一种空-频-码三维索引调制无线通信方法技术

技术编号:19326865 阅读:43 留言:0更新日期:2018-11-03 14:06
本发明专利技术请求保护一种空‑频‑码三维索引调制无线通信方法,属于高速无线通信技术领域,包括步骤:在发射端,包括:产生信息比特经串并转换成以下四部分,分别为调制部分GMod、天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与子载波索引部分GSub;索引调制与符号调制的步骤,其中索引调制包括天线索引调制、扩频码索引调制和子载波索引调制;调制符号扩频传输的步骤;在接收端,进行信号检测与解调,包括激活的子载波、激活的天线、激活的扩频码和调制符号的检测与解调。

A space frequency code three dimensional index modulation wireless communication method

The invention requests to protect a space-frequency-code three-dimensional index modulation wireless communication method, which belongs to the field of high-speed wireless communication technology, including steps: at the transmitter, generating information bits are serialized and converted into the following four parts, namely, the modulation part GMod, the antenna index part GAnt, the PN code index part GCode and subcarriers. The waveform index part GSub; the steps of index modulation and symbol modulation, in which index modulation includes antenna index modulation, spread spectrum code index modulation and subcarrier index modulation; the steps of modulating symbol spread spectrum transmission; signal detection and demodulation at the receiving end, including activated subcarriers, active antennas and activated spread spectrum codes And modulation symbol detection and demodulation.

