CN104994052B - 用于sim-ofdm系统的发送数据调制方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于SIM-OFDM系统的发送数据调制方法
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SIM-OFDM系统的发送数据调制方法。
背景技术
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)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。
近来，一种新型的多载波无线传输技术—基于子载波索引调制(SubcarrierIndex 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：0、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Subcarrier1～4)均分为多个子块，图1所示的Subblock1、Subblock2)的一部分子载波(激活子载波，图1所示的Subblock1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Subcarrier1、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T1～TNt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～RNr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。
相较OFDM系统，SIM-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
本发明的发明目的在于：提供了一种利用SIM-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SIM-OFDM系统的性能的同时，提高频谱利用率。
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：
步骤1：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其中表示向下取整操作，第一调制比特数b2＝K log2(M)，其中M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b1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，对同一数字调制方式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。
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。
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。
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SIM-OFDM系统的性能的同时，提高频谱利用率。
附图说明
图1是现有的SIM-OFDM系统示意图。
图2是本发明具体实施方式的SIM-OFDM系统示意图。
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。
本实施例为针对BPSK调制的SIM-OFDM系统的发送数据调制方法，包括以下步骤：
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±j调制符号。由数字化信源产生B＝(b1+b2+b3)G位信息比特，并做串并转换，前b1位作为载波索引调制的索引比特，b1＝p1G，其中 表示向下取整操作；后b2位作为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b3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＝p3G，其中p3＝L-K。
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p1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±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[1,-j]；
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、并串转换和加循环前缀CP；
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；
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；
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Yg＝[Yg,1,Yg,2,...,Yg,L]T，其对应的信道矩阵为Hg＝diag[Hg,1,Hg,2,...,Hg,L]T，备选发射信号为Xg＝[Xg,1,Xg,2,...Xg,L]T，其中Xg,1＝±1或者±j，所有可能的信号向量的集合记为Λ，由发射机结构可得其共有个元素，则发送信号可以估计为：
其中||·||F表示向量的Frobenius范数。
本实施例采用Matlab2012a仿真平台进行实验，SIM-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。
综上所述，本发明和传统的SIM-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SIM-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SIM-OFDM系统发射机因为有能量重分配，所以可能的星座组合为各星座组合之间的最小欧氏距离为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,-1],[1,j],[1,-j],[-1,j],[-1,-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。
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 (4)

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-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其中表示向下取整操作，第一调制比特数b2＝Klog2(M)，其中M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b1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。
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