CN106059729A - 一种用于子载波调制系统的基于欧式距离的功率分配方法 - 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系统中基于欧式距离的功率分配方法。本发明发射端根据当前信道状态信息，当子块激活子载波按等功率分配时当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离大于某个设定值时，该子块进行等功率分配，反之，则该子块在所提供的几组备选功率分配因子组合中选择使其当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离最大的一组作为发送符号的功率分配因子组合，且功率分配因子组合保持信号平均传输功率不变。本发明在保证平均传输功率不变的前提下最大化该子块当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离，以此来获得误码率性能的提升。

Description

一种用于子载波调制系统的基于欧式距离的功率分配方法
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)系统中基于欧式距离的功率分配方法。
背景技术
近年来，一种新的多载波技术被提出——载波索引调制(Subcarrier-IndexModulation，SIM)的OFDM的传输方案。载波索引调制OFDM系统的信息传输，除了传统的幅度相位调制(Amplitude Phase Modulation,APM)外，还利用子载波索引传送一部分信息，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KSIM-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,现有文献已证明相对于OFDM系统，载波索引调制OFDM具有更优秀的BER性能。
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功率分配，以此来提升系统系能。功率分配问题作为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(Spectral Efficient，SE)等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于SIM-OFDM系统的基于欧式距离的功率分配方法。
本发明的思路是：发射端根据当前信道状态信息，当子块激活子载波按等功率分配时当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离大于某个设定值时，该子块进行等功率分配，反之，则该子块在所提供的几组备选功率分配因子组合中选择使其当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离最大的一组作为发送符号的功率分配因子组合，且功率分配因子组合保持信号平均传输功率不变。
一种用于子载波调制系统的基于欧式距离的功率分配方法，步骤如下：
S1、根据计算第g个子块等功率分配时当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离，其中，Hg＝[HLg-(L-1),HLg-(L-2),HLg-(L-3),…,HLg]为第g个子块的信道状态信息，Ψg为第g个子块的未使用调制符号矢量集合，g＝1,2,…,G，G为SIM-OFDM系统对子载波的预设分块数，每个子块包含L＝N/G个子载波，N为为SIM-OFDM系统总载波数，Ψg∪Xg＝Φ，为未使用的调制符号矢量，Xg为第g个子块的当前调制符号矢量，Φ为每个子块所有可能的调制符号矢量集合；
S2、当S1所述dori,g＞m时，第g个子块进行等功率分配，则Pg＝＝[1......1]，
当S1所述dori,g≤m时，则根据公式选出第g个子块的最优功率分配因子组合其中，Pq＝[p1,q,...,pL,q]为备选功率分配因子组合，Q为备选功率分配因子组合总数，q＝1,...,Q，Pq满足其中，所述m为经验值；
S3、得到G个子块的最优功率分配因子组合，即得到N个子载波所对应的功率分配因子向量P＝[p1,p2,…,pN]；
S4、将S3所述功率分配因子矢量P作用于未进行功率分配前的发送符号矢量得到功率分配后的发送矢量对所述X′进行功率归一化处理，得到最终的发送符号向量X，其中，
本发明的有益效果是：
本发明采用基于欧氏距离的功率分配方法，通过选择功率分配因子组合，在保证平均传输功率不变的前提下最大化该子块当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离，以此来获得误码率性能的提升。
附图说明
图1为带有功率分配的SIM-OFDM系统链路图。
图2为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步地详细描述。
将本发明用于L选K的SIM-OFDM系统中，其发送端和接收端的具体实施方式如下：
设：SIM-OFDM系统总载波数为N，系统对子载波的预设分块数为G，每个子块包含L＝N/G个子载波，采用M-QAM调制。
步骤1：产生信息比特流。每个子块随机从L个子载波中选择其中K个子载波发送数据，则总比特数为
步骤2：子载波索引调制(SIM Modulation)。对于每个子块，SIM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，得到第g个子块的当前调制符号矢量为未使用调制符号矢量集合Ψg，则系统未进行功率分配时的发送符号矢量为
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状态信息Hn(子载波标识符n＝1,2,…,N)，即信道状态信息矢量H＝[H1,H2,…,HN]，则第g个子块的子载波所对应的信道状态信息矢量为Hg＝[HLg-(L-1),HLg-(L-2),HLg-(L-3),…,HLg]。
步骤3-2：提供备选功率分配因子组合Pq＝[p1,q,...,pL,q],q＝1,...,Q，其中，Pq满足所述Q为备选功率分配因子组合总数。
步骤3-3：按式计算第g个子块等功率分配时当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离，其中，Ψg为第g个子块的未使用调制符号矢量集合。
步骤3-4：当dori,g大于设定值m时，此块进行等功率分配，则Pg＝＝[1......1]，反之，则按式选出第g个子块的最优功率分配因子组合其中，为未使用的调制符号矢量，同理得到G个子块的最优功率分配因子组合，即得到N个子载波所对应的功率分配因子向量P＝[p1,p2,…,pN]。
步骤3-5：将功率分配得到的功率分配因子矢量P作用于未进行功率分配前的发送符号矢量得到功率分配后的发送矢量最后对X′进行功率归一化处理得到最终的发送符号向量X，即
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＝[y1,1,…,yL,1,y1,2,…,yL,2,…,y1,G,…,yL,G]进行去CP，串并转换和FFT操作。
步骤7：信号检测。对步骤6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。
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，QPSK调制，16QAM调制的2选1的SIM-OFDM系统中，提供5组备选因子组合，具体为：P3＝[1 1]， 对于BPSK调制，m＝0.76，当信噪比大于5dB时，系统的BER性能与原始SIM-OFDM系统相比有所提升，在BER达到10-5时，与原始SIM-OFDM系统相比，约有5dB的信噪比增益；对于QPSK调制，m＝0.58，当信噪比大于5dB时，系统的BER性能与原始SIM-OFDM系统相比有所提升，在BER达到10-2后，与原始SIM-OFDM系统相比，约有2～3dB的信噪比增益；对于16
QAM调制，m＝0.26，当信噪比大于10dB时，系统的BER性能与原始SIM-OFDM系统相比有所提升，在BER达到10-2后，与原始SIM-OFDM系统相比，约有1～2dB的信噪比增益。

