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正交时频空雷达通信一体化波形优化设计方法

战术导弹技术 2022年第5期 31-37,73页

作者：商晓可张贞凯王小江江苏科技大学镇江212000

正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)是一种支持在强多普勒环境中进行信息可靠传输的调制技术。该技术应用于雷达通信一体化系统中,对峰值旁瓣比和包络峰均比进行联合抑制,实现正交时频空雷达通信一体化波形的优化设计。... 详细信息

正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)是一种支持在强多普勒环境中进行信息可靠传输的调制技术。该技术应用于雷达通信一体化系统中,对峰值旁瓣比和包络峰均比进行联合抑制,实现正交时频空雷达通信一体化波形的优化设计。分析了正交时频空雷达通信一体化信号的模糊函数以及通信信息对其的影响。通过伪随机序列对通信信息进行扩频,进而优化模糊函数的峰值旁瓣比,联合迭代限幅滤波技术来降低一体化信号的包络峰均比。仿真结果表明,所提算法可以在抑制峰值旁瓣比的同时使得包络峰均比也得到降低,具有较好的雷达通信一体化性能。

关键词：雷达通信一体化正交时频空模糊函数峰值旁瓣比包络峰均比

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正交时频空波形优化关键技术研究

正交时频空波形优化关键技术研究

作者：许向楠电子科技大学

学位级别：硕士

未来第六代移动通信(The sixth-generation of mobile communications,6G)将具有更高的性能和更多维度的新能力,根据6G业务的泛在性和行业应用的丰富性,其将包含高移动性宽带(High Moving Speed Broadband,HMSBB)、超高速宽带(Ultra High Rate Broadband,UHRBB)和超低时延高可靠(Ultra Low Latency and High Reliability,ULLHR)等七大典型应用场景。其中HMSBB场景将满足高移动速度下的高数据率覆盖需求,但是在该场景下需要克服高移动性的多普勒频移来保证通信质量。正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)是近几年提出的一种新型多载波技术,它可以通过相应的变换将无线时变信道转化为时延多普勒域上近似平稳的二维信道,从而表现出对多普勒频移的鲁棒性,因此它在6G中具有很好的应用前景。然而,作为一种多载波技术,OTFS也存在峰均比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)过高的问题。一般来说,通信系统中功率放大器的动态范围是有限的,当高PAPR信号的瞬时功率超过了放大器的线性范围,将导致信号的非线性失真,从而导致系统性能的下降。另一方面,较高的带外功(Out-of-Band,OOB)率辐射也是 OTFS 的一个问题,因为较高的 OOB 功率辐射会产生邻近信道干扰,最终影响通信的质量。本文联合PAPR和OOB功率辐射两个方面对OTFS这一波形进行优化,主要内容如下:第一章介绍了 OTFS的背景和发展前景、以及OTFS的研究现状。第二章详细介绍了 OTFS系统的基本原理与信号模型,然后推导了 OTFS信号PAPR的上界,给出了表征其PAPR的互补累积分布函数(Complementary Cumulative Distribution Function,CCDF)的解析表达式。第三章首先通过一些经典的方式来对OTFS的PAPR进行抑制,并结合仿真结果分析其性能。具体而言,基于传统的压扩算法,提出分段压扩函数方案,该方案通过修改信号幅值的分布,来最大限度降低信号在压扩过程中的失真程度。仿真结果表明,分段压扩函数在PAPR和误比特率(Bit Error Rate,BER)方面均优于传统的μ律压扩。针对SLM算法,采用帝国主义竞争算法(Imperialist Competition Algorithm,ImCA)对其进行改进,提出智能的ImCA-SLM方案。仿真结果表明,在PAPR抑制上,ImCA-SLM相比于SLM具有很大程度的提升。第四章把第三章的研究进行了扩展。首先在多输入多输出系统中,把ImCA-SLM和分段压扩函数方案进行了分析与扩展。然后基于ImCA-SLM,通过CP-OTFS对信号进行时域加窗,在降低PAPR的同时抑制OOB功率辐射,在接收端进行重构来补偿信号的失真,仿真结果表明该方案能够有效抑制PAPR和OOB功率辐射,并且不会对信号造成失真。随后基于Saleh模型,研究了分段压扩函数方案在非线性条件下的性能。仿真结果表明,在两种非线性的条件下,分段压扩函数的BER性能均优于传统的μ律压扩。最后在第五章对全文进行了简要总结并且指出了本文相关工作在研究过程中的不足和未来的研究方向。

关键词：正交时频空峰值平均功率比分段压扩函数帝国主义竞争算法选择性映射

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面向正交时频空的低复杂度信号检测算法

小型微型计算机系统 2024年

作者：王丹李峰夏麒煜重庆邮电大学通信与信息工程学院

为了解决高速多径信道难以实现可靠传输的问题，移动通信系统中引入了正交时频空(OTFS)调制技术。针对接收端信号检测算法复杂度高的问题，本文提出了一种基于阻尼因子的逐bit消息传递(MP)检测方案，利用信道矩阵的稀疏性来简化消息传... 详细信息

