CN111884975B - 基于时延-多普勒域的索引调制解调方法和*** - Google Patents

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CN111884975B CN202010694362.0A CN202010694362A CN111884975B CN 111884975 B CN111884975 B CN 111884975B CN 202010694362 A CN202010694362 A CN 202010694362A CN 111884975 B CN111884975 B CN 111884975B
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Abstract

本发明公开了一种基于时延‑多普勒域的索引调制解调方法，能够在保证检测性能的基础上，大幅降低复杂度。发送端将需要传输的信息比特分成若干组，每组中的信息比特分为索引比特和数据比特，通过索引比特确定数据比特的调制类型
Figure DDA0002590358090000012
或
Figure DDA0002590358090000011
进而生成OTFS子块；再将生成的OTFS子块映射至时延‑多普勒域，组成一个OTFS帧，变换到时域发送；接收端按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式，并判断是否为合法调制模式，并对非法调制模式进行纠错。

Description

基于时延-多普勒域的索引调制解调方法和***
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及基于时延-多普勒域的正交时间频率空间(Orthogonal Time Frequency Space，OTFS)***和索引调制(Index Modulation, IM)技术。
背景技术
OTFS是近年来研究较多的基于时延-多普勒域的通信方式。其将时变的多径信道转化成时不变的二维时延-多普勒信道，同时在时延-多普勒域承载信息，从而使一个OTFS帧中的所有符号获得相对恒定的信道增益。研究表明，OTFS 在高速运动场景下(如高铁等)误码率性能明显优于传统的正交频分复用 (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)技术。
近些年，有学者提出了索引调制(Index Modulation,IM)技术的概念，其主要思想是利用通信***中固有的索引，如天线索引、子载波索引以及时隙索引等来传输额外的信息比特，进而提高***的频谱效率。
早期用于多载波***的IM技术，其基本原理是将数据分为一个个子块，每个子块中的符号分为激活和静默两种状态，激活的符号正常传输调制信息，而静默的符号置零，不传输任何信息，发送端通过符号状态来传输额外的索引比特。尽管其在一定程度上确保了索引所带来的频谱效率增益，但静默符号的存在使得在采用高阶映射方式时索引所带来的频谱效率增益无法弥补置零所损失的频谱效率。有鉴于此，有学者提出双模式索引调制(Dual-mode Index Modulation，DM-IM)技术，即将子块内的符号状态从激活和静默变为两种可区分的调制类型(定义为
Figure RE-GDA0002663677240000011
和
Figure RE-GDA0002663677240000012
)，根据索引比特确定符号的调制类型，从而不再有因静默符号导致频谱效率损失的问题。同时，为较为方便地进行索引调制和解调，通常会定义一张查找表来确定索引比特和子块调制模式间的映射关系。
对于DM-IM，接收端通过检测接收符号的调制类型来恢复索引比特，进而恢复出数据比特。常用的检测器有最优的最大似然(Maximum Likelihood，ML) 检测器和次优的对数似然比(Log-Likelihood Ratio，LLR)检测器。
若采用ML检测器，则每个子块的检测可以表示为:
Figure RE-GDA0002663677240000021
其中，
Figure RE-GDA0002663677240000022
表示子块所有合法的调制模式集合，
Figure RE-GDA0002663677240000023
表示合法调制模式对应的星座符号集，d表示子块大小，
Figure RE-GDA0002663677240000024
表示第β个子块中的第χ个数据符号，SI，χ表示第I个合法调制模式中的第χ个符号，
Figure RE-GDA0002663677240000025
和
Figure RE-GDA0002663677240000026
分别表示ML检测得到的调制模式及其对应的星座符号。可以看出，尽管ML检测器为最优检测器，但其复杂度会随着子块大小、调制模式分布和不同调制模式的调制阶数呈指数型增长，不利用实际使用。
若采用LLR检测器，则每个符号的检测可以表示为：
Figure RE-GDA0002663677240000027
其中，
Figure RE-GDA0002663677240000028
MA和MB分别对应调制类型
Figure RE-GDA0002663677240000029
和
Figure RE-GDA00026636772400000210
的调制阶数，yα和γα分别表示第α个数据符号和其对应的LLR值。可以看出，LLR 检测器忽略了合法调制模式的先验信息，直接对每个接收到的数据符号进行似然比计算，复杂度大幅降低；但其缺点主要在于低信噪比下性能相较于ML检测器有较大差距。此外，由于信道及噪声的影响，判决时可能会出现LLR解调得到的调制模式不是合法调制模式(即未出现在查找表中)，这时需对LLR较小的符号进行取反修正。
