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OFDM 资源

OpenISAC 的上下行共享同一套 OFDM 数字参数，但使用彼此独立的资源网格与 ZC 根序列。令 NN 为 FFT 大小，NCPN_\mathrm{CP} 为循环前缀采样数，Δf\Delta f 为子载波间隔，则

T=1Δf,B=NΔf,Ts=1B,T=\frac{1}{\Delta f},\qquad B=N\Delta f,\qquad T_s=\frac{1}{B}, Ns=N+NCP,TCP=NCPTs,TO=NsTs=T+TCP.N_s=N+N_\mathrm{CP},\qquad T_\mathrm{CP}=N_\mathrm{CP}T_s,\qquad T_O=N_sT_s=T+T_\mathrm{CP}.

一帧包含 MM 个 OFDM 符号，帧长为 TF=MTOT_F=MT_O。n∈{0,…,N−1}n\in\{0,\ldots,N-1\} 是 FFT 索引，其对应的子载波索引为

κn={n,0≤n<N2,n−N,N2≤n<N.\kappa_n= \begin{cases} n, & 0\le n<\dfrac{N}{2},\\ n-N, & \dfrac{N}{2}\le n<N. \end{cases}

相应的基带频率为 fn=κnΔff_n=\kappa_n\Delta f。rect⁡(⋅)\operatorname{rect}(\cdot) 表示持续一个 TOT_O 的矩形符号窗。

连续 OFDM 波形

Section titled “连续 OFDM 波形”

对链路 x∈{DL,UL}x\in\{\mathrm{DL},\mathrm{UL}\}，连续发送信号写为

sx(t)=∑γ=0∞sx,γ(t−γTF),s_x(t)=\sum_{\gamma=0}^{\infty}s_{x,\gamma}(t-\gamma T_F), sx,γ(t)=∑m=0M−1∑n=0N−1bn,m,γxej2πκnΔf(t−mTO−TCP)rect⁡ ⁣(t−mTOTO).s_{x,\gamma}(t)= \sum_{m=0}^{M-1}\sum_{n=0}^{N-1} b_{n,m,\gamma}^{x} e^{j2\pi\kappa_n\Delta f(t-mT_O-T_\mathrm{CP})} \operatorname{rect}\!\left(\frac{t-mT_O}{T_O}\right).

Bγx=[bn,m,γx]∈CN×M\boldsymbol B_\gamma^x=[b_{n,m,\gamma}^x]\in\mathbb C^{N\times M} 是第 γ\gamma 帧的发送资源网格；不属于链路 xx 的资源取零。连续且等间隔的 OFDM 符号为慢时间处理提供均匀采样，避免不规则分组间隔给多普勒和微多普勒谱引入额外旁瓣。

TDD 与 FDD 资源集合

Section titled “TDD 与 FDD 资源集合”

记 M={0,…,M−1}\mathcal M=\{0,\ldots,M-1\}。TDD 将每一帧划分为互不重叠的集合

M=SDL ∪˙ SG ∪˙ SUL,\mathcal M =\mathcal S_\mathrm{DL}\,\dot\cup\, \mathcal S_\mathrm{G}\,\dot\cup\, \mathcal S_\mathrm{UL},

其中 SDL\mathcal S_\mathrm{DL}、SG\mathcal S_\mathrm{G} 和 SUL\mathcal S_\mathrm{UL} 分别为下行、保护和上行符号。上下行共享同一个帧内符号索引 mm；上行资源网格在 SDL∪SG\mathcal S_\mathrm{DL}\cup\mathcal S_\mathrm{G} 上置零，并在保护符号之后的 SUL\mathcal S_\mathrm{UL} 上承载有效上行符号。

FDD 在独立载波上同时保持两条链路连续，因此

SDL=SUL=M,SG=∅.\mathcal S_\mathrm{DL}=\mathcal S_\mathrm{UL}=\mathcal M, \qquad \mathcal S_\mathrm{G}=\varnothing.

