CN113810325B - 一种基于空间调制的多天线otfs调制方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法和***，所述方法包括：对需要传输的原始信息序列进行空间调制，获得调制后的符号序列及发送天线索引序列；将每个发送天线的符号序列排列为时延‑多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块，并将所述OTFS符号块变换为时域信号矩阵；根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输；在接收端对时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延‑多普勒域上的符号矩阵；对每个时隙上恢复的符号矩阵结合天线索引序列和调制后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列。本发明每个时隙仅激活一根发送天线传输数据信息，能有效避免天线之间的相互干扰和同步问题，能够降低多天线***接收机复杂度。

Description

一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法和***
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法和***。
背景技术
对于下一代无线***，如后5G和6G，如何获得高可靠性和高吞吐量的数据传输已经成为多载波信号传输方案设计的热点问题。这些方案预计有望在高铁通信及车间通信等高速移动场景中的双色散信道中高效传输。正交时频空(Orthogonal Time FrequencySpace,OTFS)调制技术正是针对这种高多普勒信道提出的多载波传输方案。相比目前4G和5G所采用的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)方案在时频域上进行信号传输，OTFS采用时延-多普勒域进行信号传输和信号处理，可以捕获实际物理信道中的时移和多普勒偏移，将时变的多径信道变为时延-多普勒域上的时不变信道，且在时延-多普勒域上能有效地估计信道状态信息，简化了信道均衡器的设计。
目前，OTFS技术的发展主要有4大方向：简化OTFS***结构、降低检测复杂度、多天线OTFS***性能研究、高效的信道估计算法设计。
针对MIMO(多入多出)-OTFS***的研究主要包括M.K.Ramachandran等学者在论文“MIMO-OTFS in high-Doppler fading channels:Signal detection and channelestimation”里对一般MIMO-OTFS***的输入输出关系的向量化推导以及基于消息传递的低复杂度检测算法的研究。针对特定的MIMO技术和OTFS技术的结合目前还有R.M.Augustine等学者在论文“Space-time coded OTFS modulation in high-Dopplerchannels”里对STC-OTFS***性能的研究。论文“Space-time coded OTFS modulation inhigh-Doppler channels”将空时码(Space Time code,STC)与OTFS结合，仿真结果表明STC-OTFS可以获得空间、时间以及频率的满分集增益，同时展示了STC-OTFS相比单天线***具有很好的误比特率性能。然而，满分集的STC-OTFS***的最大谱效只能是每时隙传输一个符号，频谱效率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法和***。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个方面提供了一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法，包括：
对需要传输的原始信息序列进行空间调制，获得调制后的符号序列及发送天线索引序列；
将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并调制为时域信号矩阵；
根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输；
在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵；
