一种sim-ofdm通信方法
【专利摘要】一种SIM-OFDM通信方法，属于通信抗干扰【技术领域】。在发送端通过改进子载波索引调制的映射方法，即引入一种新的映射法则使得每个子块中的子载波间相互独立，这么做增大了最小欧氏距离，从而提升了系统性能；在接收端，针对最大似然检测的复杂性，本发明提出了一种新的频域检测技术，在达到最大似然检测的性能的同时还能极大地降低复杂度。
【专利说明】—种SIM-OFDM通信方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信抗干扰【技术领域】,涉及正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)技术，子载波索引调制(Subcarrier Index Modulation, SIM)技术其相关频域检测技术。
【背景技术】
[0002]OFDM技术是一种无限环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的子载波进行调制。这种并行传输体质将信号分成许多正交的子载波，然后用子载波对数据进行调制，因此大大扩展了符号的脉冲宽度，有效地抵抗了符号间干扰(Inter-Symbol Interference, ISI),提高了对抗多径衰落的性能。与传统频分复用相比，OFDM不需要保护频带，虽然有频谱重叠，但是各个载波之间是相互正交的，根据正交性原理可知各个载波之间并不存在干扰，从而极大地提高了频谱利用率。
[0003]近来，基于子载波索引调制(Subcarrier Index Modulation, SIM)的OFDM系统被提出作为新的多载波通信方式。现有的SIM-OFDM通信方法，如图1所示，数字化信源经过串并转换后送入SM调制模块进行子载波索引调制，然后经过IFFT、并串转换、加CP，作为发送数据发送出去，经过多径信道和高斯白噪声信道后到达接收端。在接收端经过去CP、串并转换、FFT后进行频域均衡，频域均衡可以是ZF均衡或MMSE均衡，均衡后进行信号检测，最后将检测信号进行并串转换后输出。对于SIM-OFDM而言，由于除SIM调制模块外，其它步骤和传统OFDM系统并无差异，而其核心SM调制模块首先将整个多载波连续地分成多个子块，每个子块中的若干子载波是通过索引比特来选择其中一些子载波发送数据，而另外的子载波静默，通过发送数据的子载波在整个多载波中的位置来检测索引比特，即位置信息携带索引比特的信息，索引比特本身并不发送，即不占用频谱资源。
[0004]现有的SM-OFDM通信方法与OFDM相比，具有更小的峰值平均功率比；通过调整功率分配策略可节约发射机能量；有着更低的误码率；对抗子载波间干扰性能更好。缺点是原有的系统在信道深衰落处性能会变差；用性能很好的ML检测算法复杂度太高，甚至当调制阶数较高或者每个块的子载波个数较多时，ML检测算法不具有实用性。针对以上两个缺点，本发明通过修改映射法则来提高最小欧式距离提高深衰落出的性能，并相应提出一种新的检测算法从而在达到ML检测性能的同时极大地降低复杂度。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有SIM-OFDM通信方法在信道深衰落处性能会变差，同时接收端信号检测复杂度太高的技术问题，提供一种SIM-OFDM通信方法。该方法在发送端通过改进子载波索引调制的映射方法，即引入一种新的映射法则使得每个子块中的子载波间相互独立，这么做增大了最小欧氏距离，从而提升了系统性能；在接收端，针对最大似然检测的复杂性，本发明提出了一种新的频域检测技术，在达到最大似然检测的性能的同时还能极大地降低复杂度。
[0006]本发明的整个系统链路如图2所示，包括:数字化信源、串并转换器(S/P)、索引映射、IFFT/FFT、加/去CP模块、信道、并串转换模块(P/S)、频域均衡(FDE)模块、索引检测模块。
[0007]本发明详细技术方案如下:
[0008]一种SM-OFDM通信方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1:由数字化信源产生m = Iii^m2位信息比特，并做串并转换。m位信息比特中，前Hi1位作为SIM调制的索引比特，后HI2位根据调制阶数M的取值做M-QAM调制。假设子载波总个数为N个，每个子块的子载波个数为n，选择其中的k个子载波发送数据；则一
