重慶郵電大學楊小龍獲國家專利權
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龍圖騰網(wǎng)獲悉重慶郵電大學申請的專利一種基于OTFS和FTN融合的通感一體化波形設計方法獲國家發(fā)明授權專利權,本發(fā)明授權專利權由國家知識產(chǎn)權局授予,授權公告號為:CN118250140B 。
龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權局官網(wǎng)在2025-09-12發(fā)布的發(fā)明授權授權公告中獲悉:該發(fā)明授權的專利申請?zhí)?專利號為:202410331051.6,技術領域涉及:H04L27/26;該發(fā)明授權一種基于OTFS和FTN融合的通感一體化波形設計方法是由楊小龍;張冰睿;高銘;周牧;謝良波;王勇;聶偉設計研發(fā)完成,并于2024-03-22向國家知識產(chǎn)權局提交的專利申請。
本一種基于OTFS和FTN融合的通感一體化波形設計方法在說明書摘要公布了:本發(fā)明提出了一種基于正交時頻空間OrthogonalTimeFrequencySpace,OTFS和超奈奎斯特Faster?Than?Nyquist,FTN融合的通感一體化IntegratedSensingandCommunications,ISAC波形設計方法。首先,本方法將FTN符號映射到現(xiàn)有OTFS波形時域進行疊加并在時變信道中傳輸。其次,對接收信號進行解調(diào),并對目標的距離和速度進行參數(shù)估計。然后,采用基于最小均方誤差MinimumMeanSquareError,MMSE算法的均衡器消除FTN產(chǎn)生的干擾。最后,將干擾消除的信號進行信道吞吐量的統(tǒng)計。本發(fā)明設計的融合波形方法能夠在不顯著影響感知性能的情況下實現(xiàn)實質(zhì)性的通信數(shù)據(jù)速率提升,進一步提高了ISAC系統(tǒng)性能。
本發(fā)明授權一種基于OTFS和FTN融合的通感一體化波形設計方法在權利要求書中公布了:1.一種基于OTFS和FTN融合的通感一體化波形設計方法,包括以下步驟: 步驟一:構建FTN發(fā)射信號,具體的算法流程如下所示: 在ISAC系統(tǒng)中具有個子載波,子載波中心頻率為fc,帶寬為△f,總帶寬為傳輸一段長度為L的數(shù)據(jù)流β,經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后得到具有M組數(shù)據(jù)的矩陣D=[d1,d2,...,dM]T,其中,dm表示維度為的數(shù)據(jù)流矩陣,1≤m≤M,[·]T表示對[·]的轉(zhuǎn)置,對D的每組數(shù)據(jù)進行獨立的FTN映射,則第m組數(shù)據(jù)的一維FTN信令描述為: 其中,dm表示第m組輸入序列,qt為單位能量帶寬限制脈沖,α∈[0.8,1]為FTN時域壓縮因子,T為單個符號持續(xù)時間;當α=1時,系統(tǒng)是嚴格奈奎斯特采樣,采樣的符號個數(shù)為N,Nα=N;當0.8≤α1時,系統(tǒng)進行時域壓縮采樣,采樣的符號個數(shù)為其中, 將一維FTN信號疊加在各子載波上,構成多載波FTN信號: 其中,fm=m-1△f; 步驟二:對多載波FTN信號進行OTFS調(diào)制,具體的算法流程如下所示: 將經(jīng)過正交幅度調(diào)制QuadratureAmplitudeModulation,QAM調(diào)制后的個數(shù)據(jù)信息符號擺放至時延-多普勒域信號網(wǎng)格Γ中得到矩陣x[k,l],其中,0≤l≤M-1,多普勒域中有行數(shù)據(jù),時延域中有M列數(shù)據(jù),x[k,l]表示為: 