[发明专利]基于增强型六维64PSK星座的正交频分复用方法

摘要

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于增强型六维64PSK星座的正交频分复用方法。该方法将基于二维星座映射的正交频分复用技术扩充到六维信号空间，在相同平均功率下，该带有增强型六维64PSK星座的正交频分复用技术能够增大信号空间中信号点间的最小欧氏距离，从而获得较高的解调增益和频带利用率。实验验证了该方法相比传统的正交频分复用技术具有更低的误码率，从而为未来的无线传感器网络物理层协议设计提供了更加高速和可靠的正交频分复用技术。

主权项

一种基于增强型六维64PSK星座的正交频分复用方法，其特征在于：包括调制方法和解调方法，其中，(1)调制方法包括以下步骤：(1‑1)对于一串比特流输入信息x_b，对其进行串/并转换，以将其分成N个由6个比特码元组成的并联比特流，各个并联比特流用x_b,k表示，0≤k≤N‑1；(1‑2)对于并联x_b,k，将其6个比特码元中的前3个比特码元映射到用三维直角坐标系表示的三维8PSK信号调制星座图中：当前3个码元分别为000、011、101、110、001、010、100和111时，分别将其映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号A(0，‑0.82，0.58)、B(0，0.82，0.58)、C(‑0.82，0，‑0.58)、D(0.82，0，‑0.58)、E(‑0.82，0，0.58)、F(0.82，0，0.58)、G(0，‑0.82，‑0.58)和H(0，0.82，‑0.58)，信号点符号A、B、C、D、E、F、G和H构成B₀⁽³⁾星座，且B₀⁽³⁾星座为单位球的内接正六面体；将B₀⁽³⁾星座划分为两个正四面体C₀⁽³⁾和C₁⁽³⁾，其中正四面体C₀⁽³⁾对应B₀⁽³⁾星座中的符号子集{A，B，C，D}，C₁⁽³⁾对应B₀⁽³⁾星座中的信号点符号子集{E，F，G，H}；前3个比特码元映射后得到信号点符号即第k个子载波的第一个发送符号R_k(1)，其坐标用(x_k，y_k，z_k)表示；将6个比特码元中的后3个码元根据前3个码元进行映射：如果前3个比特码元映射为符号子集{A，B，C，D}中的符号，则后3个比特码元按照以下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时，分别映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号a(0，0.86，0.51)、b(0.86，0，0.51)、c(0，‑0.86，0.51)、d(‑0.86，0，0.51)、e(‑0.61，0.61，‑0.51)、f(0.61，0.61，‑0.51)、g(0.61，‑0.61，‑0.51)和h(‑0.61，‑0.61，‑0.51)；信号点符号a、b、c、d、e、f、g和h构成B₁⁽³⁾星座，B₁⁽³⁾星座为一种三维的8PSK星座；如果前3个比特码元映射为符号子集{E，F，G，H}中的符号，则后3个比特码元按照以下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时，分别映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号a1(‑0.61，0.61，0.51)、b1(0.61，0.61，0.51)、c1(0.61，‑0.61，0.51)、d1(‑0.61，‑0.61，0.51)、e1(‑0.86，0，‑0.51)、f1(0，0.86，‑0.51)、g1(0.86，0，‑0.51)和h1(0，‑0.86，‑0.51)；信号点符号a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1和h1构成B₂⁽³⁾星座，则B₂⁽³⁾星座由B₁⁽³⁾星座中各信号点绕Z轴旋转45°得到；后3个比特码元映射后得到信号点符号即第k个子载波的第二个发送符号R_k(2)，其坐标用(u_k，v_k，w_k)表示；根据第一个发送符号R_k(1)和第二个发送符号R_k(2)，得到第k个子载波S_k，其坐标表示为(x_k，y_k，z_k，u_k，v_k，w_k)；(1‑3)对每个比特流x_b,k重复步骤(1‑2)，得到N个子载波，各个子载波的坐标组成矩阵S：$\begin{array}{c}S=(S_0^T{S}_1^T...S_{N-1}^T)\\ =\left(\begin{array}{cccc}{x}_0& x_1& ...& x_{N-1}\\ y_0& y_1& ...& y_{N-1}\\ z_0& z_1& ...& z_{N-1}\\ u_0& u_1& ...& u_{N-1}\\ v_0& v_1& ...& v_{N-1}\\ w_0& w_1& ...