共有g = N/n个子块，Hi1 = p!g,其中P1 = [loS2(c*)J，L.」表示向下取整；m2 = P2g，其中P2
=klog2(M)。
[0010]步骤2:索引映射。索引映射规则定义为:将N个子载波分成g = N/n个子块，每个子块含有η个子载波，η个子载波在N个子载波中呈等间隔分布或随机分布状，且相邻两个子载波间的带宽大于相干带宽。对于g = N/n个子块而言，每个子块中根据P1的取值来确定k个子载波发送数据，每个子载波携带一个符号，每个符号是将log2 (M)个比特映射成一个M-QAM星座图符号，k个子载波携带P2位比特信息。
[0011]步骤3:0FDM调制。包括IFFT、并串转换、加CP。
[0012]步骤4:信源信息经步骤I~3处理后，通过发送天线发送，信号经瑞丽衰落信道和高斯信道后到达接收端。
[0013]步骤5:接收端预处理。接收端将接收到的信号去CP、串并转换，然后经FFT变换到频域。
[0014]步骤6:频域均衡。
[0015]步骤7:解映射。根据发送端采取的索引映射方案找到每个子块中所对应的子载波组合，根据该组合分别找到对应的均衡符号，恢复出经索引映射前的符号顺序关系，并组合成g = N/n个均衡符号块。
[0016]步骤8:信号检测。对步骤7所得g = N/n个均衡符号块进行信号检测，每个均衡符号块信号检测过程包括如下步骤:
[0017]步骤8-1:对均衡后的第q (I < q < g)个均衡符号块中的数据分别进行硬判决得到判决后的符号= Q (Yg )，其中$为均衡符号块中第q个均衡符号向量；
[0018]步骤8-2:计算硬判决前后的相应两个均衡符号向量Sq和$之间的欧氏距离d,:;
[0019]步骤8-3:选取欧氏距离较小的u个符号向量u进行下一步的检测，其中要求；
[0020]步骤8-4:对筛选得到的u个符号，取k个符号放入Sq中不变，其他的位置为O得到新的向量Y qk，然后根据公式{M} 二 arg min | Yi1- H y S ^ |「选取欧氏距离最小的一组为
keu
发送符号组，从而找到调制符号向量k并根据符号的位置检测出索引比特向量I，对调制符号向量k进行调制符号解映射得到调制比特。[0021]本发明的有益效果是:
[0022]本发明提供的一种SIM-OFDM通信方法在发送端通过改进子载波索引调制的映射方法，即引入一种新的映射法则使得每个子块中的子载波间相互独立，这么做增大了最小欧氏距离，从而提升了从而提高了系统BER (Bit Error Ratio)性能；在接收端,针对最大似然检测的复杂性，本发明提出了一种新的频域检测技术，在达到最大似然检测的性能的同时还能极大地降低复杂度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是现有的SIM-OFDM通信方法的系统框图。
[0024]图2是本发明提出的SIM-OFDM通信方法的系统框图。
[0025]图3是以n=2，k=l为例新的索引映射调制的原理图。
[0026]图4是等间隔索引映射原理图。
[0027]图5是随机索引映射原理图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里讲被忽略。
[0029]为更好地对本发明进行说明，先介绍本发明技术方案所用到的术语和索引调制系统发射机结构。
[0030]发送子载波组合:指在发射机的N个子载波中先进行预分块，每个块中有η个子载波，则一共有g = N/n个子块，每个子块间互不干扰，且每个块遵循相同的映射法则。对于每个子块而言，选择其中的k个子载波发送数据，其余子载波则静默。对于选择方案根据索引比特结合索引映射表来确定。对于其中任意一个子块而言索引比特长度为:
Pi =Llog2(ci)_| , L.」表不向下取整，则对于一帧的索引OFDM系统而言一共有Iii1 = 位索
引比特；对激活的子载波发送M-QAM调制符号，这一点与传统OFDM系统一致，对于η选k的系统而言，可以发送一帧的调制比特个数为:m2 = p2g，其中p2 = klog2 (M)。
