用于sim-ofdm系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于SIM-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào) 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)技術(shù)，作 為一種多載波調(diào)制方式，可以有效地提高頻譜效率和對抗頻率選擇性衰落。該技術(shù)的基本 原理是將高速率數(shù)據(jù)流進行串并轉(zhuǎn)換，使得每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加， 有效減少由于無線信道的時間彌散所帶來的ISI，而且提高了頻譜利用率。和單載波系統(tǒng)相 比，可以很好地對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾。另外，OFDM系統(tǒng)可以利用快速傅里葉變換 實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，大大簡化系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度，使得OFDM成為移動通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 近來，一種新型的多載波無線傳輸技術(shù)一基于子載波索引調(diào)制（Subcarrier Index Modulation, SIM)的OFDM技術(shù)被提出，其可以看作是空間調(diào)制技術(shù)在頻域的擴展形 式。SIM-OFDM系統(tǒng)框圖如圖1所示，和傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)不同的是信源所產(chǎn)生的信息比特串要 先經(jīng)過子載波索引調(diào)制（圖中的QAM表示調(diào)制方式），發(fā)送比特分為索引比特（圖1所示的 位置索引比特：〇、1)和QAM調(diào)制比特（QAM symbol)，索引調(diào)制模塊根據(jù)索引比特激活每個 子塊（系統(tǒng)將所有的子載波（圖1所示的Subcarrierl~4)均分為多個子塊，圖1所示的 Subblockl、Subblock2)的一部分子載波（激活子載波，圖1所示的Subblockl對應(yīng)的激活 子載波為Subcarrier2, Subblock2對應(yīng)的激活子載波為Subcarrier3)并發(fā)送數(shù)據(jù)，而每個 子塊中不發(fā)送數(shù)據(jù)的則稱為靜默子載波（圖1所示的Subcarrierl、Subcarrier4)。然后 經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換、IFFT操作、并串轉(zhuǎn)換加循環(huán)前綴（CP)后，作為發(fā)送數(shù)據(jù)通過發(fā)送天線1\~ T m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。在接收端對接收天線R1-R1^ 所接收的信號經(jīng)過去CP和串并轉(zhuǎn)換、FFT后進行信號檢測，得到估計的發(fā)送符號，最后將得 到的發(fā)送符號進行并串轉(zhuǎn)換后輸出比特串。
[0004] 相較OFDM系統(tǒng)，SM-OFDM系統(tǒng)雖然多了一維的索引比特數(shù)據(jù)，但是這也造成了大 量的靜默子載波，造成了頻譜浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：提供了一種利用SM-OFDM系統(tǒng)中的靜默子載波發(fā)送額 外的信息比特的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方法，在保證SM-OFDM系統(tǒng)的性能的同時，提高頻譜利用 率。
[0006] 本發(fā)明的用于SIM-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方法，包括下列步驟：
[0007] 步驟1 :基于SM-OFDM系統(tǒng)的子塊數(shù)G，每個子塊所包含的子載波數(shù)L，每個子塊 的激活子載波數(shù)K，信源產(chǎn)生B位信息比特，其中B = G ? (I3Jbfb3)，每個子塊的索引比特 數(shù)4 =|_log2(Cf)J，其中|j」表示向下取整操作，第一調(diào)制比特數(shù)132 = K Iog2(M)，其中M表示 調(diào)制階數(shù)，第二調(diào)制比特數(shù)b3= (L-K)Iog2(M);
[0008] 步驟2 :對B位信息比特進行載波索引調(diào)制：
[0009] 將系統(tǒng)的子載波分為G個子塊，每個子塊包含L個子載波；
[0010] 對每個子塊，提取對應(yīng)的h位索引比特、b 2位第一調(diào)制比特、b 3位第二調(diào)制比特， 分別對第一調(diào)制比特和第二調(diào)制比特進行調(diào)制處理后得到第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)， 其中第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制方式相同，對同一數(shù)字調(diào)制方式的調(diào)制符號相位 不同；
[0011] 根據(jù)每個子塊的索引比特激活K個子載波發(fā)送第一調(diào)制數(shù)據(jù)，由剩余的（L-K)個 子載波發(fā)送第二調(diào)制數(shù)據(jù)。