对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和解调后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列。
在本发明的一个实施例中，对需要传输的原始信息序列进行空间调制，获得调制后的信息符号序列及发送天线索引序列，包括：
将需要传输的原始信息序列转换为二元比特序列，并按照每m个比特为一组将所述二元比特序列进行分组，每一组又分离为长度为ms的信号比特向量和长度为ml的空间比特向量，其中，m为调制***的频谱效率，ml＝log2Nt，Nt为发送天线的总数，ms＝m-ml；
对每个分组中长度为ms的所述信号比特向量进行星座映射，获得星座映射后的符号，进而获得待传输的符号序列；
对每个分组中长度为ml的所述空间比特向量进行天线索引映射，获得发送天线索引，进而获得发送天线索引序列，其中，所述发送天线索引序列用于确定每个时隙被激活的天线，进而确定每个发送天线上的符号序列。
在本发明的一个实施例中，将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并将变换为时域信号矩阵，包括：
设定OTFS调制***参数：设定子载波个数为M，多载波符号个数为N；
将所述每个发送天线的符号序列排列为M×N的时延-多普勒域信号矩阵，组成OTFS符号块；
将每个发送天线上的OTFS符号块进行ISFFT变换，再进行Heisenberg变换，获得M×N的时域信号矩阵。
在本发明的一个实施例中，根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输，包括：
通过并串转换将每个发送天线上的M×N时域信号矩阵转换成MN×1的时域信号向量；
获取发送天线索引并根据所述发送天线索引激活时域信道中对应的天线，以对所述时域信号向量进行传输。
在本发明的一个实施例中，在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵，包括：
对每个接收天线上接收的时域信号向量进行串并转换变成M×N时域信号矩阵；
对每个接收天线上的M×N时域信号矩阵进行Wigner变换及SFFT变换，从而将各个接收天线的接收信号恢复为M×N时延-多普勒域符号矩阵。
在本发明的一个实施例中，对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和解调后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列，包括：
对每个接收天线上恢复的M×N时延-多普勒域信号矩阵进行并串转换，转变为时延-多普勒域上的MN×1信号向量；
按照每个时隙上不同接收天线接收的符号组成的符号向量进行天线索引序列和解调后的符号序列的联合最大似然检测，恢复出每个时隙上的传输信息序列，进而恢复出整个原始信息序列。
本发明的另一方面提供了一种基于空间调制的多天线OTFS调制***，包括：
空间调制模块，用于对需要传输的信息序列进行空间调制，获得调制后的符号序列及发送天线索引序列；
OTFS调制模块，用于将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并调制为时域信号矩阵；
时域信道模块，用于根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输；
OTFS解调模块，用于在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵；
信号检测模块，用于对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和解调后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列。
在本发明的一个实施例中，所述空间调制模块包括：
信号分离单元，用于将需要传输的原始信息序列转换为二元比特序列，并按照每m个比特为一组将所述二元比特序列进行分组，每一组又分离为长度为ms的信号比特向量和长度为ml的空间比特向量，其中，m为调制***的频谱效率，ml＝log2Nt，Nt为发送天线的总数，ms＝m-ml；
星座映射单元，用于对每个分组中长度为ms的所述信号比特向量进行星座映射，获得星座映射后的符号，进而获得待传输的符号序列；
天线索引映射单元，用于对每个分组中长度为ml的所述空间比特向量进行天线索引映射，获得发送天线索引，进而获得发送天线索引序列，其中，所述发送天线索引序列用于确定每个时隙被激活的天线，进而确定每个发送天线上的符号序列。
在本发明的一个实施例中，所述OTFS调制模块包括：
