本发明属于数据传输，具体涉及一种正交时频跨域系统高效传输方法。
背景技术：
1、近年来，无线通信发展迅速，通信需求日益多样化。面向提高无人机(uav)、高铁等快速移动用户服务质量的需求，由于快速移动会使得接收端接收信号产生较大的多普勒频偏，破坏子载波间正交性，所以传统正交频分复用技术(ofdm)将不再适用；而正交时频空(otfs)调制技术并不是在传统的时频(tf)域中进行信息调制的，而是在时延-多普勒(dd)域进行跨域调制和信道建模，时频双选信道在dd域表征为平坦慢衰落信道，所有信息符号可以获得全时频增益。目前otfs的信号处理形式主要包括：理想脉冲整形下otfs信号处理形式、基于ofdm的otfs信号处理形式。但是当直射路径被遮挡时otfs系统的性能会明显下降。
2、智能反射面(irs)可以通过构造反射路径并调整反射单元的反射系数来显著改善直射路径被遮挡时otfs系统的性能。其中如何选择反射单元的反射系数对提高irs辅助otfs系统的性能至关重要。目前的研究有：理想脉冲整形下通过平衡最强延迟-多普勒路径来设置反射系数、理想脉冲整形下通过加权所有散射路径的相位来设置反射系数、基于ofdm的otfs信号处理形式下通过穷举搜索每个反射单元的最强路径设置反射系数。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种智能反射面辅助的正交时频跨域系统高效传输方法，在irs辅助的otfs系统中，首先发射端a将信息符号进行otfs调制并发射；然后发射端a发射的信号经过智能反射面b反射到达接收端c；接下来以最大化接收信噪比为目标构建优化问题；之后采用坐标下降法对优化问题求解，每次只对一个优化变量进行求解，其他优化变量固定不变；最终根据所求得的优化变量计算优化问题的值，并与上一次所计算得到的优化问题的值做差，经过比较后输出最终结果。本发明与传统的通过穷举搜索每个反射单元的最强路径设置反射系数相比，通过在每次迭代中给出的闭式解，可以在实现快速收敛的同时，提升irs辅助的otfs跨域传输系统的接收信噪比。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、步骤1：在irs辅助的otfs系统中，包含一个发射端a，一个接收端c，一个智能反射面b，智能反射面b具有nr个反射单元；发射端a与接收端c都只有一根天线，其中发射端a与接收端c之间的直射路径被遮挡，发射端a发射信号到智能反射面b，智能反射面反射信号到c；
4、步骤2：发射端a将信息符号进行otfs调制并发射；
5、步骤3：发射端a发射的信号经过智能反射面b反射到达接收端c；
6、步骤4：根据步骤2和步骤3，以最大化接收信噪比为目标构建优化问题；
7、步骤5：采用坐标下降法对优化问题求解，每次只对一个优化变量进行求解，其他优化变量固定不变；
8、步骤6：步骤5完成后，根据所求得的优化变量计算优化问题的值，并与上一次所计算得到的优化问题的值做差，如果差值小于给定值ε，则将此时所得优化变量作为结果输出；如果差值大于等于给定值ε，则继续进行步骤5。
9、优选地，所述步骤2具体为：
10、步骤2-1：发射信息经过4qam调制以后，排列成m×n的矩阵形式，信息符号定义为dd域符号x[l,k],0≤l≤m-1,0≤k≤n-1，将dd域信息符号经过逆辛傅里叶变isfft转变成时频域符号x[m,n],0≤m≤m-1,0≤n≤n-1，具体表示为如下形式：
11、
12、步骤2-2：通过海森堡变换将时频域信号变换到时域信号：
13、
14、其中，gx(t)为发射端脉冲整形函数，采用矩形整形函数；t表示成形函数的时间长度，当采用矩形整形函数时上式海森堡变换用矩阵形式表示为：
15、
16、s＝vec(s)
17、其中即为x[m,n]，为离散傅里叶逆变换矩阵，vec(·)表示矩阵列向量操作，为调制完成的时域向量；
18、优选地，所述步骤3具体为：
19、步骤3-1：第r个智能反射面单元接收到的信号表示为：
20、br＝htr,rs
21、其中，r＝1,2,…,nr，为发射端a到第r个反射单元之间的等效信道矩阵；htr,r具体表示为：
22、
23、其中，p1表示发射端a到智能反射面b之间的多径总数；分别表示发射端a通过第i条路径到第r个反射单元时的衰落系数、时延系数、多普勒频移系数，服从瑞利分布；为时延矩阵，具体形式如下所示：
