基于增强型六维64psk星座的正交频分复用方法
【专利摘要】本发明涉及无线通信【技术领域】，尤其涉及一种基于增强型六维64PSK星座的正交频分复用方法。该方法将基于二维星座映射的正交频分复用技术扩充到六维信号空间，在相同平均功率下，该带有增强型六维64PSK星座的正交频分复用技术能够增大信号空间中信号点间的最小欧氏距离，从而获得较高的解调增益和频带利用率。实验验证了该方法相比传统的正交频分复用技术具有更低的误码率，从而为未来的无线传感器网络物理层协议设计提供了更加高速和可靠的正交频分复用技术。
【专利说明】基于増强型六维64PSK星座的正交频分复用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于增强型六维64PSK星座的正交频分复用方法，属于无线通信
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络一直是通信中一个很重要的部分，但是功率和带宽极大的影响 了它的应用和发展。功率利用率描述了在低功率情况下能够使得数字信号正确传输的能 力。无线信道中的各种噪声和干扰使得原本就很脆弱的信号更是面目全非，那么非常有必 要提高在低功率下能够更有效的正确传输信号的手段，相应的编码调制方案应运而生。在 比较不同通信系统的有效性时，不能单看它们的传输速率，还应考虑所占用的频带带宽，因 为两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。所W，真正衡量数据通信系统有效 性指标的是频带利用率。然而对于二进制编码方案，它的频带利用率是有上限的，想要提 高频带利用率，就需要高阶调制方案。编码技术能获得较低的误码率，提高通信系统的可靠 性，然而在编码性能不断提高的同时，也需要使用不同的调制方式提高带宽的有效性。目前 通信系统中采用的调制方式主要有两类；一类是无记忆调制，调制器将数字序列映射成一 组相应的波形信号，该些波形的差别在于幅度、相位或频率，或者两个或多个信号参数的 组合，比如振幅调制键控，频率调制键控。另一类是有记忆调制，该些调制信号在连续符号 间隔发送的信号之间有相关性，该种信号相关性的引入通常是为了形成与信道的频谱特性 相适应的发送信号频谱。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于增强型六维64PSK星座的正交 频分复用方法，最大化信号序列间的最小欧氏距离，在不扩展带宽或者不增加信号集的平 均能量的条件下获得一定编码增益，同时将传统的OFDM技术从一维快速傅立叶变换和快 速傅立叶逆变换来对信息数据进行调制和解调扩充到二维傅立叶变换，从而进一步提高无 线传感器网络频带利用率，实现了多维高阶的多载波调制和解调。
[0004] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是；提供了 一种基于增强型六维 64PSK星座的正交频分复用方法，包括调制方法和解调方法，调制方法具体包括W下步骤：
[0005] (1)调制方法包括W下步骤：
[0006] (1-1)对于一串比特流输入信息Xb，对其进行串/并转换，W将其分成N个由6个 比特码元组成的并联比特流，各个并联比特流用Xb，k表示，0《k《N-1 ;
[0007] (1-。对于并联Xbk，将其6个比特码元中的前3个比特码元映射到用S维直角 坐标系表示的S维8PSK信号调制星座图中；当前3个码元分别为000、011、101、110、001、 010、100和111时，分别将其映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号A(0，-0.82， 0. 58)、B (0,0. 82,0. 58)、C (-0. 82,0, -0. 58)、D (0. 82,0, -0. 58)、E (-0. 82,0,0. 58)、F (0. 82， 0,0. 58)、G (0, -0. 82, -0. 58)和 H(0,0. 82, -0. 58)，信号点符号 A、B、C、D、E、F、G 和 H 构成 B。?星座，且B。?星座为单位球的内接正六面体；
[000引将B。。)星座划分为两个正四面体C。。)和Cl。)，其中正四面体C。。)对应B。。)星座中 的符号子集{A，B，C，D}，Cl?对应B。?星座中的信号点符号子集{E，F，G，巧；
[0009] 前3个比特码元映射后得到信号点符号即第k个子载波的第一个发送符号Rkw， 其坐标用（Xk，yk，Zk)表示；
[0010] 将6个比特码元中的后3个码元根据前3个码元进行映射：
[0011] 如果前3个比特码元映射为符号子集{A，B，C，D}中的符号，则后3个比特码元按 照W下方式映射；当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时，分 别映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号a (0，0. 86，0. 51)、b (0. 86，0，0. 51)、 c(0, -0. 86,0. 51)、d(-0. 86,0,0. 51)、e(-0. 61，0. 61，-0. 51)、f (0. 61，0. 61，-0. 51)、 g(0. 61，-0. 61，-0. 51)和 h(-0. 61，-0. 61，-0. 51);信号点符号 a、b、c、d、e、f、g 和 h 构成 B/3)星座，B i(3)星座为一种S维的8PSK星座；
[0012] 如果前3个比特码元映射为符号子集巧，F，G，巧中的符号，则后3个比特码元 按照W下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时， 分别映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号al (-0. 61,0. 61,0. 51)、bl (0. 61， 0. 61，0. 51)、cl(0. 61，-0. 61，0. 51)、dl(-〇. 61，-0. 61，0. 51)、el(-〇. 86,0, -0. 51)、n(0， 0. 86, -0. 51)、gl (0. 86,0, -0. 51)和 hi (0, -0. 86, -0. 51);信号点符号 al、bl、cl、dl、el、 fl、gl和hi构成B2?星座，则B 2?星座由B 1?星座中各信号点绕Z轴旋转45°得到；
