CN103634260B

CN103634260B - 一种基于sim调制的sc-ifdma通信方法

Info

Publication number: CN103634260B
Application number: CN201310654843.9A
Authority: CN
Inventors: 肖悦; 冯树苓; 徐斌; 但黎琳; 李少谦
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-12-06

Abstract

一种基于SIM调制的SC‑IFDMA通信方法，属于通信抗干扰技术领域。本发明借鉴SIMOFDM的思想，将SIM调制技术引入到SC‑IFDMA技术中，该方法在SC‑IFDMA链路的发送端根据SIM调制索引比特选择不同的时隙承载数据，在接收端使用特定的检测方法对SIM调制信号进行检测。SIM调制会引进新的功率分配策略，从而提升系统的BER性能，而若在SIM调制后进一步进行交织处理，减小相邻时隙受到相同的深衰落的概率，则能够进一步提升系统BER性能。且时域交织和SIM调制的引进，并不会影响SC‑IFDMA系统的低PAPR性能。

Description

一种基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及单载波交织频分多址(Single Carrier Interleaved FrequencyDivision Multiple Access,SC-IFDMA)通信方法，交织子载波索引调制(Interleaved SubcarrierIndex Modulation,ISIM)及其相关时域检测技术。

背景技术

单载波频分多址(Single Carrier Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA)被3GPP采纳为LTE的上行多址技术。通过在发送端做离散傅里叶变换（DFT）预处理，使得该技术不但拥有OFDM系统相似的性能，而且具有更低的PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)。根据不同的子载波放置方式，系统又可分为交织频分多址(IFDMA)和集中式频分多址(LFDMA)，其中IFDMA方式可提供更高的频域分集来提升系统性能而且可以使传输信号具有更低的PAPR，因此IFDMA是一种很有前景的无线通信传输方案。

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。SIM方法通过索引比特来选择不同载波传输数据，使得SIM OFDM比传统OFDM具有更好的BER(Bit Error Rate)性能。

在移动通信中，信道的深衰落往往会持续一段时间，造成成串的比特差错，而信道编码仅可对单个或不太长的错误串进行纠错。为了解决这个问题，移动通信系统中采用了交织技术，将连续发射的信息比特分散到不同位置，使每个比特在传输中通过相互独立的信道，这样就避免了原本连续的比特经历相同的衰落。在接收端进行解交织后，可采用相应的检测方法恢复出所有发送信息。

发明内容

本发明借鉴SIM OFDM的思想，将SIM调制技术引入到SC-IFDMA技术中，得到一种基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法，该方法在SC-IFDMA链路的发送端根据SIM调制索引比特选择不同的时隙承载数据，在接收端使用特定的检测方法对SIM调制信号进行检测。SIM调制会引进新的功率分配策略，从而提升系统的BER性能，而若在SIM调制后进一步进行交织处理，减小相邻时隙受到相同的深衰落的概率，则能够进一步提升系统BER性能。且时域交织和SIM调制的引进，并不会影响SC-IFDMA系统的低PAPR性能。

本发明详细技术方案如下：

一种基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法，包括以下步骤：

步骤1：由数字化信源产生(M/2)*(Mod+1)位信息比特，然后对数字化信源产生的(M/2)*(Mod+1)位信息比特进行串并转换；(M/2)*(Mod+1)位信息比特中，前M/2位用于SIM调制的索引比特，后(M/2)*Mod位用于MQAM调制，其中调制阶数Mod=1,2,4,6分别表示BPSK调制、QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制，M为发射端FFT点数。

步骤2：SIM调制。对数字化信源产生的后(M/2)*Mod位信息比特作MQAM调制，然后将MQAM调制所产生的M/2个MQAM调制符号进行SIM调制；SIM调制时，将M/2个MQAM调制符号调制到M/2个时隙组，其中每个时隙组包括两个时隙，但只发送一个MQAM调制符号，每个时隙组中具体发送MQAM调制符号的时隙由SIM调制的索引比特的值决定，即：当SIM调制的索引比特B_i=1时，选择第i个时隙组中第2个时隙发送MQAM调制符号S_i；当SIM调制的索引比特B_i=0时，选择第i个时隙组中第1个时隙发送MQAM调制符号S_i；其中i=1,2，…，M/2（具体SIM调制原理如图4所示）。