综上，需科学合理地设计检测器以实现检测性能和复杂度的折衷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于时延-多普勒域的索引调制解调方法和***，在保证检测性能的基础上，大幅降低复杂度。
本发明主要包含两部分内容，一是提出将索引调制引入OTFS***(以下使用OTFS-DM-IM指代该***)中，兼容现有OTFS***架构的同时，提高***频谱效率；二是在该***下提出一种基于最小汉明距离的改进型LLR检测器设计方法。仿真结果表明，改进型LLR检测器误码率性能与最优ML检测器一致，但复杂度大幅降低。
具体发明内容如下：
一：提出基于时延-多普勒域的OTFS-DM-IM***。发送端将需要传输的信息比特分成若干组，同时每组中的信息比特分为索引比特和数据比特，通过索引比特确定数据比特的调制类型(
Figure RE-GDA0002663677240000031
或
Figure RE-GDA0002663677240000032
)，进而生成OTFS子块；再将生成的OTFS子块映射至时延-多普勒域，组成一个OTFS帧；最后将携带有额外索引比特的时延-多普勒域OTFS帧通过传统OTFS发射机进行发送，即首先通过逆辛有限傅立叶变换(Inverse Symplectic Finite FourierTransform，ISFFT)将时延-多普勒域信号转化为时频域信号，再利用Heisenberg变换转化为时域信号进行传输。假设***在时延-多普勒域的子块数为G，每个子块包含L个数据符号，设置块内有K个数据符号调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000033
(调制类型
Figure RE-GDA0002663677240000034
用1表示)，剩余L-K个数据符号调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000035
(调制类型
Figure RE-GDA0002663677240000036
用0表示)，则一个OTFS帧可以额外传输
Figure RE-GDA0002663677240000037
个索引比特，进而提高***频谱效率。
二：提出一种基于最小汉明距离的改进型LLR检测器。考虑到在低信噪比下，传统LLR检测器相较于最优ML检测器性能有较大差距，这种差距主要是由于LLR检测器忽略了块内符号间的约束关系导致存在LLR判决结果不是查找表内合法调制模式的情况，且信噪比越低，该情况出现的可能性越大。针对这一问题，本发明提出：利用最小汉明距离对非法判决结果(即判决结果不是查找表内的合法调制模式)进行纠错，在将非法调制模式纠错为合法调制模式的同时，尽可能地保证纠错结果的准确性。其操作流程如下：
在计算得到每个符号的LLR值后，对LLR值进行逻辑判断(判断准则：大于0是判为1，小于等于0时判为0)；存在非法判决结果时，通过计算最小汉明距离缩小非法判决结果可能对应的合法调制模式集合范围，确定非法判决结果与可能集合对应位不同的位置，通过反转对应LLR值较小的位置的逻辑值来对非法判决结果进行纠错。
基于上述分析，本发明基于时延-多普勒域的索引调制解调方法，具体包括如下步骤：
发送端将需要传输的信息比特分成若干组，每组中的信息比特分为索引比特和数据比特，通过索引比特确定数据比特的调制类型
Figure RE-GDA0002663677240000041
或
Figure RE-GDA0002663677240000042
进而生成 OTFS子块；再将生成的OTFS子块映射至时延-多普勒域，组成一个OTFS帧，变换到时域发送；
接收端接收时域信号并变换到时延-多普勒域后，首先计算每个时延-多普勒域符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值，并按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000043
β取值范围为1～G，G 为OTFS子块总数；判断
Figure RE-GDA0002663677240000044
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure RE-GDA0002663677240000045
计算
Figure RE-GDA0002663677240000046
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure RE-GDA0002663677240000047
利用
Figure RE-GDA0002663677240000048
对非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000049
进行纠错；最终利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特。
优选地，所述根据γα的正负将其转化为1/0值为：γα>0时，
Figure RE-GDA00026636772400000410
γα≤0时，
Figure RE-GDA00026636772400000411
优选地，所述利用
Figure RE-GDA0002663677240000051
