CN106992848A - 一种用于索引调制的子载波分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是针对索引调制正交频分复用(OFDM‑IM)技术的子载波分配算法。本发明首先选取适当的门限值，根据门限值将得到的信道信息分成两组，利用最小欧氏距离最大化准则，将信道信息较大值与信道信息较小值组合在一起得到子载波分配方式。遍历一定数量的门限值，获得总欧氏距离最大的子载波分配方式。这样不仅继承了索引调制正交频分复用技术可以有效对抗多径、频谱利用率高等特点，同时还降低了峰均比，减弱了子载波所过信道的相关性，提高了系统误码率性能。

Description

一种用于索引调制的子载波分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于门限值的子载波分组方法。本发明涉及基于索引调制的正交频分复用(OFDM-IM)技术和交织索引调制正交频分复用(ISIM-OFDM)技术。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术在第四代移动通信系统中扮演着重要的角色。OFDM系统可以有效对抗多径效应的同时又极大的提高了频谱效率，但对频偏较敏感同时又有着较高的峰均比(PAPR)。近些年，有学者提出频域索引调制技术与正交频分复用技术相结合，即基于索引调制的正交频分复用(OFDM-IM)技术。其思想是不仅激活子载波可以传输调制信号，而且可以传输其静默子载波的位置信息，从而弥补静默子载波不发送数据造成的损失。静默子载波的存在使得多普勒频移所带来的子载波间的干扰降低，使得系统对频偏不敏感。同时，大量静默子载波的存在又降低了整个输出符号的峰均比。

对于有N个子载波的OFDM-IM，可以被分成G个块，每个块含有L＝N/G个子载波。假设每个块激活子载波个数为k，每个激活子载波被映射到M阶的数字调制星座图上。其余的L-k个子载波为静默子载波。因此，对于任意一个子载波块，为索引比特，c₂＝klog₂M为调制比特。每个块的传输总比特就为c＝c₁+c₂。在OFDM-IM系统，子载波块X^g,g＝0,1,…,G-1是索引调制的基本单位：

X^g＝[0,…0,S_g,0,0,…0,S_g,1,0,…0,…S_g,K-1,0,…0]^T

其中S_g,k(k＝0,1,…,K-1)为M-QAM星座点符号，定义Λ为所有可能的发送信号向量的集合，则X^g∈Λ。以L＝2,K＝1，BPSK调制为例，则Λ为：

从而，一帧OFDM-IM发射符号可以表示为：

X＝[X₀,X₁,…,X_G-1]^T

通常，索引调制的正交频分复用(OFDM-IM)技术发射符号子载波邻接放置。但由于实际衰落信道间存在相关性，降低了系统的误码率性能。因此，有学者提出交织子载波索引调制OFDM(ISIM-OFDM)技术，该技术是对传统OFDM-IM系统的改进，主要思想是将相邻子载波改为交织放置方式，这样可以使每个子载波块过的信道近似独立，从而提高系统性能。

由于OFDM-ISIM采用子载波交织技术，每个块中的子载波是不相邻的，所以第g个块的发送信号在频域上就可以表示为：

一个OFDM-ISIM符号就可以表示为：

当接收端采用最大似然检测(ML,Maximum Likelihood)时，OFDM-ISIM的BER并集界表达式为：

这里是第g个块的成对出错概率(PEP,pairwise error probability)，可以近似表示为：

其中，H^g∈C^L×L表示信道相关系数矩阵，N_0,F为噪声功率，λ表示可能的发射信号与估计信号欧氏距离为d_min(H^g)的平均个数，e_min表示发射信号与估计信号的出错比特个数。Q(·)表示Q函数，d_min(H^g)表示在信道为H^g的最小欧氏距离，表达式为：

由公式(2)可以看出，增大邻近星座点的最小欧氏距离，BER性能可以得到改善。因此相对与传统OFDM-IM，OFDM-ISIM系统的BER性能更优。但子载波交织分配并非最佳的分配方式。不同的信道信息对系统误码率的性能影响不同，因此，本发明通过估计获取的信道信息，提出最优的子载波分配方法，从而最大程度增大最小欧氏距离，改善系统误码率性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出最优的子载波分配方法。

本发明的技术方案是：

OFDM索引调制系统中有N个子载波，包括以下步骤：

S1、将N个子载波分成M个块，每个子载波块包含L＝N/M个子载波，每个子载波块中选择K个子载波为激活载波,K<L，并根据发送比特进行索引调制；

S2、根据信道信息，选取初始门限值集合t，集合长度为n_t；

S3、根据门限值t(i),i∈n_t，计算信道信息的F范数值，然后其分为两组，小于t(i)的为H_le，大于t(i)的为H_gr；

S4、将H_gr从大到小排序得到长度为n_gr；H_le从小到大排序得到长度为n_le；若n_gr>n_le，得到序列：

否则得到序列：

其中表示的第j个值，同理表示的第j个值；

S5、根据公式

计算出在门限值取t(i)时的总欧氏距离d_i；

S6、循环S3到S5，计算出所有门限值对应的总欧氏距离；选择总欧氏距离最大的一组P_l，将P_l中每对匹配作为最终匹配结果Ι，由公式得到最终子载波分组方法，其中X为初始发送信号，为最终分组后的发送信号。