【技术实现步骤摘要】
一种空-频-码三维索引调制无线通信方法
本专利技术属于高速无线通信
,涉及的技术包括多输入多输出的空间调制、码索引调制、子载波索引调制和直接序列扩频通信。
技术介绍
近年来,随着人们对高速数据传输速率和频带利用率的需求越来越高,无线通信技术也在迅猛的发展。高速的数据传输速率和可靠的传输质量已经成为无线通信发展的必要前提,有限的频谱资源已经不能满足用户快速增长的需求,正是在这样的背景下,扩频调制、正交频分复用、大规模多输入多输出等调制技术被提出。并且得到了广泛的研究,目前这些技术在理论与实际工程中都已趋于成熟,并被广泛应用于4G和IEEE802.11等无线通信标准中。然而,随着人们对数据传输速率和频谱效率越来越高的要求,现有的一些技术不再能够满足人们的需求,再加上现有技术存在的一些不足。比如系统能量消耗过高、实现复杂度大等。因此,亟待提出一种能实现频谱效率和能量效率平衡,同时又符合绿色通信的通讯技术。于是,索引调制技术就这样诞生了。索引调制(IndexModulation,IM)技术是近年来兴起的一种新型的传输技术,主要包括空域索引调制技术、频域索引调制技术和码索引调制技术。其分别对应空间调制(SpatialModulation,SM)技术、基于索引调制的OFDM(OFDMwithIndexModulation,OFDM-IM)技术和码索引调制(CodeIndexModulation,CIM)技术。这三类技术是近几年研究的热点。其中空间调制技术和基于索引调制的OFDM技术已经有大量的研究成果,码索引调制技术是在2015年才提出来的,目前仅有几篇论文。索引调制技术的相关论文可见文献[1][2]。2008年,国外的Mesleh等学者首次提出SM技术的基本概念[3],SM技术的提出是索引调制技术的一次重大突破,它作为一种新型多天线传输技术,在保持多天线系统传输效率和性能的同时,还能明显降低复杂度和硬件开销,是未来MIMO技术发展进步的一个主要方向。与传统的MIMO技术相比,空间调制技术能够有效的避免信道间干扰和多天线发射同步的问题。正是空间调制的这些优点,最近几年,SM技术得到了国内外学者的广泛研究,并得到了充分地发展,一系列多天线调制技术被提出。其中,尤以空移键控(SpaceShiftKeying,SSK)、广义空移键控调制(GeneralizedSpaceShiftKeying,GSSK)和正交空间调制(QuadratureSpatialModulation,QSM)为代表。在文献[4][5]中分别提出了SSK与GSSK。这两种多天线调制方案都没有传统的幅相调制,完全是利用天线开关状态传递信息,而两者的区别又在于,SSK每个时隙只激活一根天线,通过单天线索引映射的方式传递信息;GSSK每个时隙激活多根天线,通过激活的天线索引组合的方式传递信息。文献[6]提出一种QSM,扩展了SM的映射星座图,最大化利用了调制符号的同相域和正交域。每个传输时隙,调制符号的同相分量和正交分量分别选择不同的天线发射。目前,在国外基于大规模MIMO的索引调制技术在第五代移动通信技术中已经展开了相关的研究,主要针对在大规模MIMO系统中基站的多用户协作进行研究,并已经取得一定的研究进展[7]。在国内,电子科技大学李少谦教授小组最早对多天线空间调制技术进行了研究,同时指导的研究生论文[8][9],对SM通信的可行性以及解调算法的优化进行了研究。除此之外还有大连海事大学[10]、西安电子科技大学[11]等高校也开展了相关研究。2009年,受SM技术迅猛发展的影响,国外的R.Abu-alhiga和H.Haas教授将空间调制技术的天线索引思想运用到OFDM子载波中,并提出了一种基于键控方式的子载波索引调制(Subcarrier-indexModulation)[12]。子载波索引调制在频域引入索引调制以及子载波块的概念,以一个子载波块为调制单位,根据索引信息比特对应着映射关系表只激活其中的一部分载波并发送数据,其基本原理可以看作是空间调制技术在频域的变体。OFDM-IM系统与传统的OFDM系统不一样的地方就在于:OFDM-IM系统在调制过程中多了索引调制,就是根据索引比特,由具体的映射关系表选择具体的子载波激活并发送数据,而其余的索引调制比特可以弥补部分静默子载波所带来的频谱效率损失的问题。接收端检测以一个子载波块为检测、解调的单位,同时恢复出索引信息比特和星座符号比特。目前,有许多研究人员已从键控方式、子载波交织方式、最大化欧式距离与增强型索引映射等角度,提出了许多不同调制方案[13][14][15][16]。文献[17]从理论与仿真两个角度,深入分析对比了SIM与OFDM的性能,并分析了SIM频域分集方面的优势。2015年,G.Kaddoum教授等基于扩频通信技术提出码索引调制(CodeIndexModulation,CIM)[18],码索引调制技术提出的初衷是为了避免多天线空间调制技术中,不断变化的天线映射组合而带来的复杂的信道估计问题。码索引调制技术的基本思想来源于空间调制,它实现的基础是直接序列扩频调制技术[19-21],码索引调制在收发端分别设置一根发射天线和一根接收天线,采用相互正交扩频码映射信息比特与QAM调制相结合的方式来传输信息,相比于传统的直接序列扩频技术,码索引调制技术不仅保留了直接序列扩频通信本身就具备的性能优势,而且在更低能量消耗的情况下,进一步提高了信息传输速率。CIM的出现使得扩频通信理论的发展过程,又迈出了历史性的一步。目前已知的CIM研究成果很少,在国内只有厦门大学王琳教授研究小组,展开了对CIM调制的研究,发表的文献[22]中,将差分混沌键控调制引入到CIM,提出了一种混沌方式的码索引调制。二维的索引调制是将两种一维的索引调制结合起来的一种调制技术,2016年Basar提出了广义空频索引调制[23],广义空频索引调制是将广义空间调制和子载波索引调制联合起来,在空域和频域都建立索引构成联合索引调制结构。目前能够查阅到二维索引调制的研究团队并不多,二维索引调制优势之处在于,通过两种索引方式增加了隐形传输的信息比特数,因而在能量效率与频谱效率方面更加具有优势;不足之处在于,接收端解调复杂度大,同时难以通过预编码技术获得信道状态信息。目前二维索引调制技术的研究才刚刚开始,所涉及的基础调制方案、解调算法和性能分析等有待进一步深入研究。目前的一维索引调制技术都是以提升索引资源使用量来换取频谱效率,如CIM是通过增大伪随机码(PseudoRandom,PN)映射表维度来换取频谱效率,SM是通过增加发射端天线个数来换取频谱效率,这种以增加索引资源使用量来换取频谱效率的方式使得系统需消耗大量物理资源且接收端检测算法的复杂度大。此外,SM与SIM抗干扰能力较差,相比之下,直接序列扩频技术在抗干扰能力方面有着良好的性能,但这种扩频方式有一个缺点就是频带利用率较低,表现为在给定的带宽,传输速率较低。因此CIM通过引入PN码索引的方式,在保持直接序列扩频良好抗干扰能力的同时,又增大了扩频系统的传输速率。如果要进一步提升系统的传输速率,那么CIM调制系统将要采用大量的PN码,使得接收端需要大量相关器实现对发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空‑频‑码三维索引调制无线通信方法,其特征在于,包括以下步骤:在发射端,包括:产生信息比特经串并转换成以下四部分,分别为调制部分GMod、天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与子载波索引部分GSub;索引调制与符号调制的步骤,其中索引调制包括天线索引调制、扩频码索引调制和子载波索引调制;天线索引调制是根据天线索引块GAnt选择待激活的天线,扩频码索引调制是根据PN码索引块GCode选择待激活的扩频码,子载波索引调制是根据子载波索引块GSub选择待激活的子载波,符号调制是根据调制块GMod调制成符号;调制符号扩频传输的步骤:首先是将调制符号的同相部分和正交部分分别选择由PN码索引块GCode激活的PN码,然后各自与激活的PN码相乘扩频,扩频以后再通过天线切换至发射天线处,经OFDM调制后将信号发射出去;在接收端,进行信号检测与解调,包括激活的子载波、激活的天线、激活的扩频码和调制符号的检测与解调。