对非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000052
进行纠错为：
对于dmin＝1的情况，将
Figure RE-GDA0002663677240000053
与每种合法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000054
进行比较，获取调制类型不同的位及该位对应的LLR值，将绝对值最小的LLR值对应的位作为校正位，反转
Figure RE-GDA0002663677240000055
中校正位上的数据，从而将非法调制模式纠错为查找表中的合法调制模式；
对于dmin≥2的情况，首先反转非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000056
内绝对值最小的LLR值对应的位，以减小非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000057
与查找表中合法调制模式集合的最小汉明距离；重复所述反转非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000058
内对应最小LLR值的位的操作直至dmin＝1，再利用dmin＝1的处理方式进行纠错。
本发明还提供了一种基于时延-多普勒域的索引调制解调***，包括发送调制模块和接收解调模块；
发送调制模块，用于将需要传输的信息比特分成若干组，每组中的信息比特分为索引比特和数据比特，通过索引比特确定数据比特的调制类型
Figure RE-GDA00026636772400000516
或
Figure RE-GDA00026636772400000517
进而生成OTFS子块；再将生成的OTFS子块映射至时延-多普勒域，组成一个 OTFS帧，变换到时域发送；
接收解调模块，用于接收时域信号并变换到时延-多普勒域后，首先计算每个时延-多普勒域符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值，并按照 OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000059
β取值范围为1～G，G为OTFS子块总数；判断
Figure RE-GDA00026636772400000510
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure RE-GDA00026636772400000511
计算
Figure RE-GDA00026636772400000512
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure RE-GDA00026636772400000513
利用
Figure RE-GDA00026636772400000514
对非法调制模式
Figure RE-GDA00026636772400000515
进行纠错；最终利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特。
优选地，所述接收解调模块包括：变换子模块、子块调制模式确定子模块、校正子模块和解调子模块；
所述变换子模块，用于接收时域信号并变换为时延-多普勒域的接收信号；
所述子块调制模式确定子模块，用于计算每个符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值，并按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS 子块的调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000061
β取值范围为1～G，G为OTFS子块总数；
所述校正子模块，用于判断
Figure RE-GDA0002663677240000062
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure RE-GDA0002663677240000063
计算
Figure RE-GDA0002663677240000064
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离 dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure RE-GDA0002663677240000065
对于dmin＝1的情况，将
Figure RE-GDA0002663677240000066
与每种所述合法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000067
进行比较，获取调制类型不同的位及该位对应的LLR值，将绝对值最小的LLR值对应的位作为校正位，反转
Figure RE-GDA0002663677240000068
中校正位上的数据，从而将非法调制模式纠错为查找表中的合法调制模式；
对于dmin≥2的情况，首先反转非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000069
内绝对值最小的LLR值对应的位，以减小非法调制模式
Figure RE-GDA00026636772400000610
与查找表中合法调制模式集合的最小汉明距离；重复所述反转非法调制模式
