 abrufbar überträgt oder speichert.