下文以 Sx\mathcal S_x 表示链路 xx 的有效符号集合。两种双工方式只改变资源在时间与频率上的占用，不改变后续 FFT、信道估计、均衡和软解调的数学形式。

同步、参考与数据资源

Section titled “同步、参考与数据资源”

令 P⊂{0,…,N−1}\mathcal P\subset\{0,\ldots,N-1\} 为梳状导频子载波集合，D={0,…,N−1}∖P\mathcal D=\{0,\ldots,N-1\}\setminus\mathcal P 为数据子载波集合。对每条链路分别定义：

  • SZCx\mathcal S_\mathrm{ZC}^x：全带宽 ZC 同步符号集合；
  • SCFOx\mathcal S_\mathrm{CFO}^x：可选的重复 CFO 训练符号集合；
  • Ωrefx\Omega_\mathrm{ref}^x：导频和可选全带宽信道参考资源；
  • Ωdatax\Omega_\mathrm{data}^x：承载编码 QPSK 的数据资源。

资源符号统一写成

bn,m,γx={znx,m∈SZCx,cnx,CFO,m∈SCFOx,pn,mx,(n,m)∈Ωrefx,dn,m,γx,(n,m)∈Ωdatax,0,m∉Sx.b_{n,m,\gamma}^{x}= \begin{cases} z_n^{x}, &m\in\mathcal S_\mathrm{ZC}^{x},\\[2pt] c_n^{x,\mathrm{CFO}}, &m\in\mathcal S_\mathrm{CFO}^{x},\\[2pt] p_{n,m}^{x}, &(n,m)\in\Omega_\mathrm{ref}^{x},\\[2pt] d_{n,m,\gamma}^{x}, &(n,m)\in\Omega_\mathrm{data}^{x},\\[2pt] 0,&m\notin\mathcal S_x. \end{cases}

znxz_n^x 为链路专用的恒模 ZC 序列，pn,mxp_{n,m}^x 为已知导频，cnx,CFOc_n^{x,\mathrm{CFO}} 为可选 CFO 训练符号。数据符号来自归一化 QPSK 星座

AQPSK={12(±1±j)}.\mathcal A_\mathrm{QPSK} =\left\{\frac{1}{\sqrt2}(\pm1\pm j)\right\}.

当前下行每帧至少在 msyncm_\mathrm{sync} 放置一个主 ZC 同步符号。为兼顾训练开销和大初始频偏下的捕获能力，还可独立启用两类字段：

  • 第二同步符号：在 msync−1m_\mathrm{sync}-1 放置与主 ZC 相同的 OFDM 符号。两个连续 ZC 的有用部分用于 Schmidl–Cox 型粗定时和模糊 CFO 估计，主 ZC 随后用于精细时偏估计。
  • CFO 训练字段：在 msync+1m_\mathrm{sync}+1 放置有用部分以 NCFON_\mathrm{CFO} 个采样为周期重复的训练符号。它提供独立的 CFO 参考，用于在多个 CFO 候选之间消除模糊，而不是替代最终的 CP-tail 频偏细化。

紧凑模式只保留主 ZC，适用于初始 CFO 已由高稳参考控制的场景。第二同步符号主要减小大 CFO 对 ZC 定时相关的影响，CFO 训练字段则提高候选 CFO 选择的可靠性；两者可分别启用。CFO 训练字段不作为感知资源。帧内还可插入全带宽信道参考符号，供正常接收状态更新信道锚点。

当前上行在第一个有效上行符号放置一个全带宽 ZC，后续符号使用梳状导频与 QPSK 数据。两条链路采用不同的 ZC 根，便于区分各自的参考信号。

感知资源

Section titled “感知资源”

BS 单站感知使用下行已知符号集合

Ωsens⊆{(n,m):m∈SDL}.\Omega_\mathrm{sens} \subseteq \{(n,m):m\in\mathcal S_\mathrm{DL}\}.

同步、导频、通信数据和无载荷时的随机 QPSK 都可以参与感知，只要接收端能够获得对应的发送符号。恒模 ZC/QPSK 使逐元素去调制不会因符号幅度过小而显著放大噪声。若只选择部分感知资源，应保持慢时间采样间隔已知；均匀间隔资源可直接使用 Delay–Doppler 2D FFT，非均匀资源则需要按实际频率位置和采样时刻处理。时延/距离与多普勒的分辨率和无模糊范围分别在单站感知和双站感知中说明。