一种基于载波标号调制的星座点映射方式可调的调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域的一种信号调制方法，具体涉及物理层信号调制技术的一种 基于载波标号调制（Index Modulation)的星座点映射方式可调的调制方法。
【背景技术】
[0002] 无线通信是利用电磁波在自由空间中传播来进行信息交换的一种方式。目前在 信息通信领域中，无线通信发展最快、应用最广。为了充分利用信道的带宽，正交频分多 址（OFDM)技术在无线移动通信发展中有着很高的地位与很广泛的应用。正交频分多址 (OFDM)技术具有以下特点：1)频谱利用率高；2)实现简单；3)信道均衡相对简单；4)抗噪 声能力强；5)子载波配置灵活；6)易与其他通信技术结合。
[0003] 2013年，在正交频分多址（OFDM)技术基础上，提出了一种具有更高频谱利用率的 技术称为载波标号调制技术（Index Modulation)，在该技术中，发送端并不是选取所有的 子载波用于承载数据，而是挑选一部分子载波用于承载数据。虽然载波上承载的数据量变 小了，但是在选择子载波的过程本身承载着一部分信息量，假设每组从η个载波中选取k个 活跃子载波，那么整个系统单次传输实际可以传連
比特数据，M为 映射方式，Cf表示排列组合从η种情况中挑选k种的方案总数。在高信噪比下，载波标号 调制技术比传统正交频分多址技术具有更低的误码性能，更高的频谱效率。
[0004] 2015年3月，一种载波标号可变的调制技术进入人们的视线，该技术是基于载波 标号调制提出的，由于载波标号调制中每组选取的活跃子载波个数是固定的，正如上面所 阐述的，采用载波标号调制技术每次可以传输的信息量最多为
比 特。而载波标号可变的技术方案并不限制k的取值，即k最多可以取0到η所有值，因此每 组最多可以传 I
比特，与传统载波标号调制 相比，进一步增加了传输比特数。并从该方案仿真结果来看，在保证相同发送功率和相同比 特信噪比情况下，该方案与传统载波标号调制具有十分接近的误码率。
[0005] 以上关于载波标号调制的技术方案中都是采用固定映射方式（BPSK)调制，特别 是在载波标号不固定的调制方案中，显而易见地，选择子载波少的组调制到星座点上的数 据幅值会相对于选择子载波多的组大，因此造成了一定的功率能量的浪费。
【发明内容】
[0006] 基于现有的载波标号调制系统，为了克服不同模式星座点调制幅值不一样而造成 能量浪费的缺陷，本发明提出了一种基于载波标号调制的星座点映射方式可调的调制方 法，对不同组采用不同的星座点映射方式进行数据调制，即对于选择子载波少的组，选择相 对更高阶调制；对于选择子载波多的组，采用相对低阶的调制，这样在充分利用发送功率情 况下，发送更多的消息比特数。
[0007] 本发明的技术方案是采用以下方式：
[0008] 在发送端安装模式选择器和星座点映射选择器，在接收端安装模式检测器和星座 点映射方式检测器；原始消息序列在发送端进行分组，经发送端的模式选择器和星座点映 射选择器得到活跃载波模式及其星座点调制方式，并根据活跃载波模式及其星座点调制方 式进行信号调制，进行发送；接收端的模式检测器和星座点映射检测器通过最大似然检测 方法和最短距离检测方法得出发送端采用的活跃载波模式和星座点调制方式，进而通过查 表和解映射恢复出原始消息序列。
[0009] 在每次发送前，所述的发送端和接收端均建立对应于每组子载波的活跃子载波模 式表格以及与不同活跃子载波模式对应的星座点调制方式；发送端将包含有原始消息序列 的子载波等分分组，模式选择器根据消息序列选择每一组子载波的活跃子载波模式，即活 跃子载波个数及标号，星座点选择器选择每一组子载波的星座点调制方式，最终将消息序 列调制到对应的活跃子载波上并发送。
[0010] 所述的接收端根据查找活跃子载波模式表格和星座点调制方式解映射恢复出原 始消息序列。
[0011] 本发明基于载波标号调制系统，星座点选择器根据每组选择的模式包含的活跃子 载波的个数与标号，相应挑选出合适的星座点映射方式，并将数据调制到活跃子载波上进 行发送，不仅可通过活跃子载波的位置和个数获得选择模式的数据信息，同时还能获得子 载波上调制星座点所承载的数据，在不损失传输准确性的情况下，充分地利用了有限的发 送功率，有效地提高传输效率和吞吐量。
[0012] 所述发送端具体采用以下方式处理：
[0013] I. 1)将总子载波数N依次等分为g组，N = gXn，η为每组子载波中子载 波总数；对于每组子载波，建立相同的活跃子载波数矢1
活跃子载波数矢量I表示任何一组子载波中选择的子载波 数的集合，其中φ:为任何一组子载波中活跃子载波数的种类数，表示选 择的活跃子载波数的最大值；然后建立与每组子载波的矢量f一一对应的映射方式
[0014] 发送端根据矢量.冢建立活跃子载波模式表格，可采用"Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Generalized Index Modulation"论文中第四章提到的方法 进行建立。
[0015] 1. 2)对于每组子载波，采用以下公式计算原始消息序列P的信息比特数p，总共传 输比特数为m，m = p*g :
[0016]
[0017] 其中，η为单组子载波中活跃子载波种类的序数，1玄巧玄识,.G表示排列组合从 η种情况中挑选k种的方案总数；
