本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)，特別是涉及一種多用戶子載波索引調(diào)制正交頻分復(fù)用傳輸方法。

背景技術(shù)：

空間調(diào)制(SM)作為傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制方式的擴(kuò)展是一種單載波傳輸方式，只需要一條射頻鏈路，所有發(fā)射天線在任意時(shí)刻只有一根天線被激活發(fā)送調(diào)制信息，利用激活天線的空間位置來(lái)傳遞部分信息，能夠在保證系統(tǒng)頻帶利用率的同時(shí)提高能量效率。

OFDM技術(shù)作為一種多載波傳輸方式具有很高的頻譜效率，但缺點(diǎn)是峰值平均功率(PAPR)比較高。將SM的思想擴(kuò)展到頻域，基于SIM的單用戶OFDM系統(tǒng)被提出以降低PAPR和能量消耗，在該技術(shù)中，信息比特被分為兩個(gè)部分，一部分為索引比特，用以選擇若干子載波進(jìn)行激活，另一部分調(diào)制比特被調(diào)制到激活子載波上。

現(xiàn)有的單用戶SIM-OFDM與傳統(tǒng)的OFDM相比，雖然降低了PAPR、提高了能量效率、有助于對(duì)抗子載波間干擾等優(yōu)點(diǎn)，但根據(jù)SIM-OFDM原理：在發(fā)射端將所K個(gè)子載波邏輯均等分為G個(gè)子塊，每個(gè)子塊包含n個(gè)子載波，激活其中k個(gè)子載波傳輸M階調(diào)制符號(hào)，頻譜效率為一般情況下小于傳統(tǒng)OFDM的頻譜效率η＝log₂M，造成了頻譜浪費(fèi)；而且在單用戶SIM-OFDM系統(tǒng)的接收端，多采用復(fù)雜度較高的最大似然檢測(cè)算法或誤比特性能不理想的最小均方誤差(MMSE)檢測(cè)算法。所以需要一種SIM-OFDM數(shù)據(jù)傳輸方法，在保證不降低OFDM系統(tǒng)的頻譜效率情況下，實(shí)現(xiàn)PAPR的降低和能量效率的提高，并應(yīng)用到多用戶系統(tǒng)中，同時(shí)在接收端設(shè)計(jì)一種非理想信道狀態(tài)信息下低誤比特性能的多用戶檢測(cè)算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的一種多用戶子載波索引調(diào)制正交頻分復(fù)用傳輸方法。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的多用戶子載波索引調(diào)制正交頻分復(fù)用傳輸方法，包括以下步驟：

S1：子載波邏輯分塊：將K個(gè)子載波根據(jù)QAM調(diào)制階數(shù)M邏輯分成G＝K/M個(gè)子塊，每個(gè)子塊中含有M個(gè)子載波，并設(shè)定每個(gè)子塊中只有一個(gè)子載波靜默，其余子載波激活；

S2：用戶信息比特分組：用戶u的l位輸入比特經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后為序列b^u，將b^u分成G組信息比特U為總用戶數(shù)，為第g組信息比特；

S3：子載波索引調(diào)制預(yù)處理：將每組信息比特分成兩個(gè)部分：前l(fā)_s＝log₂M位比特用作SIM的索引比特，用以選擇每個(gè)子塊中一個(gè)子載波使其靜默；后l_m＝(M-1)log₂M位比特作為數(shù)字調(diào)制比特，用于調(diào)制剩余的(M-1)個(gè)激活子載波；

S4：子載波索引調(diào)制：根據(jù)索引比特選擇當(dāng)前子載波塊中的一個(gè)子載波不進(jìn)行數(shù)據(jù)符號(hào)傳輸，即置為數(shù)據(jù)0；根據(jù)數(shù)字調(diào)制比特，依次進(jìn)行M-QAM調(diào)制得到(M-1)個(gè)QAM符號(hào)，為用戶u子塊g的傳輸信號(hào)，其中k_s為靜默的子載波的索引號(hào)，所有子塊依次排列組成用戶u的發(fā)送符號(hào)向量得到為所有用戶的頻域發(fā)送符號(hào)向量；

S5：OFDM調(diào)制：每個(gè)用戶的發(fā)送符號(hào)向量經(jīng)過(guò)相同的OFDM調(diào)制，首先經(jīng)過(guò)IFFT得到然后并串轉(zhuǎn)換、加循環(huán)前綴得到SIM-OFDM符號(hào)；