Figure RE-GDA00026636772400000611
内对应最小LLR值的位的操作直至dmin＝1，再利用dmin＝1的处理方式进行纠错；
所述解调子模块，用于利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特。
有益效果：
本发明的核心在于基于时延-多普勒域的OTFS-DM-IM***的设计和基于最小汉明距离的改进型LLR检测器的设计。目前均无基于时延-多普勒域的索引调制以及基于最小汉明距离的检测器设计方法。通过在时延-多普勒域引入索引调制，提升OTFS***频谱效率；通过最小汉明距离对LLR检测结果进行纠错，保证低复杂度的同时获得与最优ML检测器相同的检测精度，实现复杂度和检测性能的合理折衷。二者结合，在相同频谱效率下，OTFS-DM-IM***可以获得优于传统OTFS***的误码率性能。
附图说明
图1为本发明设计的OTFS-DM-IM***整体框图；
图2为OTFS-DM-IM具体发射机结构；
图3为携带有索引比特的OTFS子块的时延-多普勒域示例；
图4为存在非法调制模式时，传统LLR检测器和所提的基于最小汉明距离的改进型LLR检测器的纠错性能比较；
图5为传统OTFS***与采用ML检测器、传统LLR检测器和所提的改进型LLR检测器的OTFS-DM-IM***的整体误码率性能对比图，其中，传统OTFS ***的调制方式为8PSK，OTFS-DM-IM***中两种调制方式分别为QPSK和 8PSK；
图6为本发明基于时延-多普勒域的索引调制解调***的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于时延-多普勒域的索引调制解调方案，其主要思想是：通过将索引调制的思想引入OTFS***中，在时延-多普勒域传输携带有索引比特的调制信息，提高OTFS***的频谱效率；在接收端通过基于最小汉明距离的改进型LLR检测器的设计，实现检测性能和复杂度的合理折衷，进一步提高传输性能。
为了更为清晰地阐述本发明的目的、技术方案以及优点，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细的描述。
步骤1：设***有M个子载波，子载波间隔为Δf；有N个符号，每个符号持续时间为T。这意味着一个OTFS帧占据带宽为MΔf，持续时间为NT。
步骤2：附图1展示了本发明的OTFS-DM-IM***整体结构，附图2展示了发射机的具体结构。首先，将需要传输的c比特信息分成G组，每组有p比特；再将每组的p比特分成两部分，对应索引比特p1和数据比特p2，通过索引比特确定数据比特的调制类型(
Figure RE-GDA0002663677240000081
或
Figure RE-GDA0002663677240000082
对应调制阶数MA和MB)，即若索引比特为1，则对应数据比特调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000083
相反，若索引比特为0，则对应数据比特调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000084
从而生成长度为L的OTFS子块。L是数据比特调制成符号后的长度。假设子块内有K个数据符号调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000085
(L-K)个数据符号调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000086
则此时p1、p2可以由下式计算得到：
Figure RE-GDA0002663677240000087
p2＝Klog2(MA)+(L-K)log2(MB) (4)
其中，
Figure RE-GDA0002663677240000088
表示二项式系数。
步骤3：将携带有索引比特的OTFS子块映射至时延-多普勒域，组成OTFS 帧。附图3给出了一种OTFS-DM-IM***在时延-多普勒域依据时延索引的具体映射方式，相关参数设置为(L，K)＝(4，2)；用深色表示调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000089
的符号，用浅色表示调制类型为
Figure RE-GDA00026636772400000810
的符号，则根据表1可知，子块1至子块4分别携带索引比特[0,0]，[0,1]，[1,1]，[1,0]。如图3所示，先在时延域上逐一映射子块，变化多普勒值，再继续进行映射。在实际中，也可先在多普勒域上逐一映射子块，然后变化时延值，再继续映射，那么图3中的竖向排列的子块将横向排列。可以看出，一个OTFS帧可以额外传输
Figure RE-GDA00026636772400000811
个索引比特，从而提高OTFS***频谱效率。
步骤4：利用ISFFT将OTFS帧变换至时频域，再通过Heisenberg变换转换至时域进行发送。接收端通过Wigner变换将时域接收信号变换至时频域，最终通过SFFT得到时延-多普勒域的接收信号。
以上步骤完成了OTFS-DM-IM***从最初的索引调制到时延-多普勒域信号的生成再到发送最终到接收时延-多普勒域信号的过程。以下步骤是对基于最小汉明距离的改进型LLR检测器的使用。
步骤5：在接收到时延-多普勒域信号后，根据式(2)计算每个接收时延- 多普勒域符号的LLR值γα，同时对γα进行逻辑判断得到