& w_{N-1}\end{array}\right)\end{array}$(1‑4)通过以下公式对矩阵S进行二维傅里叶逆变换得到发送符号矩阵s：$s=\frac{1}{6N}{W}_6^{-1}(S\·W_N^{-1})$其中，W₆^‑1是6×6的二维傅里叶逆变换，W_N^‑1是N×N的二维傅里叶逆变换，则矩阵s中的每个元素通过以下公式得到：$\begin{array}{c}s(m_2,m_1)=\frac{1}{6N}\underset{q_2=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\underset{q_1=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}S(q_2,q_1)e^{\left[j2\mathrm{\π}(\frac{m_2{q}_2}{6}+\frac{m_1{q}_1}{N})\right]}\\ =\frac{1}{6N}\underset{q_2=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\π}{m}_2{q}_2/6}\left[\underset{q_1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}S(q_2,q_1)e^{j2\mathrm{\π}{m}_1{q}_1/N}\right]\end{array}$其中，j为虚数单位，0≤m₁≤N‑1，0≤m₂≤5，q₁和q₂为矩阵S的列号和行号；(2)解调方法包括以下步骤：(2‑1)在高斯信道下接收发送符号，得到接收符号r＝s+n，n为高斯噪声；r用(r₀^Tr₁^T···r_N‑1^T)表示，(2‑2)通过以下公式接收符号r进行二维傅里叶变换：$\begin{array}{c}R(q_2,q_1)=\underset{m_2=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m_1=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}r(m_2,m_1)e^{[-j2\mathrm{\π}(\frac{q_2{m}_2}{6}+\frac{q_1{m}_1}{N})}\\ =\underset{m_2=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-j2\mathrm{\π}{q}_2/m_2/6}\left[\underset{q_1=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}r(m_2,m_1)e^{-j2\mathrm{\π}{q}_1{m}_1/N}\right]\end{array}$其中，R(q₂,q₁)中的元素为S+n；矩阵S包含各个子载波的第一个发送符号R_k(1)和第二个发送符号R_k(2)；(2‑3)对于第k个子载波的第一个发送符号R_k(1)和第二个发送符号R_k(2)，计算R_k(1)到B₀⁽³⁾星座上各点的三维欧氏距离，再计算R_k(2)到B₁⁽³⁾和B₂⁽³⁾星座上各点的三维欧氏距离，然后将这两个欧氏距离分别相加，最后按照这两个欧氏距离的和的最小值通过以下公式进行解调判决：i＝argmin{d(R_k,S_(i))},0≤i≤63其中，$d(R_k,S_{\left(i\right)})=\left\{\begin{array}{c}{d}_{R_{k\left(1\right)}}^{\left(1\right)}+d_{R_{k\left(2\right)}}^{\left(1\right)},R_{k\left(1\right)}\∈C_0^{\left(3\right)}\mathrm{and}{R}_{k\left(2\right)}\∈B_1^{\left(3\right)}\\ d_{R_{k\left(1\right)}}^{\left(2\right)}+d_{R_{K\left(2\right)}}^{\left(2\right)},R_{k\left(1\right)}\∈C_1^{\left(3\right)}\mathrm{and}{R}_{k\left(2\right)}\∈B_2^{\left(3\right)}\end{array}\right.$其中，和分别表示第k子载波的第一个发送符号R_k(1)到星座C₀⁽³⁾和C₁⁽³⁾的三维欧氏距离，和分别表示第k子载波的第二个发送符号R_k(2)到星座B₁⁽³⁾和B₂⁽³⁾的三维欧氏距离；根据解调判决进行解调，得到第k个子载波的并联比特流x_b,k；(2‑4)重复步骤(2‑3)得到N个子载波的并联比特流，最后串联得到比特流输入信息x_b。