[发明专利]一种基于Y型网络的索引调制OTFS通信系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于Y型网络的索引调制OTFS通信系统及方法。具体包括：在发送端的时延‑多普勒(DD)域进行索引调制，将部分二进制比特用于选择所激活符号在DD矩阵中的位置，其余比特用于映射符号信息，通过逆辛傅里叶变换等将发送信号变为时频信号；经过信道作用和辛傅里叶变换得到接收的DD域信号。对接收信号和信道矩阵进行数据预处理得到Y型检测网络的输入，相应的原始二进制比特作为检测网络的标签，采用离线训练好的网络用于索引调制OTFS信号的在线检测，最终恢复出发送比特。本发明结合特征融合思想实现数据驱动的索引调制OTFS通信，有效提升系统误码率及鲁棒性，且适用于快时变信道下的高速移动通信场景。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种基于Y型网络的索引调制正交时频空(OTFS,Orthogonal Time Frequency Space)通信系统及方法。

背景技术

正交频分复用技术(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)及各类改进的高效多载波调制波形被广泛应用于5G移动通信。近年来，高速移动环境下的无线通信系统受到了人们的广泛关注，当面对较高的多普勒和载波频偏时，ODFM子载波间的正交性会被破坏，传统时频域调制手段的通信质量会受到严重影响。Hadani在时延-多普勒(DD,Delay-doppler)域建立了一种新的二维调制OTFS系统，通过一系列二维变换将OFDM所经历的双色散信道转换为近似非衰落信道，通信性能显著提升。

索引调制技术与多载波通信的结合可以有效提高系统的频谱利用率，但由此也造成了系统接收端传统检测算法复杂度的提升。随着深度学习等智能方法在通信系统中的普及，将数据驱动模型应用到通信系统中进行信号检测对下一代无线通信具有里程碑式的意义。

发明内容

发明目的：一方面在OTFS系统的DD域建立索引映射关系，通过索引调制将部分发送比特隐含在激活发送符号的位置信息中，提高系统的频谱效率；另一方面在接收端实现一种基于Y型网络的数据驱动信号检测，将接收符号承载的位置信息和符号信息用两个独立的子网络进行特征提取，最后结合特征融合思想进行输出预测，更好地契合索引调制OTFS通信系统，有效提升高速移动场景下的通信质量。

技术方案：本发明提供了一种基于Y型网络的索引调制OTFS通信系统及方法，该系统包括发送端和接收端：所述发送端包括原型比特分流器、时延-多普勒(DD)索引调制模块、OTFS块产生器、逆辛傅里叶变换(ISFFT)、Heisenberg变换、串并变换、插入导频、D/A转换；所述接收端包括A/D转换、移除导频、并串变换、Wigner变换、辛傅里叶变换(SFFT)、数据预处理模块、Y型网络信号检测模块、比特并流器。该方法包括发送方法和接收方法，具体步骤如下：

所述发送方法的步骤是：

步骤1：发送的二进制比特流经比特分流器平均分组，各组中部分比特用于选择DD矩阵中激活的位置信息，部分比特经星座映射为复数符号后调制到激活索引位置上，各组数据经OTFS块产生器后形成完整DD域发送数据；

步骤2：通过ISFFT将DD域发送信号转换为时频域信号，再通过Heisenberg变换将时频域信号变换到时域，最终经信道和噪声作用到达接收端；

所述接收方法的步骤是：

步骤3：在接收端时域信号经过Wigner变换(即Heisenberg变换的逆变换)到时频域，再经过SFFT变换到时频-多普勒域；

步骤4：经数据预处理后将两路输出数据分别作为各分组Y型检测网络中索引检测子网络和符号检测子网络的输入，将子网络隐藏层的输出进行特征融合后送达输出层输出，得到该组的预测比特，最终将所有分组的预测输出合并恢复出原始的发送二进制比特流。