Figure RE-GDA0002663677240000091
(判断准则为γα>0时
Figure RE-GDA0002663677240000092
γα≤0时
Figure RE-GDA0002663677240000093
)；
步骤6：对求得的
Figure RE-GDA0002663677240000094
进行分组
Figure RE-GDA0002663677240000095
β＝1，2，…，G，G 为子块总数，以确定每一接收OTFS子块的调制模式，其中，
Figure RE-GDA0002663677240000096
表示第β个子块对应的调制模式，
Figure RE-GDA0002663677240000097
表示第β个子块中的第χ个符号对应的调制类型，且χ＝1，2，…，L；
步骤7：判断
Figure RE-GDA0002663677240000098
是否为合法调制模式并对非法调制模式进行纠错：
1)若
Figure RE-GDA0002663677240000099
是合法调制模式，则正常解调索引比特和数据比特；
2)若
Figure RE-GDA00026636772400000910
是非法调制模式，则计算
Figure RE-GDA00026636772400000911
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin下对应的可能的合法调制模式，从而缩小可能的合法调制模式集合范围。注意到，最小汉明距离dmin的可能取值范围与子块大小L (块内所含符号数)有关，即
Figure RE-GDA00026636772400000912
表示正整数域。这时需对dmin进行分情况讨论：对于dmin＝1的情况，找到对应dmin＝1的合法调制模式集合
Figure RE-GDA00026636772400000913
确定
Figure RE-GDA00026636772400000914
与
Figure RE-GDA00026636772400000915
中对应位不同的位置，反转
Figure RE-GDA00026636772400000916
中对应LLR值绝对值最小的位
Figure RE-GDA00026636772400000917
从而将非法调制模式纠错为查找表中的合法调制模式，以便最终利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特。其中，LLR值表示接收符号对应两种调制类型的概率对数似然比，如公式(2)所示。这意味着如果是正的LLR，则其绝对值越大,越有可能是调制类型
Figure RE-GDA00026636772400000918
如果是负的LLR，则其绝对值越大，越有可能是调制类型
Figure RE-GDA00026636772400000919
所以，反转LLR值的绝对值相对较小的
Figure RE-GDA00026636772400000920
就是反转判决正确概率较小的
Figure RE-GDA00026636772400000921
也就是越有可能出现错误的位。
对于dmin≥2的情况，首先反转
Figure RE-GDA00026636772400000922
内对应LLR绝对值最小的位
Figure RE-GDA00026636772400000923
减小其与查找表中合法调制集合的最小汉明距离dmin，重复上述步骤直至dmin＝1，最后再利用dmin＝1的方式进行纠错。这里通过反转对应LLR绝对值最小的位可以减小dmin是基于以下原则：
汉明距离是指两个数组中对应位不同的数量。假设根据式(2)初步得到的调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000101
为非法调制模式，且与查找表1中4个合法调制模式的最小汉明距离均为2，说明其与4个合法调制模式对应位不同的数量均为2；那么反转
Figure RE-GDA0002663677240000102
中任意一位，其对应位不同的数量肯定有些增加1，有些减少1，这说明其与4个合法调制模式的最小汉明距离必然会减小1。举例来说，假设初步估计的子块调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000103
它与查找表中四个合法调制模式的汉明距离均为2，此时确定最小汉明距离为2；若反转
Figure RE-GDA0002663677240000104
中的第1位使其变为[0 1 1 1]，则它与查找表中的合法调制模式[1 0 1 0]和[1 0 0 1]的汉明距离增加至3，与合法调制模式[0 1 0 1]和[0 1 1 0]的汉明距离减少至1，最终确定最小汉明距离减小至dmin＝1。同理，反转
Figure RE-GDA0002663677240000105
中的第2、3、4位也可减小与合法调制模式的最小汉明距离，这里不再赘述。
表1 L＝4，K＝2时的查找表示例
Figure RE-GDA0002663677240000106
下面通过具体示例来说明本发明的实施方式及性能：
假设一个OTFS子块长度L＝4，块内有K＝2个符号调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000107
剩余 (L-K)＝2个符号调制类型为
Figure RE-GDA0002663677240000108