[001引后3个比特码元映射后得到信号点符号即第k个子载波的第二个发送符号Rk6>， 其坐标用（Uk，Vk，Wk)表示；
[0014] 根据第一个发送符号Rkw和第二个发送符号Rk?，得到第k个子载波Sk，其坐标表 示为（而，Yk，Zk，Uk，Vk，Wk);
[0015] (1-3)对每个比特流Xbk重复步骤（1-2)，得到N个子载波，各个子载波的坐标组 成矩阵S ;
[0016]
【权利要求】
1. 一种基于增强型六维64PSK星座的正交频分复用方法，其特征在于：包括调制方法 和解调方法，其中， (1)调制方法包括以下步骤： (1-1)对于一串比特流输入信息xb，对其进行串/并转换，以将其分成N个由6个比特 码元组成的并联比特流，各个并联比特流用xb，k表示，0彡k彡N-1 ; (1-2)对于并联xb，k，将其6个比特码元中的前3个比特码元映射到用三维直角坐标系 表示的三维8PSK信号调制星座图中：当前3个码元分别为000、011、101、110、001、010、100 和111时，分别将其映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号A(0, -0.82,0. 58)、 B(0,0. 82,0. 58)、C(-0. 82,0, -0? 58)、D(0. 82,0, -0? 58)、E(-0. 82,0,0. 58)、F(0. 82,0， 0? 58)、G(0，-0. 82，-0. 58)和H(0,0. 82，-0. 58)，信号点符号A、B、C、D、E、F、G和H构成B。⑶ 星座，且仏(3)星座为单位球的内接正六面体； 将B(i⑶星座划分为两个正四面体C，和C ，其中正四面体C(i?对应B，星座中的符 号子集认^匕口丨^'对应^^星座中的信号点符号子集伍^义田； 前3个比特码元映射后得到信号点符号即第k个子载波的第一个发送符号RkW，其坐 标用（xk，yk，zk)表不； 将6个比特码元中的后3个码元根据前3个码元进行映射： 如果前3个比特码元映射为符号子集{A，B，C，D}中的符号，则后3个比特码元按照 以下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时，分 别映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号a(0，0. 86，0. 51)、b(0. 86，0，0. 51)、 c(0, -0? 86,0. 51)、d(-0. 86,0,0. 51)、e(-0. 61，0. 61，-0? 51)、f(0. 61，0. 61，-0? 51)、 8(0.61，-0.61，-0.51)和11(-0.61，-0.61，-0.51) ;信号点符号&、13、。、(1、6、厂8和11构成 B/3)星座，B/3)星座为一种三维的8PSK星座； 如果前3个比特码元映射为符号子集{E，F，G，H}中的符号，则后3个比特码元按 照以下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时， 分别映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号al(-0. 61，0. 61，0. 51)、bl(0. 61， 0? 61，0. 51)、cl(0. 61，-0? 61，0. 51)、dl(-〇. 61，-0? 61，0. 51)、el(-〇. 86,0, -0? 51)、fl(0， 0? 86, -0? 51)、gl(0. 86,0, -0? 51)和hl(0, -0? 86, -0? 51);信号点符号al、bl、cl、dl、el、 n、gl和hi构成B2(3)星座，则B2(3)星座由B/3)星座中各信号点绕Z轴旋转45°得到； 后3个比特码元映射后得到信号点符号即第k个子载波的第二个发送符号Rke)，其坐 标用（uk，vk，wk)表不； 根据第一个发送符号RkW和第二个发送符号Rke)，得到第k个子载波Sk，其坐标表示为 (Xk，Yk，Zk，Uk，Vk，Wk); (1-3)对每个比特流xb，k重复步骤（1-2)，得到N个子载波，各个子载波的坐标组成矩 阵S:
(1-4)通过以下公式对矩阵S进行二维傅里叶逆变换得到发送符号矩阵s:
其中，W:是6X6的二维傅里叶逆变换，W/是NXN的二维傅里叶逆变换，则矩阵s中 的每个元素通过以下公式得到：
其中，j为虚数单位，〇彡N_1，0彡m2彡5,q种q2为矩阵S的列号和行号； (2)解调方法包括以下步骤： (2-1)在高斯信道下接收发送符号，得到接收符号r=s+n，n为高斯噪声；r用 (? ? ? ?iv/)表示， (2-2)通过以下公式接收符号r进行二维傅里叶变换：
其中，R(q2,qi)中的元素为S+n;矩阵S包含各个子载波的第一个发送符号RkW和第二 个发送符号Rk⑵； (2-3)对于第k个子载波的第一个发送符号Rka)和第二个发送符号Rke)，计算RkajlJ BQ(3)星座上各点的三维欧氏距离，再计算Rke#jB/3)和B2(3)星座上各点的三维欧氏距离， 然后将这两个欧氏距离分别相加，最后按照这两个欧氏距离的和的最小值通过以下公式进 行解调判决：
其中，^分别表示第k子载波的第一个发送符号RkW到星座C/3)和C,⑶的三 维欧氏距离，和分别表示第k子载波的第二个发送符号Rke)到星座B/3)和B2(3)的 三维欧氏距离； 根据解调判决进行解调，得到第k个子载波的并联比特流xb，k; (2-4)重复步骤（2-3)得到N个子载波的并联比特流，最后串联得到比特流输入信息 Xb°
【文档编号】H04L27/26GK104486284SQ201410800158
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】陈分雄, 付杰, 袁学剑, 王典洪, 刘乔西, 颜学杰, 王勇 申请人:中国地质大学（武汉）