[发明专利]基于黄金角调制的分数OFDM索引调制方法及相关应用

说明书

本发明公开了基于黄金角调制的分数OFDM索引调制方法及相关应用，属于无线通信领域，包括：对每一个子块执行以下步骤：(S1)通过黄金角调制确定传输向量；(S2)以传输向量为顶点，每两个顶点之间建立一条边，以PEP作为边的权重，保留权重大于PEP阈值的边，得到权重子图；(S3)选取权重子图中权重最大的边及相关顶点，得到映射子图；(S4)为映射子图中未映射比特信息的顶点映射比特信息，使得最小；P和D分别表示成对错误概率矩阵和汉明距离矩阵；(S5)若还存在未映射的顶点，则选取与已映射顶点有最多相邻连接的顶点，更新映射子图后转入(S4)；否则，记录映射子图中的映射关系。本发明能够提高分数OFDM系统的频谱利用率和数据可靠性。

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及基于黄金角调制的分数OFDM索引调制方法及相关应用。

背景技术

随着人们对速度和容量的追求，移动通信技术经历了从第一代移动通信到第五代移动通信的发展。一方面，第五代移动通信通过拓展了空间维度采用了大规模多天线MIMO(Multiple input multiple output)技术来增加传输信息量；另一方面拓展频谱资源采用毫米波通信来增加通信带宽。现在第六代移动通信技术的研究已经起步，下一代无线通信的愿景是天、地、海一体化，实现万物互联。未来无线通信信道环境更复杂、移动用户数目更庞大且差异化、而时域、频域、空域资源有限，因此，亟需发展新型通信技术，拓展新的维度来传输信息。近年来，一种拓展索引维度来调制信息的新型技术——索引调制技术——引起了广泛学者的关注。具体说来，它首先应用于天线域命名为空间调制，主要通过激活的天线索引来额外传输信息，之后该理念被广泛应用到无线通信其他领域如载波域索引调制，码域索引调制，波束域索引调制等。索引调制可以有效提升频谱效率、节约能源资源、降低能耗和射频实现成本，是未来无线通信极具有前景的物理层传输技术。

带索引调制的正交频分复用(OFDM-IM)是一种新兴技术，除了传统的M元调制符号外，它还利用有源子载波的索引来传达信息。具体来说，N子载波平均分为G块，对于每个子块，传输的信息分为两部分：比特用于从N个子载波中选择K个激活的子载波指数，剩余klog₂M比特被调制为k个M元幅度和相位调制(APM)星座符号。与传统的OFDM相比，OFDM-IM系统实现了更高的能效(EE)和可靠性。然而，在这种映射过程中，由于调制阶数M可能不是2的幂，部分频谱资源未得到充分利用，也即是说，OFDM-IM系统存在分数位问题。然而，传统的基于APM的星座空间大小必须等于2的功率，并不能提供传输速率自适应的灵活性，也无法有效解决OFDM-IM系统中存在的分数位问题。

通过索引调制，能够确定一个传输向量集合，以及信息比特与传输向量的一一对应的映射关系，在实际的信息传输过程中，则通过传输向量的发送与接收完成对应信息比特的传输。具体来说，由发送端根据该映射关系确定信息比特对应的传输向量，并将该传输向量发送至接收端；接收端接收到传输向量后，再根据该映射关系确定实际需要发送的信息比特，完成信息的传输。索引调制的结果直接决定了信息传输的误码率性能，在发明专利CN111917678A中，公开了一种索引调制映射方法，该方法利用图论知识，将所选取的索引组合转换为图论模型中的顶点，根据比特信息之间不同元素的个数，即汉明距离为相应顶点之间的边赋权值，通过使得图中边的权值总和最小化，使得将比特信息映射到索引组合之后，原始的索引调制信号之间的汉明距离最小化，从而有效降低原始信号估计量的比特误码率。然而，影响信息传输的误码率性能的因素是比较复杂的，仅仅从汉明距离进行优化，对信息传输的误码率性能的提升有限。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了基于黄金角调制的分数OFDM索引调制方法及相关应用，其目的在于，提高分数OFDM系统的频谱利用率和数据可靠性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于黄金角调制的分数OFDM索引调制方法，包括：将N个子载波等分为G个子块，并且对于每一个子块，按照如下步骤进行索引调制：