CN107317783B - 用于索引调制ofdm的自适应调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，涉及索引调制正交频分复用(OFDM‑IM)技术、交织技术和自适应技术，具体的说是基于索引信息的自适应调制方法。本发明提出基于索引信息的单载波自适应调制方法和多个子载波块联合的自适应调制方法。相对于传统的ISIM‑OFDM系统，自适应技术可以使每个子载波组根据信道条件的好坏调整调制方式，可以很大程度上减小信道对系统误码率性能的影响。单载波自适应调制方法复杂度较低，而多子载波块联合的自适应调制方法可以避免单个子载波块做自适应所陷入的局部最优解，从而很大程度上增大符号间的最小欧氏距离，提升系统性能。

Description

用于索引调制OFDM的自适应调制方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体来说是用于索引调制OFDM的自适应调制方法。本发明涉及基于索引调制的正交频分复用(OFDM-IM)技术、子载波交织技术和自适应调制技术。

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。它子载波之间的正交性使各个子信道所经历的衰落相对平坦，再通过引入循环前缀来降低符号间干扰，具有频谱利用率高、抗多径效应好等特点，并且快速傅里叶变换为其提供了一种简单、低成本的实现方式。但是，在高速场景下，子信道间的正交性会受到多普勒频移的破坏而引起载波间干扰，并且OFDM多个子信道信号叠加也会导致较高的峰均比，这些缺点时OFDM不适用于高速场景。而基于索引调制的正交频分复用(OFDM-IM)技术将空间调制技术与传统的正交频分复用(OFDM)技术相结合，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，这些优点使得索引调制技术成为5G研究热点之一。

交织子载波索引调制OFDM(ISIM-OFDM)技术将相邻子载波改为交织放置方式，使每个子载波块过的信道近似独立，从而提高系统性能。对于有N个子载波的ISIM-OFDM，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，C(L,k)表示为L选k的组合数，c₂＝klog₂ M为调制比特。每个块的传输总比特就为c＝c₁+c₂。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X^g,g＝1,2，…,G在频域上就可以表示为子：

一个OFDM-ISIM符号就可以表示为：

在保证每个子载波平均传输速率相同的前提下，通过自适应调制使系统资源在不同子块或是同一子块的不同载波之间灵活分配来提升系统性能。

发明内容

本发明基于索引信息，在发射端自适应调制发送比特。提出基于索引信息的单载波块自适应调制方法和多个子载波块联合的自适应调制方法。自适应调制ISIM-OFDM系统发送端框图如图1所示，发送端根据当前的信道状态信息动态地在备选调制方式中依据一定的准则为每个子载波选择适当的调制方式。

单载波块自适应调制方法通过引入索引信息，减小搜索空间，复杂度较低。具体来说对于一个总块数为G的L选KOFDM-IM系统，假设每个激活载波处的信号星座点携带的平均比特数为m，选择R种备选的调制方式组合。将第c种备选调制方式组合记为表示在第c种备选调制方式的组合中，块中第i个激活载波选用的调制方式，备选调制方式组合满足其中是选用第c种备选调制方式时，块中第i个激活载波处的信号星座点携带的比特数。

多个子载波块联合的自适应调制方法可以避免单个子载波块自适应所陷入局部最优解，从而获得更好的误码率性能。具体来说对于一个总块数为G的L选KOFDM-IM系统，将G个子块分为B个组，则每个组中包含U＝G/B个子块。本发明提出的算法是将每组中的U个块联合起来选择调制方式，组与组之间相互独立并采用相同的选择策略。假设每个激活载波处的信号星座点携带的平均比特数为m，首先为组中激活的(U×K)个载波选择R种备选的调制方式组合。将第c种备选调制方式组合记为 表示在第c种备选调制方式的组合中，组中第u个块的第i个激活载波选用的调制方式。备选调制方式组合满足其中是选用第c种备选调制方式时，组中第u个块的第i个激活载波处的信号星座点携带的比特数。

选择策略是先计算与R种备选调制方式组合对应的每个块对应的最小欧氏距离，并选出U个块的最小欧氏距离的最小值，最优的调制方式组合应使这个最小值最大对于每一种备选的调制方式组合，基于索引信息分别计算每种备选调制方式组合对应的最小欧氏距离，如下所示：

其中，是选用第c种备选调制方式组合，并且已知激活载波位置时，每个块的所有可能的发送信号集合，和为已知激活载波位置时每个块可能的发送信号。

本发明的技术方案是：

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，1<K<L；

S2、给定子载波块的R种备选调制方案组合使得每种调制方案下，子载波块的传输总比特相同；

S3、选取第i个子载波块，对于每一种备选的调制方式组合，基于索引信息分别计算每种备选调制方式组合对应的最小欧氏距离，如下所示：

其中，和是第k个激活子载波选用调制方式时相距最近的两个星座点，表示第i_k个信道信息；

S4、选择使d(c)最大的备选组合作为最优的调制方式组合：

并将第i个子载波块按照该调制组合调制；

S5、循环步骤S3到步骤S5，完成所有子载波块激活子载波的调制，并通过发送器发送。

本发明还基于上述方案提出了多个子载波块联合的自适应调制方法，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，1<K<L，以交织的方式将G个子块分为B个组，则每个组中包含U＝G/B个子块；

