本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及子載波索引調(diào)制正交頻分復(fù)用(subcarrierindexmodulationorthogonalfrequencydivisionmultiplexing，sim-ofdm)系統(tǒng)中基于導(dǎo)頻圖案調(diào)制的通信方法。

背景技術(shù)：

ofdm系統(tǒng)作為一種多載波調(diào)制方式，把高速的數(shù)據(jù)流通過串/并變換，轉(zhuǎn)換成若干并行的低速數(shù)據(jù)流，映射到ofdm符號的不同子載波進(jìn)行傳輸。由于ofdm的調(diào)制與解調(diào)可以用fft和ifft實(shí)現(xiàn)，使得ofdm作為關(guān)鍵的技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于b3g/4g演進(jìn)的過程中。

但是ofdm系統(tǒng)在較高地提升系統(tǒng)性能的同時，也存在幾個重要的缺陷，比如對頻率偏移和相位噪聲的影響非常敏感，在存在頻率偏移和相位噪聲的情況下性能極度惡化；峰均比(papr)較高，降低射頻放大器的功率效率；并且為了消除碼間串?dāng)_(isi)而引入的循環(huán)前綴(cp)使得頻譜利用率降低不少。

近來，一種新的多載波通信方式——基于子載波索引調(diào)制(subcarrierindexmodulation,sim)的ofdm系統(tǒng)被提出。對于sim-ofdm系統(tǒng)而言，除了增加了sim調(diào)制模塊以外，其他的步驟和傳統(tǒng)的ofdm系統(tǒng)并沒有任何差異。其中，最核心的sim調(diào)制模塊采用了子載波分塊的思想。首先將整個多載波連續(xù)地分成大小相同的多個子塊，每個子塊中通過索引比特來選擇其中若干個子載波(稱之為激活子載波)來發(fā)送數(shù)據(jù)，而其余的子載波不發(fā)送數(shù)據(jù)(稱之為靜默子載波)。由于索引比特本身并不發(fā)送，而是隱含在激活子載波的位置信息中的，所以索引比特并不占用頻譜資源。在接收端，通過激活子載波的位置就可以獲得索引比特的信息。

相對于傳統(tǒng)ofdm系統(tǒng)，sim-ofdm系統(tǒng)對抗子載波間干擾性能更好、誤碼率更低，通過選擇不同的功率分配策略還可以節(jié)約發(fā)射機(jī)能量。缺點(diǎn)是由于采用了分塊的方式，sim-ofdm系統(tǒng)無法像ofdm系統(tǒng)中一樣，簡單地在固定的位置上插入導(dǎo)頻以完成信道估計(jì)。sim-ofdm系統(tǒng)中，若在每個塊中的固定位置插入導(dǎo)頻，又會產(chǎn)生浪費(fèi)頻譜資源的問題，并且不合時宜的導(dǎo)頻種類與插入方式甚至?xí)?dǎo)致更大的系統(tǒng)峰均比，進(jìn)而降低系統(tǒng)的性能，失掉其本身的優(yōu)勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有基于導(dǎo)頻的sim-ofdm通信方法技術(shù)問題，提出了一種導(dǎo)頻圖案調(diào)制的多載波系統(tǒng)通信方法，利用zc(zadoff-chu)序列導(dǎo)頻的特性，既降低了系統(tǒng)發(fā)射端的papr，保留了sim-ofdm系統(tǒng)本身的優(yōu)勢，又可以利用zc序列導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于導(dǎo)頻圖案調(diào)制的sim-ofdm系統(tǒng)通信方法，設(shè)定所述的sim-ofdm系統(tǒng)中，子載波總個數(shù)為n，每個子塊的子載波個數(shù)為n，則總共有g(shù)＝n/n個子塊，且每個子塊中隨機(jī)選擇其中k個子載波發(fā)送數(shù)據(jù)；根據(jù)sim-ofdm系統(tǒng)信息比特流和索引比特流的產(chǎn)生機(jī)制有：一幀sim-ofdm符號傳輸?shù)男畔⒈忍財(cái)?shù)為g·k·log2(m)，索引比特?cái)?shù)為則有總比特?cái)?shù)為其特征在于，所述的通信方法，包括：