[0012] 本發(fā)明中，第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制方式為BPSK調(diào)制。
[0013] 步驟2中，第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)對同一數(shù)字調(diào)制方式的調(diào)制符號相位相 差90度。對第一調(diào)制比特進行PSK調(diào)制得到第一調(diào)制數(shù)據(jù)，在對第二調(diào)制比特進行調(diào)制處 理時，將同一數(shù)字調(diào)制方式的調(diào)制符號旋轉(zhuǎn)90度。
[0014] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：提供新的用于 SIM-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方法，利用SIM-OFDM系統(tǒng)中的靜默子載波發(fā)送額外的信息 比特在保證SM-OFDM系統(tǒng)的性能的同時，提高頻譜利用率。
【附圖說明】
[0015] 圖1是現(xiàn)有的SM-OFDM系統(tǒng)示意圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的SM-OFDM系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā) 明作進一步地詳細描述。
[0018] 本實施例為針對BPSK調(diào)制的SM-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方法，包括以下步 驟：
[0019] 步驟1 :產(chǎn)生信息比特，系統(tǒng)子載波總個數(shù)為N個，每個子塊包含子載波個數(shù)為 L，則一共有G = N/L個子塊；每個子塊中的K個子載波激活并發(fā)送BPSK調(diào)制數(shù)據(jù)，其余 的L-K個子載波并不是處于靜默狀態(tài)，而是發(fā)送土 j調(diào)制符號。由數(shù)字化信源產(chǎn)生B = (Wb3) G位信息比特，并做串并轉(zhuǎn)換，前匕位作為載波索引調(diào)制的索引比特，bi= p #，其 中A=^log2(Cf)J，U表示向下取整操作；后作為BPSK調(diào)制符號，用于調(diào)制由索引比 特選擇的激活子載波，b2= p2G，其中p2= K ;最后133位比特用于調(diào)制其余的L-K個子載波， 依然采用BPSK調(diào)制方式，然后將其調(diào)制符號相位旋轉(zhuǎn)90度，如0 - -1 - -j，1 - 1 - j，那 么 b3= p 3G，其中 p3= L-K。
[0020] 步驟2 :載波索引調(diào)制，首先將N個子載波分成G = N/L個子塊，每個子塊含有L個 子載波，這L個子載波是相鄰的；然后根據(jù)每個子塊中對應(yīng)的？1位索引比特來從L個子載 波中選取K個子載波發(fā)送BPSK調(diào)制數(shù)據(jù)，剩余子載波發(fā)送土 j調(diào)制符號，這樣每個子載波 上都發(fā)送一位的信息比特；如信息比特是[010]，經(jīng)過載波索引調(diào)制之后為[l，_j];
[0021] 步驟3:OFDM調(diào)制，將載波索引調(diào)制后的數(shù)據(jù)經(jīng)過OFDM調(diào)制，包括串并轉(zhuǎn)換、IFFT、 并串轉(zhuǎn)換和加循環(huán)如綴CP ;
[0022] 步驟4 :數(shù)據(jù)經(jīng)過OFDM調(diào)制處理后，通過信道，包括瑞利衰落信道和高斯信道后到 達接收端；
[0023] 步驟5 :接收端預(yù)處理，接收端將接收到的信號去CP，然后經(jīng)FFT變換到頻域；
[0024] 步驟6:信號檢測，接收端的檢測以塊為基本單位，最大似然算法（ML)是最優(yōu) 的檢測算法，其思想是聯(lián)合檢測激活子載波索引及對應(yīng)的發(fā)送符號；假設(shè)交織索引調(diào) 制方案的第g個塊的接收信號為Y g= ^^，^...，^^，其對應(yīng)的信道矩陣為扎= (^8[11&1，11 &2，...，1^]1，備選發(fā)射信號為父8=?&1，父 8,2，..'，」1，其中乂&1=±1或者 土 j，所有可能的信號向量的集合記為A，由發(fā)射機結(jié)構(gòu)可得其共有pm%個元素，則發(fā)送 信號可以估計為：
[0026] 其中I I ? I |F表示向量的Frobenius范數(shù)。
[0027] 本實施例采用Matlab2012a仿真平臺進行實驗，SM-OFDM系統(tǒng)參數(shù)：子載波配置 (L = 2, K = 1)，子載波總數(shù)N = 1024,信號調(diào)制方式為BPSK，仿真采用的標準的LTE-EVA 信道參數(shù)。如圖2所示為本實施例2選1的SIM-OFDM系統(tǒng)發(fā)射機框圖，子載波調(diào)制的具體 過程：圖中'1'和'0'為位置索引比特，用來選擇激活塊中子載波，BPSK符號1和2是用來 調(diào)制激活子載波的數(shù)據(jù)，后面的兩個星座符號是用來調(diào)制非激活子載波。如圖中索引比特 為'1'時，激活第一個塊中的第二個子載波，調(diào)制數(shù)據(jù)為'BPSK symbol 1'，然后第一個塊中 的第二個子載波的發(fā)送數(shù)據(jù)為'BPSK symbol 3'，以此類推。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明和傳統(tǒng)的SM-OFDM系統(tǒng)發(fā)射機最大的不同在于所有子載波中 沒有靜默子載波，均用以傳送數(shù)據(jù)，提高了頻譜利用率。仿真結(jié)果顯示改進之后的系統(tǒng)可以 取得和改進前幾乎相同的性能，也可以從理論上得到證明?，F(xiàn)以2選1的SM-OFDM系統(tǒng)為 例，從理論上簡單證明其等效性，系統(tǒng)的BER性能主要和星座點之間的歐氏距離有關(guān)，所以 現(xiàn)只考慮可能的星座組合之間的歐氏距離。傳統(tǒng)的SM-OFDM系統(tǒng)發(fā)射機因為有能量重分