24、
25、为多普勒频移矩阵，具体形式如下所示：
26、
27、步骤3-2：第r个智能反射面单元将接收到的信号进行相移调整后反射出去：
28、
29、其中，dr表示第r个智能反射面单元反射出去的信号，表示第r个智能反射面单元的反射系数；θr表示第r个智能反射面单元的反射相位。
30、步骤3-3：接收端c接收到来自第r个智能反射面单元的信号，信号形式表示为：
31、rr＝hrr,rdr
32、其中，表示第r个智能反射面单元到接收端c的等效信道矩阵；hrr,r具体表示为：
33、
34、其中，p2表示智能反射面b到接收端c的多径总数，分别表示第r个反射单元通过第i条路径到接收端c时的衰落系数、时延系数、多普勒频移系数，服从瑞利分布；分别为时延矩阵与多普勒频移矩阵，其形式如上文所述。
35、步骤3-4：接收端c接收到来自一共nr个反射单元的信号，接收端c接收到的信号形式表示为：
36、r＝hrrθhtrs+w
37、其中，为加性高斯白噪声向量，表示发射端a到智能反射面b的等效信道矩阵，表示智能反射面b到接收端c的等效信道矩阵；为智能反射面的反射系数矩阵，其表示形式如下：
38、
39、其中，diag(·)表示对角阵。为单位阵，表示克罗克内积；
40、步骤3-5：接收端c接收到的信号通过魏格纳变换从时域变换到时频域：
41、
42、其中，grx(t)为接收端整形函数，采用矩形整形，上式的矩阵形式为：
43、y＝fmr
44、其中即为时频域信号；为接收到的时域信息，r＝vec-1(r)，vec-1(·)表示列向量化的逆操作，表示离散傅里叶变换矩阵；
45、步骤3-6：通过辛傅里叶变换sfft将时频域信息符号重新变换成dd域信息符号：
46、
47、优选地，所述步骤4中构建的优化问题为：
48、
49、其中，||·||表示矩阵f范数，σ2表示噪声方差；
50、等价为：
51、
52、需要满足的约束条件为：
53、θr∈(-π,π]。
54、优选地，所述步骤5具体为：
55、在算法初始化时，首先令对于θ1，首先固定不变，定义g＝hrr,1htr,1，定义f为：
56、
57、则关于θ1的优化问题表示为：
58、
59、约束条件为：
60、θ1∈(-π,π]
61、目标函数化简为下式所示：
62、
63、其中，表示g矩阵中第i行第j列元素的共轭，fi,j表示f矩阵中第i行第j列元素，表示取实部，表示取虚部。
64、令：
65、
66、
67、目标函数进一步化简为：
68、
69、
70、当上式取得最大值，故此时θ1的最优解为
71、求解完θ1后，固定对θ2进行求解，求解θ2的过程同上述求解θ1的过程；求解完θ2以后，同理求解θ3，如此循环，直到完成求解。
72、优选地，所述步骤6具体为：
73、步骤5完成后，根据所求得的计算并与上一次所计算得到的做差，如果差值小于给定值ε，则将此时所得作为结果输出；如果差值大于给定值ε，则继续进行步骤5。
74、本发明的有益效果如下：
75、本发明与传统的通过穷举搜索每个反射单元的最强路径设置反射系数相比，通过在每次迭代中给出的闭式解，可以在实现快速收敛的同时，提升irs辅助的otfs跨域传输系统的接收信噪比。
1.一种智能反射面辅助的正交时频跨域系统高效传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种智能反射面辅助的正交时频跨域系统高效传输方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
3.根据权利要求2所述的一种智能反射面辅助的正交时频跨域系统高效传输方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
4.根据权利要求3所述的一种智能反射面辅助的正交时频跨域系统高效传输方法，其特征在于，所述步骤4中构建的优化问题为：
5.根据权利要求4所述的一种智能反射面辅助的正交时频跨域系统高效传输方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
6.根据权利要求5所述的一种智能反射面辅助的正交时频跨域系统高效传输方法，其特征在于，所述步骤6具体为：