本发明的技术方案，针对ISIM-OFDM子载波的交织分配并非最佳分配方式，提出一种基于门限值的子载波分配方法，按照门限值选择信道信息，构造合理的分组方式，最后遍历多个门限值，得出最优子载波分配方法。本发明的有益效果是：子载波不邻接放置可以减弱信道间相关性，同时增大了一个OFDM-IM块符号的最小欧氏距离，提升系统误码率性能。除此之外，该方法相对于其他方法复杂度更低。

附图说明

图1是系统框图；

图2是BPSK调制下所提出的算法与ISIM-OFDM的BER性能对比示意图；

图3是QPSK调制下所提出的算法与ISIM-OFDM的BER性能对比示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例1

本例中，子载波数1024个，调制方式为BPSK调制，索引调制方式为两个子载波为一个子块，每个子块中有一个子载波激活，另外一个子载波不激活。设定门限值集合为(0.1，0.2，0.3)。本例采用以下步骤：

步骤1：根据传输比特进行索引调制和BPSK调制；

步骤2：设定门限值集合(0.1，0.2，0.3)，选取门限值t(i)＝0.1，将获取的信道信息大于t(i)的分为H_gr，小于t(i)的为H_le；

步骤3：根据H_gr、H_le得到分组序列，并计算总欧式距离d_i；

步骤4：依次取遍门限集合中的所有门限值，计算所有门限值对应的总欧式距离。选择总欧氏距离最大的子载波分配序列Ι；

步骤3：将调制好后的数据做两种操作：一种是进行ISIM-OFDM交织分组，每个子块中的子载波间隔512；另一种进行之前得到的分配序列Ι分组；

步骤4：两组数据分别过信道，并统计两种方式得到BER。

根据图2可得，基于门限值选择的OFDM-IM在相同条件下，可获得比ISIM-OFDM更好的BER性能(图2所示的结果是采用本例中的上述方法仿真20万次获得)。

实施例2

本例中，子载波数1024个，调制方式为QPSK调制，索引调制方式为两个子载波为一个子块，每个子块中有一个子载波激活，另外一个子载波不激活。设定门限值集合为(0.1，0.2，0.3)。本例采用以下步骤：

步骤1：根据传输比特进行索引调制和QPSK调制；

步骤2：设定门限值集合(0.1，0.2，0.3)，选取门限值t(i)＝0.1，将获取的信道信息大于t(i)的分为H_gr，小于t(i)的为H_le；

步骤3：根据H_gr、H_le得到分组序列，并计算总欧式距离d_i；

步骤4：依次取遍门限集合中的所有门限值，计算所有门限值对应的总欧式距离。选择总欧氏距离最大的子载波分配序列Ι；

步骤3：将调制好后的数据做两种操作：一种是进行ISIM-OFDM交织分组，每个子块中的子载波间隔512；另一种进行之前得到的分配序列Ι分组；

步骤4：两组数据分别过信道，并统计两种方式得到BER。

根据图2可得，基于门限值选择的OFDM-IM在相同条件下，可获得比ISIM-OFDM更好的BER性能(图2所示的结果是采用本例中的上述方法仿真20万次获得)。

Claims (1)

1.一种用于索引调制的子载波分配方法，该方法用于OFDM索引调制系统，设OFDM索引调制系统中有N个子载波，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将N个子载波分成M个块，每个子载波块包含L＝N/M个子载波，每个子载波块中选择K个子载波为激活载波,K<L，并根据发送比特进行索引调制；

S2、根据信道信息，选取初始门限值集合t，集合长度为n_t；

S3、根据门限值t(i),i∈n_t，计算信道信息的F范数值，然后其分为两组，小于t(i)的为H_le，大于t(i)的为H_gr；

S4、将H_gr从大到小排序得到长度为n_gr；H_le从小到大排序得到长度为n_le；若n_gr>n_le，得到序列：

$\{{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}\left(0\right),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}\left(0\right),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}\left(1\right),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}\left(1\right),\mathrm{...},{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}(n_{le}-1),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}(n_{le}-1),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}\left(n_{le}\right),\mathrm{...},{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}\left(n_{gr}\right)\}$

否则得到序列：

$\{{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}\left(0\right),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}\left(0\right),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}\left(1\right),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}\left(1\right),...,{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{gr}(n_{gr}-1),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}(n_{gr}-1),{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}\left(n_{gr}\right),...,{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{le}\left(n_{le}\right)\}$

其中表示的第j个值，同理表示的第j个值；

S5、根据公式

$\begin{array}{c}{d}_i\left(H\right)=\frac{1}{G}\underset{g=0}{\overset{G-1}{\&Sigma;}}{d}_{\min }\left(H_i^g\right)\\ =\frac{1}{G}\underset{g=0}{\overset{G-1}{\&Sigma;}}\underset{X_i\&NotEqual;X_j}{\underset{X_i,X_j\&Element;\mathrm{\&Omega;}}{\min }}\left|\right|H_i^g(X_i^g-X_j^g)|{|}_F\end{array}$

计算出在门限值取t(i)时的总欧氏距离d_i；

S6、循环S3到S5，计算出所有门限值对应的总欧氏距离；选择总欧氏距离最大的一组P_l，将P_l中每对匹配作为最终匹配结果Ι，由公式得到最终子载波分组方法，其中X为初始发送信号，为最终分组后的发送信号。