氏距離為2,平均歐氏距離為2. 276 ;改進之后，可能的星座組合為[j, 1], [_j, 1], [j,-1],[ -j，_l]，[1，j]，[l，_j]，[-1，j]，[_l，_j]，星座組合之間的最小歐氏距離為2,平均歐氏距離 為2. 236 ;和傳統(tǒng)的發(fā)射機結(jié)構(gòu)相比，最小歐氏距離不變，平均歐氏距離還要稍大一些。
[0029] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，本說明書中所公開的任一特征，除非特別 敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方 法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。
【主權(quán)項】
1. 用于SIM-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方法，其特征在于，包括下列步驟： 步驟1 :基于SIM-0FDM系統(tǒng)的子塊數(shù)G，每個子塊所包含的子載波數(shù)L，每個子塊的 激活子載波數(shù)K，信源產(chǎn)生B位信息比特，其中B=G? (bi+h+bj，每個子塊的索引比特數(shù) /7|=^增2(<：'：^，其中^」表示向下取整操作，第一調(diào)制比特數(shù)13 2=1(1(^2(1)，其中1表示調(diào) 制階數(shù)，第二調(diào)制比特數(shù)b3= (L-K)log2(M); 步驟2 :對B位信息比特進行載波索引調(diào)制： 將系統(tǒng)的子載波分為G個子塊，每個子塊包含L個子載波； 對每個子塊，提取對應(yīng)的h位索引比特、b2位第一調(diào)制比特、b3位第二調(diào)制比特，分別 對第一調(diào)制比特和第二調(diào)制比特進行調(diào)制處理后得到第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)，其中 第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制方式相同，對同一比特的調(diào)制符號相位不同； 根據(jù)每個子塊的索引比特激活K個子載波發(fā)送第一調(diào)制數(shù)據(jù)，由剩余的（L-K)個子載 波發(fā)送第二調(diào)制數(shù)據(jù)。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制方式 為BPSK調(diào)制。3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟2中，第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù) 據(jù)對同一數(shù)字調(diào)制方式的調(diào)制符號相位相差90度。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2中，對第一調(diào)制比特進行PSK調(diào)制得 到第一調(diào)制數(shù)據(jù)，在對第二調(diào)制比特進行調(diào)制處理時，將同一數(shù)字調(diào)制方式的調(diào)制符號旋 轉(zhuǎn)90度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于SIM-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，用以克服現(xiàn)有SIM-OFDM系統(tǒng)造成了大量的靜默子載波、造成了頻譜浪費的缺陷。本發(fā)明基于SIM-OFDM系統(tǒng)的子塊數(shù)G，每個子塊所包含的子載波數(shù)L，每個子塊的激活子載波數(shù)K，信源產(chǎn)生B位信息比特，其中B＝G·(b1+b2+b3)，每個子塊的索引比特數(shù)第一調(diào)制比特數(shù)b2＝Klog2(M)、第二調(diào)制比特數(shù)b3＝(L-K)log2(M)；對每個子塊，提取對應(yīng)的b1位索引比特、b2位第一調(diào)制比特、b3位第二調(diào)制比特，分別處理得到第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)，其中第一調(diào)制數(shù)據(jù)和第二調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制方式相同，對同一數(shù)字的調(diào)制符號相位不同。本發(fā)明利用SIM-OFDM系統(tǒng)中的靜默子載波發(fā)送額外的信息比特在保證SIM-OFDM系統(tǒng)的性能的同時，提高頻譜利用率。
【IPC分類】H04L27/26, H04L27/34
【公開號】CN104994052
【申請?zhí)枴緾N201510296959
【發(fā)明人】邵晉梁, 柏慧榮, 徐斌, 肖悅
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月3日