CN113950101B - 一种多载波索引调制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多载波索引调制***，所述***包括发送端和接收端，发送端的比特信息分为两部分，分别经过原型脉冲索引选择模块和星座映射模块，FBMC块产生器将星座符号调制到子载波上形成传输数据，选择与当前的信道时频色散函数匹配程度最高的滤波器作为原型滤波器；接收端进行原型脉冲索引检测和星座符号检测，再送入译码器恢复发送信号；本发明将索引调制结合到FBMC的原型脉冲设计，使得通信***的各个子载波块能根据环境感知所得的信道时频状态信息动态匹配时频色散特性相近的收发滤波器，进而提升***的性能。

Description

一种多载波索引调制***及方法
技术领域
本发明涉及一种调制***及方法，尤其是多载波索引调制***及方法。
背景技术
第五代移动通信(5G)对多载波调制的传输效率提出了更高的要求，针对正交频分复用技术的不足，滤波器组多载波调制(FBMC,Filter Bank Multi-Carrier)技术通过偏移正交幅度调制拆分复数信号，将实部和虚部值交错1/2个周期进行传输，同时引入了时频聚焦特性优良的原型脉冲设计，相比矩形脉冲而言带外辐射大大降低，在不需要额外循环前缀的情况下也能抵抗码间干扰和载波间干扰，有效提升了***的频谱效率和误码率性能。目前常见的索引调制多作用于对发送端活跃子载波的映射，根据索引比特来控制激活部分子载波传输星座数据而其余子载波置零静默；由于静默子载波的引入使得活跃子载波具有稀疏分布，可以有效的抵抗频率偏移，但对于索引调制技术的应用还未涉及到多载波通信技术中的滤波器原型脉冲，***性能有待进一步加强。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种多载波索引调制***及方法，提升***的频谱效率和误码率性能。
技术方案：本发明所述的一种多载波索引调制***，包括：
发送端，用于形成发送信号；比特流经过分流器分为G个比特流组，每组的比特信息分为两部分，分别经过原型脉冲索引选择模块和星座映射模块；FBMC块产生器将星座符号调制到子载波上形成传输数据，选择与当前的信道时频色散函数匹配程度最高的滤波器作为原型滤波器；综合滤波器组模块将传输数据调制后形成发送信号；
接收端，用于接收并恢复发送信号；所述接收端的接受信号经过检测器进行原型脉冲索引检测和星座符号检测，再分别送入滤波器索引译码器和星座符号译码器恢复发送信号。
进一步地，所述接收端还包括比特并流器，用于将滤波器索引译码器和星座符号译码器得到的译码合并为发送信号。
进一步地，所述接收端的接受信号先经过FBMC块分组器分组，每组数据送入均衡器进行线性均衡，然后送入检测器。
进一步地，所述接收端中，进行原型滤波器检测的方法为最大似然检测或最大相关检测，所述最大相关检测为计算均衡器输出信号与滤波器函数的积分，能量最大值所对应的滤波器为接收端解调所用分析滤波器。
本发明所述的多载波索引调制方法包括如下步骤：
(1)发送端将比特流分为G组，每组的比特信息为两部分，分别进行滤波器原型脉冲选择和星座符号映射；
(2)对待选用的NF种原型滤波器组建立索引映射，选择与当前信道时频色散特性与原型脉冲色散特性的匹配程度最高的子载波基函数进行调制，通过信道发送至接收端；
(3)对接收的信号进行均衡，随后进行原型脉冲索引检测和星座符号检测；
(4)对检测结果进行译码，恢复出发送信息比特，将每组译码输出合并得到原始的发送信息。
有益效果：本发明与现有技术相比的优点在于：通过对若干个原型脉冲建立索引映射选择，将部分二进制信息隐含在空间滤波器组域的索引位置信息中，一方面提升了***的频谱效率，另一方面可以在不同的信号帧和子载波块间选用不同的滤波器函数灵活匹配信道状态特性。随着可供选择的滤波器种类的细化，原型脉冲与当前信道时频色散匹配程度不断提升，整体误码率性能也不断提高，能够配适信道状态动态时变的通信场景。
附图说明
图1为本发明的多载波索引调制***发送端框图；
图2为本发明实施例中的滤波器索引编码表；
图3为本发明的多载波索引调制***接收端框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明所述的多载波索引调制***包括发送端和接收端。
如图1所示，发送端包括比特分流模块、原型脉冲索引选择模块、星座映射模块、FBMC块产生器和综合滤波器组，设定FBMC通信***共有M个子载波，星座映射采用4QAM调制。
在发送端，B比特二进制串行比特流经过串并变换转换为并行比特流，又经过比特分流器分为G个并行比特流分组，每组包含p比特信息，其中p1比特信息用于原型脉冲与当前信道时频色散状态的匹配选择，p2比特用于载波本身承载的星座符号映射。
p1的比特数与可供选择的滤波器种类NF有关，表示为其中，/>为向下取整函数，第g组的原型脉冲索引选择输出为Fg，g＝1……G；当NF较小时，索引的映射方案可以利用查表法实现。选择如图2所示的8种性能各异的滤波器进行索引编码，滤波器时频色散特性已知，则每组所需p1＝3比特索引信息，根据当前信道状态的时频色散特性选择当前子载波块的滤波器基函数。考虑所有子载波全部激活用于信息传输则p2＝log2 Q，其中，Q表示所采用星座映射的维度，因此发送端总比特数满足B＝pG＝(p1+p2)G。第g组的星座符号为xg＝[xg(1)K xg(K)]，xg(k)∈S，S为Q维星座符号集合。
FBMC块产生器将各组星座符号调制到相应的子载波上，形成传输数据x(0)～x(M-1)，选择脉冲色散特性与当前的信道时频色散函数匹配程度最高的滤波器作为gm(t)，经过综合滤波器组调制后形成发送信号
附加相位ν为子载波间隔，T为符号周期，满足ν＝1/T。gm(t)表示第m个子载波所采用的原型滤波器，滤波器长度为Lg＝OM，O为过采样因子。am,n和bm,n是时频格点(m,n)处符号的实部和虚部值。
如图3所示，接收端包括FBMC块分组器、均衡器、检测器、译码器、和比特并流器，检测器包括原型脉冲检测模块、子载波基函数模块、符号检测模块，译码器包括滤波器索引译码器和星座符号译码器。
在接收信号经过FBMC块分组器后划分为相应的G组数据，每组数据送入均衡器，如MMSE、LS线性均衡器。
均衡器输出结果首先要经过检测器进行原型脉冲检测和星座符号检测，下面给出两种检测方法：
方法一：最大似然联合检测。
利用第g组均衡后的信号对比该组所有可能的星座符号映射和滤波器选用组合情况，进行最大似然估计
其中，ψ为NF个滤波器组原型脉冲响应集合。
方法二：最大相关检测。
在均衡过后通过一组分析滤波器组对比与当前所用发送滤波器的相关性，滤波器组满足gn(t)＝fn(Tf-t)。在滤波器持续周期Tf内的检测器输出可以表示为
输出能量最大值所对应的滤波器为接收端解调所用分析滤波器，即
将检测结果送入滤波器索引译码器得到p1比特，将/>送入星座符号译码器得到p2比特，经过比特并流器合并得到最终的恢复比特。

