一种用于索引调制的子载波分配方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于最优匹配的子载波分组方法。本发明涉及基于索引调制的正交频分复用(ofdm-im)技术和最优匹配算法。

背景技术：

随着社会进步，人们对信息的需求日益剧增。传统的第三代移动通信系统(the3rdgeneration，3g)已不能满足人们的需求。目前，移动通信技术已经进入了第四代移动通信系统(4^thgeneration，4g)时代。较于3g移动通信，4g可以带来更快的通信速度，更高的频谱利用率以及更低的延迟。

正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)技术在第四代移动通信系统中扮演着重要的角色。而基于索引调制的正交频分复用(ofdm-im)技术将空间调制技术与传统的正交频分复用(ofdm)技术相结合，其思想是不仅激活子载波可以传输调制信号，而且可以传输其静默子载波的位置信息，从而弥补静默子载波不发送数据造成的损失。静默子载波的存在使得多普勒频移所带来的子载波间的干扰降低，使得系统对频偏不敏感。同时，大量静默子载波的存在又降低了整个输出符号的峰均比。

对于有n个子载波的ofdm-im，可以被分成g个块，每个块含有l＝n/g个子载波。假设每个块激活子载波个数为k，每个激活子载波被映射到m阶的数字调制星座图上。其余的l-k个子载波为静默子载波。因此，对于任意一个子载波块，为索引比特，c2＝klog2m为调制比特。每个块的传输总比特就为c＝c1+c2。在ofdm-im系统，子载波块x^g,g＝0,1,…,g-1是索引调制的基本单位：

x^g＝[0,…0,sg,0,0,…0,sg,1,0,…0,…sg,k-1,0,…0]^t

其中sg,k(k＝0,1,…,k-1)为m-qam星座点符号，定义λ为所有可能的发送信号向量的集合，则x^g∈λ。以l＝2,k＝1，bpsk调制为例，则λ为：

从而，一帧ofdm-im发射符号可以表示为：

x＝[x0,x1,…,xg-1]^t

交织子载波索引调制ofdm(isim-ofdm)技术是对ofdm-im系统的改进，将相邻子载波改为交织放置方式，可以使每个子载波块过的信道近似独立，从而提高系统性能。由于ofdm-isim采用子载波交织技术，每个块中的子载波是不相邻的，所以第g个块的发送信号在频域上就可以表示为：

一个ofdm-isim符号就可以表示为：

当接收端采用最大似然检测(ml,maximumlikelihood)时，ofdm-isim的ber并集界表达式为：

这里是第g个块的成对出错概率(pep,pairwiseerrorprobability)，可以近似表示为：

其中，h^g∈c^l×l表示信道相关系数矩阵，n0,f为噪声功率，λ表示可能的发射信号与估计信号欧氏距离为dmin(h^g)的平均个数，emin表示发射信号与估计信号的出错比特个数。q(·)表示q函数，dmin(h^g)表示在信道为h^g的最小欧氏距离，表达式为：

由公式(2)可以看出，增大邻近星座点的最小欧氏距离，ber性能可以得到改善。因此相对与传统ofdm-im，ofdm-isim系统的ber性能更优。但子载波交织分配并非最佳的分配方式。不同的信道信息对系统误码率的性能影响不同，因此，本发明通过估计获取的信道信息，提出最优的子载波分配方法，从而最大程度增大最小欧氏距离，改善系统误码率性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述问题，基于最优匹配算法，提出一种子载波分配方法。该方法可以增大最小欧氏距离，改善系统ber性能。

本发明的技术方案是：

ofdm索引调制系统中有n个子载波，包括以下步骤：

s1、将n个子载波分成m个子载波块，每个子载波块包含l＝n/m个子载波，每个子载波块中选择k个子载波为激活载波，k<l，并根据发送比特进行索引调制；

s2、将已知的信道信息随机均分为两组hp1、hp2∈c^n/2×n/2，由公式：

构造最小欧氏距离矩阵其中hp1,i表示hp1中第i个点，hp2,j表示hp2中的第j个点；

s3、选择最小欧氏距离矩阵d中每列最大值对应的子图为gl，在gl中选取任一匹配为初始匹配pl，并且

其中，v表示hp1、hp2中任意一点，l(v)表示将hp1、hp2中每一个点标号，即hp1中的任意一点hp1,i标号矩阵d第i行的最大值，同理hp2中每一点都标0；

s4、若pl是饱和的，则进入步骤s7；否则取匹配pl中没有被匹配的点u，将点u加入集合s中，并令集合t为空，令s＝{u}，进入步骤s5；

s5、若由s构成的点集进入步骤s6，否则s构成的点集n(s)等于集合，计算

并且

更新：

s6、在n(s)\t中任选一个顶点y；若y已是pl饱和的，且yz∈pl，则s＝s∪{z}，t＝t∪{y}，回到步骤s5，否则在gl中选取一条pl的可增广路(u,y)，并用pl加上边(u,y)代替pl，回到步骤s4；

s7、将pl中每对匹配作为最终匹配结果ι，由公式得到最终子载波分组方法，其中x为初始发送信号，为最终分组后的发送信号。

本发明的技术方案，针对isim-ofdm子载波的交织分配并非最佳分配方式，提出一种基于最优匹配的子载波分配方法。本发明的有益效果是：增大了一个ofdm-im块符号的最小欧氏距离，提升系统误码率性能。

附图说明

图1是isim-ofdm系统框图；

图2是qpsk调制下所提出的算法与isim-ofdm的ber性能对比示意图；

图3是bpsk调制下所提出的算法与isim-ofdm的ber性能对比示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例1

本例中，子载波数128个，调制方式为qpsk调制，索引调制方式为两个子载波为一个子块，每个子块中有一个子载波激活，另外一个子载波不激活。本例采用以下步骤：

步骤1：将128个子载波分为64个子块，并根据传输比特进行索引调制和qpsk调制；

步骤2：将获取的信道信息随机分为两组，并计算最小欧氏距离矩阵，然后根据所提出的算法获取最优匹配，最优匹配的每一组都作为一个子块的分组方式；

步骤3：将调制好后的数据做两种操作：一种是进行isim-ofdm交织分组，每个子块中的子载波间隔64；另一种进行之前得到的最优分组方式分组；

步骤4：两组数据分别过信道，并统计两种方式得到ber。

根据图2可得，基于最优匹配的ofdm-im在相同条件下，可获得比isim-ofdm更好的ber性能(图2所示的结果是采用本例中的上述方法仿真25万次获得)。

实施例2

本例中，子载波数128个，调制方式为bpsk调制，索引调制方式为两个子载波为一个子块，每个子块中有一个子载波激活，另外一个子载波不激活。本例采用以下步骤：

步骤1：将128个子载波分为64个子块，并根据传输比特进行索引调制和bpsk调制；

步骤2：将获取的信道信息随机分为两组，并计算最小欧氏距离矩阵，然后根据所提出的算法获取最优匹配，最优匹配的每一组都作为一个子块的分组方式；

步骤3：将调制好后的数据做两种操作：一种是进行isim-ofdm交织分组，每个子块中的子载波间隔64；另一种进行之前得到的最优分组方式分组；

步骤4：两组数据分别过信道，并统计两种方式得到ber。

根据图3可得，基于最优匹配的ofdm-im在相同条件下，可获得比isim-ofdm更好的ber性能(图2所示的结果是采用本例中的上述方法仿真25万次获得)。