S2、为每个组中激活的U×K个载波选择R种备选的调制方式组合，将第c种备选调制方式组合记为表示在第c种备选调制方式的组合中，组中第u个块的第i个激活载波选用的调制方式，每种调制方案下，子载波传输的平均比特数相同；

S3、选取第β组，β＝1，2，...，B，在R种备选调制方式组合下，结合激活载波位置计算每个块选用对应调制方式时的最小欧氏距离：

其中，第u个块的激活载波索引号为i_u,k,k＝1,...,K，对应的信道增益为和是选用调制方式时相距最近的两个星座点；

S4、计算每种组合对应的各块最小欧氏距离的最小值，如下：

S5、选择使D(c)最大的备选作为最优的调制方式组合：

完成第β组的最优调制方式；

S6、循环步骤S3到步骤S5，直至完成所有子载波组的激活子载波调制，并通过发送器发送。

本发明的技术方案，在发送端采用自适应调制方法，提出基于索引信息的单载波块自适应调制方法和多个子载波块联合的自适应调制方法。通过对最小欧氏距离的分析，利用索引信息减小方法的复杂度。本发明的有益效果是：单载波块自适应调制通过引入索引信息，减小搜索空间，降低复杂度。而将多个子载波块联合自适应调制，避免了单个子载波自适应方法导致的局部最优解，从而可以很大程度上提高发送符号间的最小欧氏距离，改善系统BER性能。

附图说明

图1是自适应调制ISIM-OFDM系统发送端框图；

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：

本例中，采用EVA信道模型，车速60km/h，载波间隔为15kHz，理想信道估计，系统载波总数为1024。仿真采用的实现1.5bps/Hz的3组备选组合为： 能量分配向量为E＝[1.75,1,0.25]。本例采用多块联合自适应调制，具体步骤如下：

步骤1：将1024个子载波分为512个子载波块，每个子载波块由2个子载波组成，有1个子载波激活，1个静默。并将2个子载波块联合成一个子载波组；

步骤2：对于任意子载波组，计算某一个备选调制组合下，所有子载波块的最小欧氏距离，并选出最小欧氏距离的最小值；

步骤3：遍历所有的备选调制组合，选择出步骤2得到的最小值中的最大值，以及其对应的调制方式，该调制方式即为这个子载波组最优的调制方式；

步骤4：遍历所有的子载波组，选择出所有子载波组最优的调制方式；

步骤5：将所有子载波组按着所选择出最优的调制方式调制，完成发射端处理。

通过仿真可以看出，采用自适应调制的OFDM-IM系统与具有相同频谱效率的传统OFDM-IM系统相比，在BER＝10^-5时可以实现大约10dB的性能增益，大大提升系统性能。

Claims (2)

1.用于索引调制的OFDM自适应调制方法，该方法用于交织的OFDM-IM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，1<K<L；

S2、给定子载波块的R种备选调制方案组合使得每种调制方案下，子载波块的传输总比特相同；

S3、选取第i个子载波块，对于每一种备选的调制方式组合，基于索引信息分别计算每种备选调制方式组合对应的最小欧氏距离，如下所示：

其中，和是第k个激活子载波选用调制方式时相距最近的两个星座点，表示第i_k个信道信息；

S4、选择使d_min(c)最大的备选组合作为最优的调制方式组合：

并将第i个子载波块按照该调制组合调制；

S5、循环步骤S3到步骤S5，完成所有子载波块激活子载波的调制，并通过发送器发送。

2.基于权利要求1所述的用于索引调制的OFDM自适应调制方法,其特征在于,将多个子载波块联合调制，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，1<K<L，以交织的方式将G个子块分为B个组，则每个组中包含U＝G/B个子块；

S2、为每个组中激活的U×K个载波选择R种备选的调制方式组合，将第c种备选调制方式组合记为表示在第c种备选调制方式的组合中，组中第u个块的第i个激活载波选用的调制方式，每种调制方案下，子载波传输的平均比特数相同；

S3、选取第β组，β＝1，2，...，B，在R种备选调制方式组合下，结合激活载波位置计算每个块选用对应调制方式时的最小欧氏距离：

其中，第u个块的激活载波索引号为i_u,k,k＝1,...,K，对应的信道增益为 和是选用调制方式时相距最近的两个星座点；

S4、计算每种组合对应的各块最小欧氏距离的最小值，如下：

S5、选择使D(c)最大的备选作为最优的调制方式组合：

完成第β组的最优调制方式；

S6、循环步骤S3到步骤S5，直至完成所有子载波组的激活子载波调制，并通过发送器发送。