本發(fā)明屬于無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及多輸入多輸出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)、正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)和載波索引調(diào)制(SubcarrierIndexModulation,SIM)技術(shù)及相關(guān)信號檢測技術(shù)。
背景技術(shù)：
：MIMO-OFDM系統(tǒng)的提出是無線移動通信領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。該系統(tǒng)結(jié)合了MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)的優(yōu)勢，可以有效抵抗多徑衰落和頻率選擇性衰落，同時(shí)具有信道容量大、傳輸速率高等突出優(yōu)點(diǎn)，是未來無線移動通信系統(tǒng)物理層的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來，子載波索引調(diào)制(SubcarrierIndexModulation,SIM)作為一種新型的調(diào)制技術(shù)被提出，在無線通信領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注。該方案具有峰均比(PeaktoAveragePowerRatio,PAPR)低、能量效率高、對抗頻偏強(qiáng)等優(yōu)勢，其基本思想是：在傳統(tǒng)的多載波系統(tǒng)中，一部分子載波被激活，而另一部分子載波保持靜默，激活的子載波在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，其位置索引也承載數(shù)據(jù)信息。具體來說，系統(tǒng)的傳輸信息比特可以分為兩個(gè)部分：一部分稱為“索引比特”，即該部分的信息比特映射為激活的子載波的索引位置；另一部分稱為“符號比特”，即該部分的信息比特映射為激活的子載波上的調(diào)制符號。在MIMO-OFDM系統(tǒng)中引入新的子載波索引調(diào)制技術(shù)(下文簡稱MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng))，將使其具有更好地抗載波間干擾(Inter-CarrierInterface,ICI)的能力，同時(shí)有效降低峰均比(PeaktoAveragePowerRatio,PAPR)，上述優(yōu)勢已在相關(guān)的研究中得到驗(yàn)證。MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)如圖1所示。與傳統(tǒng)的MIMO-OFDM系統(tǒng)相比，MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)具有更優(yōu)的誤碼率性能，但整個(gè)通信系統(tǒng)的可靠性往往也與接收機(jī)的性能息息相關(guān)。如何在保證低誤碼率的同時(shí)，有效降低接收機(jī)的復(fù)雜度，一直是信號檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在接收端最優(yōu)的檢測算法是最大似然(MaximumLikelihood，ML)檢測算法。ML檢測算法需要搜索所有可能的組合空間，找到與接收信號歐氏距離最小的組合作為發(fā)送信號組合，從而恢復(fù)出索引比特和調(diào)制比特信息。MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)中的ML檢測算法，需要聯(lián)合搜索索引空間和符號空間，是一種聯(lián)合檢測算法，具有最優(yōu)的誤碼率性能，但是該算法需要窮盡搜索每種組合空間，其復(fù)雜度隨著組合數(shù)、調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)呈指數(shù)增長。ML檢測算法極高的復(fù)雜度限制了其在實(shí)際通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。