CN108616475B - 一种用于ofdm***的子载波索引差分调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是一种用于OFDM***的差分子载波索引调制方法。在所提方案中，比特信息通过子载波索引和PSK符号共同传输，同时通过对子载波索引进行差分调制，检测时不再需要信道信息。从仿真结果看出，所提的D‑IM‑OFDM***性能优于传统的D‑OFDM***，较SIM‑OFDM有大约1.5dB左右的性能损失，同时D‑IM‑OFDM***的PAPR低于OFDM和SIM‑OFDM***。所以方案在保留SIM‑OFDM性能优势的情况下，同时获得DSM检测不需要信道信息的优点。

Description

一种用于OFDM***的子载波索引差分调制方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及用于OFDM***的差分子载波索引调制方法；本发明涉及差分空间调制(Differential spatial modulation，DSM)，和OFDM(Multiple Input Multiple Output,MIMO)等技术。
背景技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是一种无线通信的高速传输技术，其基本原理是将高速的数据流分解成许多低速率的子数据流，即将信号分成许多正交的子载波，利用这些相互正交的子载波同时进行传输。该技术利用子载波对数据进行调制，扩展了符号的脉冲宽度，可以有效地抵抗符号间干扰(Inter-SymbolInterference,ISI)，提高了对抗多径衰落的性能。与传统频分复用(Frequency DivisionMultiplexing,FDM)相比，OFDM不需要专门的保护频带。虽然频谱之间会有重叠，但是各个载波之间是相互正交的。根据正交性原理可知，各个载波之间是不存在干扰的，从而大大提高了频谱的利用率。
近来，一种新的多载波通信方式——基于子载波索引调制(Subcarrier IndexModulation,SIM)的OFDM***被提出。对于SIM-OFDM***而言，除了增加了SIM调制模块以外，其他的步骤和传统的OFDM***并没有任何差异。其中，最核心的SIM调制模块采用了子载波分块的思想。首先将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(称之为激活子载波)来发送数据，而其余的子载波不发送数据(称之为静默子载波)。由于索引比特本身并不发送，而是隐含在激活子载波的位置信息中的，所以索引比特并不占用频谱资源。在接收端，通过激活子载波的位置就可以获得索引比特的信息。现有的SIM-OFDM与传统的OFDM通信方法相比，有着诸多优点，例如SIM-OFDM***峰值平均功率比更小、对抗子载波间干扰性能更好、误码率更低等，通过选择不同的功率分配策略还可以节约发射机能量。缺点是由于采用了分块的方式，SIM-OFDM***无法像OFDM***中一样，简单地在固定的位置上***导频以完成信道估计。而导频位置判断错误将会对SIM-OFDM***的信道估计性能产生巨大的影响。
发明内容
本发明的目的，就是针对上述问题，基于传统的差分OFDM(Differential OFDM，D-OFDM)***，提出一种对子载波索引的进行差分调制D-IM-OFDM(Differential indexmodulation OFDM,D-IM-OFDM)传输方案，该方案保留了传统D-OFDM检测不需要信道估计的特性，并且有效的提升***的性能。
为了便于理解，对本发明采用的差分空间调制(Differential spatialmodulation，DSM)技术进行如下说明：
差分空间调制技术是一种基于空间调制技术采用非相干检测的新型MIMO技术。发射端采用激活的传输天线矩阵索引和星座符号传输信息。因此差分空间调制在保留传统空间调制单射频的特性外，通过在发射端进行差分编码从而在接收端可以在没有信道信息的情况下准确恢复出发送的信息。因其在发射端和接收端都不需要信道信息，而且可以保留单射频的特性引起了广泛的关注。考虑在SIM-OFDM中引入差分空间调制，即对子载波索引进行差分调制，在保留SIM-OFDM性能优势的情况下，同时获得DSM检测不需要信道信息的优点。
本发明的技术方案如下：
一种用于OFDM***的子载波索引差分调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将一个具有N个子载波的OFDM符号分为R个OFDM-IM子块，每个子块包含了G＝N/R个子载波，每个子块用X(r)＝[X1(r) X2(r) … Xg(r) … XG(r)]T表示，其中r＝1,2,…,R，且只有一个Xg(r)不为0；G×G的右移矩阵E定义为：
Figure BDA0001630658370000021
S2、对于r≤G，每个子块发送参考符号，即X(r)＝E(:,r)，E(:,r)表示矩阵E的第r列；得到长度为G的DSM传输向量集合
Figure BDA0001630658370000022
ak是一个Nt×1维向量，且只有一个元素为1，其他元素均为0；
S3、对r>G，将长度为B的发射信息比特分为B1和B2两部分；B1＝log2(G)个比特用来选择传输向量ak(q＝1,...,Q)；B2＝log2(L)比特用来调制L-PSK星座符号(s1,s2...,sL)，L表示PSK调制星座图大小；则每个子块传输的比特为log2Q+log2L；得到第r个子块的符号向量为：S(r)＝aq(r)sl(r)，r>G；
S4、通过差分编码得到第r个子块的发射向量
Figure BDA0001630658370000031
为：
X(r)＝G[X(r-1)]S(r)，r>G
对于任意向量
Figure BDA0001630658370000032
函数G[α]定义如下：
Figure BDA0001630658370000033
S5、对所有子块进行差分编码后，得到差分编码的OFDM符号为：
[X(1)T … X(r)T … X(R)T]T。
本发明的有益效果为：比特信息通过子载波索引和PSK符号共同传输，同时通过对子载波索引进行差分调制，检测时不再需要信道信息。从仿真结果看出，所提的D-IM-OFDM***性能优于传统的D-OFDM***，较SIM-OFDM有大约1.5dB左右的性能损失，同时D-IM-OFDM***的PAPR低于OFDM和SIM-OFDM***。
附图说明
图1是D-IM-OFDM***框图；
图2是子载波数为1024时，D-IM-OFDM与传统D-OFDM以及SIM-OFDM***性能对比示意图；
图3是子载波数不同时，D-IM-OFDM***性能对比示意图。
图4是D-IM-OFDM与OFDM以及SIM-OFDM***PAPR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：
以G＝4，BPSK调制为例，则Q＝4。则每个子载波块传输的比特为log2Q+log2L＝3bit。
步骤1：得到前4个子块发射的参考符号，
Figure BDA0001630658370000041
Figure BDA0001630658370000042
即矩阵E。
步骤2：得到长度为G的RDSM传输向量集合：a1＝[1 0 0 0]T，a2＝[0 1 0 0]T，a3＝[0 0 1 0]T，a4＝[0 0 0 1]T。假设第i＝5个子块传输的比特为
Figure BDA0001630658370000043
传输比特分为B1＝log2Q＝2和B2＝log2M＝1两部分。
步骤3：前B1＝2个比特
Figure BDA0001630658370000044
用来选择选择传输天线向量
Figure BDA0001630658370000045
后B2＝1个比特(0)经BPSK调制为+1，即s1(5)＝+1。得到
Figure BDA0001630658370000046
步骤4：由于
Figure BDA0001630658370000047
则
Figure BDA0001630658370000048
通过差分编码得到第i＝5个子块的发射向量为：
Figure BDA0001630658370000049
假设第6个子块的比特为
Figure BDA0001630658370000051
前B1＝2个比特
Figure BDA0001630658370000052
用来选择选择传输天线向量
Figure BDA0001630658370000053
后B2＝1个比特(1)经BPSK调制为-1，即s2(6)＝-1。则
Figure BDA0001630658370000054
通过步骤2到步骤4相同的方法得到i＝6个子块的发射向量：
Figure BDA0001630658370000055
步骤5：对所有子载波快进行差分编码后，得到差分编码的OFDM符号为[X(1)T …X(r)T … X(R)T]T，即
Figure BDA0001630658370000056