步骤3：单载波交织频分多址(SC-IFDMA)处理。所述单载波交织频分多址(SC-IFDMA)处理包括M点FFT变换、交织子载波映射和N点IFFT变换。

步骤4：对SC-IFDMA处理后的单载波信号进行添加循环前缀，并经并串转换后作为发送信号发送到EVA（Extended Vehicle A）信道。

步骤5：接收端预处理。接收端将接收到的信号进行串并转换、去循环前缀，然后作FFT变换到频域和解交织子载波映射。

步骤6：频域均衡。

步骤7：信号检测。采用基于能量比较的方法来恢复进行SIM调制的索引比特串和MQAM调制符号；由于解交织后的时域信号y包含M个时隙的符号，将其依次分为M/2个时隙组，每个时隙组的两个时隙比较符号能量大小，由于SIM调制时每两个时隙只有一个时隙放置了MQAM符号，所以在接收端检测时认为能量大的符号为发送的MQAM符号，然后进行MQAM解调后得到MQAM调制前的信息比特，并且根据该符号所在时隙恢复出该组两个时隙对应的索引比特信息。具体信号检测流程如图5所示。

上述技术方案中，可在步骤2和步骤3之间增加步骤A，所述步骤A为交织处理步骤，及对SIM调制后的M个时隙进行交织处理，以降低步骤2中两个相邻时隙受到相同信道衰落的概率；同时在所述步骤7和步骤8之间增加步骤B，所述步骤B为解交织处理步骤，及将频域均衡后的信号IFFT变换到时域，然后根据步骤3采取的交织方案进行对应的解交织，恢复步骤2中SIM调制后的时隙顺序。

本发明的有益效果是：

本发明提供的基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法，以SC-IFDMA技术为基础，在发送端的DFT预编码前进行SIM调制，在接收端使用特定的检测方法对SIM调制信号进行检测。SIM调制会引进新的功率分配策略，从而提升系统的BER性能，而若在SIM调制后进一步进行交织处理，减小相邻时隙受到相同的深衰落的概率，则能够进一步提升系统BER性能。且时域交织和SIM调制的引进，并不会影响SC-IFDMA系统的低PAPR性能。通过合理选择交织长度，ISIM SC-IFDMA相对原本的SC-IFDMA系统性能会有很大改善。

附图说明

图1是现有SC-IFDMA系统框图。

图2是本发明提出的基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法系统框图。

图3是本发明提出的基于SIM调制并交织的SC-IFDMA通信方法系统框图。

图4是SIM调制原理图。

图5是SIM调制对应的信号检测算法的流程图。

图6是现有SC-IFDMA和本发明提供的SIM-SC-IFDMA仿真对比图（二者所采用的频域均衡方法都是最小均方误差(MMSE)方法）。

图7是现有SC-IFDMA和本发明提供的SIM-SC-IFDMA以及ISIM-SC-IFDMA仿真对比图（三者所采用的频域均衡方法都是最小均方误差(MMSE)方法）。

具体实施方式

一种基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法，其主要创新是在SC-IFDMA系统的基础上引进了交织和SIM调制，在保留系统本身的特性和优点的同时，综合了这两种技术的优点，使系统性能有了较大提升。

