本发明专利技术提出用于MIMO‑OFDM‑IM的低复杂度ML接收机算法，基于单个载波估计的低复杂度的ML(Maximum likelihood)接收机算法，此算法分两步执行，其主要思想是利用子载波间的正交性，将由Ns个子载波独立解调，再利用载波序号调制的关系将每个子载波的结果组成MIMO‑OFDM‑IM子块的估计。本接收机算法可以实现与基于MIMO‑OFDM‑IM子块的ML检测同样的性能，但本接收机算法的计算复杂度远小于基于MIMO‑OFDM‑IM子块的ML接收机的复杂度。
【技术实现步骤摘要】
用于MIMO-OFDM-IM的低复杂度ML接收机算法
本专利技术涉及无线通信技术中的多输入多输出(Multiple-inputmultiple-output,MIMO)、正交频分复用(Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,OFDM)和基于OFDM的载波序号调制(OFDMwithindexmodulation,OFDM-IM)，具体涉及用于MIMO-OFDM-IM的低复杂度ML接收机算法。
技术介绍
多输入多输出(Multiple-inputmultiple-output,MIMO)是下一代无线通信的核心技术之一，相比传统的单天线通信系统，MIMO可以大幅提高信息的传输速率，并能达到更小的误比特率(Biterrorrate,BER)。正交频分复用(Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,OFDM)通过把频率选择性衰落转换为子载波上的平坦衰落，增加了符号周期，减小或消除了多径引起的码间干扰，可以有效对抗频率性选择衰落。基于OFDM的载波序号调制(OFDMwithindexmodulation,OFDM-IM)保留了OFDM的优点，同时通过只激活部分子载波用于传输调制符号，同时激活子载波的序号也作为一种新的信息携带方式来传输信息比特，使得OFDM-IM技术得到更好的能量效率和更小的码间干扰。类似于将MIMO和OFDM的结合，将MIMO和OFDM-IM结合(MIMO-OFDM-IM)可以有效的提供信息传输速率并获得更好的误比特率，与传统的MIMO-OFDM相比，MIMO-OFDM-IM可以获得更好的能量效率。在MIMO-OFDM-IM中我们需要同时检测OFDM-IM子块中的激活子载波的序号以及激活子载波上承载的调制符号，同时避免出现不合法的激活模式的情况，因此解调复杂度远大于传统的MIMO-OFDM。使用ML检测算法搜索MIMO-OFDM-IM子块的所有可能的发送组合，可以避免出现不合法的激活模式，但复杂度随着OFDM-IM子块的合法激活模式数和发送天线数呈指数增长，无法用于实际通信系统中。本专利技术通过研究MIMO-OFDM-IM子块的特点，利用子载波之间的正交性，首先对每个子载波按照激活状态分类并按照ML检测算法计算对应的最有可能的发送矢量，在按照合法激活模式的约束得到具有最大似然概率的MIMO-OFDM-IM子块的估计，本接收机算法大幅降低计算的复杂度，并取得了和对MIMO-OFDM-IM子块使用ML检测算法时相同的误比特性能。
技术实现思路
本专利技术提出了用于MIMO-OFDM-IM的低复杂度ML接收机算法，是一种基于单个子载波独立解调，并利用载波序号调制的激活模式约束，将每个子载的计算结果组成MIMO‐OFDM‐IM子块的估计的算法。用于MIMO-OFDM-IM的低复杂度ML接收机算法，其包括：(1)设发送天线数为Nt，接收天线数为Nr的MIMO通信系统，每个天线发送相互独立的OFDM-IM子块，每个OFDM-IM子块由Ns个子载波组成，每个OFDM-IM子块中激活K个子载波，可知对于有N个子载波的OFDM系统，每个OFDM-IM块中共有G＝N/Ns个OFDM-IM子块；对于每个发送天线，每一个OFDM-IM子块有可用的激活模式，可知其有效的激活模式个数为其中符号表示为向下取整函数；记激活模式为其中i＝1,2,…,Nc为每组激活模式的索引，由于每个子载波有激活和非激活两种激活状态，因此有种激活模式没有使用，称为非法激活模式；每个OFDM-IM子块能传输的序号比特为p1＝log2Nc，采用M阶星座图调制时，能传输的符号比特为p2＝Klog2M；(2)每个MIMO-OFDM-IM子块由每个发送天线的OFDM-IM子块组成，其中第g个MIMO-OFDM-IM子块表示为其中表示第Nt个天线上发送的OFDM-IM子块中的第Ns个子载波，表示不同天线在第n个子载波发送的符号组成的发送矢量，所述接收机算法基于进行估计；每个MIMO-OFDM-IM子块能发送比特为Nt(p1+p2)；每个天线的G个OFDM-IM子块连接成一个完整的OFDM-IM块，通过快速傅里叶逆变换(InverseFastFourierTransform,IFFT)得到时域信号，加入循环前缀(Cyclicprefix,CP))后由对应的天线发送出去；(3)根据MIMO-OFDM-IM子块的特点，每一行对应一个发送天线发送的相互独立的OFDM-IM子块，可知具有种激活模式，能通过每个OFDM-IM子块的激活模式集合组合得到，记为其中为MIMO-OFDM-IM子块合法激活模式的索引；(4)在接收端，经过FFT变换得到频域接收信号，按照MIMO-OFDM-IM子块逐个独立解调，利用OFDM中子载波之间正交性，第g个MIMO-OFDM-IM子块的第n个子载波的频域接收信号模型为其中为平衡发送能量的增益系数，表示在第n个子载波接收到的信号矢量，表示第n个子载波对应的信道矩阵，表示由所有发送天线在第n个子载波发送的符号组成的发送矢量，表示第n个子载波的零均值单位方差的高斯白噪声矢量。