CN105207744A - 基于欧式距离的预处理功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种用于交织子载波索引调制正交频分复用(Interleaved？Subcarrier-Index？Modulation？Orthogonal？Frequency？Division？Multiplexing，ISIM-OFDM)系统中基于欧式距离的预处理功率分配方法。用于ISIM-OFDM系统的基于欧式距离的预处理功率分配方法，发射端根据接收端反馈回来的信道信息，在保证平均传输功率不变的前提下，每个子块在所提供的几组备选预处理因子组合中，选择使接收符号间最小欧氏距离最大的一组作为发送符号的预处理因子组合。本发明可以获得误码率性能的提升。

Description

基于欧式距离的预处理功率分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种用于交织子载波索引调制正交频分复用(InterleavedSubcarrier-IndexModulationOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，ISIM-OFDM)系统中基于欧式距离的预处理功率分配方法。

背景技术

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。每个子块包含个激活子载波，个静默子载波的SIM-OFDM系统称为选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。

但是，相同的传输速率下，在低信噪比和中间信噪比区域，SIM-OFDM系统的性能不如传统的OFDM系统。为了改善这个问题，在SIM-OFDM系统中，通过引入子载波交织机制增加接收信号之间的欧氏距离来提升SIM-OFDM系统的性能。这种采用子载波交织机制的SIM-OFDM系统被称为ISIM-OFDM系统。

在无线通信领域中，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，再经由反馈链路将信道信息反馈至发射端，发射端可以根据信道条件对发送符号进行预处理，以此来提升系统系能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种用于ISIM-OFDM系统的基于欧式距离的预处理功率分配方法。

本发明的技术方案为：

发射端根据接收端反馈回来的信道信息，在保证平均传输功率不变的前提下，每个子块在所提供的几组备选预处理因子组合中，选择使接收符号间最小欧氏距离最大的一组作为发送符号的预处理因子组合。

基于欧式距离的预处理功率分配方法，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,…,H_N]，其中，H_n为每个子载波对应的信道信息，n为子载波标识符，N为系统子载波总数，n＝1,2,…,N；

S2、按交织的方式将N个子载波分为G个包含L个子载波的子块，则G＝N/L，每个子块S_g所分配的子载波的信道信息为H_g,H_G+g,…,H_(L-1)G+g，则子块S_g的信道信息向量为h_g＝[H_g,H_G+g,H_2G+g,…,H_(L-1)G+g]，其中，g＝1,2,…,G，所述G为系统对子载波的预设分块数；

S3、提供备选预处理因子组合P_q＝[p_1,q,...,p_L,q]，其中，P_q满足所述Q为备选预处理因子组合总数，q＝1,...,Q；

S4、按式 $q_{opt,g}=\mathrm{argmax}\left\{\underset{\underset{q=1...Q}{X_i,X_j\∈\left\{S\right\},i\≠j}}{\min }\right|\left|P_q(X_i-X_j)h_g\right|\left|\right\}$ 选出第g个子块的最优预处理因子组合得到G个子块的最优预处理因子组合，即得到N个子载波所对应的功率分配因子向量 $P=\[p_1,p_2,...,p_N\]=\[p_{1,q_{opt,1}},...,p_{1,q_{opt,G}},p_{2,q_{opt,1}}...,p_{2,q_{opt,G}},...,p_{L,q_{opt,1}},...,p_{L,q_{opt,G}}\],$ 其中，g＝1,2,…,G，所述S为所有可能的块符号集合，X_i和X_j为可能的块符号。

本发明的有益效果是：

本发明采用基于欧氏距离的预处理功率分配方法，通过选择预处理因子组合，在保证平均传输功率不变的前提下，最大化等效发送符号间的最小欧式距离，以此来获得误码率性能的提升。

附图说明

图1是带有功率分配的ISIM-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L选k的ISIM-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L，总的子块数为G＝N/L，每个子块随机选择其中k个子载波发送数据，采用M-QAM调制，则总比特数为

步骤2：交织子载波索引调制(ISIMModulation)。按交织的方式将N个子载波分为G个包含个L个子载波的子块。对于每个子块，ISIM调制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，剩下的L-k个子载波不发数据，用0填充，得到发送符号向量

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H_n(子载波标识符n＝1,2,…,N)，即信道信息向量H＝[H₁,H₂,…,H_N]，则第g个子块S_g的子载波所对应的信道信息向量为h_g＝[H_g,H_G+g,H_2G+g,…,H_(L-1)G+g]，其中g＝1,2,…,G；