OTFS符号块生成单元，用于将所述每个发送天线的符号序列排列为M×N的时延-多普勒域信号矩阵，组成OTFS符号块；
ISFFT变换单元，用于将每个发送天线上的OTFS符号块进行ISFFT变换；
Heisenberg变换单元，用于将ISFFT变换后的OTFS符号块进行Heisenberg变换，获得M×N的时域信号矩阵。
在本发明的一个实施例中，所述时域信道模块包括：
并串转换单元，用于将所述M×N的时域信号矩阵转换为MN×1维的时域信号向量；
天线阵列单元，获取发送天线索引并根据所述发送天线索引激活时域信道中对应的天线，以对所述时域信号向量进行传输。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明基于空间调制的多天线OTFS调制方法，将空间调制技术应用到OTFS调制***中，利用空间调制的高频谱效率以及对天线的分集增益，通过天线索引携带信息，提高了***的频谱效率，降低了误比特率，同时也能很好地对抗高多普勒，在高速移动和高频段通信场景中均具有很好的鲁棒性。
2、本发明基于空间调制的多天线OTFS调制方法和***采用激活一根发送天线传输数据信息，能有效避免天线之间的相互干扰和同步问题，且能够降低***接收机复杂度。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法的过程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法的空间调制信号空间映射示例图；
图4是本发明实施例提供的一种基于空间调制的多天线OTFS调制***的模块示意图；
图5是本发明实施例的方法和现有STC-OTFS方法的仿真结果对比图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法和***进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法的流程图。该多天线OTFS调制方法包括：
S1：对需要传输的原始信息序列进行空间调制，获得调制后的符号序列及发送天线索引序列。
具体地，步骤S1包括：
S11：将需要传输的原始信息序列转换为二元比特序列，并按照每m个比特为一组将所述二元比特序列进行分组，每一组又分离为长度为ms的信号比特向量和长度为ml的空间比特向量，其中，m为调制***的频谱效率，ml＝log2Nt，Nt为发送天线的总数，ms＝m-ml；
S12：对每个分组中长度为ms的所述信号比特向量进行星座映射，获得星座映射后的符号，进而获得待传输的符号序列；
S13：对每个分组中长度为ml的所述空间比特向量进行天线索引映射，获得发送天线索引，进而获得发送天线索引序列，其中，所述发送天线索引序列用于确定每个时隙被激活的天线，进而确定每个发送天线上的符号序列。
S2：将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并调制为时域信号矩阵。
具体地，步骤S2包括：
S21：设定OTFS调制***参数：设定子载波个数为M，多载波符号个数为N，一个OTFS符号块是由MN个符号序列构成的M×N矩阵；
S22：将所述每个发送天线的符号序列排列为M×N的时延-多普勒域信号矩阵，组成OTFS符号块；
S23：将每个发送天线上的OTFS符号块进行ISFFT变换，再进行Heisenberg变换，获得M×N的时域信号矩阵。
S3：根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输。
具体地，通过并串转换将每个发送天线上的M×N时域信号矩阵转换成MN×1的时域信号向量；根据所述发送天线索引激活时域信道中对应的天线，以对所述时域信号向量进行传输。
S4：在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵。
具体地，对每个接收天线上接收的时域信号向量进行串并转换变成M×N时域信号矩阵；随后对每个接收天线上的M×N时域信号矩阵进行Wigner变换及SFFT变换，从而将各个接收天线的接收信号恢复为M×N时延-多普勒域符号矩阵。
S5：对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和解调后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列。
具体地，对每个接收天线上恢复的M×N时延-多普勒域信号矩阵进行并串转换，转变为时延-多普勒域上的MN×1信号向量；随后按照每个时隙上不同接收天线接收的符号组成的符号向量进行天线索引序列和解调后的符号序列的联合最大似然检测，恢复出每个时隙上的传输信息序列，进而恢复出整个信息序列。
