本發(fā)明涉及通信，具體涉及一種基于otfs的通信波形調(diào)整方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著衛(wèi)星用戶對通信服務(wù)質(zhì)量的需求不斷提高，以及由于用戶大規(guī)模接入引起的帶寬資源緊張問題，如何在有限的頻率資源條件下有效地提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的頻譜效率成為目前亟待解決的關(guān)鍵問題之一。
2、正交時頻空調(diào)制(otfs,?orthogonal?time?frequency?space)是近年來提出的新的調(diào)制方式。不同于ofdm在頻域上傳輸信息，otfs在時延-多普勒域傳輸信息。otfs的優(yōu)勢包括但不限于，可以適應(yīng)高速移動的環(huán)境，以及可以用更小的開銷估計信道。正交時頻空調(diào)制otfs為處理有效地提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的頻譜效率問題提供了問題解決的可能性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于otfs的通信波形調(diào)整方法及系統(tǒng)，可以充分利用有限的頻譜資源，并提高多用戶通信系統(tǒng)的通信速率。
2、本發(fā)明提供的一種基于otfs的通信波形調(diào)整方法,包括：
3、定義待傳輸?shù)臅r延多普勒域信號；
4、利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)；
5、根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比；
6、根據(jù)所述信噪比和預(yù)設(shè)信號約束條件求解所述終端的最優(yōu)加權(quán)和最優(yōu)速率。
7、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述定義待傳輸?shù)臅r延多普勒域信號包括：
8、根據(jù)如下公式定義待傳輸?shù)臅r延多普勒域信號:
9、；
10、；
11、其中，為時延多普勒域信號,為時延多普勒域范圍，為時延索引，為多普勒索引，?為多普勒域最小分辨單位間隔，為維的時延多普勒域平面，為時域子載波數(shù)，為時域信號采樣數(shù)，為信號采樣時間間隔。
12、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)包括：
13、根據(jù)如下公式建立所述信道響應(yīng)函數(shù)：
14、；
15、其中，為星地之間第條路徑的信道衰減，為第條路徑的時延，為第條路徑的多普勒頻移,為總路徑條數(shù)，為路徑索引，為迪利克雷函數(shù)，為起始參考時延參數(shù)變量，為起始參考頻移參數(shù)變量。
16、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)還包括：
17、將所述信道響應(yīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換到時延多普勒域，公式如下：
18、；
19、其中，為信道響應(yīng)函數(shù)，為星地之間第條路徑的信道衰減，為第條路徑的時延，為第條路徑的多普勒頻移，為衛(wèi)星到終端的路徑數(shù)量，為路徑條數(shù)索引,為第條路徑信道的變換矩陣,?表示信道維度為維。
20、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)還包括：
21、根據(jù)如下公式確定：
22、；
23、其中，表示共軛轉(zhuǎn)置，為衛(wèi)星到終端的路徑數(shù)量，為點傅里葉變換矩陣，是維單位矩陣,為第個終端的第條路徑信道轉(zhuǎn)換矩陣，?為第個終端的第條路徑的時延為時的循環(huán)矩陣，為第個終端的第條路徑的頻移為時的對角矩陣，為整數(shù)多普勒頻移索引數(shù)，為分?jǐn)?shù)多普勒索引數(shù)，為終端的編號，為路徑條數(shù)索引。
24、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比包括：
25、將衛(wèi)星待發(fā)射至終端的時延多普勒域信號向量化，公式如下：
26、；
27、其中，為第個終端的時延多普勒域信號，為維的時延多普勒域平面，為第個終端的發(fā)射信號，為維度為的向量，為向量化表示。
28、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比還包括：
29、根據(jù)如下公式得到終端的接收信號：
30、；
31、其中，為時延多普勒域歸一化噪聲，為第個終端的接收信號，為第個終端的發(fā)射信號，為第個終端信號的傳輸信道矩陣，為終端的權(quán)重因子，為終端的編號。
32、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比還包括：
33、根據(jù)如下公式得到信干噪比：
34、；
35、其中，為終端總數(shù)，為終端索引，為目標(biāo)終端索引，表示跡函數(shù)，為加上波形整形矩陣的終端的信道強度，為加上波形整形矩陣的除了終端以外其他所有終端的信道強度和，為第個終端傳輸存在的噪聲。
36、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述信噪比和預(yù)設(shè)信號約束條件求解所述終端的最優(yōu)加權(quán)和最優(yōu)速率包括：
37、根據(jù)如下公式得到目標(biāo)函數(shù)：
38、；
39、其中，為總的整形矩陣，為終端總數(shù)，為終端索引，為目標(biāo)終端索引，為終端的權(quán)重系數(shù)，和為輔助變量，為跡函數(shù)，為加上波形整形矩陣的終端的信道強度，為加上波形整形矩陣的除了終端以外其他所有終端的信道強度和，表示常數(shù)，為第個終端傳輸存在的噪聲，為第個終端的波形整形矩陣，為第個終端的波形整形矩陣的共軛轉(zhuǎn)置形式，表示矩陣半正定表示整形功率限制，為常實數(shù)，為第個終端信號的傳輸信道矩陣，為第個終端的傳輸信道矩陣的共軛轉(zhuǎn)置形式。
40、本發(fā)明還提供了一種基于otfs的通信波形調(diào)整系統(tǒng),?用于實現(xiàn)任一所述的通信波形調(diào)整方法，包括：
41、信號定義模塊，用于定義待傳輸?shù)臅r延多普勒域信號；
42、信道響應(yīng)函數(shù)建立模塊，用于利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)；
43、信噪比確定模塊，用于根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比；
44、求解模塊，用于根據(jù)所述信噪比和預(yù)設(shè)信號約束條件求解所述終端的最優(yōu)加權(quán)和最優(yōu)速率。
45、本發(fā)明提供的基于otfs的通信波形調(diào)整方法及系統(tǒng)，應(yīng)用于星地通信場景，對星地通信高移動場景下的大多普勒頻偏具有良好的適應(yīng)性，可以充分利用有限的頻譜資源，并提高多用戶通信系統(tǒng)的通信速率。
1.一種基于otfs的通信波形調(diào)整方法,其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述定義待傳輸?shù)臅r延多普勒域信號包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述利用星地統(tǒng)計信道信息建立衛(wèi)星通信下的信道響應(yīng)函數(shù)還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比還包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述根據(jù)所述信道響應(yīng)函數(shù)和所述多普勒域信號，確定終端時延多普勒域的信噪比還包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，所述根據(jù)所述信噪比和預(yù)設(shè)信號約束條件求解所述終端的最優(yōu)加權(quán)和最優(yōu)速率包括：
10.一種基于otfs的通信波形調(diào)整系統(tǒng),用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1-9任一所述的通信波形調(diào)整方法，其特征在于，包括：