CN109617848A - 一种多载波波形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种多载波波形设计方法。为了在频谱效率与PAPR取得更好的平衡，本发明提出一种多载波波形设计方案，用户在部分激活子载波上叠加多个星座点符号，同时通多多次索引增加索引比特，在相同频谱效率时，本发明只需要激活极少数目的系统子载波，取得接近单载波信号的低PAPR/CM值的传输波形。

Description

一种多载波波形设计方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种多载波波形设计方法，更具体的说是涉及一种类单载波的极低峰均比多载波波形设计方法。

背景技术

以OFDM为代表的多载波传输技术具有配置灵活、操作简单的优点，是现代无线通信的主流空口技术之一。但多载波波形容易引起峰均功率比比较大的问题。也就是说它在某些时刻的值比较大，这会让接收端的功率放大器进入到非线性状态，会导致OFDM信号非线性失真，产生谐波，造成较明显的带外频谱扩展干扰以及带内信号弥散，最后导致整个系统性能下降。在诸如物联网、Iot等低功耗终端通信中，多载波带来的系统损失更为严重。

基于子载波索引调制(Subcarrier Index Modulation,SIM)的OFDM技术在传统OFDM的基础上加入了一个调制域，可以大大降低激活子载波数量，改善信号波形的幅值波动问题。为了在频谱效率与PAPR之间取得更好的平衡，本发明提出一种多载波波形设计方案，通过数据叠加和增加索引比特等方面在保证系统频谱效率的同时，极大地降低系统激活子载波数，取得接近单载波信号的低PAPR/CM值的传输波形。

发明内容

本发明基于降低系统PAPR的目的，提出了一种类单载波的极低峰均比多载波波形设计方法，用户可以根据索引比特选择叠加数据的激活子载波，再根据索引比特选择其余的激活子载波，通过叠加数据来使得在相同的频谱效率下，本发明只需要激活极少数目的系统子载波，从而获得接近单载波信号的低PAPR/CM值的传输波形。

本发明的技术方案是：

假设SIM-OFDM系统有N个子载波，划分为G＝N/n个子块，每个子块有n个子载波。系统以子块为单位，按子块依序进行比特映射，每个子块相互独立，以任意一个子块为例进行说明。所述方法包括以下步骤：

发射端：

a.功率配置:每个子块中选择k₁个叠加激活子载波，每个叠加激活子载波上叠加放置m₁个星座点符号，选择k₂个非叠加激活子载波，每个非叠加激活子载波上放置1个星座点符号，故子块的n个子载波上共放置了m＝k₁·m₁+k₂个星座点符号，每个星座点符号分配的归一化功率为α_s＝n/m。

b.选择叠加激活子载波：根据b₁位索引比特在n个子载波中选择出k₁个叠加激活子载波，用于叠加传输多个星座点符号， 表示向下取整。

c.叠加激活子载波数据调制:在每个叠加激活子载波上，叠加放置m₁个星座点符号，每个星座点符号由相应的调制比特经各自星座点集合Ψ_i,i＝1,2,…,m₁映射得到，例如进行M₁阶星座点调制，Ψ₁为M₁-QAM星座点，Ψ_i由Ψ₁以角度θ_i旋转得到，i＝2,…,m₁，此时一个子块叠加传输的调制比特长度为s₁＝k₁·m₁·log₂M₁。对于每个叠加激活子载波，其相应的m₁个星座点符号经α_s功率配置后，叠加在该激活子载波上。

d.非叠加激活子载波激活范围选择：剩余的(n-k₁)个子载波被分为t组，每组包含n_j,j＝1,2,…,t个子载波，n_j≥k₂，根据b₂位索引比特选择出非叠加激活子载波在第j组，

e.选择非叠加激活子载波：在步骤d中选择出来的n_j个子载波中，根据b₃位索引比特选择出k₂个非叠加激活子载波，每个非叠加激活子载波用于传输一个星座点符号，

f.非叠加激活子载波数据调制：s₂位调制比特经M₂阶星座点调制得到k₂个星座点符号，经α_s功率配置后依次放置在k₂个非叠加激活子载波进行传输，s₂＝k₂·log₂M₂。至此，得到了最终的发送符号向量X。

g.频域-时域变换：将f得到的发送符号向量X依次进行串并转换、IFFT、并串转换和加循环前缀(CP)等操作后通过天线发送出去。

本发明的有益效果是：在现有的索引调制OFDM系统的基础上，选择部分激活子载波进行多种星座点映射符号的叠加，并增加索引比特多级选择非叠加激活子载波，在相同的频谱效率下，极大地降低了系统的总激活子载波数，取得接近单载波信号的低PAPR/CM值的传输波形。

附图说明

图1为实施例中叠加激活子载波数据调制时采用的两种BPSK星座点集合；

图2为任意一个子块的调制原理图，其中X_Ψi代表由星座点集合Ψ_i映射得到的星座点符号，X_BPSK代表BPSK星座点映射得到的星座点符号。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例：

