用于sim-ofdm系统的发送数据调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种用于SIM-OFDM系统的发送数据调 制方法。
【背景技术】
[0002] 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)技术，作 为一种多载波调制方式，可以有效地提高频谱效率和对抗频率选择性衰落。该技术的基本 原理是将高速率数据流进行串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加， 有效减少由于无线信道的时间弥散所带来的ISI，而且提高了频谱利用率。和单载波系统相 比，可以很好地对抗频率选择性衰落和窄带干扰。另外，OFDM系统可以利用快速傅里叶变换 实现调制和解调，大大简化系统实现的复杂度，使得OFDM成为移动通信的关键技术之一。
[0003] 近来，一种新型的多载波无线传输技术一基于子载波索引调制（Subcarrier Index Modulation, SIM)的OFDM技术被提出，其可以看作是空间调制技术在频域的扩展形 式。SIM-OFDM系统框图如图1所示，和传统OFDM系统不同的是信源所产生的信息比特串要 先经过子载波索引调制（图中的QAM表示调制方式），发送比特分为索引比特（图1所示的 位置索引比特：〇、1)和QAM调制比特（QAM symbol)，索引调制模块根据索引比特激活每个 子块（系统将所有的子载波（图1所示的Subcarrierl~4)均分为多个子块，图1所示的 Subblockl、Subblock2)的一部分子载波（激活子载波，图1所示的Subblockl对应的激活 子载波为Subcarrier2, Subblock2对应的激活子载波为Subcarrier3)并发送数据，而每个 子块中不发送数据的则称为静默子载波（图1所示的Subcarrierl、Subcarrier4)。然后 经过串并转换、IFFT操作、并串转换加循环前缀（CP)后，作为发送数据通过发送天线1\~ T m发送出去，经过多径信道和高斯白噪声信道后到达接收端。在接收端对接收天线R1-R1^ 所接收的信号经过去CP和串并转换、FFT后进行信号检测，得到估计的发送符号，最后将得 到的发送符号进行并串转换后输出比特串。
[0004] 相较OFDM系统，SM-OFDM系统虽然多了一维的索引比特数据，但是这也造成了大 量的静默子载波，造成了频谱浪费。
【发明内容】
[0005] 本发明的发明目的在于：提供了一种利用SM-OFDM系统中的静默子载波发送额 外的信息比特的发送数据调制方法，在保证SM-OFDM系统的性能的同时，提高频谱利用 率。
[0006] 本发明的用于SIM-OFDM系统的发送数据调制方法，包括下列步骤：
[0007] 步骤1 :基于SM-OFDM系统的子块数G，每个子块所包含的子载波数L，每个子块 的激活子载波数K，信源产生B位信息比特，其中B = G ? (I3Jbfb3)，每个子块的索引比特 数4 =|_log2(Cf)J，其中|j」表示向下取整操作，第一调制比特数132 = K Iog2(M)，其中M表示 调制阶数，第二调制比特数b3= (L-K)Iog2(M);
[0008] 步骤2 :对B位信息比特进行载波索引调制：
[0009] 将系统的子载波分为G个子块，每个子块包含L个子载波；
[0010] 对每个子块，提取对应的h位索引比特、b 2位第一调制比特、b 3位第二调制比特， 分别对第一调制比特和第二调制比特进行调制处理后得到第一调制数据和第二调制数据， 其中第一调制数据和第二调制数据的调制方式相同，对同一数字调制方式的调制符号相位 不同；
[0011] 根据每个子块的索引比特激活K个子载波发送第一调制数据，由剩余的（L-K)个 子载波发送第二调制数据。
[0012] 本发明中，第一调制数据和第二调制数据的调制方式为BPSK调制。
[0013] 步骤2中，第一调制数据和第二调制数据对同一数字调制方式的调制符号相位相 差90度。对第一调制比特进行PSK调制得到第一调制数据，在对第二调制比特进行调制处 理时，将同一数字调制方式的调制符号旋转90度。
[0014] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：提供新的用于 SIM-OFDM系统的发送数据调制方法，利用SIM-OFDM系统中的静默子载波发送额外的信息 比特在保证SM-OFDM系统的性能的同时，提高频谱利用率。
【附图说明】
[0015] 图1是现有的SM-OFDM系统示意图。
[0016] 图2是本发明【具体实施方式】的SM-OFDM系统示意图。
【具体实施方式】
[0017] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发 明作进一步地详细描述。
[0018] 本实施例为针对BPSK调制的SM-OFDM系统的发送数据调制方法，包括以下步 骤：
[0019] 步骤1 :产生信息比特，系统子载波总个数为N个，每个子块包含子载波个数为 L，则一共有G = N/L个子块；每个子块中的K个子载波激活并发送BPSK调制数据，其余 的L-K个子载波并不是处于静默状态，而是发送土 j调制符号。由数字化信源产生B = (Wb3) G位信息比特，并做串并转换，前匕位作为载波索引调制的索引比特，bi= p #，其 中A=^log2(Cf)J，U表示向下取整操作；后作为BPSK调制符号，用于调制由索引比 特选择的激活子载波，b2= p2G，其中p2= K ;最后133位比特用于调制其余的L-K个子载波， 依然采用BPSK调制方式，然后将其调制符号相位旋转90度，如0 - -1 - -j，1 - 1 - j，那 么 b3= p 3G，其中 p3= L-K。
[0020] 步骤2 :载波索引调制，首先将N个子载波分成G = N/L个子块，每个子块含有L个 子载波，这L个子载波是相邻的；然后根据每个子块中对应的？1位索引比特来从L个子载 波中选取K个子载波发送BPSK调制数据，剩余子载波发送土 j调制符号，这样每个子载波 上都发送一位的信息比特；如信息比特是[010]，经过载波索引调制之后为[l，_j];