在本实施例中，接收端通过采用最优检测算法——最大似然序列检测，对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和调制后的符号序列进行最大似然检测，然后进行天线解映射和信号解映射，获得传输的整个信息序列。
本实施例基于空间调制的多天线OTFS调制方法，将空间调制技术应用到OTFS调制***中，利用空间调制的高频谱效率以及对天线的分集增益，通过天线索引携带信息，提高了***的频谱效率，降低了误比特率，同时也能很好地对抗高多普勒，在高速移动和高频段通信场景中均具有很好的鲁棒性。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供了另一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法。请参见图2，本实施例的多天线OTFS调制方法包括：
(1)给发送天线空间分配所需的空间比特数：设定发送天线总数Nt为2的幂次方，对发送天线总数Nt进行对数运算，获得空间比特数为ml＝log2Nt；设定每根发送天线的激活概率是等概的，则一个空间比特向量和一个天线索引形成一一对应的映射。
在本实施例中，设定发送天线总数Nt为2，则空间比特数为ml＝log2Nt＝1。即空间比特0对应着天线索引1，空间比特1对应着天线索引2。
(2)给信号空间映射分配所需的信号比特数：设定***需要实现的频谱效率为m＝3，利用频谱效率公式，计算信号空间映射所需的比特数ms＝m-ml＝2。
(3)设定OTFS调制模块的参数：设定OTFS调制的子载波个数为M＝2，表征时延维度；多载波符号个数为N＝2，表征多普勒维度；则一个OTFS符号块由一个包含M×N＝4个调制符号的2×2矩阵构成。
(4)对待传输的信息序列进行分组：
具体地，将需要传输的原始信息序列用二元比特序列表示，然后将所述二元比特序列中每m个比特序列进行分离，即，每一组包括m个比特序列，每一组又分离为长为ms的信号比特向量和长为ml的空间比特向量。
在本实施例中，将所述二元比特向量中每3个比特分为一组，再将该组比特分离为长度为2的信号比特向量和长度为1的空间比特向量，如图2所示。
进一步地，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法的空间调制信号空间映射示例图。具体地，图3给出了一个空间调制的示例，先对二元比特序列进行按照m＝3分组，得到各个分组后，将每个分组中的二元比特向量分离为长度为ml＝1的天线索引比特和ms＝2的信号向量比特，如图中阴影部分，在第一个时隙，将011分离为0和11分别表示天线索引比特和信号向量比特，然后根据映射表将天线索引比特0映射为天线索引1，信号向量比特11映射为复数-1-j。此时在第1个时隙里第一个发送天线被激活，则第一个时隙的发送向量V1表示第一个天线发送信号-1-j，第二个天线发送的值为0。图中x1和x2表示第一个天线和第二个天线上的发送符号序列。
(5)对分组后的信号比特向量和空间比特向量分别进行映射。
具体地，将长为2的信号比特向量和长为1的空间比特向量分别进行映射，将信号比特向量经过星座映射方法映射为QPSK(正交相移键控，Quadrature Phase ShiftKeying)星座点，获得星座映射后的符号序列；对每个分组中长度为ml＝1的所述空间比特向量进行天线索引映射，获得发送天线索引序列，其中，所述发送天线索引序列用于确定每个时隙被激活的天线，进而确定每个发送天线上的符号序列。
(6)构造OTFS符号块：将经过星座映射后的每个发送天线的符号序列排列成为一个2×2的时延-多普勒域信号矩阵，即OTFS符号块。
(7)OTFS调制：将所述OTFS符号块先是经过ISFFT变换，然后进行Heisenberg变换，得到一个的2×2时域信号矩阵。
(8)信道传输：首先通过并串转换将所述2×2时域信号矩阵转换成一个4×1的时域信号向量，然后根据步骤(5)中的发送天线索引确定每个信息符号所对应的发送天线，并激活该发送天线将时域信号发送出去，此时空间比特向量信息蕴含在发送天线的索引中。
(9)接收天线接收时域信号向量：接收端通过串并转换，把时域接收信号向量变为2×2的时域接收信号矩阵。
(10)OTFS解调：将所述2×2的时域接收信号矩阵先是经过Wigner变换，然后经过SFFT变换，得到时延-多普勒域上的2×2接收信号矩阵。
