1.一种面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对低轨卫星通信数据比特流进行数字调制，将信息符号放置于时延-多普勒域平面网格，进行OTFS调制；

2)沿频率轴进行IDFT操作，得到时域离散信号，经过上采样后以一定的间隔将不同时域信号相互交错；

3)设计一种与时延和多普勒分辨率均正交的发送脉冲，将数字信号转换为模拟信号发送出去；

4)经过卫星衰落信道后，接收端利用匹配滤波器接收处理，经过下采样后，进行OTFS解调和数字解调恢复出原始卫星通信数据比特流。

2.如权利要求1所述的一种面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法，其特征在于，步骤2)中所述的上采样过程是，第m个时域信号经过M倍上采样，得到MN个离散采样点。

3.如权利要求1所述的一种面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法，其特征在于，所设计的发送脉冲和接收脉冲对于时延分辨率和多普勒分辨率满足时延-多普勒域双正交特性。

4.如权利要求1所述的一种面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法，其特征在于，所设计的波形可看成是子载波间隔为符号间隔为的时延-多普勒域多载波调制方式。

技术领域

[0001]本发明属于无线通信和卫星移动通信领域，具体涉及一种面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法。

背景技术

[0002]随着卫星移动通信技术的快速发展，人们对低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星通信系统的需求日益增长，低轨卫星一般是指运行轨道在距离地面500-2000公里之间的卫星，由于其具有的高传输速率、广覆盖范围以及低传输时延，成为了目前卫星移动通信最新且最具潜力的研究方向。目前，正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)技术广泛应用于4G、5G移动通信系统，具有频率利用率高、抗衰落能力强等特点，然而OFDM系统对于子载波之间的正交性要求很严格，即对于载波频偏十分敏感。在低轨卫星通信场景下，由于星地之间的高速移动，会导致很大的多普勒频移，从而无法进行准确载波同步，这将破坏OFDM子载波间的正交性，导致系统性能明显下降。因此在低轨卫星通信系统中，需要设计一种新型的波形来满足传输需求。

[0003]正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术是近年来提出的一种新型调制方案，通过将在时频域快时变的信道转换为时延-多普勒域上时不变的信道，充分利用时间、频率分集，在对抗大多普勒频移具有很大的优势，因此能够有效提高系统在高动态场景下抵抗双选择性衰落的能力。然而，在OTFS实现的过程中，是假设发送脉冲和接收脉冲在时频域满足双正交特性的，这在实际情况中很难实现。实际通信系统一般采用矩形脉冲来代替理想脉冲，而矩形脉冲的引入，将会带来符号间干扰和载波间干扰，导致系统性能降低。因此如何在OTFS调制的基础上，找到一对在时延多普勒域满足双正交特性的发送脉冲和接收脉冲，设计一种新型的波形，成为低轨卫星通信的一个重要问题。

发明内容

[0004]为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法，包括以下步骤：

[0005](1)对低轨卫星通信数据比特流进行数字调制，将信息符号放置于时延-多普勒域平面网格，进行OTFS调制；

[0006](2)沿频率轴进行IDFT操作，得到时域离散信号，经过上采样后以一定的间隔将不同时域信号相互交错；

[0007](3)设计一种与时延和多普勒分辨率均正交的发送脉冲，将数字信号转换为模拟信号发送出去；

[0008](4)经过卫星衰落信道后，接收端利用匹配滤波器接收处理，经过下采样后，进行OTFS解调和数字解调恢复出原始卫星通信数据比特流。

[0009]进一步地，本发明步骤(2)中所述的上采样过程是，第m个时域信号经过M倍上采样，得到MN个离散采样点。

[0010]进一步地，本发明所设计的发送脉冲和接收脉冲对于时延分辨率和多普勒分辨率满足时延-多普勒域双正交特性。

[0011]进一步地，本发明所设计的波形可看成是子载波间隔为符号间隔为的时延-多普勒域多载波调制方式。

[0012]本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0013](1)本发明所述的面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法，设计了一对与时延-多普勒分辨率均正交的发送脉冲和接收脉冲，更有利于系统的硬件实现；

[0014](2)本发明所述的面向低轨卫星通信的新型时延-多普勒域波形设计与传输方法，是一种时延-多普勒域的新型多载波调制方式，充分利用了时间分集和频率分集，提高了对衰落信道的抵抗能力。

附图说明

[0015]图1为本发明的实现流程图

[0016]图2为本发明所设计的符号分布图

具体实施方案

[0017]结合附图及具体实施例，对本发明所述的方法作详细阐述。

[0018]参照图1，本实例实现步骤如下：

[0019](1)对低轨卫星通信数据比特流进行数字调制，将信息符号放置于时延-多普勒域平面网格，进行OTFS调制；

[0020]低轨卫星通信源根据待通信传输内容产生串行比特数据流，经过星座映射进行QAM数字调制，得到相对应的信息符号x[k,l]，并将x[k,l]放置在时延-多普勒域平面网格上，时延-多普勒域平面网格定义为公式(1)：

[0021]

[0022]其中m和n分别表示时延和多普勒的索引，时延和多普勒的分辨率分别为和然后将信息符号通过逆辛傅里叶变换(ISFFT)进行OTFS调制，将时延-多普勒域信号x[k,l]转换到时间-频率域信号x[m,n]，表达式为公式(2)：

[0023]

[0024](2)沿频率轴进行IDFT操作，得到时域离散信号，经过上采样后以一定的间隔将不同时域信号相互交错；

[0025]得到时间-频率域信号x[m,n]后，沿频率轴进行IDFT操作，得到时域离散信号，可表示为公式(3)：

[0026]

[0027]为了后续将M个符号以的间隔交错开，将每个时域信号经过M倍上采样，得到MN个离散采样点，整个帧结构符号分布图如图2所示，表达式为公式(4)：

[0028]

[0029](3)设计一种与时延和多普勒分辨率均正交的发送脉冲，将数字信号转换为模拟信号发送出去；

[0030]设计一种与时延和多普勒分辨率均正交的发送脉冲，将数字信号转换为模拟信号发送出去，该正交脉冲为平方根奈奎斯特脉冲，对于时延分辨率和多普勒分辨率满足时延-多普勒域双正交特性，表达式可以写成公式(5)：

[0031]

[0032]整个波形成形过程可以表示为公式(6)：

[0033]

[0034]这样就完成了发射端子载波间隔为符号间隔为的时延-多普勒域多载波调制。

[0035](4)经过卫星衰落信道后，接收端利用匹配滤波器接收处理，经过下采样后，进行OTFS解调和数字解调恢复出原始卫星通信数据比特流。

[0036]经过卫星衰落信道后，接收端利用匹配滤波器进行接收，接收信号可以表示为公式(7)：

[0037]

[0038]然后经过与发送端相反的M倍下采样，之后经过辛傅里叶变换(SFFT)进行OTFS解调，将时间-频率域数据y[m,n]转换到时延-多普勒域数据y[k,l]，通过星座解映射进行数字解调，最终恢复出原始卫星通信数据比特流。

[0039]以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利的实施应用，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。