[0021] 步骤3:OFDM调制，将载波索引调制后的数据经过OFDM调制，包括串并转换、IFFT、 并串转换和加循环如缀CP ;
[0022] 步骤4 :数据经过OFDM调制处理后，通过信道，包括瑞利衰落信道和高斯信道后到 达接收端；
[0023] 步骤5 :接收端预处理，接收端将接收到的信号去CP，然后经FFT变换到频域；
[0024] 步骤6:信号检测，接收端的检测以块为基本单位，最大似然算法（ML)是最优 的检测算法，其思想是联合检测激活子载波索引及对应的发送符号；假设交织索引调 制方案的第g个块的接收信号为Y g= ^^，^...，^^，其对应的信道矩阵为扎= (^8[11&1，11 &2，...，1^]1，备选发射信号为父8=?&1，父 8,2，..'，」1，其中乂&1=±1或者 土 j，所有可能的信号向量的集合记为A，由发射机结构可得其共有pm%个元素，则发送 信号可以估计为：
[0026] 其中I I ? I |F表示向量的Frobenius范数。
[0027] 本实施例采用Matlab2012a仿真平台进行实验，SM-OFDM系统参数：子载波配置 (L = 2, K = 1)，子载波总数N = 1024,信号调制方式为BPSK，仿真采用的标准的LTE-EVA 信道参数。如图2所示为本实施例2选1的SIM-OFDM系统发射机框图，子载波调制的具体 过程：图中'1'和'0'为位置索引比特，用来选择激活块中子载波，BPSK符号1和2是用来 调制激活子载波的数据，后面的两个星座符号是用来调制非激活子载波。如图中索引比特 为'1'时，激活第一个块中的第二个子载波，调制数据为'BPSK symbol 1'，然后第一个块中 的第二个子载波的发送数据为'BPSK symbol 3'，以此类推。
[0028] 综上所述，本发明和传统的SM-OFDM系统发射机最大的不同在于所有子载波中 没有静默子载波，均用以传送数据，提高了频谱利用率。仿真结果显示改进之后的系统可以 取得和改进前几乎相同的性能，也可以从理论上得到证明。现以2选1的SM-OFDM系统为 例，从理论上简单证明其等效性，系统的BER性能主要和星座点之间的欧氏距离有关，所以 现只考虑可能的星座组合之间的欧氏距离。传统的SM-OFDM系统发射机因为有能量重分
氏距离为2,平均欧氏距离为2. 276 ;改进之后，可能的星座组合为[j, 1], [_j, 1], [j,-1],[ -j，_l]，[1，j]，[l，_j]，[-1，j]，[_l，_j]，星座组合之间的最小欧氏距离为2,平均欧氏距离 为2. 236 ;和传统的发射机结构相比，最小欧氏距离不变，平均欧氏距离还要稍大一些。
[0029] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，本说明书中所公开的任一特征，除非特别 叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方 法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
【主权项】
1. 用于SIM-OFDM系统的发送数据调制方法，其特征在于，包括下列步骤： 步骤1 :基于SIM-0FDM系统的子块数G，每个子块所包含的子载波数L，每个子块的 激活子载波数K，信源产生B位信息比特，其中B=G? (bi+h+bj，每个子块的索引比特数 /7|=^增2(<：'：^，其中^」表示向下取整操作，第一调制比特数13 2=1(1(^2(1)，其中1表示调 制阶数，第二调制比特数b3= (L-K)log2(M); 步骤2 :对B位信息比特进行载波索引调制： 将系统的子载波分为G个子块，每个子块包含L个子载波； 对每个子块，提取对应的h位索引比特、b2位第一调制比特、b3位第二调制比特，分别 对第一调制比特和第二调制比特进行调制处理后得到第一调制数据和第二调制数据，其中 第一调制数据和第二调制数据的调制方式相同，对同一比特的调制符号相位不同； 根据每个子块的索引比特激活K个子载波发送第一调制数据，由剩余的（L-K)个子载 波发送第二调制数据。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一调制数据和第二调制数据的调制方式 为BPSK调制。3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2中，第一调制数据和第二调制数 据对同一数字调制方式的调制符号相位相差90度。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2中，对第一调制比特进行PSK调制得 到第一调制数据，在对第二调制比特进行调制处理时，将同一数字调制方式的调制符号旋 转90度。
【专利摘要】本发明公开了一种用于SIM-OFDM系统的发送数据调制方法，属于无线通信技术领域，用以克服现有SIM-OFDM系统造成了大量的静默子载波、造成了频谱浪费的缺陷。本发明基于SIM-OFDM系统的子块数G，每个子块所包含的子载波数L，每个子块的激活子载波数K，信源产生B位信息比特，其中B＝G·(b1+b2+b3)，每个子块的索引比特数第一调制比特数b2＝Klog2(M)、第二调制比特数b3＝(L-K)log2(M)；对每个子块，提取对应的b1位索引比特、b2位第一调制比特、b3位第二调制比特，分别处理得到第一调制数据和第二调制数据，其中第一调制数据和第二调制数据的调制方式相同，对同一数字的调制符号相位不同。本发明利用SIM-OFDM系统中的静默子载波发送额外的信息比特在保证SIM-OFDM系统的性能的同时，提高频谱利用率。
【IPC分类】H04L27/26, H04L27/34
【公开号】CN104994052
【申请号】CN201510296959
【发明人】邵晋梁, 柏慧荣, 徐斌, 肖悦
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月3日