CN104780033B - 一种用于sim‑ofdm系统的自适应子载波分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于SIM‑OFDM系统的自适应子载波分配方法，属于无线通信技术领域。本发明包括：将长度为N的先验信道信息H＝[H₁,…,H_N]按照模值大小升序排列得到向量再将分为G组，每组所对应的信道信息为：和其中g＝1,2,…,G，且m＝1,2,…,L/2；最后将系统的子载波分为G个子块，每个子块g包含L个子载波，子块g的各子载波的位置对应集合S_g中各信道信息所对应的子载波。本发明提出了一种在SIM‑OFDM系统中基于自适应实现发送端对子载波分配方式，且采用非遍历搜索最优的自适应，能大幅降低基于自适应实现子载波分配的计算复杂度。

Description

一种用于SIM-OFDM系统的自适应子载波分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种用于子载波索引调制正交频分复用(Subcarrier Index Modulation Orthogonal Frequency Division Multiplexing，SIM-OFDM)系统中的子载波分配方法。

背景技术

OFDM系统作为一种多载波调制方式，把高速的数据流通过串/并变换，转换成若干并行的低速数据流，映射到OFDM符号的不同子载波进行传输。由于OFDM的调制与解调可以用FFT和IFFT实现，使得OFDM作为关键的技术之一，被广泛应用于B3G/4G演进的过程中。

但是OFDM系统在较高地提升系统性能的同时，也存在几个重要的缺陷，比如对频率偏移和相位噪声的影响非常敏感，在存在频率偏移和相位噪声的情况下性能极度恶化；峰均比(PAPR)较高，降低射频放大器的功率效率；并且为了消除码间串扰(ISI)而引入的循环前缀(CP)使得频谱利用率降低不少。

近年来，一种被称为基于子载波索引调制(SIM)的多载波技术被提出。对于SIM-OFDM系统而言，除了增加了SIM调制模块以外，其他的步骤和传统的OFDM系统并没有任何差异。其中，最核心的SIM调制模块采用了子载波分块的思想。首先将系统的整个多载波连续地分成大小相同的多个子块，每个子块中通过索引比特来选择其中若干个子载波(称之为激活子载波)来发送数据，而其余的子载波不发送数据(称之为静默子载波)。SIM-OFDM系统可以看成是空间调制技术在频域的扩展形式。相对于传统OFDM系统，SIM-OFDM可以在系统性能和频谱利用率之间灵活调节，通过降低激活子载波的个数，可以很好地获得PAPR性能，并且能够很好地抑制频率偏移对系统性能的影响。

如今，信道估计技术已经发展得相当成熟，接收端通过信道估计能得到较为准确的信道信息。在无线通信中，自适应算法一般是经由反馈链路将信道信息反馈到发射端，发射端再根据信道条件分配数据的具体发送方式，但是通常都是采用遍历搜索最优的自适应分配方法，其存在计算复杂度高的技术缺陷。

发明内容

本发明的发明目的在于：提出了一种用于SIM-OFDM系统中低复杂度的自适应子载波分配方法。

本发明的用于SIM-OFDM系统的自适应子载波分配方法，包括下列步骤：

步骤1：获取系统的每个子载波所对应的信道信息H_n，其中子载波标识符n＝1,2,…,N，所述N为系统的子载波总数；

步骤2：对N个信道信息H_n按模值大小进行升序排序，得到信道信息向量

步骤3：基于向量依据使每个块内欧氏距离尽量大的原则对信道信息进行分组，即将N个信道信息分为G个块集合S_g，每个块集合S_g所分配的信道信息为：和其中g＝1,2,…,G，所述G的取值等于系统对子载波的预设分块数，所述m＝1,2,…,L/2，其中L＝N/G；

步骤4：将系统的子载波分为G个子块，每个子块g包含L个子载波，子块g的各子载波的位置对应集合S_g中各信道信息所对应的子载波。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：提出了一种在SIM-OFDM系统中基于自适应实现发送端对子载波分配方式，且采用非遍历搜索最优的自适应，能大幅降低基于自适应实现子载波分配的计算复杂度。