Claims (1)

1.一种用于子载波调制系统的基于欧式距离的功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据计算第g个子块等功率分配时当前调制符号矢量与未使用调制符号矢量集合的最小欧式距离，其中，Hg＝[ΗLg-(L-1),ΗLg-(L-2),ΗLg-(L-3),…,ΗLg]为第g个子块的信道状态信息，Ψg为第g个子块的未使用调制符号矢量集合，g＝1,2,…,G，G为SIM-OFDM系统对子载波的预设分块数，每个子块包含L＝N/G个子载波，N为为SIM-OFDM系统总载波数，Ψg∪Xg＝Φ，为未使用的调制符号矢量，Xg为第g个子块的当前调制符号矢量，Φ为每个子块所有可能的调制符号矢量集合；
S2、当S1所述dori,g＞m时，第g个子块进行等功率分配，则Pg＝＝[1......1]，
当S1所述dori,g≤m时，则根据公式选出第g个子块的最优功率分配因子组合其中，Pq＝[p1,q,...,pL,q]为备选功率分配因子组合，Q为备选功率分配因子组合总数，q＝1,...,Q，Pq满足其中，所述m为经验值；
S3、得到G个子块的最优功率分配因子组合，即得到N个子载波所对应的功率分配因子向量P＝[p1,p2,…,pN]；
S4、将S3所述功率分配因子矢量P作用于未进行功率分配前的发送符号矢量得到功率分配后的发送矢量对所述X′进行功率归一化处理，得到最终的发送符号向量X，其中，
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