為此，本發(fā)明針對ML檢測算法的缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的低復(fù)雜度的檢測方案，同時(shí)可以取得近ML檢測算法的性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)提出了一種改進(jìn)的低復(fù)雜度的檢測算法，其主要思想是：(1)在接收端，對每個(gè)子載波對應(yīng)的接收符號向量進(jìn)行MMSE檢測，并對檢測符號進(jìn)行硬判決；(2)遍歷所有的索引組合，取出索引組合中的索引位置對應(yīng)的硬判決符號得到發(fā)射符號向量，乘上對應(yīng)的信道矩陣后，計(jì)算與接收符號向量的歐氏距離；(3)對所有的索引組合對應(yīng)的發(fā)射符號向量的歐式距離進(jìn)行排序，歐氏距離越小可靠性越高；(4)引入門限值，若歐氏距離的最小值滿足門限值，則直接輸出對應(yīng)的索引組合和調(diào)制符號；否則最后進(jìn)行ML檢測。一種基于載波索引調(diào)制的MIMO-OFDM系統(tǒng)的檢測方法，具體步驟如下：步驟1：產(chǎn)生信息比特。假設(shè)系統(tǒng)發(fā)射天線數(shù)為Nt，接收天線數(shù)為Nr，每根發(fā)射天線上的子載波總數(shù)為N，分為若干子塊，每個(gè)子塊包含L子載波，子塊中有K個(gè)子載波被激活，記作子載波配置(L,K)，則子塊數(shù)為G＝N/L。對于每根天線上的每個(gè)子塊，激活子載波的索引位置組合數(shù)為有效組合數(shù)為對應(yīng)的索引比特?cái)?shù)為其中表示向下取整操作；另外，激活的K個(gè)子載波用于發(fā)送調(diào)制符號，對應(yīng)的符號比特?cái)?shù)為b2＝Klog2(M)，其中M為符號星座點(diǎn)空間大小。因此，系統(tǒng)總的比特?cái)?shù)為B＝Nt×(B1+B2)，其中B1＝G·b1和B2＝G·b2分別作為每根發(fā)射天線上的索引比特?cái)?shù)和符號比特?cái)?shù)。步驟2：發(fā)送端載波索引調(diào)制和符號調(diào)制。將每根發(fā)射天線上的信息比特分為兩部分，分別進(jìn)行載波索引調(diào)制和符號調(diào)制，具體步驟為：將N個(gè)子載波分成G＝N/L個(gè)子塊，每個(gè)子塊含有L個(gè)子載波，提取每個(gè)子塊對應(yīng)的(b1+b2)信息比特，對b1位和b2位信息比特分別進(jìn)行索引調(diào)制和符號調(diào)制，根據(jù)索引信息激活對應(yīng)的K個(gè)子載波用于發(fā)送星座點(diǎn)符號，剩余的(L-K)個(gè)子載波保持靜默。步驟3：對經(jīng)過載波索引調(diào)制和符號調(diào)制后的符號進(jìn)行OFDM調(diào)制，包括串并轉(zhuǎn)換、IFFT和加循環(huán)前綴CP，并經(jīng)瑞利衰落信道和高斯信道后到達(dá)接收端，在接收端對接收到的符號進(jìn)行OFDM解調(diào)，包括去循環(huán)前綴CP、FFT、并串轉(zhuǎn)換。步驟4：接收端信號檢測。MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)中信號的檢測是以一個(gè)塊為基本單位，檢測包含兩部分：激活子載波的索引位置和調(diào)制符號。不失一般性，下面以第g(g＝1,2,...,G)塊的信號檢測為例，第g塊的接收信號的頻域表達(dá)式可以表示為：Yg＝HgXg+WgY1gY2g...YNrg=H1,1gH1,2g...H1,NtgH2,1gH2,2g...H2,Ntg............HNr,1gHNr,2g...HNr,NtgX1gX2g...XNtg+W1gW2g...WNrg]]>其中，表示第i根發(fā)射天線上發(fā)送的第g個(gè)子塊的符號，表示第j根接收天線上接收的第g個(gè)子塊的收符號，是第i根發(fā)射天線與第j根接收天線之間第g個(gè)子塊對應(yīng)的信道矩陣，其中表示塊的第l個(gè)子載波對應(yīng)的信道衰落系數(shù)，表示疊加在第g個(gè)子塊符號的噪聲向量，其元素服從均值為0、方差為σ2的高斯分布。第g塊中第l個(gè)子載波的接收信號頻域表達(dá)式可以表示為：Yg,l＝Hg,lXg,l+Wg,lY1g,lY2g,l...YNrg,l=h1,1g,lh1,2g,l...h1,Ntg,lh2,1g,lh2,2g,l...h2,Ntg,l............hNr,1g,lhNr,2g,l...hNr,Ntg,lX1g,lX2g,l...XNrg,l+W1g,lW2g,l...WNrg,l]]>ML檢測雖然具有最優(yōu)的檢測性能，但需要遍歷所有的激活子載波組合和對應(yīng)的星座點(diǎn)符號空間，其復(fù)雜度隨激活子載波組合數(shù)、調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)呈指數(shù)增長，難以應(yīng)用于實(shí)際的通信系統(tǒng)中。為此，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的低復(fù)雜度的檢測算法，具體流程如圖2所示，其詳細(xì)步驟如下：步驟4-1：對每個(gè)子塊中每個(gè)子載波對應(yīng)的接收信號Yg,l作MMSE均衡，并進(jìn)行硬判決s^g,l=Q(((Hg,l)HHg,l+σ2I)-1(Hg,l)HYg,l)]]>其中g(shù)∈{1,2,…,G}，l∈{1,2,…,L}，Q為數(shù)字解調(diào)函數(shù)，I為Nt×Nt的單位矩陣。