设置如表1所示的查找表。根据表格第2列的子块调制模式可以得到，对2L＝16种可能LLR判决结果，其对应的最小汉明距离dmin的最大值为L/2＝2，故下面分别描述dmin＝1和dmin＝2的情况。
情况一：假设实际发送索引比特[0,0]，对应子块调制模式[1 0 1 0]，且接收端初步计算得到的LLR值为γ(β)＝[6.01，-0.85，-1.17，-5.15]T，对其进行逻辑判断，初步估计子块调制模式为[1 0 0 0]。可以看出，初步判决结果不在查找表中，为非法调制模式。此时计算其与查找表中合法子块调制情况的汉明距离，确定最小汉明距离dmin＝1，对应可能的合法调制集合为[1 0 1 0]和[1 0 0 1]，且对应位不同的位置为第三位和第四位；由于
Figure RE-GDA0002663677240000111
故反转初步估计子块调制模式[1 0 0 0]中的第三位，将其纠错为[1 0 1 0]，纠错结果对应索引比特[0,0]，与实际发送索引比特一致，纠错成功。
情况二：假设实际发送索引比特[1,1]，对应子块调制模式[0 1 0 1]，且接收端初步计算得到的LLR值为γ(β)＝[0.10，1.42，2.00，4.96]T，对其进行逻辑判断，初步估计子块调制模式为[1 1 1 1]，可以看出初步判决结果同样为非法调制模式。此时，计算其与查找表中合法子块调制情况的汉明距离，确定最小汉明距离 dmin＝2。由于dmin≥2，故需先反转
Figure RE-GDA0002663677240000112
内对应LLR值最小的
Figure RE-GDA0002663677240000113
以减小判决结果和查找表中的合法调制模式的汉明距离。注意到
Figure RE-GDA0002663677240000114
最小，故反转
Figure RE-GDA0002663677240000115
中的第一位使[1 1 1 1]初步纠错为[0 1 1 1]，这时dmin就减少至1，对应可能的合法调制集合为[0 1 0 1]和[0 1 1 0]。之后的纠错过程类似情况一，由于
Figure RE-GDA0002663677240000116
Figure RE-GDA0002663677240000117
故反转初步纠错结果[0 1 1 1]的第三位得到最终的纠错结果[0 1 0 1]，对应索引比特[1,1]，与实际发送索引比特一致，纠错成功。
由图4的仿真结果可以看出，本发明提出的基于最小汉明距离的改进型LLR 检测器在初步判决结果为非法时的纠错性能明显优于传统的LLR检测器。由图 5的仿真结果可以看出，在本发明提出的基于时延-多普勒域的索引调制解调***OTFS-DM-IM中，改进型LLR检测器的误码率性能与最优的ML检测器基本一致，优于传统LLR检测器。同时，结合下文检测器复杂度分析可以看出，相较于ML检测器，所提改进型LLR检测器复杂度大幅降低，较好地实现了检测性能和复杂度的合理折衷。同时，在相同频谱效率下，所提的OTFS-DM-IM***在EbN0≥14dB时性能优于传统的OTFS***。
表2检测器计算复杂度比较
Figure RE-GDA0002663677240000121
表2显示了不同检测器的复杂度比较。假设双模调制方式分别QPSK和 8PSK，对应MA＝4,MB＝8，则在给定的查找表(L＝4，K＝2)中，传统LLR检测器在存在非法判决结果时最多需要进行4次纠错，而本发明提出的基于最小汉明距离的改进型LLR检测器最多仅需2次纠错；同时，尽管ML检测器无需进行纠错操作，但其需要4096次乘法，复杂度高，而本发明仅需48次乘法，复杂度大幅降低。
通过以上所述可以看出，本发明通过对传输符号进行分块(块内符号采用不同调制类型，再将不同调制类型符号映射至时延-多普勒域，从而在时延-多普勒域传输携带有索引比特的调制信息，提高OTFS***频谱效率。同时，若接收端仅通过每个符号的LLR值判断子块调制模式，可能出现非法调制模式的情况，且信噪比越低，该情况出现的可能性越大；而通过基于最小汉明距离的改进型LLR检测器的设计，对非法调制模式进行纠错，提高检测精度，实现检测性能和复杂度的合理折衷，提高传输性能。
为了实现上述方法，本发明还提供了一种基于时延-多普勒域的索引调制解调***，如图6所示，该***包括发送调制模块和接收解调模块；
发送调制模块，用于将需要传输的信息比特分成若干组，每组中的信息比特分为索引比特和数据比特，通过索引比特确定数据比特的调制类型
Figure RE-GDA0002663677240000131
或
Figure RE-GDA0002663677240000132
进而生成OTFS子块；再将生成的OTFS子块映射至时延-多普勒域，组成一个 OTFS帧，最终变换到时域进行发送；
接收解调模块，用于接收时域信号，将其变换至时延-多普勒域后，首先计算每个时延-多普勒域符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值，并按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000133
β取值范围为1～G，G为OTFS子块总数；判断
Figure RE-GDA0002663677240000134
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure RE-GDA0002663677240000135
计算
Figure RE-GDA0002663677240000136
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure RE-GDA0002663677240000137