【技术特征摘要】
1.一种空-频-码三维索引调制无线通信方法,其特征在于,包括以下步骤:在发射端,包括:产生信息比特经串并转换成以下四部分,分别为调制部分GMod、天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与子载波索引部分GSub;索引调制与符号调制的步骤,其中索引调制包括天线索引调制、扩频码索引调制和子载波索引调制;天线索引调制是根据天线索引块GAnt选择待激活的天线,扩频码索引调制是根据PN码索引块GCode选择待激活的扩频码,子载波索引调制是根据子载波索引块GSub选择待激活的子载波,符号调制是根据调制块GMod调制成符号;调制符号扩频传输的步骤:首先是将调制符号的同相部分和正交部分分别选择由PN码索引块GCode激活的PN码,然后各自与激活的PN码相乘扩频,扩频以后再通过天线切换至发射天线处,经OFDM调制后将信号发射出去;在接收端,进行信号检测与解调,包括激活的子载波、激活的天线、激活的扩频码和调制符号的检测与解调。2.根据权利要求1所述的一种空-频-码三维索引调制无线通信方法,其特征在于,所述产生信息比特并串并转换成以下四部分,分别为调制部分GMod、天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与子载波索引部分GSub,具体包括:(1)假设本系统发射机天线根数为Nt,接收机天线根数为Nr,PN码组维度为Nc,子载波的个数为Ns,基带调制的调制阶数为M,记作系统配置(Nt,Nr,Nc,Ns,M);(2)假设在任意一个传输间隙,发送端信息比特q的长度为经串并转换后分成四个部分,分别为天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与子载波索引部分GSub、调制部分GMod,其对应的长度依次为2log2Nt、2log2Nc、2log2Ns、m,其中m满足2m=M。3.根据权利要求2所述的一种空-频-码三维索引调制无线通信方法,其特征在于,所述天线索引部分GAnt再分为同相天线索引块和正交天线索引块长度均为log2Nt;PN码索引部分GCode再分为同相PN码索引块和正交PN码索引块长度均为log2Nc;子载波索引部分GSub再分为同相子载波索引块和正交子载波索引块长度均为log2Ns。4.根据权利要求3所述的一种空-频-码三维索引调制无线通信方法,其特征在于,所述索引调制与符号调制,其中索引调制包括天线索引调制、扩频码索引调制和子载波索引调制,具体包括:(1)符号调制过程中,调制部分GMod经过基...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯胜葛利嘉江治林钟涛葛璐
申请(专利权)人:重庆临菲电子科技有限公司
类型:发明
国别省市:重庆,50

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