S6：過(guò)信道：所有用戶的發(fā)射天線同時(shí)發(fā)射各自的SIM-OFDM符號(hào)，經(jīng)過(guò)頻率選擇性多徑瑞利衰落信道和高斯信道后到達(dá)接收端，第n_r根接收天線的接收信號(hào)為其中為L(zhǎng)抽頭的信道響應(yīng)，且加性噪聲為第n_r根接收天線接收到的用戶u經(jīng)過(guò)信道的信號(hào)，p_s為發(fā)射功率，s^u為用戶u的時(shí)域數(shù)據(jù)，σ²為高斯噪聲的方差，I_K為K階單位矩陣；

S7：信道估計(jì)：基于最小二乘估計(jì)，設(shè)信噪比為SNR_CE＝10lg(Up_t/σ²)，估計(jì)誤差為E，則信道矩陣H被估計(jì)為p_t為用于信道估計(jì)的訓(xùn)練序列的發(fā)射功率；

S8：接收端預(yù)處理：接收端將接收的時(shí)域信號(hào)經(jīng)過(guò)去循環(huán)前綴、串并轉(zhuǎn)換以及FFT變換得到頻域信號(hào)W為加性高斯噪聲，Y展開(kāi)為其中為用戶u到第n_r根接收天線的信道增益矩陣，為第n_r根接收天線的噪聲，且干擾與噪聲之和N服從分布，

S9：GAMP迭代檢測(cè)：對(duì)X進(jìn)行迭代檢測(cè)，得到X的檢測(cè)值；

S10：比特恢復(fù)：首先對(duì)X的檢測(cè)值進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換和分組處理，得到為檢測(cè)出的用戶子塊g的傳輸信號(hào)，然后根據(jù)SIM準(zhǔn)則逆映射判斷每個(gè)子塊中靜默子載波的索引，接著解調(diào)剩下的(M-1)個(gè)激活子載波上承載的數(shù)字符號(hào)，恢復(fù)出信息比特流。

進(jìn)一步，所述步驟S9包括以下步驟：

S9.1：初始化：迭代次數(shù)t＝0，待檢測(cè)信號(hào)X中的元素x_i的均值為元素x_i的方差為令對(duì)偶變量

S9.2：進(jìn)行迭代：

計(jì)算

對(duì)于每個(gè)j∈[N_rK]，計(jì)算τ^p(t)為的方差，其中，為中序號(hào)為(j,i)的元素，y_j為Y中第j個(gè)元素；

然后計(jì)算

對(duì)于每個(gè)i∈[UK]，計(jì)算τ^r(t)為的方差；

更新x_i的均值和方差：

其中為M-QAM星座符號(hào)，概率歸一化因子為復(fù)高斯函數(shù)為

S9.3：終止判斷，若滿足條件tol為迭代終止誤差限，則迭代終止，輸出作為X的檢測(cè)值，否則返回到步驟S9.2執(zhí)行下一次迭代。

進(jìn)一步，所述步驟S10中，對(duì)X的檢測(cè)值進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換和分組處理后得到了多組符號(hào)，其中第g組符號(hào)

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

(1)本發(fā)明提供了比現(xiàn)有SIM-OFDM系統(tǒng)更高的頻譜效率，而且降低了OFDM系統(tǒng)的PAPR，提高了能量效率，并且不損失誤比特性能；

(2)本發(fā)明針對(duì)多用戶SIM-OFDM技術(shù)在非理想信道狀態(tài)信息下的GAMP檢測(cè)器，其BER性能優(yōu)于MMSE檢測(cè)，復(fù)雜度低于最大似然檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式的方法示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式在非理想信道狀態(tài)信息下的GAMP檢測(cè)與MMSE檢測(cè)的BER性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

本具體實(shí)施方式公開(kāi)了一種多用戶子載波索引調(diào)制正交頻分復(fù)用傳輸方法，如圖1所示，包括以下步驟：

S1：子載波邏輯分塊：將K個(gè)子載波根據(jù)QAM調(diào)制階數(shù)M邏輯分成G＝K/M個(gè)子塊，每個(gè)子塊中含有M個(gè)子載波，并設(shè)定每個(gè)子塊中只有一個(gè)子載波靜默，其余子載波激活。

S2：用戶信息比特分組：用戶u的l位輸入比特經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后為序列b^u，將b^u分成G組信息比特U為總用戶數(shù)，為第g組信息比特。

S3：子載波索引調(diào)制預(yù)處理：將每組信息比特分成兩個(gè)部分：前l(fā)_s＝log₂M位比特用作SIM的索引比特，用以選擇每個(gè)子塊中一個(gè)子載波使其靜默；后l_m＝(M-1)log₂M位比特作為數(shù)字調(diào)制比特，用于調(diào)制剩余的(M-1)個(gè)激活子載波。

