基于增強(qiáng)型六維64psk星座的正交頻分復(fù)用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于增強(qiáng)型六維64PSK星座的正交頻分復(fù)用方法。該方法將基于二維星座映射的正交頻分復(fù)用技術(shù)擴(kuò)充到六維信號(hào)空間，在相同平均功率下，該帶有增強(qiáng)型六維64PSK星座的正交頻分復(fù)用技術(shù)能夠增大信號(hào)空間中信號(hào)點(diǎn)間的最小歐氏距離，從而獲得較高的解調(diào)增益和頻帶利用率。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法相比傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用技術(shù)具有更低的誤碼率，從而為未來(lái)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議設(shè)計(jì)提供了更加高速和可靠的正交頻分復(fù)用技術(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于増強(qiáng)型六維64PSK星座的正交頻分復(fù)用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于增強(qiáng)型六維64PSK星座的正交頻分復(fù)用方法，屬于無(wú)線通信

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一直是通信中一個(gè)很重要的部分，但是功率和帶寬極大的影響 了它的應(yīng)用和發(fā)展。功率利用率描述了在低功率情況下能夠使得數(shù)字信號(hào)正確傳輸?shù)哪?力。無(wú)線信道中的各種噪聲和干擾使得原本就很脆弱的信號(hào)更是面目全非，那么非常有必 要提高在低功率下能夠更有效的正確傳輸信號(hào)的手段，相應(yīng)的編碼調(diào)制方案應(yīng)運(yùn)而生。在 比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，不能單看它們的傳輸速率，還應(yīng)考慮所占用的頻帶帶寬，因 為兩個(gè)傳輸速率相等的系統(tǒng)其傳輸效率并不一定相同。所W，真正衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有效 性指標(biāo)的是頻帶利用率。然而對(duì)于二進(jìn)制編碼方案，它的頻帶利用率是有上限的，想要提 高頻帶利用率，就需要高階調(diào)制方案。編碼技術(shù)能獲得較低的誤碼率，提高通信系統(tǒng)的可靠 性，然而在編碼性能不斷提高的同時(shí)，也需要使用不同的調(diào)制方式提高帶寬的有效性。目前 通信系統(tǒng)中采用的調(diào)制方式主要有兩類(lèi)；一類(lèi)是無(wú)記憶調(diào)制，調(diào)制器將數(shù)字序列映射成一 組相應(yīng)的波形信號(hào)，該些波形的差別在于幅度、相位或頻率，或者兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)參數(shù)的 組合，比如振幅調(diào)制鍵控，頻率調(diào)制鍵控。另一類(lèi)是有記憶調(diào)制，該些調(diào)制信號(hào)在連續(xù)符號(hào) 間隔發(fā)送的信號(hào)之間有相關(guān)性，該種信號(hào)相關(guān)性的引入通常是為了形成與信道的頻譜特性 相適應(yīng)的發(fā)送信號(hào)頻譜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于增強(qiáng)型六維64PSK星座的正交 頻分復(fù)用方法，最大化信號(hào)序列間的最小歐氏距離，在不擴(kuò)展帶寬或者不增加信號(hào)集的平 均能量的條件下獲得一定編碼增益，同時(shí)將傳統(tǒng)的OFDM技術(shù)從一維快速傅立葉變換和快 速傅立葉逆變換來(lái)對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)擴(kuò)充到二維傅立葉變換，從而進(jìn)一步提高無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)頻帶利用率，實(shí)現(xiàn)了多維高階的多載波調(diào)制和解調(diào)。
[0004] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是；提供了 一種基于增強(qiáng)型六維 64PSK星座的正交頻分復(fù)用方法，包括調(diào)制方法和解調(diào)方法，調(diào)制方法具體包括W下步驟：
[0005] (1)調(diào)制方法包括W下步驟：
[0006] (1-1)對(duì)于一串比特流輸入信息Xb，對(duì)其進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，W將其分成N個(gè)由6個(gè) 比特碼元組成的并聯(lián)比特流，各個(gè)并聯(lián)比特流用Xb，k表示，0《k《N-1 ;