进一步的，对于第n个子载波发送符号矢量因为每个天线的载波序号调制时相互独立的，因此每个天线对应的子载波的激活状态也是相互独立的，可知共有种可能激活状态模式(Activestatepatterns,ASPs)，表1给出发送天线为Nt＝3时的ASPs，其中用1表示子载波激活，0表示子载波未激活。表1Nt＝3时的MIMO系统的ASPs示意图本接收机算法对每个子载波的每种ASP分别进行检测，保存每种ASP对应的最有可能的发送符号以及对应的判决量。进一步的，单个子载波独立解调的低复杂度ML算法执行步骤如下所示：(1)第n个子载波的接收信号模型为按照的ASPs分类进行估计，使用ML准则时第n个子载波对应于的最有可能的发送矢量为其中k＝1,2,…,Np，表示激活状态模式对应的最有可能的发送矢量，为对应的发送符号集合；(2)建立两个Ns×Np的矩阵和其中用于存储每个MIMO-OFDM-IM子块中每个子载波对应于每种ASP时的最有可能发送矢量矩阵用于存储矩阵中最有可能的发送矢量对应的判决量其中表示第n个子载波对应于第k个的最有可能的发送矢量的判决量；(3)得到第g个MIMO-OFDM-IM子块中所有子载波的计算结果后，首先寻找判决量矩阵中每一行元素中最小值对应的索引记为kn,min，根据矩阵可知为第n个子载波的最有可能的发送矢量，此时组成的MIMO-OFDM-IM子块为由于的每一行对应一个OFDM-IM子块，其激活模式承载序号比特；在中，每一行对应的OFDM-IM子块可能会出现非法激活模式的情况，因此需要根据OFDM-IM子块的激活模式验证每个OFDM-IM子块的激活模式是否合法，如果全部合法，则解调得到每个OFDM-IM子块的序号比特，并解调激活子载波发送的调制符号。如果发现的OFDM-IM子块有非法的激活模式，则根据MIMO-OFDM-IM子块的激活模式中每个子载波对应的激活状态模式ASP查找矩阵对应的判决量，计算此种激活模式的判决量其中kn,l表示MIMO-OFDM-IM子块的激活模式中第n个子载波对应的激活模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于MIMO‑OFDM‑IM的低复杂度ML接收机算法，其特征在于包括：(1)设发送天线数为Nt，接收天线数为Nr的MIMO通信系统，每个天线发送相互独立的OFDM‑IM子块，每个OFDM‑IM子块由Ns个子载波组成，每个OFDM‑IM子块中激活K个子载波，可知对于有N个子载波的OFDM系统，每个OFDM‑IM块中共有G＝N/Ns个OFDM‑IM子块；对于每个发送天线，每一个OFDM‑IM子块有
【技术特征摘要】
1.用于MIMO-OFDM-IM的低复杂度ML接收机算法，其特征在于包括：(1)设发送天线数为Nt，接收天线数为Nr的MIMO通信系统，每个天线发送相互独立的OFDM-IM子块，每个OFDM-IM子块由Ns个子载波组成，每个OFDM-IM子块中激活K个子载波，可知对于有N个子载波的OFDM系统，每个OFDM-IM块中共有G＝N/Ns个OFDM-IM子块；对于每个发送天线，每一个OFDM-IM子块有可用的激活模式，可知其有效的激活模式个数为其中符号表示为向下取整函数；记激活模式为其中i＝1,2,…,Nc为每组激活模式的索引，由于每个子载波有激活和非激活两种激活状态，因此有种激活模式没有使用，称为非法激活模式；每个OFDM-IM子块能传输的序号比特为p1＝log2Nc，采用M阶星座图调制时，能传输的符号比特为p2＝Klog2M；(2)每个MIMO-OFDM-IM子块由每个发送天线的OFDM-IM子块组成，其中第g个MIMO-OFDM-IM子块表示为其中表示第Nt个天线上发送的OFDM-IM子块中的第Ns个子载波，表示不同天线在第n个子载波发送的符号组成的发送矢量，所述接收机算法基于进行估计；每个MIMO-OFDM-IM子块能发送比特为Nt(p1+p2)；每个天线的G个OFDM-IM子块连接成一个完整的OFDM-IM块，通过快速傅里叶逆变换(InverseFastFourierTransform,IFFT)得到时域信号，加入循环前缀(Cyclicprefix,CP))后由对应的天线发送出去；(3)根据MIMO-OFDM-IM子块的特点，每一行对应一个发送天线发送的相互独立的OFDM-IM子块，可知具有种激活模式，能通过每个OFDM-IM子块的激活模式集合组合得到，记为其中为MIMO-OFDM-IM子块合法激活模式的索引；(4)在接收端，经过FFT变换得到频域接收信号，按照MIMO-OFDM-IM子块逐个独立解调，利用OFDM中子载波之间正交性，第g个MIMO-OFDM-IM子块的第n个子载波的频域接收信号模型为其中为平衡发送能量的增益系数，表示在第n个子载波接收到的信号矢量，表示第n个子载波对应的信道矩阵，表示由所有发送天线在第n个子载波发送的符号组成的发送矢量，表示第n个子载波的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳炯，呼增，刘靖，温淼文，郑倍雄，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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