Claims (1)

1.一种用于OFDM***的子载波索引差分调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将一个具有N个子载波的OFDM符号分为R个OFDM-IM子块，每个子块包含了G＝N/R个子载波，每个子块用X(r)＝[X1(r) X2(r)…Xg(r)…XG(r)]T表示，其中r＝1,2,…,R，且只有一个Xg(r)不为0；G×G的右移矩阵E定义为：
Figure FDA0002760386720000011
S2、对r≤G，每个子块发送参考符号，即X(r)＝E(:,r)，E(:,r)表示矩阵E的第r列；得到长度为G的DSM传输向量集合
Figure FDA0002760386720000012
aq是一个G×1维向量，q＝1,2,…,Q，且只有一个元素为1，其他元素均为0；
S3、对r>G，将长度为B的发射信息比特分为B1和B2两部分；B1＝log2Q个比特用来选择传输向量aq(r)；B2＝log2(L)比特用来调制L-PSK星座符号(s1,s2...,sL)，L表示PSK调制星座图大小；则每个子块传输的比特为log2Q+log2L；得到第r个子块的符号向量为：S(r)＝aq(r)sl(r)，r>G，l＝1,2,…,L；
S4、通过差分编码得到第r个子块的发射向量
Figure FDA0002760386720000013
为：
X(r)＝G[X(r-1)]S(r)，r>G
对于任意向量
Figure FDA0002760386720000014
函数G[α]定义如下：
Figure FDA0002760386720000015
S5、对所有子块进行差分编码后，得到差分编码的OFDM符号为：
[X(1)T…X(r)T…X(R)T]T。
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