發(fā)射端：

s1、設(shè)置zc序列導(dǎo)頻信號為：

p＝[p0,p1…pi,…,pn-1]

其中，pi＝exp(j*2*π*(i+1)²/(2*n))，j表示虛數(shù)單位，i表示導(dǎo)頻所在位置；

s2、載波索引調(diào)制：

對于每個子塊，sim模塊先提取對應(yīng)的索引比特和調(diào)制比特，然后調(diào)制比特經(jīng)過m-qam調(diào)制得到要發(fā)送的星座點(diǎn)符號，最后根據(jù)索引比特來激活該塊內(nèi)k個子載波來發(fā)送星座點(diǎn)符號，剩下的n-k個子載波不發(fā)數(shù)據(jù)，最后得到頻域信號x；

s3、插入導(dǎo)頻并功率歸一化，如圖2所示：

在步驟s2中的n-k個靜默子載波位置上加入zc序列導(dǎo)頻對應(yīng)位置上的導(dǎo)頻pi，同時設(shè)置數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)頻信號的功率比α，得到功率歸一化后信號集合其中αs、αp為功率分配后的比率，是靜默子載波位置上對應(yīng)zc序列導(dǎo)頻經(jīng)過功率分配后的導(dǎo)頻集合；

s4、將步驟s3中獲得的頻域信號集合經(jīng)ifft變換得到時域信號αsx+αpp并發(fā)送；

接收端：

s5、第一次導(dǎo)頻位置判斷：

頻域接收信號y采用與發(fā)送端相同的方式進(jìn)行分塊，得到g＝n/n個子塊，每個子塊中含有n個子載波；分塊之后，對每個塊進(jìn)行能量檢測，認(rèn)為每個子塊中能量最低的n-k個子載波位置上放置的是經(jīng)過信道之后的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)這些位置的集合為導(dǎo)頻位置集合l1；由導(dǎo)頻位置集合l1可獲得導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號yp1；

s6、初始信道估計(jì)：

由頻域接收信號yp1、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻位置集合l1進(jìn)行信道估計(jì)得到信道估計(jì)值信道估計(jì)方法包括線性最小二乘估計(jì)和線性最小均方誤差估計(jì)；

s7、第二次導(dǎo)頻位置判斷：

利用步驟s6得到的信道估計(jì)值對頻域接收信號y進(jìn)行均衡處理得到均衡信號同樣，對均衡信號采用與發(fā)送端相同的方式進(jìn)行分塊，得到g＝n/n個子塊，每個塊中含有n個子載波；

分塊之后，對每個子塊進(jìn)行檢測，檢測方法為：每個子塊中n個子載波上的均衡信號的數(shù)據(jù)與當(dāng)前塊對應(yīng)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行歐式距離dj的比較：

其中，i表示第i個塊，j表示第i個塊中的第j個子載波，認(rèn)為歐式距離dj最小的n-k個子載波位置上放置的均衡信號的數(shù)據(jù)是經(jīng)過信道之后的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)這些位置的集合為導(dǎo)頻位置集合l2，由導(dǎo)頻位置集合l2可獲得導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號yp2；

s8、更新信道估計(jì)：

由頻域接收信號yp2、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)和步驟s7得到的導(dǎo)頻位置集合l2進(jìn)行信道估計(jì)，得到更新后的信道估計(jì)值

