基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法，包括以下幾個步驟：步驟一：發(fā)送端根據(jù)當前信道狀態(tài)確定非均勻間距載波，通過查找拉馬努金和的頻點分布表確定載波位置，進而確定調(diào)制基；步驟二：發(fā)送端采用步驟一得到的調(diào)制基，進行逆拉馬努金傅里葉變換進行數(shù)據(jù)調(diào)制；步驟三：接收端使用拉馬努金傅里葉變換進行解調(diào)；本發(fā)明根據(jù)信道狀態(tài)信息進行載波間距的分配，各載波保持正交性，減小載波間干擾；各調(diào)制基可以實現(xiàn)不同載波的差異保護，也可以在發(fā)送端進行差異映射得到均等的數(shù)據(jù)保護；本發(fā)明實現(xiàn)復(fù)雜度低，在非均勻信道中可以獲得低于均勻分布的載波的傳輸誤比特率。
【專利說明】基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法，屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]多載波調(diào)制技術(shù)作為一種并行數(shù)據(jù)處理方式，可以有效地對抗多徑衰落，并提高無線帶限信道的數(shù)據(jù)傳輸速率。作為多載波調(diào)制主流的調(diào)制方法，傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)米用間距均勻的子載波進行調(diào)制。這種等間距的分割未考慮信道對不同載波衰減程度的不同。當某一信道的衰減較大時，子信道誤碼率的上升將影響整個系統(tǒng)的傳輸性能。
[0003]非均勻間距多載波調(diào)制的主要思想是利用信道狀態(tài)信息(Channel StateInformation, CSI)，通過選取不同的變換矩陣來調(diào)整子載波的間距，改變子載波在頻譜上的分布。以求在信道質(zhì)量好的頻段使用較多的子載波調(diào)制，信道質(zhì)量差的頻段使用較少的載波甚至不使用載波。這樣，使得調(diào)整間距后的子載波具有更好的信道響應(yīng)，提高接收信號的能量，進而改善接收端的信噪比。
[0004]對于高速移動通信系統(tǒng)，調(diào)制傳輸技術(shù)面臨兩個主要問題:1)大多徑時延擴展引起頻率選擇性衰落；2)大多普勒效應(yīng)(主要是多普勒擴展)帶來的時間選擇性衰落。OFDM均勻劃分子載波信道，取得未知信道的最優(yōu)誤比特率。倘若有信道狀態(tài)信息的輔助，采用非均勻多載波調(diào)制可以分配載波到衰減小的信道位置，接收端獲得更高的信道能力，提高接收端的信噪比。非均勻多載波的實現(xiàn)方式一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。采用基于拉馬努金和的非均勻的多載波調(diào)制方式，一方面采用非均勻間隔調(diào)制及拉馬努金和自身的頻率共振特性來對抗信道中的頻率衰落；另一方面由于傳輸信號具有類似OFDM的正交性而減小時間選擇性衰落所帶來的干擾。此外，基于拉馬努金和的非均勻的多載波調(diào)制方式可以方便的改變選取的調(diào)制基，進而改變傳輸載波的頻譜分布。而該項配置在軟件無線電的實現(xiàn)中只需改變一個參數(shù)即可，因此完全滿足4G通信系統(tǒng)對調(diào)制方式的簡單可重配置要求。關(guān)于多載波的專利主要有:
[0005]名稱為“向多載波調(diào)制通信系統(tǒng)中的多信道鏈路的流分配子帶的方法”、申請?zhí)枮?00680017456.2的中國專利申請?zhí)岢鲈诙噍d波調(diào)制通信系統(tǒng)中將多個子帶分配到多信道鏈路的多個流的方法。名稱為“多用戶OFDM系統(tǒng)中的隨機子載波分配方法”、專利號為200710160371.6的中國專利涉及多載波調(diào)制無線寬帶移動通信系統(tǒng)的自適應(yīng)信道分配方法。這兩個方案均是對傳統(tǒng)均勻載體間距的信道分配方法的實現(xiàn)。名稱為“多載波調(diào)制信號的脈沖噪聲降低的方法及其裝置”、專利號為200410079402.1的中國專利提出一種降低多載波調(diào)制(MCM)信號中噪聲的方法。名稱為“一種降低多載波系統(tǒng)中高峰均功率比的方法”、專利號為200710120181.1的中國專利關(guān)注多載波系統(tǒng)的峰均功率比問題。名稱為“多載波調(diào)制和解調(diào)方法和設(shè)備及執(zhí)行與之相關(guān)的回波相位偏移校正的方法和設(shè)備”、專利號為98814047.0的中國專利關(guān)注多載波系統(tǒng)的相位偏移問題。上述三個專利都是在傳統(tǒng)均勻載波間距的多載波調(diào)制方法的改進措施，并未改變核心的調(diào)制和載波間距分配算法。固定的均勻載波分布存在固有缺陷，當信道不平坦時，對應(yīng)衰落大的子信道的誤碼率上升，進而影響整個系統(tǒng)的性能。名稱為“具有非均勻載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法”、專利號為200910039059.0的中國專利提出具有非均勻載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法。該雖然實現(xiàn)了載波間距可以調(diào)制，但是計算復(fù)雜，而且失去了載波間的正交性，增加了載波間干擾的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法。本發(fā)明使用與存在反饋信道的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)的接收端可以將當前的信道狀態(tài)信息反饋給發(fā)送端，發(fā)送端再根據(jù)狀態(tài)進行調(diào)制基的調(diào)整。
