多天线OFDM指数调制方法技术

本发明专利技术公开了一种多天线OFDM指数调制方法，主要解决现有技术误比特性能低,实现方案复杂度高的问题。其实现方案是：1)进行多天线OFDM的指数调制频域信号设计，得到频域信号；2)将频域信号进行正交频分复用OFDM指数调制，得到调制信号；3)将调制信号在信道中传输，得到接收信号；4)接收端对接收信号进行正交频分复用OFDM解调，得到解调信号；5)接收端对解调信号进行检测，得到估计信号；6)将估计信号反映射成比特信息，完成信号传输过程。本发明专利技术具有误比特率较低，实现简单及系统信息传输速率高的优点，可用于改善无线通信系统的误比特性能，实现可靠传输。

Multi-antenna OFDM exponential modulation method

The invention discloses a multi-antenna OFDM exponential modulation method, which mainly solves the problems of low bit error performance and high implementation complexity of the existing technology. The realization scheme is as follows: 1) design the frequency domain signal of multi-antenna OFDM with exponential modulation, and get the frequency domain signal; 2) modulate the frequency domain signal with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) to get the modulation signal; 3) transmit the modulation signal in the channel to get the received signal; 4) demodulate the received signal with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and get the demodulated signal at the receiving end; 5) demodulate the demodulated signal at the receiving end; Detection is carried out to obtain the estimated signal; 6) The estimated signal is reflected into bit information to complete the signal transmission process. The invention has the advantages of low bit error rate, simple implementation and high system information transmission rate, and can be used to improve the bit error performance of wireless communication system and achieve reliable transmission.