(11)时延-多普勒域上的最大似然检测：接收端通过采用最优检测算法——最大似然序列检测，按照每个时隙上不同接收天线接收的符号组成的符号向量进行天线索引序列和解调后的符号序列的联合最大似然检测，恢复出每个时隙上的传输信息序列，进而恢复出整个原始信息序列。
实施例三
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种基于空间调制的多天线OTFS调制***。请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于空间调制的多天线OTFS调制***的模块示意图。该信号调制***包括：
空间调制模块1，用于对需要传输的信息序列进行空间调制，获得调制后的符号序列及发送天线索引序列；
OTFS调制模块2，用于将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并调制为时域信号矩阵；
时域信道模块3，用于根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输；
OTFS解调模块4，用于在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵；
信号检测模块5，用于对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和调制后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列。
进一步地，本实施例的空间调制模块1包括：
信号分离单元，用于将需要传输的原始信息序列转换为二元比特序列，并按照每m个比特为一组将所述二元比特序列进行分组，每一组又分离为长度为ms的信号比特向量和长度为ml的空间比特向量，其中，m为调制***的频谱效率，ml＝log2Nt，Nt为发送天线的总数，ms＝m-ml；
星座映射单元，用于对每个分组中长度为ms的所述信号比特向量进行星座映射，获得星座映射后的符号序列；
天线索引映射单元，用于对每个分组中长度为ml的所述空间比特向量进行天线索引映射，获得发送天线索引序列，其中，所述发送天线索引序列用于确定每个时隙被激活的天线，进而确定每个发送天线上的符号序列。
进一步地，OTFS调制模块2包括OTFS符号块生成单元、ISFFT变换单元和Heisenberg变换单元，其中，OTFS符号块生成单元用于将所述每个发送天线的符号序列排列为M×N的时延-多普勒域信号矩阵，组成OTFS符号块；ISFFT变换单元用于将每个发送天线上的OTFS符号块进行ISFFT变换；Heisenberg变换单元用于将ISFFT变换后的OTFS符号块进行Heisenberg变换，获得M×N的时域信号矩阵。
进一步地，本实施例的时域信道模块3包括并串转换单元和天线阵列单元，其中，所述并串转换单元用于将所述M×N的时域信号矩阵转换为MN×1的时域信号向量；所述天线阵列单元用于获取发送天线索引并根据所述发送天线索引激活时域信道中对应的天线，以对所述时域信号向量进行传输。
本实施例的OTFS调制模块4包括串并转换单元、Wigner变换单元和SFFT变换单元，其中，所述串并转换单元用于将接收的MN×1时域信号向量转换为M×N的时域信号矩阵，其中，M为子载波个数，N为多载波符号个数；所述Wigner变换单元用于将M×N的时域信号矩阵变换为时频域上的信号矩阵；所述SFFT变换单元用于将时频域上的信号矩阵变换为时延-多普勒域上的符号矩阵。
进一步地，信号检测模块5包括信号转换单元和最大似然检测单元，其中，所述信号转换单元用于对每个接收天线上恢复的M×N时延-多普勒域信号矩阵进行并串转换，转变为时延-多普勒域上的MN×1信号向量；所述最大似然检测单元用于按照每个时隙上不同接收天线接收的符号组成的符号向量进行天线索引序列和调制后的符号序列的联合最大似然检测，恢复出每个时隙上的传输信息序列，进而恢复出整个原始信息序列。
本实施例基于空间调制的多天线OTFS调制***，将空间调制技术应用到OTFS调制***中，利用空间调制的高频谱效率以及对天线的分集增益，通过天线索引携带信息，提高了***的频谱效率，降低了误比特率，同时也能很好地对抗高多普勒，在高速移动和高频段通信场景中均具有很好的鲁棒性。该***采用激活一根发送天线传输数据信息，能有效避免天线之间的相互干扰和同步问题，且能够降低***检测复杂度。
以下结合仿真实验对本发明实施例基于SM-OTFS的信号调制方法和***的技术效果进行说明：
1、仿真条件和内容：
本发明实施例利用Visual Studio2013参照表1中的仿真参数，在windows10***下对现有的STC-OTFS方法和本发明实施例的方法进行传输误比特率对比仿真，其中，信号比特向量与调制星座点映射关系如表2，空间比特向量与天线索引映射关系如表3所示，其结果如图5所示：