[0031]信道矩阵:与传统OFDM系统一致，若所过信道为瑞丽衰落信道，则通过子载波划分，可以将频率选择性衰落信道划分为N个平坦衰落信道，信道矩阵可以表示为:
[0032]H = [H11H2,...,HJt
[0033]信道子矩阵:即每个子块的信道矩阵，发射机和接收机两端都按照相同的映射法贝U，根据此映射法则可以找到属于同一个块中的子载波集合，所对应的衰落系数集合所组成的矩阵即为信道子矩阵，如图三所示的映射方案可以将第一个信道子矩阵表示为:
[0034]Hql = [Η^Η^,.,.,Η^]1
[0035]如图2所示的通信方法系统框图，发射端大致分为如下几步:
[0036]步骤1:确定要选择的系统的参数，即确定子载波个数N，分成的块数g，每个块的子载波个数n，子块中激活多少子载波个数k，调制的阶数M。然后根据如上所述的公式计算出一帧的比特数量，将此帧数据分成两组，一组为索引比特，用于选择子载发送数据，一组为调制比特，用于调制到被激活中的子载波中发送出去。[0037]步骤2:将调制比特映射成符号并进行串并转换，根据索引比特，对照
【发明内容】
中步骤2提及的映射方法(图4，、图5)来将符号分配到对应的子载波上，静默位置置O。
[0038]步骤3:将一帧索引映射符号分别进行IFFT变换、并串转换、加CP并作为发送数据发射出去。
[0039]针对接收机部分，从取CP到频域均衡和传统OFDM无异，这里不再详细说明。针对检测算法，按照前文所述的方法即可检测。
【权利要求】
1.一种SIM-OFDM通信方法，包括以下步骤: 步骤1:由数字化信源产生111 = 1?+!?位信息比特,并做串并转换；m位信息比特中，前Hi1位作为SIM调制的索引比特，后m2位根据调制阶数M的取值做M-QAM调制；假设子载波总个数为N个，每个子块的子载波个数为n，选择其中的k个子载波发送数据；则一共有g = N/n个子块，In1 = ρ$,其中P1 = Llog2(C丨;)」，L’」表示向下取整；m2 = P2g，其中P2 = klog2(M)； 步骤2:索引映射；索引映射规则定义为:将N个子载波分成g = N/n个子块，每个子块含有η个子载波，η个子载波在N个子载波中呈等间隔分布或随机分布状，且相邻两个子载波间的带宽大于相干带宽；对于g = N/n个子块而言，每个子块中根据P1的取值来确定k个子载波发送数据，每个子载波携带一个符号，每个符号是将log2(M)个比特映射成一个M-QAM星座图符号，k个子载波携带P2位比特信息； 步骤3:OFDM调制；包括IFFT、并串转换、加CP ； 步骤4:信源信息经步骤I~3处理后，通过发送天线发送，信号经瑞丽衰落信道和高斯信道后到达接收端； 步骤5:接收端预处理；接收端将接收到的信号去CP、串并转换，然后经FFT变换到频域； 步骤6:频域均衡； 步骤7:解映射；根据发送端采取的索引映射方案找到每个子块中所对应的子载波组合，根据该组合分别找到对应的均衡符号，恢复出经索引映射前的符号顺序关系，并组合成g = N/n个均衡符号块； 步骤8:信号检测；对步骤7所得g = N/n个均衡符号块进行信号检测，每个均衡符号块信号检测过程包括如下步骤: 步骤8-1:对均衡后的第q (I < g)个均衡符号块中的数据分别进行硬判决得到判决后的符号= Q(Yq )，其中$为均衡符号块中第q个均衡符号向量； 步骤8-2:计算硬判决前后的相应两个均衡符号向量Sq和$之间的欧氏距离dq:dq -\Sq-Yq I； 步骤8-3:选取欧氏距离较小的u个符号向量u进行下一步的检测，其中要求k ^ u ^ η ；步骤8-4:对筛选得到的u个符号，取k个符号放入Sq中不变，其他的位置为O得到新的向量s' qk，然后根据公式体，1}=呵0±1|'-Hj%|2选取欧氏距离最小的一组为发送
keu符号组，从而找到调制符号向量k并根据符号的位置检测出索引比特向量I，对调制符号向量k进行调制符号解映射得到调制比特。
【文档编号】H04L27/26GK103595685SQ201310613915
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】肖悦, 王顺顺, 但黎琳, 李少谦 申请人:电子科技大学