【技术实现步骤摘要】
多天线OFDM指数调制方法
本专利技术属于通信
，特别涉及一种指数调制方法，可用于多天线正交频分复用OFDM系统，改善其误码性能，降低实现复杂度等。
技术介绍
OFDM是无线通信领域广泛采用的一种多载波调制方式，它能够有效地克服多径衰落。2015年，等人在“Multiple-inputmultiple-outputOFDMwithindexmodulation”(IEEESignalProcessingLetters,vol.22,no.12,pp.2259-2263,Dec.2015)中提出了一种基于指数调制的多天线OFDM结构，称为MIMO-OFDM-IM。该结构在每根发射天线上均采用独立的OFDM指数调制方法，不仅通过信号星座点传输比特信息，还通过选取激活子载波的位置来传输比特信息。具体实施步骤为：首先，将Nt根发射天线上每一个大小为N长的MIMO-OFDM符号块均分成g小块，每块长度为n；将一个MIMO-OFDM符号块中的m个输入比特信息均分成gNt组，每组包含p比特信息，即m＝pgNt；然后，将每组p比特信息映射到每一个子符号块上，用每组p比特信息的前p1比特信息选取激活子载波的位置，即从n个子载波中选取k个子载波激活，其余n-k个子载波保持沉默；余下的p2比特信息用来选取激活子载波上调制的星座符号。该调制方法在每根发射天线上均采用独立的OFDM指数调制方法，因此无法保证发射信号在天线维度上呈现均匀的稀疏性。这使得在中低谱效率时，其误比特性能并不理想。T.Datta等人在“GeneralizedSpaceandFrequencyIndexModulation”(IEEETransactionsonVehicularTechnology,vol.65,no.7,pp.4911-4924,Jul.2015)中公开了一种基于广义空间频率指数调制的多天线OFDM结构，称为GSFIM。该结构中的比特信息被映射到天线维度、子载波维度以及信号星座图。具体实施步骤为：首先，将Nt根发射天线上每一个长为N的MIMO-OFDM符号块均分成g小块，每块长度为n；将一个MIMO-OFDM符号块中的m个输入比特信息分成2组，分别包含m1比特信息和m2比特信息，即m＝m1+m2。然后，将m1比特信息用来选取该MIMO-OFDM符号激活天线的位置，即从Nt根发射天线中选择nt根天线激活，其余Nt-nt根发射天线保持沉默；将m2比特信息均分成gnt组，每组包含p比特信息，即m2＝pgnt；接着，将每组p比特信息映射到激活天线的每一个子符号块上，用每组p比特信息的前p1比特信息选取激活子载波的位置，即从n个子载波中选取k个子载波激活，其余n-k个子载波保持沉默；余下的p2比特信息用来选取激活子载波上调制的星座符号。在此结构中，Nt根发射天线中只有nt根天线被激活，所以存在天线资源浪费的情况，相比MIMO-OFDM-IM结构，GSFIM结构的误比特性能更差，且实现复杂度较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种多天线OFDM指数调制方法，以在中低谱效率时改善无线通信系统的误比特性能，降低实现复杂度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：(1)在一个多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号周期内进行频域信号设计：(1a)将大小为Nt×N的多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号均分成大小为Nt×n的g个子矩阵块，即g＝N/n，其中Nt＞1,N＞1,N≥n≥1；(1b)将一个多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号周期内所要传输的m比特均分成g组，每组包含p比特信息，即m＝pg，再将每组p比特信息分成第一部分比特信息p1，第二部分比特信息p2和第三部分比特信息p3，即p＝p1+p2+p3；(1c)对上述三部分比特信息p1，p2和p3进行映射：(1c1)将第一部分比特信息p1映射为激活子载波的位置，得到一个1×n的子载波位置激活向量K1；(1c2)将第二部分比特信息p2映射为激活天线的位置，得到一个Nt×1的天线位置激活向量K2；(1c3)将天线位置激活向量K2与子载波位置激活向量K1做克罗内克积，得到一个Nt×n的位置激活矩阵I；(1c4)将第三部分比特信息p3先映射到传统QAM/PAM信号星座图上，得到传统频域信号，并将该传统频域信号对应到位置激活矩阵I上，至此，得到第一个子矩阵块上所有的频域发送信号；(1d)根据(1c)的方法，分别产生其余g-1个子矩阵块上的频域发送信号，将全部g个子矩阵块上的频域发送信号按顺序连接，得到一个多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号周期内的频域发送信号序列A；(2)将频域发送信号序列A先经傅里叶逆变换IFFT操作，再加循环前缀CP，得到时域发送信号序列B；(3)将时域发送信号序列B在频率选择性衰落信道中进行传输，得到时域接收信号序列D；(4)对时域接收信号序列D，依次进行去循环前缀CP操作，傅里叶变换FFT操作，得到频域解调信号序列E；(5)将频域解调信号序列E均分成g个子矩阵，每个子矩阵大小为Nt×n，分别对每个子矩阵进行最大似然检测，得到频域信号序列的估计信号序列G；(6)将频域信号序列的估计信号序列G反映射成比特信息，完成信息传输过程。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.中低谱效率下具有更低的误比特性能现有的MIMO-OFDM-IM结构不能保证信号在天线维呈现均匀的稀疏性，使得在中低谱效率时，误比特性能不够理想。现有的GSFIM结构对天线资源的利用不够充分，其误码性能比MIMO-OFDM-IM结构更差。本专利技术提出的多天线OFDM的指数调制方法，可以保证发送信号在天线维度和子载波维度上均呈现出均匀的稀疏性，使其误比特性能更低。2.复杂度更低本专利技术由于采用了独特的频域位置激活设计方案，利用两个较小的位置激活向量K1与K2做克罗内克积，从而产生位置激活矩阵I，代替从大矩阵中选取激活子载波位置的传统方法，因此降低了实现的复杂度。附图说明图1为本专利技术的实现原理图；图2为是本专利技术中比特序列到位置激活矩阵I的映射关系示意图；图3为本专利技术在归一化多普勒频率为0的无线通信场景下的误比特率性能仿真图；图4为本专利技术在归一化多普勒频率为0.1的无线通信场景下的误比特率性能仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术在多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM结构的基础上，采用了独特的频域位置激活设计方案，利用两个较小的位置激活向量K1与K2做克罗内克积，从而产生位置激活矩阵I，代替从一个大矩阵中选取激活子载波位置的传统方法，以降低实现的复杂度。另外，由于在不同的子矩阵块中，天线激活位置是随机的，不存在天线资源浪费的情况，所以相比现有技术，本专利技术可改善无线通信系统的误比特性能，降低实现复杂度。所述的多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM系统，其大小为Nt×N的矩阵块，其中Nt表示发射天线的行数，N表示每一根发射天线上子载波的个数。参照图1，对本专利技术的实现步骤如下：步骤1，在一个多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号周期内进行频域信号设计。1.1)将大小为Nt×N的多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号均分成大小为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多天线OFDM指数调制方法，其特征在于，包括：(1)在一个多输入多输出正交频分复用MIMO‑OFDM符号周期内进行频域信号设计：(1a)将大小为Nt×N的多输入多输出正交频分复用MIMO‑OFDM符号均分成大小为Nt×n的g个子矩阵块，即g＝N/n，其中Nt＞1,N＞1,N≥n≥1；(1b)将一个多输入多输出正交频分复用MIMO‑OFDM符号周期内所要传输的m比特均分成g组，每组包含p比特信息，即m＝pg，再将每组p比特信息分成第一部分比特信息p1，第二部分比特信息p2和第三部分比特信息p3，即p＝p1+p2+p3；(1c)对上述三部分比特信息p1，p2和p3进行映射：(1c1)将第一部分比特信息p1映射为激活子载波的位置，得到一个1×n的子载波位置激活向量K1；(1c2)将第二部分比特信息p2映射为激活天线的位置，得到一个Nt×1的天线位置激活向量K2；(1c3)将天线位置激活向量K2与子载波位置激活向量K1做克罗内克积，得到一个Nt×n的位置激活矩阵I；(1c4)将第三部分比特信息p3先映射到传统QAM/PAM信号星座图上，得到传统频域信号，并将该传统频域信号对应到位置激活矩阵I上，至此，得到第一个子矩阵块上所有的频域发送信号；(1d)根据(1c)的方法，分别产生其余g‑1个子矩阵块上的频域发送信号，将全部g个子矩阵块上的频域发送信号按顺序连接，得到一个多输入多输出正交频分复用MIMO‑OFDM符号周期内的频域发送信号序列A；(2)将频域发送信号序列A先经傅里叶逆变换IFFT操作，再加循环前缀CP，得到时域发送信号序列B；(3)将时域发送信号序列B在频率选择性衰落信道中进行传输，得到时域接收信号序列D；(4)对时域接收信号序列D，依次进行去循环前缀CP操作，傅里叶变换FFT操作，得到频域解调信号序列E；(5)将频域解调信号序列E均分成g个子矩阵，每个子矩阵大小为Nt×n，分别对每个子矩阵进行最大似然检测，得到频域信号序列的估计信号序列G；(6)将频域信号序列的估计信号序列G反映射成比特信息，完成信息传输过程。...

