高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

改善误码性能的索引调制正交频分复用混合映射方案

朱永佳 贺昱曜 姚如贵 樊晔

朱永佳, 贺昱曜, 姚如贵, 樊晔. 改善误码性能的索引调制正交频分复用混合映射方案[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT220436
引用本文: 朱永佳, 贺昱曜, 姚如贵, 樊晔. 改善误码性能的索引调制正交频分复用混合映射方案[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT220436
ZHU Yongjia, HE Yuyao, YAO Rugui, FAN Ye. A Hybrid Mapping Scheme to Improve Bit Error Rate Performance of Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Index Modulation System[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT220436
Citation: ZHU Yongjia, HE Yuyao, YAO Rugui, FAN Ye. A Hybrid Mapping Scheme to Improve Bit Error Rate Performance of Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Index Modulation System[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT220436

改善误码性能的索引调制正交频分复用混合映射方案

doi: 10.11999/JEIT220436
基金项目: 国家自然科学基金(61871327),陕西省自然科学基金(2022JQ-637)
详细信息
    作者简介:

    朱永佳:男,博士生,研究方向为索引调制、OFDM等

    贺昱曜:男,教授,研究方向为信息融合、智能控制等

    姚如贵:男,教授,研究方向为物理层安全、AI+无线通信等

    樊晔:女,副教授,研究方向为物理层安全、认知无线电等

    通讯作者:

    姚如贵 yaorg@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: TN914.3

A Hybrid Mapping Scheme to Improve Bit Error Rate Performance of Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Index Modulation System

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61871327), Natural Science Foundation of Shaanxi Province (2022JQ-637)
  • 摘要: 为进一步提升索引调制正交频分复用(OFDM-IM)系统在高信噪比(SNR)条件下的误比特率(BER),该文提出一种混合映射方案。该方案利用高信噪比时索引比特比数据比特错误率更低的特性,混合使用两种不同位数的索引比特分配策略,提高了索引比特的占比。相应地,将子载波激活模式(SAPs)分为超级SAPs和普通SAPs,相比于普通SAPs,超级SAPs对应的索引比特和数据比特分别增加1 bit和减少1 bit。将超级SAP对应的数据比特采用奇偶校验的方式补齐,然后映射为数据符号,提高了系统的分集度,增大了数据符号间的最小欧氏距离。仿真结果表明,相比于以往的映射方案,混合映射方案在误比特率为10–4时可取得1~3 dB的性能增益,有效改善索引调制OFDM系统的误码性能。
  • 图  1  OFDM-IM系统传输模型