步驟4-2：遍歷所有的索引組合，根據(jù)索引組合中的索引位置取出對應(yīng)的硬判決符號，并得到發(fā)射符號向量。以Nt＝2,Nr＝2,L＝2,K＝1，BPSK調(diào)制為例，假設(shè)索引組合為I＝(2,1)，步驟4-1中硬判決得到的符號按照發(fā)射天線依次放置發(fā)射符號向量即為步驟4-3：對索引組合Ij對應(yīng)的發(fā)射符號向量乘上信道矩陣后，計(jì)算與接收符號向量Yg的歐氏距離，dj=||Yg-HIjgX‾Ijg||F2]]>其中為Ij對應(yīng)的Hg列集合信道矩陣，j∈{1,2,…,NC},為所有的組合數(shù)。步驟4-4：對歐式距離進(jìn)行排序，選取歐氏距離的最小值dk，k=argmin∀j∈{1,...,NC}dj]]>步驟4-5：引入門限值Vth，若dk≤Vth，則直接輸出否則最后進(jìn)行ML檢測，(I^,X^)=argmin∀I||Yg-HIgXIg||F2]]>步驟4-6：解調(diào)恢復(fù)原始比特信息。對經(jīng)檢測后得到的各個(gè)塊的激活子載波組合和對應(yīng)的發(fā)送符號分別進(jìn)行子載波索引解調(diào)和數(shù)字解調(diào)，恢復(fù)得到原始比特信息。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)提出了一種改進(jìn)的低復(fù)雜度的信號檢測算法，該算法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：由于該檢測算法對MMSE均衡得到的硬判符號，依次選取每種組合對應(yīng)的硬判符號，計(jì)算其與接收信號的歐氏距離，并選取其中歐氏距離的最小值，若滿足門限要求則直接輸出索引信息和調(diào)制符號。由于歐氏距離的最小值在很大概率上滿足門限要求，從而有效避免了針對每個(gè)塊均進(jìn)行ML檢測。該算法在取得近ML檢測性能的同時(shí)，極大地降低了計(jì)算的復(fù)雜度。附圖說明圖1是MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明提出的針對MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)改進(jìn)的檢測算法的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本實(shí)施方式采用Matlab2012a仿真平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)仿真參數(shù)設(shè)置如下：發(fā)射天線數(shù)Nt＝2，接收天線數(shù)Nr＝2，子載波總數(shù)N＝512，子載波配置為L＝2,K＝1，信號調(diào)制為QPSK，仿真中的信道為瑞利衰落和高斯白噪聲信道。本發(fā)明利用上述參數(shù)在Matlab上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，該算法具有較優(yōu)秀的綜合性能：在QPSK調(diào)制下，門限值Vth＝NrLσ2，當(dāng)系統(tǒng)BER性能為10-5時(shí)，比特信噪比Eb/N0損失約為0.7dB，并且仿真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示復(fù)雜度相對ML檢測降低了90％左右。本發(fā)明針對MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)提出了一種改進(jìn)的檢測算法，該算法在具有低復(fù)雜度的前提下，可以實(shí)現(xiàn)近ML檢測性能。一種基于載波索引調(diào)制的MIMO-OFDM系統(tǒng)的檢測方法，具體步驟如下：步驟1：產(chǎn)生信息比特。假設(shè)系統(tǒng)發(fā)射天線數(shù)為Nt，接收天線數(shù)為Nr，每根發(fā)射天線上的子載波總數(shù)為N，分為若干子塊，每個(gè)子塊包含L子載波，子塊中有K個(gè)子載波被激活，記作子載波配置(L,K)，則子塊數(shù)為G＝N/L。對于每根天線上的每個(gè)子塊，激活子載波的索引位置組合數(shù)為有效組合數(shù)為對應(yīng)的索引比特?cái)?shù)為其中表示向下取整操作；另外，激活的K個(gè)子載波用于發(fā)送調(diào)制符號，對應(yīng)的符號比特?cái)?shù)為b2＝Klog2(M)，其中M為符號星座點(diǎn)空間大小。