表1.仿真参数表
参数 数值
载波频率(GHz) 4
子载波间隔(kHz) 3.75
子载波个数M 2
多载波符号个数N 2
多天线配置 2T4R
星座调制 QPSK、8PSK
信道估计 理想
路径数P＝2，(τ<sub>i</sub>,υ<sub>i</sub>) (0,0)，(1,1)
最大速度(km/h) 506.2
接收机 最大似然序列检测
表2.信号比特向量与调制星座点映射表
二进制信号比特向量 QPSK调制符号
00 +1+j
01 -1+j
10 +1-j
11 -1-j
表3.空间比特向量与发送天线索引映射表
二进制空间比特向量 天线索引
0 1
1 2
2、仿真结果分析：
请参见图5，图5是本发明实施例的方法和现有STC-OTFS方法的仿真结果对比图，其中，横轴表示传输信道的信噪比，纵轴表示每次传输的误比特率。“SM-OTFS-QPSK”线表示本发明实施例的SM-OTFS方法在QPSK调制下的误比特率曲线，“STC-OTFS-8PSK”线表示现有STC-OTFS方法在8PSK调制下的误比特率曲线，“SM-OTFS-8PSK”线表示本发明实施例的SM-OTFS方法在8PSK调制下的误比特率曲线。
从图5中可以看到，在2×4的天线配置下，本发明实施例的SM-OTFS方法在QPSK调制和8PSK调制下的谱效率都为每时隙传输3比特。在误比特率为10-4时，本发明实施例的SM-OTFS方法在QPSK调制通信***相比现有传输方案STC-OTFS-8PSK能获得接近9dB的性能增益。说明在相同天线配置、相同谱效率下，本发明实施例的SM-OTFS方法与现有STC-OTFS方法相比能够降低误比特率，这主要是通过使用更低阶星座映射实现，另外每个时隙只激活一根天线也能让本发明实施例的方法有效避免多天线干扰，获得更好的误比特率性能。
此外，同样在2×4的天线配置下，本发明实施例的SM-OTFS方法和现有的STC-OTFS方法都采用8PSK星座映射，则本发明实施例的SM-OTFS-8PSK的谱效率为每时隙4比特，而现有STC-OTFS-8PSK传输方法的谱效率为每时隙3比特。从图5中可以看到，本发明实施例的SM-OTFS-8PSK不仅比现有的传输方法STC-OTFS-8PSK的谱效率高，而且SM-OTFS-8PSK的误比特率性能也比STC-OTFS-8PSK的误比特率性能好。
综上，本发明实施例基于空间调制的多天线OTFS调制，将空间调制技术应用到OTFS调制***中，利用空间调制的高频谱效率以及对天线的分集增益，通过天线索引携带信息，提高了***的频谱效率，降低了误比特率，同时也能很好地对抗高多普勒，在高速移动和高频段通信场景中均具有很好的鲁棒性。该信号调制方法和***采用激活一根发送天线传输数据信息，能有效避免天线之间的相互干扰和同步问题，且能够降低***检测复杂度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于空间调制的多天线OTFS调制方法，其特征在于，包括：
对需要传输的原始信息序列进行空间调制，获得调制后的符号序列及发送天线索引序列；
将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并调制为时域信号矩阵；
根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输；
在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵；
对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和解调后的符号序列进行最大似然联合检测，恢复原始信息序列。
2.根据权利要求1所述的基于空间调制的多天线OTFS调制方法，其特征在于，对需要传输的原始信息序列进行空间调制，获得调制后的信息符号序列及发送天线索引序列，包括：
将需要传输的原始信息序列转换为二元比特序列，并按照每m个比特为一组将所述二元比特序列进行分组，每一组又分离为长度为ms的信号比特向量和长度为ml的空间比特向量，其中，m为调制***的频谱效率，ml＝log2Nt，Nt为发送天线的总数，ms＝m-ml；
对每个分组中长度为ms的所述信号比特向量进行星座映射，获得星座映射后的符号，进而获得待传输的符号序列；
对每个分组中长度为ml的所述空间比特向量进行天线索引映射，获得发送天线索引，进而获得天线索引序列，其中，所述发送天线索引序列用于确定每个时隙被激活的天线，进而确定每个发送天线上的符号序列。