[0007]一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法，包括以下幾個步驟:
[0008]步驟一:發(fā)送端根據(jù)當前信道狀態(tài)確定非均勻間距載波，通過查找拉馬努金和的頻點分布表確定載波位置，進而確定調(diào)制基；
[0009]具體包括:
[0010](1.1)將信道幅度響應(yīng)和頻率進行歸一化，去除歸一化后幅度響應(yīng)低于設(shè)定閾值的頻段；
[0011](1.2)根據(jù)拉馬努金和的頻點分布表，確定選取的調(diào)制基；拉馬努金和的頻點分布通過拉馬努金和的定義式得到；
[0012]步驟二:發(fā)送端采用步驟一得到的調(diào)制基，進行逆拉馬努金傅里葉變換進行數(shù)據(jù)調(diào)制；
[0013]具體包括:
[0014](2.1)根據(jù)調(diào)制基，構(gòu)建調(diào)制矩陣；
[0015]調(diào)制矩陣的構(gòu)造:調(diào)制矩陣的元素為拉馬努金和，每行為調(diào)制基的拉馬努金和序列，長度為個調(diào)制基的最小公倍數(shù)；
[0016](2.2)并行的發(fā)送數(shù)據(jù)與調(diào)制矩陣相乘，得到調(diào)制信號，發(fā)送到信道；
[0017]步驟三:接收端使用拉馬努金傅里葉變換進行解調(diào)；
[0018]具體包括:
[0019](3.1)構(gòu)建解調(diào)矩陣，先根據(jù)調(diào)制基求調(diào)制基的歐拉函數(shù)，將各歐拉函數(shù)值作為對角元素構(gòu)建對角陣，對角陣與調(diào)制矩陣的轉(zhuǎn)置相乘得到解調(diào)矩陣；
[0020](3.2)將接收數(shù)據(jù)由串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并行行數(shù)為調(diào)制基的最小公倍數(shù)，每行接收數(shù)據(jù)與解調(diào)矩陣相乘，再除以調(diào)制基的最小公倍數(shù)得到解調(diào)數(shù)據(jù)，各列解調(diào)數(shù)據(jù)為接收端對發(fā)送端并行發(fā)送的信元數(shù)據(jù)的恢復(fù)。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0022]( I)本發(fā)明根據(jù)信道狀態(tài)信息進行載波間距的分配，各載波保持正交性，減小載波間干擾；
[0023](2)本發(fā)明各調(diào)制基可以實現(xiàn)不同載波的差異保護，也可以在發(fā)送端進行差異映射得到均等的數(shù)據(jù)保護；
[0024]( 3 )本發(fā)明實現(xiàn)復(fù)雜度低；
[0025](4)本發(fā)明在非均勻信道中可以獲得低于均勻分布的載波的傳輸誤比特率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明實施方式中的信道幅頻響應(yīng)與載波頻譜對比圖；
[0027]圖2是本發(fā)明實施方式中的差異保護誤比特率圖；
[0028]圖3是本發(fā)明實施方式中與OFDM對比的誤比特率曲線仿真圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0031]本發(fā)明是一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法，流程如圖4所示，包括以下幾個步驟:
[0032]步驟一:發(fā)送端根據(jù)當前信道狀態(tài)確定非均勻間距載波，選取的載波位置，可以通過查找拉馬努金和的頻點分布表來確定，進而確定調(diào)制基。
[0033]具體包括:
[0034](1.1)將信道幅度響應(yīng)和頻率進行歸一化，去除歸一化后幅度響應(yīng)低于設(shè)定閾值的頻段。
[0035](1.2)根據(jù)拉馬努金和的頻點分布表，確定選取的調(diào)制基；
[0036]拉馬努金和的頻點分布通過拉馬努金和的定義式得到。
[0037]步驟二:發(fā)送端采用步驟一得到的調(diào)制基，進行逆拉馬努金傅里葉變換進行數(shù)據(jù)調(diào)制。
[0038]具體包括:
[0039](2.1)根據(jù)調(diào)制基，構(gòu)建調(diào)制矩陣。
[0040]調(diào)制矩陣的構(gòu)造:調(diào)制矩陣的元素為拉馬努金和，每行為調(diào)制基的拉馬努金和序列，長度為個調(diào)制基的最小公倍數(shù)。
[0041](2.2)并行的發(fā)送數(shù)據(jù)與調(diào)制矩陣相乘，得到調(diào)制信號，發(fā)送到信道。
[0042]步驟三:接收端使用拉馬努金傅里葉變換進行解調(diào)。
