一種sim-ofdm通信方法
【專利摘要】一種SIM-OFDM通信方法，屬于通信抗干擾【技術(shù)領(lǐng)域】。在發(fā)送端通過改進子載波索引調(diào)制的映射方法，即引入一種新的映射法則使得每個子塊中的子載波間相互獨立，這么做增大了最小歐氏距離，從而提升了系統(tǒng)性能；在接收端，針對最大似然檢測的復(fù)雜性，本發(fā)明提出了一種新的頻域檢測技術(shù)，在達到最大似然檢測的性能的同時還能極大地降低復(fù)雜度。
【專利說明】—種SIM-OFDM通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信抗干擾【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及正交頻分復(fù)用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)技術(shù)，子載波索引調(diào)制(Subcarrier Index Modulation, SIM)技術(shù)其相關(guān)頻域檢測技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]OFDM技術(shù)是一種無限環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，該技術(shù)的基本原理是將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對低速的并行數(shù)據(jù)并對不同的子載波進行調(diào)制。這種并行傳輸體質(zhì)將信號分成許多正交的子載波，然后用子載波對數(shù)據(jù)進行調(diào)制，因此大大擴展了符號的脈沖寬度，有效地抵抗了符號間干擾(Inter-Symbol Interference, ISI),提高了對抗多徑衰落的性能。與傳統(tǒng)頻分復(fù)用相比，OFDM不需要保護頻帶，雖然有頻譜重疊，但是各個載波之間是相互正交的，根據(jù)正交性原理可知各個載波之間并不存在干擾，從而極大地提高了頻譜利用率。
[0003]近來，基于子載波索引調(diào)制(Subcarrier Index Modulation, SIM)的OFDM系統(tǒng)被提出作為新的多載波通信方式?，F(xiàn)有的SIM-OFDM通信方法，如圖1所示，數(shù)字化信源經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后送入SM調(diào)制模塊進行子載波索引調(diào)制，然后經(jīng)過IFFT、并串轉(zhuǎn)換、加CP，作為發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送出去，經(jīng)過多徑信道和高斯白噪聲信道后到達接收端。在接收端經(jīng)過去CP、串并轉(zhuǎn)換、FFT后進行頻域均衡，頻域均衡可以是ZF均衡或MMSE均衡，均衡后進行信號檢測，最后將檢測信號進行并串轉(zhuǎn)換后輸出。對于SIM-OFDM而言，由于除SIM調(diào)制模塊外，其它步驟和傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)并無差異，而其核心SM調(diào)制模塊首先將整個多載波連續(xù)地分成多個子塊，每個子塊中的若干子載波是通過索引比特來選擇其中一些子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，而另外的子載波靜默，通過發(fā)送數(shù)據(jù)的子載波在整個多載波中的位置來檢測索引比特，即位置信息攜帶索引比特的信息，索引比特本身并不發(fā)送，即不占用頻譜資源。
[0004]現(xiàn)有的SM-OFDM通信方法與OFDM相比，具有更小的峰值平均功率比；通過調(diào)整功率分配策略可節(jié)約發(fā)射機能量；有著更低的誤碼率；對抗子載波間干擾性能更好。缺點是原有的系統(tǒng)在信道深衰落處性能會變差；用性能很好的ML檢測算法復(fù)雜度太高，甚至當調(diào)制階數(shù)較高或者每個塊的子載波個數(shù)較多時，ML檢測算法不具有實用性。針對以上兩個缺點，本發(fā)明通過修改映射法則來提高最小歐式距離提高深衰落出的性能，并相應(yīng)提出一種新的檢測算法從而在達到ML檢測性能的同時極大地降低復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有SIM-OFDM通信方法在信道深衰落處性能會變差，同時接收端信號檢測復(fù)雜度太高的技術(shù)問題，提供一種SIM-OFDM通信方法。該方法在發(fā)送端通過改進子載波索引調(diào)制的映射方法，即引入一種新的映射法則使得每個子塊中的子載波間相互獨立，這么做增大了最小歐氏距離，從而提升了系統(tǒng)性能；在接收端，針對最大似然檢測的復(fù)雜性，本發(fā)明提出了一種新的頻域檢測技術(shù)，在達到最大似然檢測的性能的同時還能極大地降低復(fù)雜度。
[0006]本發(fā)明的整個系統(tǒng)鏈路如圖2所示，包括:數(shù)字化信源、串并轉(zhuǎn)換器(S/P)、索引映射、IFFT/FFT、加/去CP模塊、信道、并串轉(zhuǎn)換模塊(P/S)、頻域均衡(FDE)模塊、索引檢測模塊。
[0007]本發(fā)明詳細技術(shù)方案如下:
[0008]一種SM-OFDM通信方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:由數(shù)字化信源產(chǎn)生m = Iii^m2位信息比特，并做串并轉(zhuǎn)換。m位信息比特中，前Hi1位作為SIM調(diào)制的索引比特，后HI2位根據(jù)調(diào)制階數(shù)M的取值做M-QAM調(diào)制。假設(shè)子載波總個數(shù)為N個，每個子塊的子載波個數(shù)為n，選擇其中的k個子載波發(fā)送數(shù)據(jù)；則一
共有g(shù) = N/n個子塊，Hi1 = p!g,其中P1 = [loS2(c*)J，L.」表示向下取整；m2 = P2g，其中P2
=klog2(M)。
[0010]步驟2:索引映射。索引映射規(guī)則定義為:將N個子載波分成g = N/n個子塊，每個子塊含有η個子載波，η個子載波在N個子載波中呈等間隔分布或隨機分布狀，且相鄰兩個子載波間的帶寬大于相干帶寬。對于g = N/n個子塊而言，每個子塊中根據(jù)P1的取值來確定k個子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，每個子載波攜帶一個符號，每個符號是將log2 (M)個比特映射成一個M-QAM星座圖符號，k個子載波攜帶P2位比特信息。
[0011]步驟3:0FDM調(diào)制。包括IFFT、并串轉(zhuǎn)換、加CP。
[0012]步驟4:信源信息經(jīng)步驟I~3處理后，通過發(fā)送天線發(fā)送，信號經(jīng)瑞麗衰落信道和高斯信道后到達接收端。
[0013]步驟5:接收端預(yù)處理。接收端將接收到的信號去CP、串并轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)FFT變換到頻域。
[0014]步驟6:頻域均衡。
[0015]步驟7:解映射。根據(jù)發(fā)送端采取的索引映射方案找到每個子塊中所對應(yīng)的子載波組合，根據(jù)該組合分別找到對應(yīng)的均衡符號，恢復(fù)出經(jīng)索引映射前的符號順序關(guān)系，并組合成g = N/n個均衡符號塊。
[0016]步驟8:信號檢測。對步驟7所得g = N/n個均衡符號塊進行信號檢測，每個均衡符號塊信號檢測過程包括如下步驟:
[0017]步驟8-1:對均衡后的第q (I < q < g)個均衡符號塊中的數(shù)據(jù)分別進行硬判決得到判決后的符號= Q (Yg )，其中$為均衡符號塊中第q個均衡符號向量；
[0018]步驟8-2:計算硬判決前后的相應(yīng)兩個均衡符號向量Sq和$之間的歐氏距離d,:;
[0019]步驟8-3:選取歐氏距離較小的u個符號向量u進行下一步的檢測，其中要求；
[0020]步驟8-4:對篩選得到的u個符號，取k個符號放入Sq中不變，其他的位置為O得到新的向量Y qk，然后根據(jù)公式{M} 二 arg min | Yi1- H y S ^ |「選取歐氏距離最小的一組為



keu
發(fā)送符號組，從而找到調(diào)制符號向量k并根據(jù)符號的位置檢測出索引比特向量I，對調(diào)制符號向量k進行調(diào)制符號解映射得到調(diào)制比特。[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明提供的一種SIM-OFDM通信方法在發(fā)送端通過改進子載波索引調(diào)制的映射方法，即引入一種新的映射法則使得每個子塊中的子載波間相互獨立，這么做增大了最小歐氏距離，從而提升了從而提高了系統(tǒng)BER (Bit Error Ratio)性能；在接收端,針對最大似然檢測的復(fù)雜性，本發(fā)明提出了一種新的頻域檢測技術(shù)，在達到最大似然檢測的性能的同時還能極大地降低復(fù)雜度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是現(xiàn)有的SIM-OFDM通信方法的系統(tǒng)框圖。
[0024]圖2是本發(fā)明提出的SIM-OFDM通信方法的系統(tǒng)框圖。
[0025]圖3是以n=2，k=l為例新的索引映射調(diào)制的原理圖。
[0026]圖4是等間隔索引映射原理圖。
[0027]圖5是隨機索引映射原理圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設(shè)計的詳細描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里講被忽略。
[0029]為更好地對本發(fā)明進行說明，先介紹本發(fā)明技術(shù)方案所用到的術(shù)語和索引調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機結(jié)構(gòu)。
[0030]發(fā)送子載波組合:指在發(fā)射機的N個子載波中先進行預(yù)分塊，每個塊中有η個子載波，則一共有g(shù) = N/n個子塊，每個子塊間互不干擾，且每個塊遵循相同的映射法則。對于每個子塊而言，選擇其中的k個子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，其余子載波則靜默。對于選擇方案根據(jù)索引比特結(jié)合索引映射表來確定。對于其中任意一個子塊而言索引比特長度為:
Pi =Llog2(ci)_| , L.」表不向下取整，則對于一幀的索引OFDM系統(tǒng)而言一共有Iii1 = 位索
引比特；對激活的子載波發(fā)送M-QAM調(diào)制符號，這一點與傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)一致，對于η選k的系統(tǒng)而言，可以發(fā)送一幀的調(diào)制比特個數(shù)為:m2 = p2g，其中p2 = klog2 (M)。