为了解决高速多径信道难以实现可靠传输的问题，移动通信系统中引入了正交时频空(OTFS)调制技术。针对接收端信号检测算法复杂度高的问题，本文提出了一种基于阻尼因子的逐bit消息传递(MP)检测方案，利用信道矩阵的稀疏性来简化消息传递中的因子图。相较于传统逐符号消息传递算法，添加对数似然比(LLR)将算法精度提高至bit级，同时对节点间传递的消息添加阻尼因子加快收敛，在此基础上改进消息传递的规则，进一步降低算法的计算次数。仿真结果表明，改进型的信号检测算法加快了算法收敛，在保证接收端误码性能的同时降低了算法的复杂度。

关键词：正交时频空信号检测消息传递稀疏矩阵阻尼因子

正交时频空:适用于高多普勒扩展场景的调制技术

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西安邮电大学学报 2021年第5期26卷 1-14页

作者：徐湛李青宇巩译孟繁轲张校旗北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192 北京好扑信息科技有限公司北京100026 南方科技大学电子与电气工程系EM信息实验室广东深圳518000

为了充分提升高多普勒扩展场景下的通信系统频谱效率,全面综述了正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)领域的研究成果,对时间选择性信道和OTFS的基本原理进行了介绍。OTFS调制技术能够在高多普勒扩展情况下提供比传统的正... 详细信息

为了充分提升高多普勒扩展场景下的通信系统频谱效率,全面综述了正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)领域的研究成果,对时间选择性信道和OTFS的基本原理进行了介绍。OTFS调制技术能够在高多普勒扩展情况下提供比传统的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)更显著的性能增益。按照信道估计或信号检测等重点技术进行分类,对已有研究成果进行了回顾、总结和比较,并探讨了OTFS技术的峰均比、分数多普勒和基带脉冲等几个重要的开放性问题。

关键词：正交时频空正交频分复用多普勒扩展信道估计信号检测

正交时频空调制下的改进GAMP检测算法研究

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无线电通信技术 2024年

作者：杨黎明赵鸿俊李峰重庆邮电大学通信与信息工程学院

正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space，OTFS）是一种新型的二维调制技术，其有望解决高速环境中的无线通信问题。目前的OTFS接收端信号检测算法难以在复杂度和误比特率之间实现平衡。因此提出了阻尼自适应的GAMP（Damped Adapt... 详细信息

正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space，OTFS）是一种新型的二维调制技术，其有望解决高速环境中的无线通信问题。目前的OTFS接收端信号检测算法难以在复杂度和误比特率之间实现平衡。因此提出了阻尼自适应的GAMP（Damped Adaptively-GAMP，DA-GAMP）检测算法并结合多输入多输出（Multipe Input Multiple Output，MIMO）技术提出基于串行干扰消除的DA-GAMP检测算法。DA-GAMP在每轮迭代中引入阻尼自适应架构，通过变量节点的后验概率计算成本函数，并自动调整阻尼因子，提高消息更新的精确性和降低复杂度。基于串行干扰消除的DA-GAMP则改进了经典的干扰消除联合最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）方法，利用DA-GAMP替代MMSE检测，避免了高阶时延-多普勒域信道矩阵求逆，并通过收敛指示值选择预估信号层索引。仿真结果显示，DA-GAMP在误比特率为10??时，比GAMP算法降低约1.5 dB信噪比需求，同时减少了复杂度和误比特率；基于串行干扰消除的DA-GAMP在误比特率为10?3时，检测性能提升约0.9 dB，显著提高了系统检测性能。

关键词：正交时频空信号检测消息传递多输入多输出串行干扰消除

基于MMSE准则的5G正交时频空信号检测算法

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沈阳工业大学学报 2022年第3期44卷 321-325页

作者：赵巍华东交通大学理工学院南昌330100

针对广义空间调制正交时频空系统中的信号检测问题,在MMSE准则的基础上提出了适应于5G技术的判决反馈检测算法.综合正交时频空与空间调制等技术手段,建立了满足高速移动通信应用需求的系统.在此基础上,通过分析传统频域均衡算法的优缺... 详细信息

针对广义空间调制正交时频空系统中的信号检测问题,在MMSE准则的基础上提出了适应于5G技术的判决反馈检测算法.综合正交时频空与空间调制等技术手段,建立了满足高速移动通信应用需求的系统.在此基础上,通过分析传统频域均衡算法的优缺点引入MMSE准则,提出了具有更低复杂度与更高检测性能的判决反馈检测算法.仿真和分析结果表明,与传统的频域均衡算法相比,基于MMSE准则的判决反馈检测算法具有更加优秀的系统性能和更低的计算复杂度.

