一种多天线SIM-OFDM多载波无线传输方法

摘要

本发明属于无线通信技术领域，提供一种多天线SIM-OFDM多载波无线传输方法，并提出用于该多载波无线传输方法中的低复杂度的检测方法，用以解决ML检测方法复杂度极高、不具有实用性的问题。该检测方法的主要思路是：先对块的接收符号进行MMSE均衡得到各种激活子载波组合的发送符号(称为均衡符号)，然后对所得的均衡符号进行硬判，根据硬判符号和均衡符号之间的欧氏距离进行排序，认为距离较小的子载波组合具有较大的激活可能性。最后，根据距离的大小选择可能性较大的几种作为候选组合，并从中得到最可能的激活子载波组合和对应的发送符号。该检测方法在保证比特误码性能的同时，有效降低复杂度。

主权项

一种多天线SIM‑OFDM多载波无线传输方法，包括以下步骤：步骤1.产生信息比特，设系统的发射天线和接收天线数目分别是N_t和N_r，由数字化信源产生B＝N_tb＝N_t(b₁+b₂)位信息比特，并做串并转换，则分配到每根发射天线的信息比特数目是b＝b₁+b₂；b位信息比特中，前b₁位作为载波索引调制的索引比特，后b₂位作为M‑QAM符号，用于调制由索引比特选择的激活子载波；设定子载波总个数为N个，每个子块的子载波个数为L，选择其中的K个子载波发送数据，记作子载波配置(L,K)；则一共有G＝N/L个子块，b₁＝p₁G，其中表示向下取整操作；b₂＝p₂G，其中p₂＝Klog₂(M)；步骤2.载波索引调制，对每个发射天线上的信息比特进行载波索引调制，具体调制准则为：将N个子载波分成G＝N/L个子块，每个子块含有L个子载波，这L个子载波是相邻的；对于G＝N/L个子块而言，每个子块中根据对应的p₁位索引比特来确定K个子载波发送数据，每个子载波携带一个M‑QAM符号，每个符号携带log₂(M)位比特信息，剩余子载波不发送数据，因此每个发射天线的每个子块包含p₁+p₂位比特；步骤3.OFDM调制，每根发射天线的数据经过相同的OFDM调制，包括串并转换、IFFT、并串转换和加循环前缀CP；步骤4.信息比特串经步骤1～3处理后，通过发送天线发送，信号经瑞利衰落信道和高斯信道后到达接收端；步骤5.接收端预处理，接收端将接收到的信号去CP、串并转换，然后经FFT变换到频域；步骤6.解载波索引调制，根据发送端采取的载波索引映射方案提取每根接收天线每个子块中所对应的接收符号Y_j,g,j＝1,2,…,N_r,g＝0,1,…,G‑1，其中表示第j根接收天线上的第g个子块的频域符号；且第g个子块对应的信道矩阵为$H_g=\left[\begin{array}{cccc}{H}_{\mathrm{1,1}}^g& H_{\mathrm{1,2}}^g& ...& H_{1,N_t}^g\\ H_{\mathrm{2,1}}^g& H_{\mathrm{2,2}}^g& ...& H_{2,N_t}^g\\ ...& ...& ...& ...\\ H_{N_r,1}^g& H_{N_r,2}^g& ...& H_{N_r,N_t}^g\end{array}\right],$其中,i＝1,2,…N_t表示第i根发射天线到第j根接收天线之间的第g个子块对应的信道矩阵，表示块的第l个子载波对应的信道衰落系数；步骤7.信号检测，根据步骤6所得子块的接收符号Y_j,g和对应的信道矩阵H_g对每个子块的发送符号进行检测，具体包括以下步骤：先对MIMO‑SIM‑OFDM系统进行数学建模，第g块的接收信号的频域表达式可以表示为：Y_g＝H_gX_g+W_g$\left[\begin{array}{c}{Y}_{1,g}\\ Y_{2,g}\\ ...\\ Y_{N_r,g}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{H}_{\mathrm{1,1}}^g& H_{\mathrm{1,2}}^g& ...& H_{1,N_t}^g\\ H_{\mathrm{2,1}}^g& H_{\mathrm{2,2}}^g& ...& H_{2,N_t}^g\\ ...& ...& ...& ...\\ H_{N_r,1}^g& H_{N_r,2}^g& ...& H_{N_r,N_t}^g\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_{1,g}\\ X_{2,g}\\ ...\\ X_{N_r,g}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{W}_{1,g}\\ W_{2,g}\\ ...\\ W_{N_r,g}\end{array}\right]$其中，X_i,g＝[X_i,0,X_i,1,...,X_i,L‑1]^T,i＝1,2,...,N_t是第i根发射天线发送的第g个子块的符号，Y_j,g＝[Y_j,0,Y_j,1,...,Y_j,L‑1]^T,j＝1,2,...,N_r是第j根接收天线的第g个子块的符号，是第j根接收天线第g个子块的高斯白噪声；步骤7‑1.假设子载波配置采取(L,K)，则激活子载波组合数目为根据公式${\tilde{X}}_c{(\left(H_{g,c}^H\right)H_{g,c}+{\sigma }^{2}I)}^{-1}{H}_{g,c}^H{Y}_g,$对所有激活子载波组合进行MMSE均衡，得到各种组合下的发送符号的估计值并对其进行硬判决得到${\hat{X}}_c=Q\left({\tilde{X}}_c\right),1\le c\le C;$其中$H_{g,c}=\left[\begin{array}{cccc}{H}_{\mathrm{1,1}}^{g,c}& H_{\mathrm{1,2}}^{g,c}& ...& H_{1,N_t}^{g,c}\\ H_{\mathrm{2,1}}^{g,c}& H_{\mathrm{2,2}}^{g,c}& ...& H_{2,N_t}^{g,c}\\ ...& ...& ...& ...\\ H_{N_r,1}^{g,c}& H_{N_r,2}^{g,c}& ...& H_{N_r,N_t}^{g,c}\end{array}\right],$表示取在第c种载波组合的K个激活子载波对应的信道系数组成的子矩阵，I表示N_tK×N_tK的单位矩阵，σ²是高斯白噪声的功率，Q(·)为硬判操作；步骤7‑2.计算每种激活子载波组合的硬判符号和均衡符号之间的欧氏距离d_c：$d_c={\left|\right|{\hat{X}}_c-{\tilde{X}}_c\left|\right|}_F^2$步骤7‑3.根据步骤7‑2所得的d_c，选取欧氏距离最小的P种载波组合作为候选子载波组合Π，进行下一步的检测，其中1≤P≤C；步骤7‑4.针对步骤7‑3所得的P种候选载波组合和对应的硬判决符号根据公式：$\left\{\begin{array}{c}\hat{c}=\arg \underset{c\in \Pi }{\min }{\left|\right|Y_g-H_{g,c}{\hat{X}}_c\left|\right|}^2\\ \hat{X}={\hat{X}}_{\hat{c}}\end{array}\right.$得到最终的激活子载波组合和对应的发送符号的估计值。