[0043]具體包括:
[0044](3.1)構(gòu)建解調(diào)矩陣，先根據(jù)調(diào)制基求調(diào)制基的歐拉函數(shù)，將各歐拉函數(shù)值作為對角元素構(gòu)建對角陣，對角陣與調(diào)制矩陣的轉(zhuǎn)置相乘得到解調(diào)矩陣。
[0045](3.2)將接收數(shù)據(jù)由串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并行行數(shù)為調(diào)制基的最小公倍數(shù)，每行接收數(shù)據(jù)與解調(diào)矩陣相乘，再除以調(diào)制基的最小公倍數(shù)得到解調(diào)數(shù)據(jù)，各列解調(diào)數(shù)據(jù)為接收端對發(fā)送端并行發(fā)送的信元數(shù)據(jù)的恢復(fù)；
[0046]實施例:
[0047]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步說明。本發(fā)明根據(jù)信道響應(yīng)確定載波間距，以避開信道中噪聲過大的頻帶。如附圖1，淺色為信道噪聲分布，深色為歸一化后的載波頻譜。[0048]步驟一:發(fā)送端根據(jù)當前信道狀態(tài)確定非均勻間距載波，選取的載波位置，可以通過查找拉馬努金和的頻點分布表來確定，進而確定調(diào)制基。
[0049]具體包括:
[0050](1.1)將信道幅度響應(yīng)和頻率進行歸一化，去除歸一化后幅度響應(yīng)低于設(shè)定閾值的頻段。
[0051](1.2)根據(jù)拉馬努金和的頻點分布表，確定選取的調(diào)制基；
[0052]對均勻間距載波間隔由調(diào)制基的頻點分布決定，調(diào)制基的頻點分布見表1。采用4路并行數(shù)據(jù)傳輸方式。根據(jù)信道的幅頻響應(yīng)，選取距歸一化頻點η大于η/4的頻點，故選取調(diào)制基的序號為1，3，4，6。相應(yīng)的頻點位置為[0，± Ji /3，± /2，±2 /3]。 [0053]表1拉馬努金和的頻點分析
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法，包括以下幾個步驟: 步驟一:發(fā)送端根據(jù)當前信道狀態(tài)確定非均勻間距載波，通過查找拉馬努金和的頻點分布表確定載波位置,進而確定調(diào)制基； 具體包括: (1.1)將信道幅度響應(yīng)和頻率進行歸一化，去除歸一化后幅度響應(yīng)低于設(shè)定閾值的頻段； (1.2)根據(jù)拉馬努金和的頻點分布表，確定選取的調(diào)制基；拉馬努金和的頻點分布通過拉馬努金和的定義式得到； 步驟二:發(fā)送端采用步驟一得到的調(diào)制基，進行逆拉馬努金傅里葉變換進行數(shù)據(jù)調(diào)制； 具體包括: (2.1)根據(jù)調(diào)制基，構(gòu)建調(diào)制矩陣； 調(diào)制矩陣的構(gòu)造:調(diào)制矩陣的元素為拉馬努金和，每行為調(diào)制基的拉馬努金和序列，長度為個調(diào)制基的最小公倍數(shù)； (2.2)并行的發(fā)送數(shù)據(jù)與調(diào)制矩陣相乘，得到調(diào)制信號，發(fā)送到信道； 步驟三:接收端使用拉馬努金傅里葉變換進行解調(diào)； 具體包括: (3.1)構(gòu)建解調(diào)矩陣，先根據(jù)調(diào)制基求調(diào)制基的歐拉函數(shù)，將各歐拉函數(shù)值作為對角元素構(gòu)建對角陣，對角陣與調(diào)制矩陣的轉(zhuǎn)置相乘得到解調(diào)矩陣； (3.2)將接收數(shù)據(jù)由串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并行行數(shù)為調(diào)制基的最小公倍數(shù)，每行接收數(shù)據(jù)與解調(diào)矩陣相乘，再除以調(diào)制基的最小公倍數(shù)得到解調(diào)數(shù)據(jù)，各列解調(diào)數(shù)據(jù)為接收端對發(fā)送端并行發(fā)送的信元數(shù)據(jù)的恢復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法，步驟二具體為: (2.1)根據(jù)調(diào)制基，構(gòu)建調(diào)制矩陣； 調(diào)制矩陣Rs的元素為拉馬努金和，拉馬努金和的定義為單位圓上的q階原根的η次冪的和，表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉馬努金和的正交非均勻多載波間距的多載波調(diào)制解調(diào)方法，步驟三中具體為: (3.1)構(gòu)建解調(diào)矩陣，先根據(jù)調(diào)制基求調(diào)制基的歐拉函數(shù)，將各歐拉函數(shù)值作為對角元素構(gòu)建對角陣，對角陣與調(diào)制矩陣的轉(zhuǎn)置相乘得到解調(diào)矩陣Rd:
【文檔編號】H04L27/26GK103647740SQ201310606989
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】王祖林, 周麗娜, 黃勤 申請人:北京航空航天大學(xué)