本發(fā)明的有益效果為：針對現(xiàn)有基于sim-ofdm通信方法的導(dǎo)頻設(shè)置問題，提出了一種簡單的導(dǎo)頻使用與放置方法，通過發(fā)送端在靜默子載波上插入已設(shè)置對應(yīng)zc序列導(dǎo)頻位置上導(dǎo)頻集合，在接收端通過特殊的檢測方法將導(dǎo)頻所在的位置檢測出來，并結(jié)合接收信號以及導(dǎo)頻序列完成信道估計(jì)，該方法的優(yōu)勢在于既保留了sim-ofdm系統(tǒng)本身的優(yōu)勢，又可以利用任意功率比的zc序列導(dǎo)頻降低papr，同時進(jìn)行信道估計(jì)，并且保證最終的ber性能。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的sim-ofdm系統(tǒng)框圖；

圖2是本發(fā)明中提出的zc序列導(dǎo)頻放置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例

下面以(n,k)＝(2,1)，總的子載波個數(shù)n＝1024，循環(huán)前綴cp＝64，調(diào)制符號采用qpsk(4-qam)，采用zf均衡、lmmse信道估計(jì)為例：

發(fā)射端：

步驟1-1：確定要選擇的系統(tǒng)的參數(shù)，即確定子載波個數(shù)n＝1024，每個子塊的子載波個數(shù)n＝2，子塊中激活多少子載波個數(shù)k＝1，分成的子塊數(shù)g＝n/n＝512，調(diào)制階數(shù)m＝4。然后根據(jù)公式計(jì)算出一幀的比特?cái)?shù)量。對于其中任意一個子塊而言索引比特長度為：表示向下取整，則對于一幀的索引ofdm系統(tǒng)而言一共有m1＝p1g＝512位索引比特；對激活的子載波發(fā)送4-qam調(diào)制符號，對于(n,k)＝(2,1)的系統(tǒng)而言，可以發(fā)送一幀的調(diào)制比特個數(shù)為：m2＝gp2＝gklog2m＝1024，則一幀總的比特?cái)?shù)m＝m1+m2＝1536。將此幀數(shù)據(jù)分成兩組，一組為索引比特，用于選擇子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，一組為調(diào)制比特，用于調(diào)制到被激活中的子載波中發(fā)送出去。

步驟1-2：設(shè)置zc序列導(dǎo)頻信號：p＝[p0,p1…pi,…,pn-1]，其中pi＝exp(j*2*π*(i+1)²/(2*n))，j表示虛數(shù)單位，i表示導(dǎo)頻所在位置。

步驟2-1：載波索引(sim)調(diào)制。具體調(diào)制準(zhǔn)則為：將n個子載波分成g＝n/n個子塊，每個子塊含有n個子載波。對于每個子塊而言，sim模塊先提取對應(yīng)的索引比特和調(diào)制比特，然后調(diào)制比特經(jīng)過m-qam調(diào)制得到要發(fā)送的星座點(diǎn)符號，最后根據(jù)索引比特來激活該塊內(nèi)k個子載波來發(fā)送星座點(diǎn)符號，剩下的n-k個子載波不發(fā)數(shù)據(jù)。最后得到頻域信號x。

步驟2-2：插入導(dǎo)頻并功率歸一化。步驟2-1中的n-k個靜默子載波位置上加入zc序列導(dǎo)頻對應(yīng)位置上的導(dǎo)頻pi，同時設(shè)置數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)頻信號的功率比α，得到功率歸一化后信號集合其中αs、αp為功率分配后的比率，是靜默子載波位置上對應(yīng)zc序列導(dǎo)頻經(jīng)過功率分配后的導(dǎo)頻集合。詳見附圖2。

步驟2-3：將頻域信號經(jīng)ifft變換得到時域信號αsx+αpp并發(fā)送。

接收端：

步驟3-1：第一次導(dǎo)頻位置判斷。頻域接收信號y采用與發(fā)送端相同的方式進(jìn)行分塊，得到g＝512個子塊，每個塊中含有n＝2個子載波。分塊之后，對每個塊逐一進(jìn)行能量檢測ej＝|yi,j|，其中i表示第i個塊，j表示第i個塊中的第j個子載波，認(rèn)為每個塊中能量最低的n-k＝1個子載波位置上放置的數(shù)據(jù)(頻域接收信號y的數(shù)據(jù))是經(jīng)過信道之后的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)這些位置的集合記為導(dǎo)頻位置集合l1。由l1可獲得導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號yp1。