    图  2  混合映射示意图

    图  3  (4,2)QPSK混合映射方案两种接收检测算法的BER及理论值

    图  4  (4,2)时各映射方案的BER

    图  5  (6,3)时各映射方案的BER

    图  6  (8,3)时各映射方案的BER

    算法1 组合数法
     输入:索引比特序列${{\mathbf{c}}_{\alpha ,0}}$。
     输出:SAP$ {P_\alpha } $。
     步骤1 将${{\mathbf{c}}_{\alpha ,0}}$转换为十进制数$D$。
     步骤2 取最大的${J_k}$,满足$C_{ {J_k} }^k \le D$。
     步骤3 取最大的${J_{k - 1}}$,满足$C_{ {J_{k - 1} } }^{k - 1} \le D - C_{ {J_k} }^k$。
     步骤4 以此类推,直至$C_{ {J_1} }^1 \le D - C_{ {J_k} }^k - C_{ {J_{k - 1} } }^{k - 1} - \cdots - C_{ {J_2} }^2$。
     步骤5 将$ J = [{J_k}{J_{k - 1}} \cdots {J_1}] $中元素加1,得到序列${J^*}$。
     步骤6 SAP$ {P_\alpha } = {\text{sort}}({J^*},{\text{'ascend'}}) $。
    下载: 导出CSV
    算法2 格雷码索引映射
     输入:索引比特序列${{\mathbf{c}}_{\alpha ,0}}$,SAP矩阵${\mathbf{U}}$。
     输出:SAP$ {P_\alpha } $。
     步骤1 将${{\mathbf{c}}_{\alpha ,0}}$看作格雷码序列,转换为自然二进制序列${\mathbf{c} }_{_{\alpha ,0} }^{{\rm{bin}}}$。
     步骤2 计算与${\mathbf{c} }_{_{\alpha ,0} }^{{\rm{bin}}}$对应的十进制数$D$。
     步骤3 SAP$ {P_\alpha } = {\mathbf{U}}(D,:) $。
    下载: 导出CSV
    算法3 混合映射算法
     输入:信息比特序列${{\boldsymbol{c}}_\alpha }$,调制阶数M
     输出:发送符号序列$ {{\boldsymbol{X}}_\alpha } $。
     步骤1 将$w$种SAP按照格雷码的方式进行排序,构造$w$行$k$列的SAP矩阵${\boldsymbol{V}}$。
     步骤2 将${{\boldsymbol{c}}_{\alpha ,0} }$看作格雷码序列,转换为自然二进制序列,再计算对应的十进制数${u_0}$。
     步骤3 若${u_0} < z$,转到步骤4,否则令$u = {u_0} + z$, ${{\boldsymbol{c}}_{\alpha ,{\text{sym} } } } = {{\boldsymbol{c}}_{\alpha ,1} }$,转到步骤5。
     步骤4 将${\boldsymbol{c}}_{\alpha ,0}^{\text{*} }$看作格雷码序列,转换为自然二进制序列,再转换为对应的十进制数$u$,对${\boldsymbol{c}}_{\alpha ,1}^{\text{*}}$进行奇(偶)校验,校验位放在${\boldsymbol{c}}_{\alpha ,1}^{\text{*}}$末尾组成
     长度为${p_1}$的序列${{\boldsymbol{c}}_{\alpha ,{\text{sym}}}}$。
     步骤5 选择${\boldsymbol{V}}$的第$u$行作为${P_\alpha }$,${{\boldsymbol{c}}_{\alpha ,{\rm{sym}}} }$映射为$k$个$M{\text{ - PSK}}$符号${s_\alpha }$,得到发送符号序列$ {{\boldsymbol{X}}_\alpha } $。
    下载: 导出CSV

    表  1  (4,2)QPSK两种映射方案的SAP查找表

    序号012345
    索引比特0 00 11 11 0
    $ {{\mathbf{P}}_\alpha } $(格雷码){3,4}{2,3}{1,3}{1,4}
    索引比特0 0 00 0 10 1 10 1 01 11 0
    ${{\mathbf{P}}_\alpha }$(混合){3,4}{2,3}{2,4}{1,2}{1,3}{1,4}
    下载: 导出CSV

    表  2  (4,2)QPSK混合映射方案超级SAP对应的符号映射表

    序号01234567
    ${\mathbf{c}}_{\alpha ,1}^*$0 0 00 0 10 1 10 1 01 1 01 1 11 0 11 0 0
    偶校验位01010101
    ${{\mathbf{s}}_\alpha }$+1 +1+1 –1+1i –1i+1i +1i–1 +1–1 –1–1i –1i–1i +1i
    下载: 导出CSV

    表  3  不同映射方案索引比特占比及分集度为1和MED的误码情况占比(%)

    映射方案索引比特分集度为1MED
    组合数法33.3340.0026.67
    格雷码索引映射33.3340.0026.67
    混合映射41.6713.3313.33
    下载: 导出CSV
  • [1] BASAR E. Reconfigurable intelligent surface-based index modulation: A new beyond MIMO paradigm for 6G[J]. IEEE Transactions on Communications, 2020, 68(5): 3187–3196. doi: 10.1109/TCOMM.2020.2971486
    [2] 葛利嘉, 江治林, 冯胜, 等. 非正交-码索引调制方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(10): 2331–2336. doi: 10.11999/JEIT180023

