In this paper,we design a spatial modulation based orthogonal time frequency space(SMOTFS)system to achieve improved transmission reliability and meet the high transmission rate and highspeed demands of future mobile ...In this paper,we design a spatial modulation based orthogonal time frequency space(SMOTFS)system to achieve improved transmission reliability and meet the high transmission rate and highspeed demands of future mobile communications,which fully utilizes the characteristics of spatial modulation(SM)and orthogonal time frequency space(OTFS)transmission.The detailed system design and signal processing of the SM-OTFS system have been presented.The closed-form expressions of the average symbol error rate(ASER)and average bit error rate(ABER)of the SM-OTFS system have been derived over the delay-Doppler channel with the help of the union bounding technique and moment-generating function(MGF).Meanwhile,the system complexity has been evaluated.Numerical results verify the correctness of the theoretical ASER and ABER analysis of the SM-OTFS system in the high signal-to-noise ratio(SNR)regions and also show that the SM-OTFS system outperforms the traditional SM based orthogonal frequency division multiplexing(SM-OFDM)system with limited complexity increase under mobile conditions,especially in high mobility scenarios.展开更多
针对现有信道估计方案导致正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制系统峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)高或频谱效率(Spectral Efficiency,SE)低的问题,提出一种多叠加导频的低PAPR、高SE信道估计方法...针对现有信道估计方案导致正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制系统峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)高或频谱效率(Spectral Efficiency,SE)低的问题,提出一种多叠加导频的低PAPR、高SE信道估计方法。发送端利用时域正交性和离散傅里叶域相位的随机性,在时延多普勒域中嵌入与数据相叠加的5导频符号的导频图案实现低PAPR,提高SE。接收端以数据符号与噪声之和的能量均值为基准,实现导频信号检测,同时根据每个导频的不同位置信息恢复出存在相位旋转的数据信号。基于能量准则,利用多个独立的接收信号进行联合信道估计,以降低数据符号的干扰,并采用消息传递算法进行数据恢复。仿真结果表明,该方法比单叠加导频信道估计的PAPR低,同时较嵌入式导频信道估计的SE提高约14.4%。展开更多
高速移动环境会导致信道的双弥散效应,给无线通信系统带来巨大挑战。正交时频空间(orthogonal time frequency space,OTFS)调制通过将时-频域的双弥散信道转换为时延-多普勒域的平坦衰落信道,能够有效缓解双弥散信道带来的频率和时间选...高速移动环境会导致信道的双弥散效应,给无线通信系统带来巨大挑战。正交时频空间(orthogonal time frequency space,OTFS)调制通过将时-频域的双弥散信道转换为时延-多普勒域的平坦衰落信道,能够有效缓解双弥散信道带来的频率和时间选择性衰落的影响。针对多用户大规模多输入多输出(multiinput multi-output,MIMO)OTFS系统中的信道参数估计问题,通过对多天线信道结构特征进行深入分析,将用户与基站间的信道建模为稀疏结构模型。将大规模MIMO信道划分为多个群组,设计了适用于多用户大规模MIMO-OTFS系统的导频图案,提出了基于群组块共稀疏阈值结构化贝叶斯学习信道估计算法。利用估计得到的信道状态信息设计了分数多普勒频移、到达角度等信道参数估计方法,从而进一步感知用户状态。仿真结果表明,提出的信道参数估计算法具有更高的估计精度和系统频谱效率。展开更多
针对正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制系统采用矩形窗函数时,信道矩阵结构复杂导致的鲁棒性差的问题,提出了一种基于时域处理和酉近似消息传递的检测算法。该算法首先添加循环前缀,将时域信道转换为分块对角矩阵;...针对正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制系统采用矩形窗函数时,信道矩阵结构复杂导致的鲁棒性差的问题,提出了一种基于时域处理和酉近似消息传递的检测算法。该算法首先添加循环前缀,将时域信道转换为分块对角矩阵;然后应用酉变换和近似消息传递建立迭代检测算法。仿真结果表明,所提检测算法能够在不增加复杂度的条件下有效提升检测精度和鲁棒性,特别是存在信道编码的条件下表现出2 dB的性能增益,使得该算法更适用于杂散多径、高速移动等环境,具有较高的应用价值。展开更多
通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)通过实现通信和雷达感知的资源共享,在人机交互、车联网(vehicle-to-everything,V2X)、遥感和环境检测等应用场景中很有前景。为解决高移动性的车联网中通信和雷达感知所需...通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)通过实现通信和雷达感知的资源共享,在人机交互、车联网(vehicle-to-everything,V2X)、遥感和环境检测等应用场景中很有前景。为解决高移动性的车联网中通信和雷达感知所需的频率资源的冲突,基于正交时频空间(orthogonal time frequency space,OTFS)调制提出了OTFS-ISAC系统,基站通过接收车辆反射的回波,获得车辆运动参数,从而建立车辆运动的移动拓扑模型。此外,针对多车辆移动场景,提出了保证用户公平性的非正交多址接入OTFS-ISAC系统设计和功率分配算法。仿真结果表明,相比于无雷达感知辅助的非正交多址OTFS系统,基于OTFS-ISAC的非正交多址接入系统实现了25%的信息速率提升。展开更多
正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术和索引调制(Index Modulation,IM)技术适用于高移动性场景,具有高频谱效率等优势,在图像传输领域应用前景广泛。然而,结合索引调制的正交时频空(Orthogonal Time Frequency Sp...正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术和索引调制(Index Modulation,IM)技术适用于高移动性场景,具有高频谱效率等优势,在图像传输领域应用前景广泛。然而,结合索引调制的正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space with Index Modulation,OTFS-IM)调制技术的算法实现复杂度较高。对此,在广义近似消息传递(Generalized Approximate Message Passing,GAMP)的基础上改进,提出一种基于概率排序的阻尼广义消息传递算法。实验结果表明,在图像传输应用中,与传统的最小均方误差结合最大似然方案(Minimum Mean Squared Error with Maximum Likelihood,MMSEML)相比,所提的算法具有更低的复杂度,性能也优于传统的MMSE-ML传输方案。展开更多
基金in part by the National Natural Science Foundation of China under Grant 61771291,Grant 61671278in part by the Key Research and Development Project of Shandong Province under Grant 2018GGX101009,Grant 2019TSLH0202,Grant 2020CXGC010109+1 种基金in part by the National Nature Science Foundation of China for Excellent Young Scholars under Grant 61622111in part by the Project of International Cooperation and Exchanges NSFC under Grant 61860206005.