1、一种基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法，包括以下步骤：

步骤6：频域均衡。

基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法的仿真性能如图6所示。

2、一种基于SIM调制并交织的SC-IFDMA通信方法，包括以下步骤：

步骤3：交织。对SIM调制后的M个时隙进行交织处理，以降低步骤2中两个相邻时隙受到相同信道衰落的概率。

步骤4：单载波交织频分多址(SC-IFDMA)处理。所述单载波交织频分多址(SC-IFDMA)处理包括M点FFT变换、交织子载波映射和N点IFFT变换。

步骤5：对SC-IFDMA处理后的单载波信号进行添加循环前缀，并经并串转换后作为发送信号发送到EVA（Extended Vehicle A）信道。

步骤6：接收端预处理。接收端将接收到的信号进行串并转换、去循环前缀，然后作FFT变换到频域和解交织子载波映射。

步骤7：频域均衡。

步骤8：解交织。将频域均衡后的信号IFFT变换到时域，然后根据步骤3采取的交织方案进行对应的解交织，恢复步骤2中SIM调制后的时隙顺序。

步骤9：信号检测。采用基于能量比较的方法来恢复进行SIM调制的索引比特串和MQAM调制符号；由于解交织后的时域信号y包含M个时隙的符号，将其依次分为M/2个时隙组，每个时隙组的两个时隙比较符号能量大小，由于SIM调制时每两个时隙只有一个时隙放置了MQAM符号，所以在接收端检测时认为能量大的符号为发送的MQAM符号，然后进行MQAM解调后得到MQAM调制前的信息比特，并且根据该符号所在时隙恢复出该组两个时隙对应的索引比特信息。具体信号检测流程如图5所示。

基于SIM调制并交织的SC-IFDMA通信方法的仿真性能如图7所示。

本发明所用的SIM调制采用2选1方式进行时隙选择，未被选择的时隙则置为“0”。时域交织前首先计算系统的相干时间。仿真表明，交织长度越大性能提升越明显，但同时系统时延也越大。所以应根据计算得到的相干时间大小综合考虑交织造成的系统时延，合理选择交织长度。交织方式采用等间隔交织，实现简单，性能提升明显。

Claims

1.一种基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法，包括以下步骤：

步骤1：由数字化信源产生(M/2)*(Mod+1)位信息比特，然后对数字化信源产生的(M/2)*(Mod+1)位信息比特进行串并转换；(M/2)*(Mod+1)位信息比特中，前M/2位用于SIM调制的索引比特，后(M/2)*Mod位用于MQAM调制，其中调制阶数Mod=1,2,4,6分别表示BPSK调制、QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制，M为发射端FFT点数；

步骤2：SIM调制；

对数字化信源产生的后(M/2)*Mod位信息比特作MQAM调制，然后将MQAM调制所产生的M/2个MQAM调制符号进行SIM调制；SIM调制时，将M/2个MQAM调制符号调制到M/2个时隙组，其中每个时隙组包括两个时隙，但只发送一个MQAM调制符号，每个时隙组中具体发送MQAM调制符号的时隙由SIM调制的索引比特的值决定，即：当SIM调制的索引比特B_i=1时，选择第i个时隙组中第2个时隙发送MQAM调制符号S_i；当SIM调制的索引比特B_i=0时，选择第i个时隙组中第1个时隙发送MQAM调制符号S_i；其中i=1,2，…，M/2；

步骤3：SC-IFDMA处理；

所述单载波交织频分多址(SC-IFDMA)处理包括M点FFT变换、交织子载波映射和N点IFFT变换；

步骤4：对SC-IFDMA处理后的单载波信号进行添加循环前缀，并经并串转换后作为发送信号发送到EVA信道；

步骤5：接收端预处理；

接收端将接收到的信号进行串并转换、去循环前缀，然后作FFT变换到频域和解交织子载波映射；

步骤6：频域均衡；

步骤7：信号检测；

采用基于能量比较的方法来恢复进行SIM调制的索引比特串和MQAM调制符号；由于解交织后的时域信号y包含M个时隙的符号，将其依次分为M/2个时隙组，每个时隙组的两个时隙比较符号能量大小，由于SIM调制时每两个时隙只有一个时隙放置了MQAM符号，所以在接收端检测时认为能量大的符号为发送的MQAM符号，然后进行MQAM解调后得到MQAM调制前的信息比特，并且根据该符号所在时隙恢复出该组两个时隙对应的索引比特信息。

2.根据权利要求1所述的基于SIM调制的SC-IFDMA通信方法，其特征在于，在所述步骤2和步骤3之间增加步骤A，所述步骤A为交织处理步骤，及对SIM调制后的M个时隙进行交织处理，以降低步骤2中两个相邻时隙受到相同信道衰落的概率；同时在所述步骤7和步骤8之间增加步骤B，所述步骤B为解交织处理步骤，及将频域均衡后的信号IFFT变换到时域，然后根据步骤3采取的交织方案进行对应的解交织，恢复步骤2中SIM调制后的时隙顺序。