    GE Lijia, JIANG Zhilin, FENG Sheng, et al. Non-orthogonal-code index modulation[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2018, 40(10): 2331–2336. doi: 10.11999/JEIT180023
    [3] KADDOUM G, AHMED M F A, and NIJSURE Y. Code index modulation: A high data rate and energy efficient communication system[J]. IEEE Communications Letters, 2015, 19(2): 175–178. doi: 10.1109/LCOMM.2014.2385054
    [4] 刘芳, 冯永新. 一种低复杂度的超高阶码索引调制方法[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(7): 1922–1929. doi: 10.11999/JEIT200318

    LIU Fang and FENG Yongxin. An ultrahigh order code index modulation method with low complexity[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2021, 43(7): 1922–1929. doi: 10.11999/JEIT200318
    [5] MESLEH R Y, HAAS H, SINANOVIC S, et al. Spatial modulation[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2008, 57(4): 2228–2241. doi: 10.1109/TVT.2007.912136
    [6] BAŞAR E, AYGÖLÜ Ü, PANAYIRCI E, et al. Orthogonal frequency division multiplexing with index modulation[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2013, 61(22): 5536–5549. doi: 10.1109/TSP.2013.2279771
    [7] TUSHA S D, TUSHA A, BASAR E, et al. Multidimensional index modulation for 5G and beyond wireless networks[J]. Proceedings of the IEEE, 2021, 109(2): 170–199. doi: 10.1109/JPROC.2020.3040589
    [8] MAO Tianqi, WANG Qi, WANG Zhaocheng, et al. Novel index modulation techniques: A survey[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2019, 21(1): 315–348. doi: 10.1109/COMST.2018.2858567
    [9] CHENG Xiang, ZHANG Meng, WEN Miaowen, et al. Index modulation for 5G: Striving to do more with less[J]. IEEE Wireless Communications, 2018, 25(2): 126–132. doi: 10.1109/MWC.2018.1600355
    [10] XIAO Yue, WANG Shunshun, DAN Lilin, et al. OFDM with interleaved subcarrier-index modulation[J]. IEEE Communications Letters, 2014, 18(8): 1447–1450. doi: 10.1109/LCOMM.2014.2332340
    [11] 朱永佳, 贺昱曜, 樊晔, 等. 基于LDPC编码辅助的OFDM-IM子载波索引保护方案[J]. 西北工业大学学报, 2021, 39(4): 818–823. doi: 10.1051/jnwpu/20213940818

    ZHU Yongjia, HE Yuyao, FAN Ye, et al. Protection scheme of subcarrier index in OFDM with index modulation aided by LDPC coding[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2021, 39(4): 818–823. doi: 10.1051/jnwpu/20213940818
    [12] WEN Miaowen, ZHANG Yuekai, LI Jun, et al. Equiprobable subcarrier activation method for OFDM with index modulation[J]. IEEE Communications Letters, 2016, 20(12): 2386–2389. doi: 10.1109/LCOMM.2016.2608350
    [13] YOON E, KIM S Y, KWON S, et al. An efficient index mapping algorithm for OFDM-index modulation[J]. IEEE Access, 2019, 7: 184194–184206. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2960572
    [14] LI Xiang, WANG Hua, GUAN Ning, et al. A dual-mode index modulation scheme with gray-coded pairwise index mapping[J]. IEEE Communications Letters, 2018, 22(8): 1580–1583. doi: 10.1109/LCOMM.2018.2838582
    [15] CHO Y S, KIM J, YANG W Y, 等, 孙锴, 黄威, 译. MIMO-OFDM无线通信技术及MATLAB实现[M]. 北京: 电子工业出版社, 2013.

    CHO Y S, KIM J, YANG W Y, et al, SUN Kai and HUANG Wei. translation. MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2013.
    [16] CHIANI M and DARDARI D. Improved exponential bounds and approximation for the Q-function with application to average error probability computation[C]. Global Telecommunications Conference, Taipei, China, 2002, 2: 1399–1402.
  • 加载中
图(6) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  86
  • HTML全文浏览量:  58
  • PDF下载量:  19
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-13
  • 修回日期:  2022-09-02
  • 网络出版日期:  2022-09-06

目录

    /

    返回文章
    返回