Claims (6)

1.一种多载波索引调制***，其特征在于，包括：
发送端，用于形成发送信号；比特流经过分流器分为G个比特流组，每组的比特信息分为两部分，其中p1比特信息经过原型脉冲索引选择模块，用于原型脉冲与当前信道时频色散状态的匹配选择，p2比特信息经过星座映射模块，用于载波本身承载的星座符号映射；经过原型脉冲索引选择模块的比特数其中NF为可选的原型滤波器种类数，/>为向下取整函数；经过星座映射模块的比特数p2＝log2Q，其中Q为星座映射的维度；
FBMC块产生器将各组星座符号调制到相应的子载波上，形成传输数据x(0)～x(M-1)，选择脉冲色散特性与当前的信道时频色散函数匹配程度最高的滤波器作为gm(t)，经过综合滤波器组调制后形成发送信号：
附加相位ν为子载波间隔，T为符号周期，满足ν＝1/T，gm(t)表示第m个子载波所采用的原型滤波器，滤波器长度为Lg＝OM，O为过采样因子，am,n和bm,n是时频格点(m,n)处符号的实部和虚部值；
综合滤波器组模块将传输数据调制后形成发送信号；
接收端，用于接收并恢复发送信号；所述接收端的接受信号经过FBMC块分组器后划分为相应的G组数据，每组数据送入均衡器，均衡器输出结果经过检测器进行原型脉冲检测和星座符号检测，再分别送入滤波器索引译码器和星座符号译码器恢复发送信号。
2.根据权利要求1所述的多载波索引调制***，其特征在于，所述接收端还包括比特并流器，用于将滤波器索引译码器和星座符号译码器得到的译码合并为发送信号。
3.根据权利要求1所述的多载波索引调制***，其特征在于，所述接收端的接受信号先经过FBMC块分组器分组，每组数据送入均衡器进行线性均衡，然后送入检测器。
4.根据权利要求3所述的多载波索引调制***，其特征在于，所述接收端中，进行原型滤波器检测的方法为最大似然检测或最大相关检测，所述最大相关检测为计算均衡器输出信号与滤波器函数的积分，能量最大值所对应的滤波器为接收端解调所用分析滤波器。
5.根据权利要求1所述的多载波索引调制***，其特征在于，所述接收端中，进行星座符号检测的方法为最大似然检测。
6.一种多载波索引调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)发送端将比特流分为G组，每组的比特信息为两部分，分别进行滤波器原型脉冲选择和星座符号映射；其中p1比特信息经过原型脉冲索引选择模块，用于原型脉冲与当前信道时频色散状态的匹配选择，p2比特信息经过星座映射模块，用于载波本身承载的星座符号映射；经过原型脉冲索引选择模块的比特数其中NF为可选的原型滤波器种类数，/>为向下取整函数；经过星座映射模块的比特数p2＝log2Q，其中Q为星座映射的维度；
(2)对待选用的NF种原型滤波器组建立索引映射，选择与当前信道时频色散特性与原型脉冲色散特性的匹配程度最高的子载波基函数进行调制，通过信道发送至接收端；将各组星座符号调制到相应的子载波上，形成传输数据x(0)～x(M-1)，选择脉冲色散特性与当前的信道时频色散函数匹配程度最高的滤波器作为gm(t)，经过综合滤波器组调制后形成发送信号：
附加相位ν为子载波间隔，T为符号周期，满足ν＝1/T，gm(t)表示第m个子载波所采用的原型滤波器，滤波器长度为Lg＝OM，O为过采样因子，am,n和bm,n是时频格点(m,n)处符号的实部和虚部值；
(3)接收的信号经过FBMC块分组器后划分为相应的G组数据，每组数据送入均衡器，均衡器输出结果经过检测器进行原型脉冲检测和星座符号检测；
(4)对检测结果进行译码，分别送入滤波器索引译码器和星座符号译码器恢复发送信号，将每组译码输出合并得到原始的发送信息。
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