步骤3-2：提供Q组备选预处理因子组合P_q＝[p_1,q,...,p_L,q]，其中，q＝1,...,Q，P_q满足 $\underset{i=1}{\overset{L}{\Σ}}{p}_{i,q}^2=L.$

步骤3-3：逐个子块按式 $q_{opt,g}=\mathrm{argmax}\left\{\underset{\underset{q=1...Q}{X_i,X_j\∈\left\{S\right\},i\≠j}}{\min }\right|\left|P_q(X_i-X_j)h_g\right|\left|\right\}$ 选出最优预处理因子组合直至G个子块计算完毕，得到N个子载波所对应的功率分配因子向量 $P=\[p_1,p_2,...,p_N\]=\[p_{1,q_{opt,1}},...,p_{1,q_{opt,G}},p_{2,q_{opt,1}}...,p_{2,q_{opt,G}},...,p_{L,q_{opt,1}},...,p_{L,q_{opt,G}}\].$

步骤4：得到最终的发送符号向量

$X=\[{\tilde{x}}_{1,1},...,{\tilde{x}}_{1,G},{\tilde{x}}_{2,1},...,{\tilde{x}}_{2,G},...,{\tilde{x}}_{L,1},...,{\tilde{x}}_{L,G}\]=\tilde{X}diag\left(P\right);$

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ISIM-OFDM符号。

步骤6：过信道。将步骤5得到的ISIM-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 $\tilde{Y}=\[{\tilde{y}}_{1,1},...,{\tilde{y}}_{1,G},{\tilde{y}}_{2,1},...,{\tilde{y}}_{2,G},...,{\tilde{y}}_{L,1},...,{\tilde{y}}_{L,G}\]$ 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得到功率分配因子向量P_r＝[p_r1,p_r2,…,p_rN]；

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ISIM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，分别采用BPSK调制的2选1的ISIM-OFDM系统中，提供5组备选因子组合，具体为： $P_1=\left[\begin{array}{cc}\sqrt{0.333}& \sqrt{1.667}\end{array}\right],$ $P_2=\left[\begin{array}{cc}\sqrt{0.667}& \sqrt{1.333}\end{array}\right],$ P₃＝[11]， $P_4=\left[\begin{array}{cc}\sqrt{1.333}& \sqrt{0.667}\end{array}\right],P_5=\left[\begin{array}{cc}\sqrt{1.667}& \sqrt{0.333}\end{array}\right]s,$ 当信噪比大于15dB时，系统的BER性能与原始ISIM-OFDM系统相比有所提升，在BER达到10-4后，与原始ISIM-OFDM系统相比，约有2～3dB的信噪比增益。以上仿真将调制方式改为QPSK调制，与原始的ISIM-OFDM系统相比也能达到上述性能增益。

Claims (1)

1.基于欧式距离的预处理功率分配方法，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,…,H_N]，其中，H_n为每个子载波对应的信道信息，n为子载波标识符，N为系统子载波总数(n＝1,2,…,N)；

S2、按交织的方式将N个子载波分为G个包含L个子载波的子块，则G＝N/L，每个子块S_g所分配的子载波的信道信息为H_g,H_G+g,…,H_(L-1)G+g，则子块S_g的信道信息向量为h_g＝[H_g,H_G+g,H_2G+g,…,H_(L-1)G+g]，其中，g＝1,2,…,G，所述G为系统对子载波的预设分块数；

S3、提供备选预处理因子组合P_q＝[p_1,q,...,p_L,q]，其中，P_q满足所述Q为备选预处理因子组合总数，q＝1,...,Q；

S4、按式 $q_{opt,g}=\mathrm{argmax}\left\{\underset{\underset{q=1...Q}{X_i,X_j\∈\left\{S\right\},i\≠j}}{\min }\right|\left|P_q(X_i-X_j)h_g\right|\left|\right\}$ 选出第g个子块的最优预处理因子组合得到G个子块的最优预处理因子组合，即得到N个子载波所对应的功率分配因子向量

$P=\[p_1,p_2,...,p_N\]=\[p_{1,q_{opt,1}},...,p_{1,q_{opt,G}},p_{2,q_{opt,1}}...,p_{2,q_{opt,G}},...,p_{L,q_{opt,1}},...,p_{L,q_{opt,G}}\],$ 其中，g＝1,2,…,G，所述S为所有可能的块符号集合，X_i和X_j为可能的块符号。