[0031]信道矩陣:與傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)一致，若所過信道為瑞麗衰落信道，則通過子載波劃分，可以將頻率選擇性衰落信道劃分為N個平坦衰落信道，信道矩陣可以表示為:
[0032]H = [H11H2,...,HJt
[0033]信道子矩陣:即每個子塊的信道矩陣，發(fā)射機和接收機兩端都按照相同的映射法貝U，根據(jù)此映射法則可以找到屬于同一個塊中的子載波集合，所對應(yīng)的衰落系數(shù)集合所組成的矩陣即為信道子矩陣，如圖三所示的映射方案可以將第一個信道子矩陣表示為:
[0034]Hql = [Η^Η^,.,.,Η^]1
[0035]如圖2所示的通信方法系統(tǒng)框圖，發(fā)射端大致分為如下幾步:
[0036]步驟1:確定要選擇的系統(tǒng)的參數(shù)，即確定子載波個數(shù)N，分成的塊數(shù)g，每個塊的子載波個數(shù)n，子塊中激活多少子載波個數(shù)k，調(diào)制的階數(shù)M。然后根據(jù)如上所述的公式計算出一幀的比特數(shù)量，將此幀數(shù)據(jù)分成兩組，一組為索引比特，用于選擇子載發(fā)送數(shù)據(jù)，一組為調(diào)制比特，用于調(diào)制到被激活中的子載波中發(fā)送出去。[0037]步驟2:將調(diào)制比特映射成符號并進行串并轉(zhuǎn)換，根據(jù)索引比特，對照
【發(fā)明內(nèi)容】
中步驟2提及的映射方法(圖4，、圖5)來將符號分配到對應(yīng)的子載波上，靜默位置置O。
[0038]步驟3:將一幀索引映射符號分別進行IFFT變換、并串轉(zhuǎn)換、加CP并作為發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)射出去。
[0039]針對接收機部分，從取CP到頻域均衡和傳統(tǒng)OFDM無異，這里不再詳細說明。針對檢測算法，按照前文所述的方法即可檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種SIM-OFDM通信方法，包括以下步驟: 步驟1:由數(shù)字化信源產(chǎn)生111 = 1?+!?位信息比特,并做串并轉(zhuǎn)換；m位信息比特中，前Hi1位作為SIM調(diào)制的索引比特，后m2位根據(jù)調(diào)制階數(shù)M的取值做M-QAM調(diào)制；假設(shè)子載波總個數(shù)為N個，每個子塊的子載波個數(shù)為n，選擇其中的k個子載波發(fā)送數(shù)據(jù)；則一共有g(shù) = N/n個子塊，In1 = ρ$,其中P1 = Llog2(C丨;)」，L’」表示向下取整；m2 = P2g，其中P2 = klog2(M)； 步驟2:索引映射；索引映射規(guī)則定義為:將N個子載波分成g = N/n個子塊，每個子塊含有η個子載波，η個子載波在N個子載波中呈等間隔分布或隨機分布狀，且相鄰兩個子載波間的帶寬大于相干帶寬；對于g = N/n個子塊而言，每個子塊中根據(jù)P1的取值來確定k個子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，每個子載波攜帶一個符號，每個符號是將log2(M)個比特映射成一個M-QAM星座圖符號，k個子載波攜帶P2位比特信息； 步驟3:OFDM調(diào)制；包括IFFT、并串轉(zhuǎn)換、加CP ； 步驟4:信源信息經(jīng)步驟I~3處理后，通過發(fā)送天線發(fā)送，信號經(jīng)瑞麗衰落信道和高斯信道后到達接收端； 步驟5:接收端預(yù)處理；接收端將接收到的信號去CP、串并轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)FFT變換到頻域； 步驟6:頻域均衡； 步驟7:解映射；根據(jù)發(fā)送端采取的索引映射方案找到每個子塊中所對應(yīng)的子載波組合，根據(jù)該組合分別找到對應(yīng)的均衡符號，恢復(fù)出經(jīng)索引映射前的符號順序關(guān)系，并組合成g = N/n個均衡符號塊； 步驟8:信號檢測；對步驟7所得g = N/n個均衡符號塊進行信號檢測，每個均衡符號塊信號檢測過程包括如下步驟: 步驟8-1:對均衡后的第q (I < g)個均衡符號塊中的數(shù)據(jù)分別進行硬判決得到判決后的符號= Q(Yq )，其中$為均衡符號塊中第q個均衡符號向量； 步驟8-2:計算硬判決前后的相應(yīng)兩個均衡符號向量Sq和$之間的歐氏距離dq:dq -\Sq-Yq I； 步驟8-3:選取歐氏距離較小的u個符號向量u進行下一步的檢測，其中要求k ^ u ^ η ；步驟8-4:對篩選得到的u個符號，取k個符號放入Sq中不變，其他的位置為O得到新的向量s' qk，然后根據(jù)公式體，1}=呵0±1|'-Hj%|2選取歐氏距離最小的一組為發(fā)送


keu符號組，從而找到調(diào)制符號向量k并根據(jù)符號的位置檢測出索引比特向量I，對調(diào)制符號向量k進行調(diào)制符號解映射得到調(diào)制比特。
【文檔編號】H04L27/26GK103595685SQ201310613915
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】肖悅, 王順順, 但黎琳, 李少謙 申請人:電子科技大學(xué)