3.根据权利要求1所述的基于空间调制的多天线OTFS调制方法，其特征在于，将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并将变换为时域信号矩阵，包括：
设定OTFS调制***参数：设定子载波个数为M，多载波符号个数为N；
将所述每个发送天线的符号序列排列为M×N的时延-多普勒域信号矩阵，组成OTFS符号块；
将每个发送天线上的OTFS符号块进行ISFFT变换，再进行Heisenberg变换，获得M×N的时域信号矩阵。
4.根据权利要求3所述的基于空间调制的多天线OTFS调制方法，其特征在于，根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输，包括：
通过并串转换将每个发送天线上的M×N时域信号矩阵转换成MN×1的时域信号向量；
获取发送天线索引并根据所述发送天线索引激活时域信道中对应的天线，以对所述时域信号向量进行传输。
5.根据权利要求3所述的基于空间调制的多天线OTFS调制方法，其特征在于，在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵，包括：
对每个接收天线上接收的时域信号向量进行串并转换变成M×N时域信号矩阵；
对每个接收天线上的M×N时域信号矩阵进行Wigner变换及SFFT变换，从而将各个接收天线的接收信号恢复为M×N时延-多普勒域符号矩阵。
6.根据权利要求5所述的基于空间调制的多天线OTFS调制方法，其特征在于，对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和解调后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列，包括：
对每个接收天线上恢复的M×N时延-多普勒域信号矩阵进行并串转换，转变为时延-多普勒域上的MN×1信号向量；
按照每个时隙上不同接收天线接收的符号组成的符号向量进行天线索引序列和解调后的符号序列的联合最大似然检测，恢复出每个时隙上的传输信息序列，进而恢复出整个原始信息序列。
7.一种基于空间调制的多天线OTFS调制***，其特征在于，包括：
空间调制模块，用于对需要传输的信息序列进行空间调制，获得调制后的符号序列及发送天线索引序列；
OTFS调制模块，用于将每个发送天线的符号序列排列为时延-多普勒域信号矩阵，获得OTFS符号块并调制为时域信号矩阵；
时域信道模块，用于根据所述发送天线索引序列对所述时域信号矩阵进行时域信道传输；
OTFS解调模块，用于在接收端对每个接收天线上接收的时域信号矩阵进行OTFS解调，恢复为时延-多普勒域上的符号矩阵；
信号检测模块，用于对每个时隙上解调恢复的符号矩阵结合天线索引序列和解调后的符号序列进行最大似然检测，恢复原始信息序列。
8.根据权利要求7所述的基于空间调制的多天线OTFS调制***，其特征在于，所述空间调制模块包括：
信号分离单元，用于将需要传输的原始信息序列转换为二元比特序列，并按照每m个比特为一组将所述二元比特序列进行分组，每一组又分离为长度为ms的信号比特向量和长度为ml的空间比特向量，其中，m为调制***的频谱效率，ml＝log2Nt，Nt为发送天线的总数，ms＝m-ml；
星座映射单元，用于对每个分组中长度为ms的所述信号比特向量进行星座映射，获得星座映射后的符号，进而获得待传输符号序列；
天线索引映射单元，用于对每个分组中长度为ml的所述空间比特向量进行天线索引映射，获得发送天线索引，进而获得发送天线索引序列，其中，所述发送天线索引序列用于确定每个时隙被激活的天线，进而确定每个发送天线上的符号序列。
9.根据权利要求7所述的基于空间调制的多天线OTFS调制***，其特征在于，所述OTFS调制模块包括：
OTFS符号块生成单元，用于将所述每个发送天线的符号序列排列为M×N的时延-多普勒域信号矩阵，组成OTFS符号块，其中，OTFS调制***参数为：子载波个数为M，多载波符号个数为N；
ISFFT变换单元，用于将每个发送天线上的OTFS符号块进行ISFFT变换；
Heisenberg变换单元，用于将ISFFT变换后的OTFS符号块进行Heisenberg变换，获得M×N的时域信号矩阵。
10.根据权利要求9所述的基于空间调制的多天线OTFS调制***，其特征在于，所述时域信道模块包括：
并串转换单元，用于将所述M×N的时域信号矩阵转换为MN×1维的时域信号向量；
天线阵列单元，用于获取发送天线索引并根据所述发送天线索引激活时域信道中对应的天线，以对所述时域信号向量进行传输。
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