一种高容量子载波数量调制方法

本发明属于多载波调制，具体涉及一种高容量子载波数量调制方法。

背景技术：

1、在5g中，数据流量的爆炸式增长和智能设备的普及，使人们不仅对频谱和能源效率的要求越来越高，同时也希望其支持各种各样的场景应用和相关需求。在大多数应用中，高阶调制常被用于增大频谱效率，但其对干扰(比如相噪、信道衰落，多径等)比较敏感，会导致系统需要非常大的信噪比来确保良好的性能。

2、与传统信息传播不同，索引调制只会激活一部分资源，如时隙，子载波，天线等，其他的信息则通过激活模式隐性传播，以此提高频谱效率和能量效率。这是因为除了通常基于振幅或相位调制传输所携带信息位外，还可以在不消耗能量的情况下获取额外的索引位信息。这使得索引调制系统只需要使用部分资源就可以实现与常规系统相同的吞吐量，从而降低了系统的复杂性，消耗的能量也大大减少，同时其在多径信道下的解调性能也有优势。基于索引调制以上优点，将其引入到了通信领域。

3、现有的im通信方案可以用信号域进行区分：包括频域im(fd-im)、空间域im(sd-im)和时域im(td-im)，以及信道域im(cd-im)等。近年来，im以各种格式应用于各种无线通信场景中，包括毫米波传输、海量mimo和网络编码等。

4、与传统利用固定数量子载波、时隙的不同激活模式(subcarrier activationpattern,sap)指标来承载额外信息不同，另一种调制方案称为子载波数量调制(subcarrier number modulation，snm)，利用激活子载波的数量来编码额外信息，其系统流程图如图1所示。

5、但由于snm技术空置了一部分子载波，其传输速率不算很高，因此近几年，为提高snm的传输速率，提出了一种改进的ofdm-snm方案，该方案利用了ofdm-snm方案的索引比特对应位置的灵活性，基于信道瞬时状态信息(csi)自适应放置有源子载波，将传入信息位动态映射到信道功率增益较高的子载波上，在高信噪比(snr)区域提供额外的编码增益。还将ofdm-snm和ofdm-im相结合，以提供更高的设计自由度和频谱效率。

6、但上述研究对snm的传输效率的增益依然有限，并且相关编码或技术的结合也增加了系统检测复杂度，降低了索引调制系统的收益。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供了一种高容量子载波数量调制方法，通过优化发射符号星座点和信息比特放置位置，进一步提升ofdm-snm系统的系统容量。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种高容量子载波数量调制方法，在发射端比特映射之前执行以下步骤：

4、发射符号星座点优化步骤：

5、步骤s1-1，设置每个分组的子载波数n，选取调制阶数集合m＝{m1,...,mt,...,ma}，计算发射符号星座点优化的迭代次数上限t1＝an，其中a为调制阶数集合m的大小；

6、遍历1～n中的每个取值k，基于每一个k所对应的激活子载波数初始化载波激活模式sap向量：s(k)＝[s(1),s(2),...,s(n)]，其中s(n)∈{0,1},n＝1,2,...,n，且s(n)＝1的数量为k，s(n)＝1表示该位置子载波处于激活状态，s(n)＝0表示该位置子载波未被激活；

7、步骤s1-2，针对不同的激活子载波数，改变其对应的调制阶数mt，生成不同的星座点向量c(k)＝[c(1),c(2),...,c(k)]，其中c(k)表示索引号为k的子载波的状态，c(k)＝1则表示该位置的子载波被激活，用于携带数据；c(k)＝0则表示未被激活，k＝1，…，k；

8、步骤s1-3，获取不同的激活子载波数下的信号误块率

9、基于sap向量s(k)和星座点向量c(k)生成不同的发射信号x，形成映射表格xmap；

10、针对xmap中每一个发射向量x，计算x与xmap中的其他向量间的距离，并基于前r个距离最近的向量得到集合w，其中，r≥1；

11、利用错误率计算函数获取发射向量x与集合w中的向量在给定信噪比下的错误率其中，y表示接收信号；

12、计算并记录p(x)表示发射向量x的概率；

13、步骤s1-4，当迭代计算次数达到t1时，则从发射符号星座点优化步骤中计算出的多个中查找最小值，基于该最小值所对应的调制阶数组合ma即为所求最优调制组合；否则返回步骤步骤s1-2；

14、子载波激活位置优化步骤：

15、步骤s2-1，设置每组子载波数n；

16、遍历1～n中的每个取值k，基于每一个k所对应的激活子载波数设置初始调制阶数组合m＝{m1,...,mk,...,mn}；

17、计算子载波激活位置优化的总数量其中，表示从n个个子载波中选出k个的组合数；

18、步骤s2-2，针对不同的激活子载波数，利用其对应的调制阶数mk，生成不同的星座点向量c(k)＝[c(1),c(2),...,c(k)]，其中c(k)表示索引号为k的子载波的状态，c(k)＝1则表示该位置的子载波被激活，用于携带数据；c(k)＝0则表示未被激活，k＝1，…，k；

19、步骤s2-3，针对不同的激活子载波数，改变其激活的子载波位置，得到不同的载波激活模式sap向量s(k)＝[s(1),s(2),...,s(n)]，其中s(n)∈{0,1},n＝1,2,...,n，且s(n)＝1的数量为k，s(n)＝1表示该位置子载波处于激活状态，s(n)＝0表示该位置子载波未被激活；

20、步骤s2-4，获取不同的激活子载波数下的信号误块率

21、基于sap向量s(k)和星座点向量c(k)生成不同的发射信号x，形成映射表格xmap；

22、针对xmap中每一个发射向量x，计算x与xmap中的其他向量间的距离，并基于前r个距离最近的向量得到集合w，其中，r≥1；

23、利用错误率计算函数获取发射向量x与集合w中的向量在给定信噪比下的错误率其中，y表示接收信号；

24、计算并记录p(x)表示发射向量x的概率；

25、步骤s2-4，当迭代计算次数达到t2时，则从子载波激活位置优化步骤中计算出的多个中查找最小值，基于该最小值所对应的sap向量即为子载波激活位置优化结果；

26、其中，基于sap向量s(k)和星座点向量c(k)生成不同的发射信号x，形成映射表格xmap具体为：

27、

28、x＝[x(1),..,x(n),..,x(n)]t，n＝1,2,...,n；

29、

30、其中，p表示每个分组的比特数；

31、错误率计算函数具体为：

32、

33、其中，q函数为：erfc(·)表示误差互补函数，n0表示噪声功率谱密度。

34、本发明提供的技术方案至少带来如下有益效果：

35、本发明通过优化调制阶数组合和信息比特放置位置，从而提高snm系统容量。与传统方案相比，本发明实现了解调性能的进一步提升。