说明书附图

图1是本发明具体实施方式中，子载波分配的流程图。

具体实施方式

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。

将本发明用于SIM-OFDM系统中，其发送端和接收端的处理具体为：

步骤1：产生信息比特流。假设总子载波总个数为N，每个子块的子载波个数为L，则总共有G＝N/L个子块，且每个子块中随机选择其中k个子载波发送数据。根据SIM-OFDM系统信息比特流和索引比特流的产生机制可有：一帧SIM-OFDM符号传输的信息比特数为G·k·log₂(M)，索引比特数为则有总比特数为

步骤2：基于本发明的自适应子载波分配方法进行子载波分配，参见图1，具体分配过程如下：

步骤2-1：输入系统对子载波的预设分块数G，每个子块所包含的子载波个数L，以及经由反馈链路将信道信息获取的每个子载波所对应的信道信息H_n(子载波标识符n＝1,2,…,N)，即信道信息向量H＝[H₁,H₂,…,H_N]；

步骤2-2：对H₁,H₂,…,H_N按模值大小进行升序排列，不失一般性，排序后的信道信息可表示为：且有

步骤2-3：初始化G个块集合S_g＝{},g＝1,2,…,G；

步骤2-3：置m＝1；

步骤2-4：给每个块集合S_g分配信道信息：基于将和分配给S_g；

步骤2-5：判断m是否大于L/2，若是，则执行步骤2-7；否则执行步骤2-6；

步骤2-6：令m＝m+1后，继续执行步骤2-4；

步骤2-7：输出块集合S_g；

步骤2-8：基于块集合S_g完成发送端对每个子块的子载波分配：

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个子载波的位置对应步骤2-7骤所输出的块集合S_g(g＝1,2,…,G)内L个信道信息所对应的子载波。以L＝2为例，每个块集合S_g将分配到2个信道信息，即中的下标为g和(2G+1-g)的元素和基于信道信息和在H＝[H₁,H₂,…,H_N]中的对应关系，可以得到和所对应的子载波标识符，再由对应的子载波标识符确定子块g所对应的子载波。

步骤3：载波索引(SIM)调制。对于每个子块而言，SIM模块先提取对应的索引比特和调制比特，然后调制比特经过M-QAM调制得到要发送的星座点符号，最后根据索引比特来激活L个子载波中的k个子载波来发送星座点符号，简称发送符号，剩下的l-k个子载波不发数据。

步骤4：OFDM调制。将步骤3得到的发送符号依次进行串并转换、IFFT、并串转换和加循环前缀(CP)等操作得到SIM-OFDM符号。

步骤5：过信道。将步骤4得到的SIM-OFDM符号先通过瑞利信道，再通过高斯信道，到达接收端。

步骤6：接收端预处理。对所接收的频域接收信号Y进行去CP，串并转换和FFT操作。

步骤7：信号检测。对步骤6处理后的频域接收信号Y以子块为基本单位，检测每个子块对应的激活子载波位置和对应的发送符号。本具体实施方式采用最大似然(ML)检测。

步骤8：解调。对步骤7得到的每个子块对应的激活子载波位置和对应的发送符号分别进行解SIM调制和解OFDM调制，恢复出信息比特流。

本发明通过分析SIM-OFDM系统BER(误码率)性能的特点，依据使得每个子块内欧氏距离尽量大的原则，将排序后的先验信道信息首尾组合成一个块的信道，得到了一般情况下性能很好的效果，且在L＝2选k＝1配置下的SIM-OFDM系统中能得到最优的误码性能。总之，本方案的突出特点是：复杂度低且性能较优。

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。

Claims (1)

1.一种用于SIM-OFDM系统的自适应子载波分配方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：获取系统的每个子载波所对应的信道信息H_n，其中子载波标识符n＝1,2,…,N，所述N为系统的子载波总数；

步骤2：对N个信道信息H_n按模值大小进行升序排序，得到信道信息向量

步骤3：基于向量对信道信息进行分组，得到G个块集合S_g，每个块集合S_g所分配的信道信息为：和其中g＝1,2,…,G，所述G的取值等于系统对子载波的预设分块数，整数m＝1,2,…,L/2，其中整数L＝N/G；

步骤4：将系统的子载波分为G个子块，每个子块g包含L个子载波，子块g的各子载波的位置对应集合S_g中各信道信息所对应的子载波。