文摘In this paper,we design a spatial modulation based orthogonal time frequency space(SMOTFS)system to achieve improved transmission reliability and meet the high transmission rate and highspeed demands of future mobile communications,which fully utilizes the characteristics of spatial modulation(SM)and orthogonal time frequency space(OTFS)transmission.The detailed system design and signal processing of the SM-OTFS system have been presented.The closed-form expressions of the average symbol error rate(ASER)and average bit error rate(ABER)of the SM-OTFS system have been derived over the delay-Doppler channel with the help of the union bounding technique and moment-generating function(MGF).Meanwhile,the system complexity has been evaluated.Numerical results verify the correctness of the theoretical ASER and ABER analysis of the SM-OTFS system in the high signal-to-noise ratio(SNR)regions and also show that the SM-OTFS system outperforms the traditional SM based orthogonal frequency division multiplexing(SM-OFDM)system with limited complexity increase under mobile conditions,especially in high mobility scenarios.
文摘针对现有信道估计方案导致正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制系统峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)高或频谱效率(Spectral Efficiency,SE)低的问题,提出一种多叠加导频的低PAPR、高SE信道估计方法。发送端利用时域正交性和离散傅里叶域相位的随机性,在时延多普勒域中嵌入与数据相叠加的5导频符号的导频图案实现低PAPR,提高SE。接收端以数据符号与噪声之和的能量均值为基准,实现导频信号检测,同时根据每个导频的不同位置信息恢复出存在相位旋转的数据信号。基于能量准则,利用多个独立的接收信号进行联合信道估计,以降低数据符号的干扰,并采用消息传递算法进行数据恢复。仿真结果表明,该方法比单叠加导频信道估计的PAPR低,同时较嵌入式导频信道估计的SE提高约14.4%。
文摘高速移动环境会导致信道的双弥散效应,给无线通信系统带来巨大挑战。正交时频空间(orthogonal time frequency space,OTFS)调制通过将时-频域的双弥散信道转换为时延-多普勒域的平坦衰落信道,能够有效缓解双弥散信道带来的频率和时间选择性衰落的影响。针对多用户大规模多输入多输出(multiinput multi-output,MIMO)OTFS系统中的信道参数估计问题,通过对多天线信道结构特征进行深入分析,将用户与基站间的信道建模为稀疏结构模型。将大规模MIMO信道划分为多个群组,设计了适用于多用户大规模MIMO-OTFS系统的导频图案,提出了基于群组块共稀疏阈值结构化贝叶斯学习信道估计算法。利用估计得到的信道状态信息设计了分数多普勒频移、到达角度等信道参数估计方法,从而进一步感知用户状态。仿真结果表明,提出的信道参数估计算法具有更高的估计精度和系统频谱效率。
文摘针对正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制系统采用矩形窗函数时,信道矩阵结构复杂导致的鲁棒性差的问题,提出了一种基于时域处理和酉近似消息传递的检测算法。该算法首先添加循环前缀,将时域信道转换为分块对角矩阵;然后应用酉变换和近似消息传递建立迭代检测算法。仿真结果表明,所提检测算法能够在不增加复杂度的条件下有效提升检测精度和鲁棒性,特别是存在信道编码的条件下表现出2 dB的性能增益,使得该算法更适用于杂散多径、高速移动等环境,具有较高的应用价值。
文摘通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)通过实现通信和雷达感知的资源共享,在人机交互、车联网(vehicle-to-everything,V2X)、遥感和环境检测等应用场景中很有前景。为解决高移动性的车联网中通信和雷达感知所需的频率资源的冲突,基于正交时频空间(orthogonal time frequency space,OTFS)调制提出了OTFS-ISAC系统,基站通过接收车辆反射的回波,获得车辆运动参数,从而建立车辆运动的移动拓扑模型。此外,针对多车辆移动场景,提出了保证用户公平性的非正交多址接入OTFS-ISAC系统设计和功率分配算法。仿真结果表明,相比于无雷达感知辅助的非正交多址OTFS系统,基于OTFS-ISAC的非正交多址接入系统实现了25%的信息速率提升。
文摘正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术和索引调制(Index Modulation,IM)技术适用于高移动性场景,具有高频谱效率等优势,在图像传输领域应用前景广泛。然而,结合索引调制的正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space with Index Modulation,OTFS-IM)调制技术的算法实现复杂度较高。对此,在广义近似消息传递(Generalized Approximate Message Passing,GAMP)的基础上改进,提出一种基于概率排序的阻尼广义消息传递算法。实验结果表明,在图像传输应用中,与传统的最小均方误差结合最大似然方案(Minimum Mean Squared Error with Maximum Likelihood,MMSEML)相比,所提的算法具有更低的复杂度,性能也优于传统的MMSE-ML传输方案。