[0007] (1-。對(duì)于并聯(lián)Xbk，將其6個(gè)比特碼元中的前3個(gè)比特碼元映射到用S維直角 坐標(biāo)系表示的S維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中；當(dāng)前3個(gè)碼元分別為000、011、101、110、001、 010、100和111時(shí)，分別將其映射為S維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)A(0，-0.82， 0. 58)、B (0,0. 82,0. 58)、C (-0. 82,0, -0. 58)、D (0. 82,0, -0. 58)、E (-0. 82,0,0. 58)、F (0. 82， 0,0. 58)、G (0, -0. 82, -0. 58)和 H(0,0. 82, -0. 58)，信號(hào)點(diǎn)符號(hào) A、B、C、D、E、F、G 和 H 構(gòu)成 B。?星座，且B。?星座為單位球的內(nèi)接正六面體；
[000引將B。。)星座劃分為兩個(gè)正四面體C。。)和Cl。)，其中正四面體C。。)對(duì)應(yīng)B。。)星座中 的符號(hào)子集{A，B，C，D}，Cl?對(duì)應(yīng)B。?星座中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)子集{E，F(xiàn)，G，巧；
[0009] 前3個(gè)比特碼元映射后得到信號(hào)點(diǎn)符號(hào)即第k個(gè)子載波的第一個(gè)發(fā)送符號(hào)Rkw， 其坐標(biāo)用（Xk，yk，Zk)表示；
[0010] 將6個(gè)比特碼元中的后3個(gè)碼元根據(jù)前3個(gè)碼元進(jìn)行映射：
[0011] 如果前3個(gè)比特碼元映射為符號(hào)子集{A，B，C，D}中的符號(hào)，則后3個(gè)比特碼元按 照W下方式映射；當(dāng)后3個(gè)比特碼元分別為000、001、010、011、100、101、110和111時(shí)，分 別映射為S維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)a (0，0. 86，0. 51)、b (0. 86，0，0. 51)、 c(0, -0. 86,0. 51)、d(-0. 86,0,0. 51)、e(-0. 61，0. 61，-0. 51)、f (0. 61，0. 61，-0. 51)、 g(0. 61，-0. 61，-0. 51)和 h(-0. 61，-0. 61，-0. 51);信號(hào)點(diǎn)符號(hào) a、b、c、d、e、f、g 和 h 構(gòu)成 B/3)星座，B i(3)星座為一種S維的8PSK星座；
[0012] 如果前3個(gè)比特碼元映射為符號(hào)子集巧，F(xiàn)，G，巧中的符號(hào)，則后3個(gè)比特碼元 按照W下方式映射：當(dāng)后3個(gè)比特碼元分別為000、001、010、011、100、101、110和111時(shí)， 分別映射為S維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)al (-0. 61,0. 61,0. 51)、bl (0. 61， 0. 61，0. 51)、cl(0. 61，-0. 61，0. 51)、dl(-〇. 61，-0. 61，0. 51)、el(-〇. 86,0, -0. 51)、n(0， 0. 86, -0. 51)、gl (0. 86,0, -0. 51)和 hi (0, -0. 86, -0. 51);信號(hào)點(diǎn)符號(hào) al、bl、cl、dl、el、 fl、gl和hi構(gòu)成B2?星座，則B 2?星座由B 1?星座中各信號(hào)點(diǎn)繞Z軸旋轉(zhuǎn)45°得到；
[001引后3個(gè)比特碼元映射后得到信號(hào)點(diǎn)符號(hào)即第k個(gè)子載波的第二個(gè)發(fā)送符號(hào)Rk6>， 其坐標(biāo)用（Uk，Vk，Wk)表示；
[0014] 根據(jù)第一個(gè)發(fā)送符號(hào)Rkw和第二個(gè)發(fā)送符號(hào)Rk?，得到第k個(gè)子載波Sk，其坐標(biāo)表 示為（而，Yk，Zk，Uk，Vk，Wk);
[0015] (1-3)對(duì)每個(gè)比特流Xbk重復(fù)步驟（1-2)，得到N個(gè)子載波，各個(gè)子載波的坐標(biāo)組 成矩陣S ;
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于增強(qiáng)型六維64PSK星座的正交頻分復(fù)用方法，其特征在于：包括調(diào)制方法 和解調(diào)方法，其中， (1)調(diào)制方法包括以下步驟： (1-1)對(duì)于一串比特流輸入信息xb，對(duì)其進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，以將其分成N個(gè)由6個(gè)比特 碼元組成的并聯(lián)比特流，各個(gè)并聯(lián)比特流用xb，k表示，0彡k彡N-1 ; (1-2)對(duì)于并聯(lián)xb，k，將其6個(gè)比特碼元中的前3個(gè)比特碼元映射到用三維直角坐標(biāo)系 表示的三維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中：當(dāng)前3個(gè)碼元分別為000、011、101、110、001、010、100 和111時(shí)，分別將其映射為三維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)A(0, -0.82,0. 58)、 B(0,0. 82,0. 58)、C(-0. 82,0, -0? 58)、D(0. 82,0, -0? 58)、E(-0. 82,0,0. 58)、F(0. 82,0， 0? 58)、G(0，-0. 82，-0. 58)和H(0,0. 82，-0. 58)，信號(hào)點(diǎn)符號(hào)A、B、C、D、E、F、G和H構(gòu)成B。