利用
Figure RE-GDA0002663677240000138
对非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000139
进行纠错；最终利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特。
其中，所述接收解调模块包括：变换子模块、子块调制模式确定子模块、校正子模块和解调子模块；
变换子模块，用于接收时域信号并变换为时延-多普勒域的接收信号；
子块调制模式确定子模块，用于计算每个符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值，并按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式
Figure RE-GDA00026636772400001310
β取值范围为1～G，G为OTFS子块总数；
校正子模块，用于判断
Figure RE-GDA00026636772400001311
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure RE-GDA00026636772400001312
计算
Figure RE-GDA00026636772400001313
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure RE-GDA00026636772400001314
对于dmin＝1的情况，将
Figure RE-GDA00026636772400001315
与每种合法调制模式
Figure RE-GDA00026636772400001316
进行比较，获取调制类型不同的位及该位对应的LLR值，将绝对值最小的LLR值对应的位作为校正位，反转
Figure RE-GDA0002663677240000141
中校正位上的数据，从而将非法调制模式纠错为查找表中的合法调制模式；
对于dmin≥2的情况，首先反转非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000142
内绝对值最小的LLR值对应的位，以减小非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000143
与查找表中合法调制模式集合的最小汉明距离；重复所述反转非法调制模式
Figure RE-GDA0002663677240000144
内对应最小LLR值的位的操作直至dmin＝1，再利用dmin＝1的处理方式进行纠错；
解调子模块，用于利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特。
以上结合了附图描述了本发明的具体实施方式，但并非用于限定本发明的保护范围。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些也应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于时延-多普勒域的索引调制解调方法，其特征在于：
发送端将需要传输的信息比特分成若干组，每组中的信息比特分为索引比特和数据比特，通过索引比特确定数据比特的调制类型
Figure FDA0003007873120000011
或
Figure FDA0003007873120000012
进而生成OTFS子块；再将生成的OTFS子块映射至时延-多普勒域，组成一个OTFS帧，变换到时域发送；
接收端接收时域信号并变换到时延-多普勒域后，首先计算每个时延-多普勒域符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值，并按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式
Figure FDA0003007873120000013
β取值范围为1～G，G为OTFS子块总数；判断
Figure FDA0003007873120000014
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure FDA0003007873120000015
计算
Figure FDA0003007873120000016
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure FDA0003007873120000017
利用
Figure FDA0003007873120000018
对非法调制模式
Figure FDA0003007873120000019
进行纠错；最终利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特；
所述利用
Figure FDA00030078731200000110
对非法调制模式
Figure FDA00030078731200000111
进行纠错为：
对于dmin＝1的情况，将
Figure FDA00030078731200000112
与每种合法调制模式
Figure FDA00030078731200000113
进行比较，获取调制类型不同的位及该位对应的LLR值，将绝对值最小的LLR值对应的位作为校正位，反转
Figure FDA00030078731200000114
