一种简单、高性能且低复杂度的索引调制系统接收信号检测方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及无线通线系统接收端信号的检测方法，具体地说是一种简单、高性能且低复杂度的索引调制系统接收信号检测方法。

背景技术：

正交频分复用(ofdm)作为一种独特的数字通信技术，具有许多优点，包括能够提供高速率的数据传输，主要通过将串行数据分割成许多低速率的并行数据流；另外还能针对由于色散信道引起的符号间干扰提供低复杂度高性能的解决方案。由于这些优点，ofdm被许多宽带无线标准所采用，例如802.11a/gwi-fi，802.16wimax以及lte。

索引调制技术作为一种新型的调制技术，通过利用一部分传输数据做索引，用以选择发送数据的天线、子载波等。这些数据信息在接收端，可以通过天线或者子载波的有效性评估检测出来。同时，将ofdm技术与索引调制结合，是一个非常新颖的领域。与传统的ofdm系统相比，ofdm-im系统将数据分为传统星座点调制比特和索引比特。因此，ofdm-im系统发射机部分增加了一个索引调制模块，负责根据索引比特将星座点调制符号映射到特定的激活子载波上发送，其余的子载波静默。由于ofdm-im信号在频域存在大量的静默子载波，使得激活子载波分布具有稀疏性，这种特性可以有效地抵抗频率偏移引起的载波间干扰，尤其适用于高速移动场景。

然而ofdm-im等索引调制系统在研究过程中，还存在着以下难点：接收端的检测算法存在着复杂度高的问题。比如，误码性能最优的ml检测算法在检测调制符号时采用的是遍历搜索算法，因此复杂度非常高，而且检测复杂度往往会随着系统的调制阶数m以及每个子组中的子载波个数n以及激活的子载波个数k的增大而急剧增大的特点，导致接收端难以快速，准确的译码。

正是基于以上背景，本发明提出了一种高效、高性能且低复杂度的正交频分复用索引调制传输方案，可以使得ofdm-im系统的检测复杂度大大降低且不会随着调制阶数m的增大而增大。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种简单、高性能且低复杂度的索引调制系统接收信号检测方法。

本发明的一种简单、高性能且低复杂度的索引调制系统接收信号检测方法，它包括下列步骤：

步骤1)在接收端将接收信号矩阵拆分成按子组分布的列向量的接收信号矩阵；

步骤2)通过能量检测算法将子组中的信号从大到小排序，并标记前k个能量值的接收信号；其中k是ofdm-im系统的每个子组中激活子载波的个数，由预先设定的ofdm-im系统参数决定。

步骤3)利用硬限制算法，对上述前k个能量值的接收信号进行判决，译出星座点，得到ofdm-im系统的信号检测结果。

上述技术方案中，所述的步骤1)具体为：

接收端的接收信号为y＝[y1,y2,...,yn]^t，其中yn＝hnxn+wn,1≤n≤n，wn表示服从均值为n0的高斯白噪声，n表示每个子组中的子载波总数，其中hn是信道衰落系数，xn是ofmd块，g是ofdm-im系统分为g个子组；此时，y就是某一个子组g的接收信号矩阵，其中1≤g≤g。

步骤2)具体为：

计算并比较子组中每个子载波位置上的接收信号的能量大小，根据能量值由大到小排序；然后根据k的值，选取排序后的前k个子载波的位置作为该子组中激活子载波的位置，标记为1，子组中剩下的子载波的位置标记为0。

步骤3)具体为：

1)在前述获得前k个子载波的位置后，将该信息发送到hl检测器部分；

2)根据hl算法确定相应的激活子载波的调制符号；如果在发射端是采用方形或者是矩形mqam调制阶数对信号进行调制的，那么将该方形或者是矩形mqam调制星座图分割为两个pam调制：n1-pam和n2-pam，即m＝n1×n2。n1,n2是pam调制的幅度。然后接收信号的数学表达式也一同分割为与调制符号对应的两部分，，以消除调制阶数m对检测复杂度的影响从而降低检测复杂度；

3)利用公式(1)和公式(2)计算每个子载波的接收信号yl：

其中，sl＝r(sl)+j*i(sl)，u1＝r(yl),u2＝i(yl),1≤l≤g,r(·)表示取实部，i(·)表示取虚部。min(x1,x2),max(x1,x2),「·」分别表示取最小值，取最大值，四舍五入；