⑶ 星座，且仏(3)星座為單位球的內(nèi)接正六面體； 將B(i⑶星座劃分為兩個(gè)正四面體C，和C ，其中正四面體C(i?對(duì)應(yīng)B，星座中的符 號(hào)子集認(rèn)^匕口丨^'對(duì)應(yīng)^^星座中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)子集伍^義田； 前3個(gè)比特碼元映射后得到信號(hào)點(diǎn)符號(hào)即第k個(gè)子載波的第一個(gè)發(fā)送符號(hào)RkW，其坐 標(biāo)用（xk，yk，zk)表不； 將6個(gè)比特碼元中的后3個(gè)碼元根據(jù)前3個(gè)碼元進(jìn)行映射： 如果前3個(gè)比特碼元映射為符號(hào)子集{A，B，C，D}中的符號(hào)，則后3個(gè)比特碼元按照 以下方式映射：當(dāng)后3個(gè)比特碼元分別為000、001、010、011、100、101、110和111時(shí)，分 別映射為三維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)a(0，0. 86，0. 51)、b(0. 86，0，0. 51)、 c(0, -0? 86,0. 51)、d(-0. 86,0,0. 51)、e(-0. 61，0. 61，-0? 51)、f(0. 61，0. 61，-0? 51)、 8(0.61，-0.61，-0.51)和11(-0.61，-0.61，-0.51) ;信號(hào)點(diǎn)符號(hào)&、13、。、(1、6、廠8和11構(gòu)成 B/3)星座，B/3)星座為一種三維的8PSK星座； 如果前3個(gè)比特碼元映射為符號(hào)子集{E，F(xiàn)，G，H}中的符號(hào)，則后3個(gè)比特碼元按 照以下方式映射：當(dāng)后3個(gè)比特碼元分別為000、001、010、011、100、101、110和111時(shí)， 分別映射為三維8PSK信號(hào)調(diào)制星座圖中的信號(hào)點(diǎn)符號(hào)al(-0. 61，0. 61，0. 51)、bl(0. 61， 0? 61，0. 51)、cl(0. 61，-0? 61，0. 51)、dl(-〇. 61，-0? 61，0. 51)、el(-〇. 86,0, -0? 51)、fl(0， 0? 86, -0? 51)、gl(0. 86,0, -0? 51)和hl(0, -0? 86, -0? 51);信號(hào)點(diǎn)符號(hào)al、bl、cl、dl、el、 n、gl和hi構(gòu)成B2(3)星座，則B2(3)星座由B/3)星座中各信號(hào)點(diǎn)繞Z軸旋轉(zhuǎn)45°得到； 后3個(gè)比特碼元映射后得到信號(hào)點(diǎn)符號(hào)即第k個(gè)子載波的第二個(gè)發(fā)送符號(hào)Rke)，其坐 標(biāo)用（uk，vk，wk)表不； 根據(jù)第一個(gè)發(fā)送符號(hào)RkW和第二個(gè)發(fā)送符號(hào)Rke)，得到第k個(gè)子載波Sk，其坐標(biāo)表示為 (Xk，Yk，Zk，Uk，Vk，Wk); (1-3)對(duì)每個(gè)比特流xb，k重復(fù)步驟（1-2)，得到N個(gè)子載波，各個(gè)子載波的坐標(biāo)組成矩 陣S:
(1-4)通過(guò)以下公式對(duì)矩陣S進(jìn)行二維傅里葉逆變換得到發(fā)送符號(hào)矩陣s:
其中，W:是6X6的二維傅里葉逆變換，W/是NXN的二維傅里葉逆變換，則矩陣s中 的每個(gè)元素通過(guò)以下公式得到：
其中，j為虛數(shù)單位，〇彡N_1，0彡m2彡5,q種q2為矩陣S的列號(hào)和行號(hào)； (2)解調(diào)方法包括以下步驟： (2-1)在高斯信道下接收發(fā)送符號(hào)，得到接收符號(hào)r=s+n，n為高斯噪聲；r用 (? ? ? ?iv/)表示， (2-2)通過(guò)以下公式接收符號(hào)r進(jìn)行二維傅里葉變換：
其中，R(q2,qi)中的元素為S+n;矩陣S包含各個(gè)子載波的第一個(gè)發(fā)送符號(hào)RkW和第二 個(gè)發(fā)送符號(hào)Rk⑵； (2-3)對(duì)于第k個(gè)子載波的第一個(gè)發(fā)送符號(hào)Rka)和第二個(gè)發(fā)送符號(hào)Rke)，計(jì)算RkajlJ BQ(3)星座上各點(diǎn)的三維歐氏距離，再計(jì)算Rke#jB/3)和B2(3)星座上各點(diǎn)的三維歐氏距離， 然后將這兩個(gè)歐氏距離分別相加，最后按照這兩個(gè)歐氏距離的和的最小值通過(guò)以下公式進(jìn) 行解調(diào)判決：
其中，^分別表示第k子載波的第一個(gè)發(fā)送符號(hào)RkW到星座C/3)和C,⑶的三 維歐氏距離，和分別表示第k子載波的第二個(gè)發(fā)送符號(hào)Rke)到星座B/3)和B2(3)的 三維歐氏距離； 根據(jù)解調(diào)判決進(jìn)行解調(diào)，得到第k個(gè)子載波的并聯(lián)比特流xb，k; (2-4)重復(fù)步驟（2-3)得到N個(gè)子載波的并聯(lián)比特流，最后串聯(lián)得到比特流輸入信息 Xb°
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK104486284SQ201410800158
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】陳分雄, 付杰, 袁學(xué)劍, 王典洪, 劉喬西, 顏學(xué)杰, 王勇 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）