CN105049397B - 一种用于sim-ofdm系统的功率分配方法 - Google Patents

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Abstract

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)系统中的功率分配方法。一种用于SIM‑OFDM系统的功率分配方法，首先进行块内功率调节，采用基于经验平均的功率分配算法(EMA)，即发送端得到收端反馈的信道信息后，根据特定的功率分配准则计算每个块内各子载波的功率分配因子；然后进行块间功率调节，采用基于块间平均的功率分配算法(BMA)，即发端根据特定的功率分配准则计算每个块的功率分配因子。本发明使系统的BER性能得以大幅提升且复杂度低，当信道信息存在反馈延时，本发明方法有较好的抵抗能力。

Description

一种用于SIM-OFDM系统的功率分配方法
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)系统中的功率分配方法。
背景技术
正交频分复用(OFDM)作为一种并行传输机制，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具有很好的抗多径和窄带干扰的能力，且其调制与解调可以用FFT和IFFT实现，因而被许多无线通信的标准所采用作为物理层的解决方案。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，一种新的多载波技术被提出——子载波索引调制正交频分复用(SIM-OFDM)。它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(称为激活子载波)来发送数据，而其余的子载波不发送数据(称为静默子载波)，信号星座点和子载波索引同时携带信息比特。每个子块包含k个激活子载波，L-k个静默子载波的SIM-OFDM系统称为L选k SIM-OFDM系统。SIM-OFDM系统在实现上除了增加SIM调制模块以外，其他的步骤和传统的OFDM系统没有任何差异，但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。
功率分配问题是无线资源分配的经典问题，通过功率分配能有效改善系统的误比特率(Bit Error Rate，BER)性能，能量效率(Energy Efficiency，EE)，频谱效率(SpectralEfficient，SE)等。在SIM-OFDM系统中，通过功率分配也能使系统的BER性能得以提升.
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种用于SIM-OFDM系统的功率分配方法，首先进行块内功率调节，采用基于经验平均的功率分配算法(EMA)，即发送端得到收端反馈的信道信息后，根据特定的功率分配准则计算每个块内各子载波的功率分配因子；然后进行块间功率调节，采用基于块间平均的功率分配算法(BMA)，即发端根据特定的功率分配准则计算每个块的功率分配因子。
一种用于SIM-OFDM系统的功率分配方法，包括如下步骤：
S1、获取系统信道信息，得到信道信息向量H＝[H1,H2,…,HN]，其中，Hn为每个子载波对应的信道信息，所述n为子载波标识符，N为系统子载波总数，n＝1,2,…,N；
S2、按序将N个子载波分为G个包含2个子载波的子块，每个块Sg所分配的子载波的信道信息为H2g-1和H2g，其中，g＝1,2,…,G，所述G为系统对子载波的预设分块数；
S5、每个子载波所对应的总功率分配因子为块内功率分配因子和块间功率分配因子的乘积，N个子载波所对应的总功率分配因子向量为P＝[p1,p2,…,pN]＝Pouterdiag(Pinner)。
本发明的有益效果是：
本发明采用结合块内和块间功率调节的方法，综合考虑单个块的性能和块与块之间的平衡性，使系统的BER性能得以大幅提升且复杂度低，当信道信息存在反馈延时，本发明方法有较好的抵抗能力。本发明方法同样适用于提升交织子载波索引调制正交频分复用(Interleaved Subcarrier Index Modulation Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，ISIM-OFDM)系统的BER性能，且可以推广到L选k的SIM-OFDM系统和ISIM-OFDM和系统中。
附图说明
图1是带有功率分配的SIM-OFDM系统链路图。
图2是功率分配算法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
将本发明用于2选1的SIM-OFDM系统中，其发送端和接收端的具体实施方式如下：
步骤1：产生信息比特流。假设系统总的子载波数为N，每个子块的子载波个数为2，总的子块数为G＝N/2，每个子块随机选择其中一个子载波发送数据，采用M-QAM调制，则总比特数为
步骤3：基于本发明的功率分配方法进行功率分配。
步骤3-1：输入总的子载波数N，总的子块数G，以及经由反馈链路获取的每个子载波所对应的信道信息Hn(子载波标识符n＝1,2,…,N)，即信道信息向量H＝[H1,H2,…,HN]，则子块Sg的子载波所对应的信道信息为H2g-1和H2g，其中g＝1,2,…,G；
步骤3-4：逐个子块按式计算每个块的块欧式距离；
步骤3-5：确定要舍弃的块欧氏距离较小的子块和舍弃的子块数Q；
步骤3-6：按块间功率分配准则计算每个块的块间功率分配因子，直至G-Q个子块计算完毕，其中舍弃子块块间功率分配因子为1，得到N个子载波所对应的块间功率分配因子向量为Pouter＝[p”1,p”1,p”2,p”2,…,p”G,p”G]。
步骤3-7：计算P＝[p1,p2,…,pN]＝Pouterdiag(Pinner)，得到N个子载波所对应的总的功率分配因子向量。
步骤5：OFDM调制。将步骤4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6：过信道。将步骤5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7：接收端预处理。对所接收的频域接收信号进行去CP，串并转换和FFT操作。
步骤8：接收端补偿功率分配。
步骤8-1：按步骤3得到总的功率分配因子向量Pr＝[pr1,pr2,…,prN]；
步骤8-2：得到解功率分配信号
步骤9：信号检测。对步骤8处理后的频域接收Y信号以子块为基本单位，检测每个子块对应的激活子载波位置和对应的发送符号。本说明具体实施方式采用最大似然(ML)检测。
步骤10：解调。对步骤9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。
计算机仿真表明，上述功率分配方法在N＝1024，采用BPSK调制的2选1的SIM-OFDM系统中，当信噪比大于15dB时，系统BER性能与原始SIM-OFDM系统相比有显著提升；当BER为10-5时，与原始SIM-OFDM系统相比，系统有大约15dB的信噪比增益。
上述方法在SIM-OFDM系统中，当接收端不补偿功率分配，即步骤8省略时，也能取得较好的BER性能，当BER为10-5时，与原始SIM-OFDM系统相比，系统有大约11dB的信噪比增益。
上述方法在N＝1024，采用BPSK调制的2选1的ISIM-OFDM系统中，在信噪比大于15dB时，系统BER性能与原始ISIM-OFDM系统相比有显著提升；在BER达到10-4后，与原始ISIM-OFDM系统相比，约有7～8dB的信噪比增益。