S4：子載波索引調(diào)制：根據(jù)索引比特選擇當(dāng)前子載波塊中的一個(gè)子載波不進(jìn)行數(shù)據(jù)符號(hào)傳輸，即置為數(shù)據(jù)0；根據(jù)數(shù)字調(diào)制比特，依次進(jìn)行M-QAM調(diào)制得到個(gè)QAM符號(hào)，為用戶u子塊g的傳輸信號(hào)，其中k_s為靜默的子載波的索引號(hào)，所有子塊依次排列組成用戶u的發(fā)送符號(hào)向量得到為所有用戶的頻域發(fā)送符號(hào)向量。

S5：OFDM調(diào)制：每個(gè)用戶的發(fā)送符號(hào)向量經(jīng)過(guò)相同的OFDM調(diào)制，首先經(jīng)過(guò)IFFT得到然后并串轉(zhuǎn)換并加循環(huán)前綴得到SIM-OFDM符號(hào)。

S6：過(guò)信道：所有用戶的發(fā)射天線同時(shí)發(fā)射各自的SIM-OFDM符號(hào)，經(jīng)過(guò)頻率選擇性多徑瑞利衰落信道和高斯信道后到達(dá)接收端，第n_r根接收天線的接收信號(hào)為其中為L(zhǎng)抽頭的信道響應(yīng)，且加性噪聲為第n_r根接收天線接收到的用戶u經(jīng)過(guò)信道的信號(hào)，p_s為發(fā)射功率，s^u為用戶u的時(shí)域數(shù)據(jù)，σ²為高斯噪聲的方差，I_K為K階單位矩陣。

S7：信道估計(jì)：基于最小二乘估計(jì)，設(shè)信噪比為SNR_CE＝10lg(Up_t/σ²)，估計(jì)誤差為E，則信道矩陣H被估計(jì)為p_t為用于信道估計(jì)的訓(xùn)練序列的發(fā)射功率。

S8：接收端預(yù)處理：接收端將接收的時(shí)域信號(hào)經(jīng)過(guò)去循環(huán)前綴、串并轉(zhuǎn)換以及FFT變換得到頻域信號(hào)W為加性高斯噪聲，Y展開(kāi)為其中為用戶u到第n_r根接收天線的信道增益矩陣，為第n_r根接收天線的噪聲，且干擾與噪聲之和N服從分布，

S9：GAMP迭代檢測(cè)：對(duì)X進(jìn)行迭代檢測(cè)，得到X的檢測(cè)值；迭代檢測(cè)過(guò)程如下：

S9.1：初始化：迭代次數(shù)t＝0，待檢測(cè)信號(hào)X中的元素x_i的均值為元素x_i的方差為令對(duì)偶變量

S9.2：進(jìn)行迭代：

計(jì)算

對(duì)于每個(gè)j∈[N_rK]，計(jì)算τ^p(t)為的方差，其中，為中序號(hào)為(j,i)的元素，y_j為Y中第j個(gè)元素；

然后計(jì)算

對(duì)于每個(gè)i∈[UK]，計(jì)算τ^r(t)為的方差；

更新x_i的均值和方差：

其中為M-QAM星座符號(hào)，概率歸一化因子為復(fù)高斯函數(shù)為

S9.3：終止判斷，若滿足條件tol為迭代終止誤差限，則迭代終止，輸出作為X的檢測(cè)值，否則返回到步驟S9.2執(zhí)行下一次迭代。

S10：比特恢復(fù)：首先對(duì)X的檢測(cè)值進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換和分組處理，得到為檢測(cè)出的用戶子塊g的傳輸信號(hào)，然后根據(jù)SIM準(zhǔn)則逆映射判斷每個(gè)子塊中靜默子載波的索引，接著解調(diào)剩下的(M-1)個(gè)激活子載波上承載的數(shù)字符號(hào)，恢復(fù)出信息比特流。

本具體實(shí)施方式中，子載波總數(shù)K＝128，信道抽頭數(shù)＝4，接收天線數(shù)＝32，數(shù)字調(diào)制方式為BPSK，在用戶數(shù)為U＝4和8時(shí)，圖2對(duì)比本具體實(shí)施方式中針對(duì)多用戶SIM-OFDM技術(shù)在非理想信道狀態(tài)信息下的GAMP檢測(cè)和傳統(tǒng)的MMSE檢測(cè)的BER性能，從圖中可以看出，在誤比特率為10^-3時(shí)，本具體實(shí)施方式所提出的多用戶SIM-OFDM技術(shù)在非理想信道狀態(tài)信息下的GAMP檢測(cè)相比于MMSE檢測(cè)可以取得大約1dB的信噪比增益。