[發(fā)明專利]基于時(shí)延-多普勒域的索引調(diào)制解調(diào)方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010694362.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN111884975B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王華;趙航;何東軒;康子奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L27/26
• 分類號(hào): H04L27/26;H04L1/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 溫子云

本發(fā)明公開了一種基于時(shí)延?多普勒域的索引調(diào)制解調(diào)方法，能夠在保證檢測(cè)性能的基礎(chǔ)上，大幅降低復(fù)雜度。發(fā)送端將需要傳輸?shù)男畔⒈忍胤殖扇舾山M，每組中的信息比特分為索引比特和數(shù)據(jù)比特，通過(guò)索引比特確定數(shù)據(jù)比特的調(diào)制類型或進(jìn)而生成OTFS子塊；再將生成的OTFS子塊映射至?xí)r延?多普勒域，組成一個(gè)OTFS幀，變換到時(shí)域發(fā)送；接收端按照OTFS子塊的大小進(jìn)行分組，得到每一接收OTFS子塊的調(diào)制模式，并判斷是否為合法調(diào)制模式，并對(duì)非法調(diào)制模式進(jìn)行糾錯(cuò)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于時(shí)延-多普勒域的正交時(shí)間頻率空間(Orthogonal Time Frequency Space，OTFS)系統(tǒng)和索引調(diào)制(Index Modulation, IM)技術(shù)。

背景技術(shù)

OTFS是近年來(lái)研究較多的基于時(shí)延-多普勒域的通信方式。其將時(shí)變的多徑信道轉(zhuǎn)化成時(shí)不變的二維時(shí)延-多普勒信道，同時(shí)在時(shí)延-多普勒域承載信息，從而使一個(gè)OTFS幀中的所有符號(hào)獲得相對(duì)恒定的信道增益。研究表明，OTFS 在高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下(如高鐵等)誤碼率性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)技術(shù)。

近些年，有學(xué)者提出了索引調(diào)制(Index Modulation,IM)技術(shù)的概念，其主要思想是利用通信系統(tǒng)中固有的索引，如天線索引、子載波索引以及時(shí)隙索引等來(lái)傳輸額外的信息比特，進(jìn)而提高系統(tǒng)的頻譜效率。

早期用于多載波系統(tǒng)的IM技術(shù)，其基本原理是將數(shù)據(jù)分為一個(gè)個(gè)子塊，每個(gè)子塊中的符號(hào)分為激活和靜默兩種狀態(tài)，激活的符號(hào)正常傳輸調(diào)制信息，而靜默的符號(hào)置零，不傳輸任何信息，發(fā)送端通過(guò)符號(hào)狀態(tài)來(lái)傳輸額外的索引比特。盡管其在一定程度上確保了索引所帶來(lái)的頻譜效率增益，但靜默符號(hào)的存在使得在采用高階映射方式時(shí)索引所帶來(lái)的頻譜效率增益無(wú)法彌補(bǔ)置零所損失的頻譜效率。有鑒于此，有學(xué)者提出雙模式索引調(diào)制(Dual-mode Index Modulation，DM-IM)技術(shù)，即將子塊內(nèi)的符號(hào)狀態(tài)從激活和靜默變?yōu)閮煞N可區(qū)分的調(diào)制類型(定義為和)，根據(jù)索引比特確定符號(hào)的調(diào)制類型，從而不再有因靜默符號(hào)導(dǎo)致頻譜效率損失的問(wèn)題。同時(shí)，為較為方便地進(jìn)行索引調(diào)制和解調(diào)，通常會(huì)定義一張查找表來(lái)確定索引比特和子塊調(diào)制模式間的映射關(guān)系。

對(duì)于DM-IM，接收端通過(guò)檢測(cè)接收符號(hào)的調(diào)制類型來(lái)恢復(fù)索引比特，進(jìn)而恢復(fù)出數(shù)據(jù)比特。常用的檢測(cè)器有最優(yōu)的最大似然(Maximum Likelihood，ML) 檢測(cè)器和次優(yōu)的對(duì)數(shù)似然比(Log-Likelihood Ratio，LLR)檢測(cè)器。

若采用ML檢測(cè)器，則每個(gè)子塊的檢測(cè)可以表示為:

其中，表示子塊所有合法的調(diào)制模式集合，表示合法調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的星座符號(hào)集，d表示子塊大小，表示第β個(gè)子塊中的第χ個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，S_I，χ表示第I個(gè)合法調(diào)制模式中的第χ個(gè)符號(hào)，和分別表示ML檢測(cè)得到的調(diào)制模式及其對(duì)應(yīng)的星座符號(hào)。可以看出，盡管ML檢測(cè)器為最優(yōu)檢測(cè)器，但其復(fù)雜度會(huì)隨著子塊大小、調(diào)制模式分布和不同調(diào)制模式的調(diào)制階數(shù)呈指數(shù)型增長(zhǎng)，不利用實(shí)際使用。

若采用LLR檢測(cè)器，則每個(gè)符號(hào)的檢測(cè)可以表示為：

其中，M_A和M_B分別對(duì)應(yīng)調(diào)制類型和的調(diào)制階數(shù)，y_α和γ_α分別表示第α個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)和其對(duì)應(yīng)的LLR值。可以看出，LLR 檢測(cè)器忽略了合法調(diào)制模式的先驗(yàn)信息，直接對(duì)每個(gè)接收到的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行似然比計(jì)算，復(fù)雜度大幅降低；但其缺點(diǎn)主要在于低信噪比下性能相較于ML檢測(cè)器有較大差距。此外，由于信道及噪聲的影響，判決時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)LLR解調(diào)得到的調(diào)制模式不是合法調(diào)制模式(即未出現(xiàn)在查找表中)，這時(shí)需對(duì)LLR較小的符號(hào)進(jìn)行取反修正。

綜上，需科學(xué)合理地設(shè)計(jì)檢測(cè)器以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)性能和復(fù)雜度的折衷。

發(fā)明內(nèi)容