然后,通過反辛有限傅里葉變換將時延-多普勒域信號變換到時頻域網(wǎng)格Λ中,表示為: 其中,0≤m≤M-1;將時頻域信號X[n,m]經(jīng)過海森堡變換Heisenbergtransform后成為時域信號st,表示為: 其中,gtxt表示時頻調(diào)制器的發(fā)射脈沖波形;信號st在具有復雜基帶信道脈沖響應hτ,υ的時變信道上傳輸,接收信號rt為: rt=∫∫hτ,υst-τej2πυt-τdτdυ+nt 其中,nt表示加性高斯白噪聲,平均值為0,方差為σ2,hτ,υ表征了信道對高速運動目標時延參數(shù)τ和多普勒參數(shù)υ的脈沖響應,表示為: 其中,P為由發(fā)射信號經(jīng)目標反射后的路徑數(shù),hp、τp和υp分別表示與第p1≤p≤P條路徑相關的路徑增益、時延和多普勒頻移,δ·表示狄拉克函數(shù); 步驟三:對步驟二得到的rt進行解調(diào),具體的算法如下所示: 對接收信號rt進行維格納變換Wignertransform: 其中,Yt,f表示接收端匹配濾波器的交叉模糊函數(shù),grxt表示時頻調(diào)制器的接收脈沖波形,[·]*表示對[·]的共軛;通過對Yt,f采樣得到匹配的濾波器輸出: Y[n,m]=Yt,f|t=nT,f=m△f 此時已將時域接收信號rt變換到時頻域網(wǎng)格Λ中;之后,對樣本Y[n,m]進行辛有限傅里葉變換處理,得到時延-多普勒域信號y[k,l]: 步驟四:由步驟三得到的y[k,l]中提取感知信息,建立感知模型進行評估,具體的算法流程如下: 解調(diào)后的信號y[k,l]包含運動目標反射后的P條路徑的相關時延和多普勒頻移,其對應的整數(shù)kp和lp分別置于時延-多普勒域信號網(wǎng)格Γ中,其中,1≤p≤P,第p條路徑相關的時延τp和多普勒頻移υp表示為: 因此,運動目標的距離zp和實時速度vp表示為: 其中,c為光速,目標相對發(fā)射機以固定方位角度θ進行運動,令Z=[z1,z2,...,zP],V={v1,v2,...,vP};因此,從有噪聲的y[k,l]中估計得到的距離Z和實時速度V相較于觀測值Z′和V′的均方誤差MeanSquareError,MSE表示為: 其中,E[·]表示對[·]取均值,表示取范數(shù)的模; 步驟五:對步驟三得到的y[k,l]消除由FTN產(chǎn)生的符號間干擾,具體流程如下: 將分布在時延-多普勒域信號網(wǎng)格Γ的個接收信號y[k,l],其中,0≤l≤M-1,提取出來組成新的序列則y可以表示為: y=GX+W 其中,X為發(fā)送的多載波FTN信號,W表示加性高斯白噪聲,平均值為0,方差為σ2,G是一個隨壓縮因子α變化的循環(huán)矩陣,將G進行特征值分解: G=QTAQ* 其中,Q為維的特征向量,通過傅里葉變換FFT可以計算出Q的第i行第j列元素qi,j,其中,表示為 A為維的對角矩陣,其對角線上的第i個元素ai,i是FFT的系數(shù): 其中,|·|表示求絕對值;對A的對角線上每個元素求MMSE作為權重得到維對角矩陣Ψ,其第i行第i列元素ψi,i表示為: 將接收到的序列y轉(zhuǎn)換到相應頻域進行表示: yf=Q*y =AQ*X+Q*W =AXf+Wf 其中,yf表示y頻域序列,Xf=Q*X對應于頻域信號矢量,Wf=Q*W對應于頻域噪聲矢量,時域信號估計值表示為: 將進行QAM解調(diào)之后得到序列則成功恢復的比特數(shù)Nb表示為: 步驟六:建立通信模型進行評估,統(tǒng)計OTFS和FTN融合波形系統(tǒng)的吞吐量R,表示為: 其中,T為單個符號持續(xù)時間。
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