步驟3-2：初始信道估計(jì)。由頻域接收信號yp1、低能量的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻位置集合l1進(jìn)行l(wèi)mmse信道估計(jì)得到信道估計(jì)值

步驟3-3：第二次導(dǎo)頻位置判斷。利用步驟3-2得到的信道估計(jì)值對頻域接收信號y進(jìn)行zf均衡得到均衡信號同樣，對均衡信號采用與發(fā)送端相同的方式進(jìn)行分塊，得到g＝512個子塊，每個子塊中含有n＝2個子載波。分塊之后，對每個子塊逐一進(jìn)行檢測。檢測方法為：每個塊中n個子載波上的數(shù)據(jù)與該塊對應(yīng)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行歐式距離dj的比較：j＝1,2,i＝1,2,...,512，其中i表示第i個塊，j表示第i個塊中的第j個子載波，認(rèn)為歐式距離dj最小的n-k＝1個子載波位置上放置的數(shù)據(jù)(均衡信號的數(shù)據(jù))是經(jīng)過信道之后的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)這些位置的集合記為導(dǎo)頻位置集合l2。由l2可獲得導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號yp2。

步驟3-4：更新信道估計(jì)。由導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號yp2、低能量的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)和步驟3-3得到的導(dǎo)頻位置集合l2進(jìn)行l(wèi)mmse信道估計(jì)，得到更新后的信道估計(jì)值

若此時，認(rèn)為2次導(dǎo)頻位置判斷不能滿足系統(tǒng)預(yù)設(shè)的性能要求，即若導(dǎo)頻位置集合l2的精確度小于預(yù)設(shè)閾值，則重復(fù)執(zhí)行步驟2-2和2-3，直到當(dāng)前導(dǎo)頻位置集合l2的精確度小于預(yù)設(shè)閾值大于或等于預(yù)設(shè)閾值。

基于本發(fā)明最終得到的信道估計(jì)值可得到對頻域接收信號y的解調(diào)數(shù)據(jù)，下面以ml檢測簡述其解調(diào)過程：

一個塊內(nèi)的ml檢測空間(標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)向量)：

頻域接收信號y和信道估計(jì)值采用與發(fā)送端相同的方式進(jìn)行分塊，得到g＝512個子塊，每個塊中含有n＝2個子載波。對每個子塊進(jìn)行ml檢測，計(jì)算每個子塊向量yi與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)向量d和信道塊向量乘積整體的歐式距離，其中i表示第i個子塊向量。標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)向量d包含n＝2個數(shù)據(jù)，由經(jīng)過能量分配后的k＝1個調(diào)制符號和n-k＝1個導(dǎo)頻符號組成，可能的組合如上表所示(表中符號j表示虛數(shù)單位。)。每種組合與特定的索引比特向量i和調(diào)制符號向量q對應(yīng)，用diq表示。根據(jù)公式選取歐氏距離最小的一組為發(fā)送符號組，從而找到索引比特向量i和調(diào)制符號向量q，對調(diào)制符號向量q進(jìn)行調(diào)制符號解映射得到調(diào)制比特。

本發(fā)明提出了一種導(dǎo)頻圖案調(diào)制的多載波系統(tǒng)傳輸裝置，該裝置的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：針對現(xiàn)有基于sim-ofdm通信方法的導(dǎo)頻設(shè)置問題，提出了一種簡單的導(dǎo)頻使用與放置方法。該方法的優(yōu)勢在于既保留了sim-ofdm系統(tǒng)本身的優(yōu)勢，又可以利用任意功率比的zc序列導(dǎo)頻降低papr，同時進(jìn)行信道估計(jì)，并且保證最終的ber性能。