【技术特征摘要】
2018.03.16 CN 20181021798321.多天线OFDM指数调制方法，其特征在于，包括：(1)在一个多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号周期内进行频域信号设计：(1a)将大小为Nt×N的多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号均分成大小为Nt×n的g个子矩阵块，即g＝N/n，其中Nt＞1,N＞1,N≥n≥1；(1b)将一个多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号周期内所要传输的m比特均分成g组，每组包含p比特信息，即m＝pg，再将每组p比特信息分成第一部分比特信息p1，第二部分比特信息p2和第三部分比特信息p3，即p＝p1+p2+p3；(1c)对上述三部分比特信息p1，p2和p3进行映射：(1c1)将第一部分比特信息p1映射为激活子载波的位置，得到一个1×n的子载波位置激活向量K1；(1c2)将第二部分比特信息p2映射为激活天线的位置，得到一个Nt×1的天线位置激活向量K2；(1c3)将天线位置激活向量K2与子载波位置激活向量K1做克罗内克积，得到一个Nt×n的位置激活矩阵I；(1c4)将第三部分比特信息p3先映射到传统QAM/PAM信号星座图上，得到传统频域信号，并将该传统频域信号对应到位置激活矩阵I上，至此，得到第一个子矩阵块上所有的频域发送信号；(1d)根据(1c)的方法，分别产生其余g-1个子矩阵块上的频域发送信号，将全部g个子矩阵块上的频域发送信号按顺序连接，得到一个多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM符号周期内的频域发送信号序列A；(2)将频域发送信号序列A先经傅里叶逆变换IFFT操作，再加循环前缀CP，得到时域发送信号序列B；(3)将时域发送信号序列B在频率选择性衰落信道中进行传输，得到时域接收信号序列D；(4)对时域接收信号序列D，依次进行去循环前缀CP操作，傅里叶变换FFT操作，得到频域解调信号序列E；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑贱平，陈茹，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61