因此，系統(tǒng)總的比特?cái)?shù)為B＝Nt×(B1+B2)，其中B1＝G·b1和B2＝G·b2分別作為每根發(fā)射天線上的索引比特?cái)?shù)和符號比特?cái)?shù)。步驟2：發(fā)送端載波索引調(diào)制和符號調(diào)制。將每根發(fā)射天線上的信息比特分為兩部分，分別進(jìn)行載波索引調(diào)制和符號調(diào)制，具體步驟為：將N個(gè)子載波分成G＝N/L個(gè)子塊，每個(gè)子塊含有L個(gè)子載波，提取每個(gè)子塊對應(yīng)的(b1+b2)信息比特，對b1位和b2位信息比特分別進(jìn)行索引調(diào)制和符號調(diào)制，根據(jù)索引信息激活對應(yīng)的K個(gè)子載波用于發(fā)送星座點(diǎn)符號，剩余的(L-K)個(gè)子載波保持靜默。步驟3：對經(jīng)過載波索引調(diào)制和符號調(diào)制后的符號進(jìn)行OFDM調(diào)制，包括串并轉(zhuǎn)換、IFFT和加循環(huán)前綴CP，并經(jīng)瑞利衰落信道和高斯信道后到達(dá)接收端，在接收端對接收到的符號進(jìn)行OFDM解調(diào)，包括去循環(huán)前綴CP、FFT、并串轉(zhuǎn)換。步驟4：接收端信號檢測。MIMO-SIM-OFDM系統(tǒng)中信號的檢測是以一個(gè)塊為基本單位，檢測包含兩部分：激活子載波的索引位置和調(diào)制符號。不失一般性，下面以第g(g＝1,2,...,G)塊的信號檢測為例，第g塊的接收信號的頻域表達(dá)式可以表示為：Yg＝HgXg+WgY1gY2g...YNrg=H1,1gH1,2g...H1,NtgH2,1gH2,2g...H2,Ntg............HNr,1gHNr,2g...HNr,NtgX1gX2g...XNtg+W1gW2g...WNrg]]>其中，表示第i根發(fā)射天線上發(fā)送的第g個(gè)子塊的符號，表示第j根接收天線上接收的第g個(gè)子塊的收符號，是第i根發(fā)射天線與第j根接收天線之間第g個(gè)子塊對應(yīng)的信道矩陣，其中表示塊的第l個(gè)子載波對應(yīng)的信道衰落系數(shù)，表示疊加在第g個(gè)子塊符號的噪聲向量，其元素服從均值為0、方差為σ2的高斯分布。第g塊中第l個(gè)子載波的接收信號頻域表達(dá)式可以表示為：Yg,l＝Hg,lXg,l+Wg,lY1g,lY2g,l...YNrg,l=h1,1g,lh1,2g,l...h1,Ntg,lh2,1g,lh2,2g,l...h2,Ntg,l............hNr,1g,lhNr,2g,l...hNr,Ntg,lX1g,lX2g,l...XNrg,l+W1g,lW2g,l...WNrg,l]]>ML檢測雖然具有最優(yōu)的檢測性能，但需要遍歷所有的激活子載波組合和對應(yīng)的星座點(diǎn)符號空間，其復(fù)雜度隨激活子載波組合數(shù)、調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)呈指數(shù)增長，難以應(yīng)用于實(shí)際的通信系統(tǒng)中。為此，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的低復(fù)雜度的檢測算法，具體流程如圖2所示，其詳細(xì)步驟如下：步驟4-1：對每個(gè)子塊中每個(gè)子載波對應(yīng)的接收信號Yg,l作MMSE均衡，并進(jìn)行硬判決s^g,l=Q(((Hg,l)HHg,l+σ2I)-1(Hg,l)HYg,l)]]>其中g(shù)∈{1,2,…,G}，l∈{1,2,…,L}，Q為數(shù)字解調(diào)函數(shù)，I為Nt×Nt的單位矩陣。步驟4-2：遍歷所有的索引組合，根據(jù)索引組合中的索引位置取出對應(yīng)的硬判決符號，并得到發(fā)射符號向量。以Nt＝2,Nr＝2,L＝2,K＝1，BPSK調(diào)制為例，假設(shè)索引組合為I＝(2,1)，步驟4-1中硬判決得到的符號按照發(fā)射天線依次放置發(fā)射符號向量即為步驟4-3：對索引組合Ij對應(yīng)的發(fā)射符號向量乘上信道矩陣后，計(jì)算與接收符號向量Yg的歐氏距離，dj=||Yg-HIjgX‾Ijg||F2]]>其中為Ij對應(yīng)的Hg列集合信道矩陣，j∈{1,2,…,NC},為所有的組合數(shù)。步驟4-4：對歐式距離進(jìn)行排序，選取歐氏距離的最小值dk，k=argmin∀j∈{1,...,NC}dj]]>步驟4-5：引入門限值Vth，若dk≤Vth，則直接輸出否則最后進(jìn)行ML檢測，(I^,X^)=argmin∀I||Yg-HIgXIg||F2]]>步驟4-6：解調(diào)恢復(fù)原始比特信息。對經(jīng)檢測后得到的各個(gè)塊的激活子載波組合和對應(yīng)的發(fā)送符號分別進(jìn)行子載波索引解調(diào)和數(shù)字解調(diào)，恢復(fù)得到原始比特信息。當(dāng)前第1頁1 2 3