[0018] 1.3)对于任意一组子载波，计算信息比特数p的十进制值Zp，根据十进制值&采 用以下公式来拆分原始消息序列，分为模式选择序列P 1和星座点调制序列P 2，拆分后的模 式选择序列P1和星座点调制序列P 2的长度计算如下：
[0019]
[0020] P1=P-P2
[0021] 1. 4)根据模式选择序列P1W活跃子载波模式表格中选择一种发送模式I与其对 应；根据星座点调制序列P 2从映射方式it中选择一种星座点调制方式，将星座点调制序列 卩2映射到星座点上，得到星座点序列S ;
[0022] 1. 5)根据发送模式I和星座点序列S，将所有组子载波合并得到频域发送序列 {Χ(1)，···，Χ(Ν)};
[0023] 1. 6)将频域发送序列进行快速傅里叶变换（IFFT)运算，得到时域发送序列 {x(l),. . . , χ(Ν)}；
[0024] I. 7)对时域发送序列{χ⑴，...，χ(Ν)}加 L点循环前缀，得到N+L点的时域发送 序列Ix (1)，· · ·，X (N)，· . ·，X (N+L)}并发送，L为循环前缀数。
[0025] 所述接收端具体采用以下方式处理：
[0026] 2. 1)接收端收到一串N+L点的时域接收序列{y⑴，...，y (N)，. . .，y (N+L)}，去除 循环前缀，得到N点的时域接收序列{y(l)，...，y(N)，...，y(N)};
[0027] 2. 2)对N点的时域接收序列进行最小均方误差（MMSE)均衡，再进行傅里叶变换 (FFT)运算，得到频域接收序列{Y (1)，...，Y (N) }，将收到频域接收序列依次等分成g组，每 组具有η个频域点；
[0028] 2. 2)针对每一组频域点yF(i)，i表示频域点的序数，K i <η，对于每一个集合元 素 k(τι )，…e f，采用以下公式表示的最大似然检测方法计算出η个频域点对应的LLR 值：
[0029]
[0030] 其中，表示第i个点接收端频域点，匕⑴表示第i个频域点经历的信道 特性，信道为多径瑞丽衰弱信道，化1表示噪声在频域的平均功率，M(Il)表示与集合元素 k(n)对应的星座点映射方式，X表示星座点序号，S。表示与M(n)对应的星座点幅值； / . s',分别表示接收端针对当前集合元素 k( Tl)计算得到的发送模式ξ和星座点映射序列 Λ. C utf· °
[0031] 2. 3)由上述步骤得到的LLR值采用以下公式表示的最短距离检测方式计算出发 送模式I和星座点序列I;
[0032]
[0033] 其中，γ表示选定的活跃子载波数k( Tl)的序号，/;(y)表示发送模式对应的第γ 个点。
[0034] 2. 4)由发送模式/根据活跃子载波模式表格恢复出模式选择序列/? ,再由星座点 序列#和映射方式^通过解映射恢复出星座点调制序列$，最后进行合并得到原始消息 序列#。
[0035] 2. 5)将所有组合并，得到比特系统原始数据
[0036] 在一次发送前，发送端和接收端建立活跃子载波模式表格，首先发送端将子载波 和消息序列都等分为若干组，模式选择器根据消息序列的一部分选择每一组的活跃子载波 个数及标号，接着星座点选择器选择每组传输数据的星座点调制方式，并将另一部分调制 到星座点上，最终实现发送；接收端不仅可以通过活跃子载波的位置和个数获得选择模式 的数据信息，同时还能获得子载波上调制星座点所承载的数据。
[0037] 本发明中，星座点传输方式取决于选取的活跃子载波的模式，具体地说，对于活跃 子载波多的组选择低阶的星座点映射方式，对于活跃子载波少的组选择高阶的星座点映射 方式，因此本发明不仅充分地利用了有限的发送功率，而且有效提高传输效率和吞吐量。
[0038] 本发明的有益效果是：
[0039] 本发明主要创新点是在原先固定映射方式基础上提出了映射方式可变的技术方 案，克服不同模式星座点调制幅值不一样而造成能量浪费的缺陷；本发明改变映射方式是 在发送功率一定以及保证误码性能的前提条件下，能提高9. 1 %频谱传输效率。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明发送端逻辑过程框图。
[0041] 图2是本发明接收端逻辑过程框图。
[0042] 图3是本发明与传统载波标号调制方案、传统正交频分多址（OFDM)的误码性能比 较。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和具体实施例子对本发明作进一步详细说明。
[0044] 本发明是基于现有的载波标号调制系统提出的分组映射方式可调的一种调制方 法，在一次发送前，收发端活都已知跃子载波模式表格，首先发送端将子载波和消息序列都 等分为若干组，模式选择器根据消息序列的一部分选择每一组的活跃子载波个数及标号， 接着星座点选择器选择每组传输数据的星座点调制方式并将另一部分消息序列调制到星 座点上，最终实现发送；接收端不仅可以获得子载波上的星座点所承载的数据，同时还能通 过活跃子载波的位置和个数获得额外的数据信息。
[0045] 发送端每比特能量值Eb= (N+L)/m，其中m表示系统一次调制传输消息比特，即有 m = p*g，p表示每组比特消息，g表示组数，噪声时域平均能量值\τ，因此比特信噪比定义 为Eb/\ T，频谱效率定义为(N+L)，单位为[比特/秒/赫兹]。
[0046] 本发明发送调制系统框图见附图1，接受调制系统款图见附图2,具体实施例及其 具体实施步骤如下：
[0047] 1)设定参数数值：发送端将所有128个子载波等分为g = 16组，每组子载波数