中校正位上的数据，从而将非法调制模式纠错为查找表中的合法调制模式；
对于dmin≥2的情况，首先反转非法调制模式
Figure FDA00030078731200000115
内绝对值最小的LLR值对应的位，以减小非法调制模式
Figure FDA00030078731200000116
与查找表中合法调制模式集合的最小汉明距离；重复所述反转非法调制模式
Figure FDA00030078731200000117
内对应最小LLR值的位的操作直至dmin＝1，再利用dmin＝1的处理方式进行纠错。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据γα的正负将其转化为1/0值为：γα>0时，
Figure FDA00030078731200000118
γα≤0时，
Figure FDA00030078731200000119
3.一种基于时延-多普勒域的索引调制解调***，其特征在于：包括发送调制模块和接收解调模块；
发送调制模块，用于将需要传输的信息比特分成若干组，每组中的信息比特分为索引比特和数据比特，通过索引比特确定数据比特的调制类型
Figure FDA0003007873120000021
或
Figure FDA0003007873120000022
进而生成OTFS子块；再将生成的OTFS子块映射至时延-多普勒域，组成一个OTFS帧，变换到时域发送；
接收解调模块，用于接收时域信号并变换到时延-多普勒域后，首先计算每个时延-多普勒域符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值，并按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式
Figure FDA0003007873120000023
β取值范围为1～G，G为OTFS子块总数；判断
Figure FDA0003007873120000024
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure FDA0003007873120000025
计算
Figure FDA0003007873120000026
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure FDA0003007873120000027
利用
Figure FDA0003007873120000028
对非法调制模式
Figure FDA0003007873120000029
进行纠错；最终利用纠错后的调制模式解调索引比特和数据比特；
所述利用
Figure FDA00030078731200000210
对非法调制模式
Figure FDA00030078731200000211
进行纠错为：
对于dmin＝1的情况，将
Figure FDA00030078731200000212
与每种合法调制模式
Figure FDA00030078731200000213
进行比较，获取调制类型不同的位及该位对应的LLR值，将绝对值最小的LLR值对应的位作为校正位，反转
Figure FDA00030078731200000214
中校正位上的数据，从而将非法调制模式纠错为查找表中的合法调制模式；
对于dmin≥2的情况，首先反转非法调制模式
Figure FDA00030078731200000215
内绝对值最小的LLR值对应的位，以减小非法调制模式
Figure FDA00030078731200000216
与查找表中合法调制模式集合的最小汉明距离；重复所述反转非法调制模式
Figure FDA00030078731200000217
内对应最小LLR值的位的操作直至dmin＝1，再利用dmin＝1的处理方式进行纠错。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述接收解调模块包括：变换子模块、子块调制模式确定子模块、校正子模块和解调子模块；
所述变换子模块，用于接收时域信号并变换为时延-多普勒域的接收信号；
所述子块调制模式确定子模块，用于计算每个符号的LLR值γα，根据γα的正负将其转化为1/0值：γα>0时，
Figure FDA0003007873120000031
γα≤0时，
Figure FDA0003007873120000032
并按照OTFS子块的大小进行分组，得到每一接收OTFS子块的调制模式
Figure FDA0003007873120000033
β取值范围为1～G，G为OTFS子块总数；
所述校正子模块，用于判断
Figure FDA0003007873120000034
是否为合法调制模式，将非法调制模式记为
Figure FDA0003007873120000035
计算
Figure FDA0003007873120000036
与查找表中各合法调制模式的汉明距离，找到最小汉明距离dmin对应的可能的合法调制模式记为
Figure FDA0003007873120000037
对于dmin＝1的情况，将
Figure FDA0003007873120000038
与每种所述合法调制模式
Figure FDA0003007873120000039
进行比较，获取调制类型不同的位及该位对应的LLR值，将绝对值最小的LLR值对应的位作为校正位，反转
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