Claims (1)

1.一种用于SIM-OFDM系统的功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取系统信道信息，得到信道信息向量H＝[H1,H2,L,HN]，其中，Hn为每个子载波对应的信道信息，所述n为子载波标识符，N为系统子载波总数，n＝1,2,L,N；
S2、按序将N个子载波分为G个包含2个子载波的子块，每个块Sg所分配的子载波的信道信息为H2g-1和H2g，其中，g＝1,2,L,G，所述G为系统对子载波的预设分块数；
S3、进行块内功率分配，计算每个子块中各子载波的块内功率分配因子其中，所述H1,g为第g个子块中第一个子载波的信道信息，H2,g为第g个子块中第二个子载波的信道信息，p'1,g为第g个子块中第一个子载波对应的块内功率分配因子，p'2,g为第g个子块中第二个子载波对应的块内功率分配因子，得到N个子载波所对应的块内功率分配因子向量为Pinner＝[p'1,1,p'2,1,p'1,2,p'2,2,L,p'1,G,p'2,G]；
S4、确定要舍弃的块，确定要舍弃的块欧氏距离较小的子块，舍弃子块的块间功率分配因子均为1，然后计算剩余子块的块间功率分配因子(g'＝1,2,L,G-Q)，其中，为定义的块欧氏距离，得到N个子载波所对应的块间功率分配因子向量为Pouter＝[p”1,p”1,p”2,p”2,L,p”G,p”G]，所述Q为要舍弃的块欧式距离较小的块数；
S5、每个子载波所对应的总功率分配因子为块内功率分配因子和块间功率分配因子的乘积，N个子载波所对应的总功率分配因子向量为P＝[p1,p2,L,pN]＝Pouterdiag(Pinner)。
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