假设SIM-OFDM系统有N＝1024个子载波，划分为G＝N/n＝256个子块，每个子块有n＝4个子载波。系统以子块为单位，按子块依序进行比特映射，每个子块相互独立，以任意一个子块为例进行说明。所述方法包括以下步骤：

发射端：

a.功率配置:每个子块中选择k₁＝1个叠加激活子载波，每个叠加激活子载波上叠加放置m₁＝2个星座点符号，选择k₂＝1个非叠加激活子载波，每个非叠加激活子载波上放置1个星座点符号，故子块的n个子载波上共放置了m＝k₁·m₁+k₂＝3个星座点符号，每个星座点符号分配的归一化功率为α_s＝n/m＝4/3。

b.选择叠加激活子载波：根据b₁＝2位索引比特在4个子载波中选择出1个叠加激活子载波，用于叠加传输多个星座点符号， 表示向下取整。

c.叠加激活子载波数据调制:在每个叠加激活子载波上，叠加放置m₁＝2个星座点符号，每个星座点符号由相应的1位调制比特经各自星座点集合Ψ_i,i＝1,2映射得到，其中Ψ₁采用归一化BPSK星座点，Ψ₂由Ψ₁旋转θ₂＝π/2得到，具体如附图中的图1所示。此时一个子块叠加传输的调制比特长度为s₁＝k₁·m₁·log₂M₁＝2。对于每个叠加激活子载波，其相应的2个星座点符号经α_s＝4/3功率配置后，相加放置在该叠加激活子载波上。

d.非叠加激活子载波激活范围选择：剩余的3个子载波被分为2组，前n₁＝2个子载波为1组，后n₂＝1个子载波为1组，根据b₂＝1位索引比特选择是在第1组还是第2组子载波中选择非叠加激活子载波，

e.选择非叠加激活子载波：若步骤d中选择出第一组2个子载波，则根据b₃＝1位索引比特选择出1个非叠加激活子载波，此时若步骤d中选在出第二组1个子载波，则直接将此子载波作为非叠加激活子载波，此时每个非叠加激活子载波用于传输一个星座点符号。

f.非叠加激活子载波数据调制：s₂＝1位调制比特经BPSK星座点调制得到1个星座点符号，经α_s功率配置后依次放置在选择出的1个非叠加激活子载波进行传输。至此，得到了最终的发送符号向量X。

g.频域-时域变换：将f得到的发送符号向量X依次进行串并转换、IFFT、并串转换和加循环前缀(CP)等操作后通过天线发送出去。

本发明中的方法让用户在部分激活子载波上叠加多个星座点符号，同时通多多次索引增加索引比特，以本实施例为例，假设进行非叠加激活子载波激活范围选择的索引比特均匀分布，则包含4个子载波的子块在有2个子载波被激活时，平均传输的索引比特长度为3.5比特，传输的调制比特长度为3比特，可见此发明在相同频谱效率时，本发明只需要激活极少数目的系统子载波，取得接近单载波信号的低PAPR/CM值的传输波形。

Claims (1)

1.一种多载波波形设计方法，该方法用于SIM-OFDM系统，设系统有N个子载波，划分为G＝N/n个子块，每个子块有n个子载波；其特征在于，包括以下步骤：

a.功率配置：每个子块中选择k₁个叠加激活子载波，每个叠加激活子载波上叠加放置m₁个星座点符号；选择k₂个非叠加激活子载波，每个非叠加激活子载波上放置1个星座点符号，即子块的n个子载波上共放置了m＝k₁·m₁+k₂个星座点符号，每个星座点符号分配的归一化功率为α_s＝n/m；

b.选择叠加激活子载波：根据b₁位索引比特在n个子载波中选择出k₁个叠加激活子载波，用于叠加传输多个星座点符号， 表示向下取整；

c.叠加激活子载波数据调制：在每个叠加激活子载波上，叠加放置m₁个星座点符号，每个星座点符号由相应的调制比特经各自星座点集合Ψ_i,i＝1,2,…,m₁映射得到，对于每个叠加激活子载波，其相应的m₁个星座点符号经α_s功率配置后，叠加在该激活子载波上；

d.非叠加激活子载波激活范围选择：剩余的(n-k₁)个子载波被分为t组，每组包含n_j,j＝1,2,…,t个子载波，n_j≥k₂，根据b₂位索引比特选择出非叠加激活子载波在第j组，

e.选择非叠加激活子载波：在步骤d中选择出来的n_j个子载波中，根据b₃位索引比特选择出k₂个非叠加激活子载波，每个非叠加激活子载波用于传输一个星座点符号，

f.非叠加激活子载波数据调制：s₂位调制比特经M₂阶星座点调制得到k₂个星座点符号，经α_s功率配置后依次放置在k₂个非叠加激活子载波进行传输，s₂＝k₂·log₂M₂；从而得到最终的发送符号向量X；

g.频域-时域变换：将步骤f得到的发送符号向量X依次进行串并转换、IFFT、并串转换和加循环前缀操作后通过天线发送出去。