4)将得到的sl放置到前述的标记为1的子载波上；

5)根据激活子载波的映射方案以及mqam调制规则即可译出接收信号。

按照上述的方法，本发明的有益效果为：

1)该发明方案使用了能量检测算法，以便快速确定子载波的激活状态，找到激活子载波的位置；

2)该发明方案使用了硬限制算法，可以降低不对mqam的所有星座点进行搜索，只通过计算便可对接收信号进行判决，降低系统复杂度，提高系统的性能；

3)采用本发明的方法后，索引调制系统的检测复杂度不会随着调制阶数m的增大而增大，而是保持不变，有利于接收端的检测；

附图说明

图1是ofdm-im系统采用本发明的gd-hl检测方法的系统示意图。

图2是ofdm-im系统三种检测方法复杂度随调制阶数变化情况对比图。

图3是ofdm-im系统三种检测算法误码率性能情况对比。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

按照本发明提出的简单、高性能且低复杂度的索引调制系统接收信号检测方法(简称gd-hl算法)：首先，在接收端将接收信号矩阵拆分成按子组分布的列向量的接收信号矩阵；其次通过能量检测算法将子组中的信号从大到小排序。然后，利用硬限制算法，对比较大的前k个能量值的接收信号进行判决，译出星座点。最后得到ofdm-im系统的信号检测结果。

进一步的，所述ofdm-im系统每个子组中具有n个子载波，其中k个激活子载波，采用方形或矩形的mqam进行调制。

接收端的接收信号为y＝[y1,y2,...,yn]^t，其中yn＝hnxn+wn,1≤n≤n，wn表示服从均值为n0的高斯白噪声，n表示每个子组中的子载波总数，其中hn是信道衰落系数，xn是ofmd块，ofdm-im系统分为g个子组，此时，y就是某一个子组g的接收信号矩阵，其中1≤g≤g；通过能量检测算法将子组中的信号从大到小排序，具体为计算并比较子组中每个子载波位置上的接收信号的能量大小，根据能量大小由大到小排序。然后根据k的值，选取排序后的前k大的子载波的位置作为该子组中激活子载波的位置，标记为1，子组中剩下的子载波的位置标记为0。比如，n＝4,k＝2时,[1010]表示第一个子载波和第三个子载波是激活的状态，并且第一个和第三个子载波能量值是4个中比较大的前2个。

对前k个能量值的接收信号进行判决，译出星座点。具体为：

1)在步骤2中找到最大的k个子载波位置后，将该信息发送到hl检测器部分。

2)然后，我们只需要根据hl算法确定相应的激活子载波的调制符号。如果在发射端是采用方形或者是矩形mqam对信号进行调制的，那么可以将该方形或者是矩形mqam调制星座图分割为两个pam调制，并连同接收信号的数学表达式一同分割为与调制符号对应的两部分，即m＝n1×n2。这样转化可以消除调制阶数m对检测复杂度的影响以降低检测复杂度。

3)利用公式(1)和公式(2)计算每个子载波的接收信号yl。

其中，sl＝r(sl)+j*i(sl)，u1＝r(yl),u2＝i(yl),1≤l≤g,r(·)表示取实部，i(·)表示取虚部。min(x1,x2),max(x1,x2),「·」分别表示取最小值，取最大值，四舍五入。

4)将得到的sl放置到权利要求3中所述的记为1的子载波上。

5)最后再根据激活子载波的映射方案以及mqam调制规则即可译出接收信号。

从表1可以看出，如果以实数乘法为准，ofdm-im系统分别采用ml算法、gd-ml算法和gd-hl算法的复杂度在n＝4,k＝2,m＝64时，ml算法的复杂度最大为196608，而本发明提出的gd-hl算法复杂度只有30，可以充分体现gd-hl算法在复杂度方面的优势。其中n为子组中子载波个数，k为子组中激活子载波个数，m为方形或矩形qam调制阶数。c＝2^p1为激活子载波可能的组合方式。

图1是ofdm-im采用gd-hl检测算法系统框图。

从图2可以看出，比较了ml、gd-ml和gd-hl三种算法在4qam、16qam、64qam、128qam和256qam调制模式下的复杂度变化。显然，当ml算法和gd-ml算法的调制阶数m增加时，复杂度迅速增加。gd-hl算法的复杂度不会随着调制阶数m的增加而增加，因此保持不变。可以看出，当调制阶数m较大时，gd-hl算法的复杂度最低，更有利于系统接收端的实现。

如图3所示，当调制方式分别为4qam、16qam和64qam时，比较了ml、gd-ml和gd-hl三种算法的误码率性能。从图可以看出,当ofdm-im系统使用一个低阶调制模式,例如,当才用4qam时,ml算法的误码性能最好,和gd-hl比ml算法具有更大的误码率,但误码性能几乎一样gd-ml算法。随着调制阶数m的增加，gd-hl算法的误码率性能逐渐接近于ml算法，例如在16qam和更高的调制阶时，gd-hl算法的误码率性能几乎与ml算法相同。考虑到gd-hl算法的复杂度在高阶调制情况下很低，我们可以得出结论，gd-hl算法更适合于索引调制系统采用高阶mqam调制的情况。

表1ofdm-im系统三种检测算法复杂度对比