关键词：空间调制正交时频空信号处理信号检测多径干扰频域均衡信号反馈滤波器

空间调制在非正交多址和正交时频空调制技术中的应用研究

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空间调制在非正交多址和正交时频空调制技术中的应用研究

作者：潘露西安电子科技大学

学位级别：硕士

空间调制（Spatial Modulation,SM）是一种新颖的调制技术,相比于利用信号幅度相位传递信息等传统的调制方法,空间调制激活单根天线,然后将另一部分信息映射为激活天线上发送的传统幅度相位调制信号。因此空间调制系统中仅存在单个射频... 详细信息

空间调制（Spatial Modulation,SM）是一种新颖的调制技术,相比于利用信号幅度相位传递信息等传统的调制方法,空间调制激活单根天线,然后将另一部分信息映射为激活天线上发送的传统幅度相位调制信号。因此空间调制系统中仅存在单个射频（Radio Frequency,RF）单元,具有许多优异的性能,比如更灵活的频谱效率（Spectrum Efficiency,SE）和更高的能量效率（Energy Efficiency,EE）等。因此,空间调制在5G和B5G无线通信中得到了广泛研究。此外,非正交多址（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）能够支撑5G的海量接入,正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）调制能够支撑5G高移动通信,因此成为5G的关键技术。本文主要研究了SM在NOMA与OTFS中的应用。首先,将最近提出的基于比特分配（Bit Allocation,BA）的空间调制辅助NOMA扩展到协作NOMA系统,提出了一种称为SM-C-NOMA-BA的协作NOMA结构,同时系统考虑了半双工协作和全双工协作这两种工作模式。进一步,分析并推导了在输入有限字符集约束下,所提SM-C-NOMA-BA结构的可达速率。最后,数值结果验证了该结构的有效性。其次,学习了多天线系统MIMO-OTFS,并提出了广义空间调制OTFS（GSMOTFS）结构。考虑到传统的消息传递（Message Passing,MP）检测算法无法很好地利用GSM-OTFS结构中激活模式和其稀疏特性来检测信息,对MP检测算法进行适当改进以提高其检测性能。最后仿真分析对比了MIMO-OTFS和GSM-OTFS在多径衰落信道下的误比特率性能,结果显示,GSM-OTFS系统在接收天线数较大时相比MIMO-OTFS系统具有更好的BER性能。

关键词：空间调制非正交多址接入可达速率正交时频空多天线系统消息传递算法误比特率

OTFS接收端信道估计辅助的无记忆功放非线性失真补偿算法

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通信学报 2022年第12期43卷 134-145页

作者：蒋占军刘欢张华卫李翠然兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

针对正交时频空(OTFS)系统中功率放大器(PA)非线性特性导致传输信号产生失真的问题,提出了一种接收端补偿算法。利用Bussgang定理,结合PA复系数多项式及失真项平均能量对信道状态信息进行估计,重构了包含失真项的发送信号,更新了多项式... 详细信息

针对正交时频空(OTFS)系统中功率放大器(PA)非线性特性导致传输信号产生失真的问题,提出了一种接收端补偿算法。利用Bussgang定理,结合PA复系数多项式及失真项平均能量对信道状态信息进行估计,重构了包含失真项的发送信号,更新了多项式归一化系数估计值,并基于此,在接收端使用迭代迫零均衡算法对非线性失真项进行自适应补偿分析。结果表明,所提算法降低了Saleh和Rapp模型对传输信号的非线性影响并能够有效提升OTFS系统的误码率性能。

关键词：正交时频空功率放大器非线性失真信道估计自适应补偿

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OTFS系统信道参数迭代估计算法

北京邮电大学学报 2023年第4期46卷 52-57页

作者：常琪卿王森金婧李逸潇龙航北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 中国移动通信研究院未来移动通信技术研究所北京100032 北京市经济和信息化局北京100744

针对高时延、高多普勒频偏的时频双选信道环境,提出一种基于正交时频空(OTFS)系统的时频域信道参数迭代估计算法。利用时频域信道矩阵可以表示为多普勒频偏矩阵、信道复增益矩阵和时延矩阵三者乘积的性质,迭代更新各径多普勒频偏和时延... 详细信息

针对高时延、高多普勒频偏的时频双选信道环境,提出一种基于正交时频空(OTFS)系统的时频域信道参数迭代估计算法。利用时频域信道矩阵可以表示为多普勒频偏矩阵、信道复增益矩阵和时延矩阵三者乘积的性质,迭代更新各径多普勒频偏和时延参数估计结果,提高各参数估计的准确性。根据参数估计结果计算时频域信道矩阵,直接用于时频域均衡器,降低接收端复杂度。仿真结果表明,所提算法能够明显提高信道估计的性能,支持更灵活的参考信号配置,降低传输开销。

关键词：正交时频空信道估计参考信号