新的信号星座对ZTM-OFDM-IM系统

文摘

在本文中,我们研究的新的映射活跃副载波信号星座配对在trimode与指数调制正交频分复用(ZTM-OFDM-IM)系统。一对星座之一,提出了系统中使用的是一样的在前面的工作,另一个星座比以前的工作中使用。它增加了子群之间的最小欧氏距离ZTM-OFDM-IM系统与新星座配对的约束下相同的频谱效率。计算机模拟在AWGN和频率选择衰落通道显示新的ZTM-OFDM-IM系统得多比特误码率低于OFDM-IM和双模OFDM-IM略优于系统与传统的星座配对。自提出星座对证明系统的误差性能改进,认为进一步研究广义ZTM-OFDM-IM的星座配对系统的设计在未来是必要的。

1。介绍

由于其大容量、高频谱效率和健壮性与频率选择衰落(1),正交频分复用(OFDM)多载波调制技术,已广泛采用于各种无线通信系统和标准,如无线保真(wi - fi) [2),长期演进(LTE) [3),和世界的互操作性的微波存取(WiMAX) [4为下一代无线通信。也是一个有吸引力的OFDM无线通信系统的优势有效地消除码间干扰(ISI)插入循环前缀(CP)之间的连续的符号5]。

适应高光谱和能源效率的要求,很多研究在索引调制(IM)一直在进行。在即时通讯方案,索引的一部分资源被激活和用于数据传输6,7]。subcarrier-index调制(SIM) OFDM (8)和一个增强的sim ofdm (ESIM-OFDM)方案9]IM的概念引入到频域实现分集增益。然而,两个系统的频谱效率是非常低的传统OFDM方案相比。为了缓解这个问题,OFDM和IM (OFDM-IM)提出了灵活传输IM比特通过控制活动副载波的指数(10,11]。OFDM-IM系统、信息位分为符号位和索引碎片。前者是映射到激活副载波相同的方式传统OFDM调制,而后者表示模式的激活副载波OFDM子块。因此,能源效率的方案可以显著改善,而频谱效率是有限的(12]。改善OFDM-IM系统的频谱效率,双模OFDM-IM (DM-OFDM-IM)已经提议,所有副载波的子块被激活并与两种不同的星座映射(13]。可以充分利用的频谱,同时保持即时通讯方案的特点,DM-OFDM-IM通常优于OFDM-IM。尽管DM-OFDM-IM方案有一个很小的能量损失效率,它能增强数据速率超过OFDM-IM。

频谱效率和能源效率之间的妥协,这在trimode OFDM-IM (ZTM-OFDM-IM)系统提出了14]。在这里,副载波分为若干个不相交的子群。每个子块的副载波调制的一部分由两个杰出的星座,和其他副载波留空,这样系统的能源效率可以增加。为了避免减少频谱效率,更大的星座通常是利用地图活动的副载波。

在本文中,我们引入新的星座对改善错误ZTM-OFDM-IM系统的性能。在这里,两个地图用于地图中的一个活跃的副载波使用相同的信号星座的使用在前面的工作,而另一个使用一个较大的星座比用于(14]。这增加的最小欧氏距离(地中海)ZTM-OFDM-IM系统与新子群之间的星座配对的约束下相同的频谱效率。拟议的星座配对展示错误系统的性能改善的可能性。

本文的其余部分组织如下。OFDM系统的收发器模型与我计划在第二部分简要介绍了。在第三节,新的对星座进行了较为详细的试验研究。的性能提出ZTM-OFDM-IM系统在第四部分进行了分析。最后,部分提供了一些结论V。

2。调制的OFDM系统索引

有三种典型的指数调制OFDM系统方案。OFDM-IM DM-OFDM-IM可以被视为ZTM-OFDM-IM系统的特殊情况。典型的发射机结构ZTM-OFDM-IM如图1,S / P, P / S代表串并联和parallel-to-serial转换器,分别。传输线是 - - - - - -快速傅里叶逆变换。OFDM信号副载波 在频域中,所有副载波分为不相交的子块来表示信号 ,在哪里 , ,副载波的吗th子块和 是副载波在子块的数量。因此,OFDM信号可以写成

的位分为输入信息并行数据流的 位。 信息比特分为一组索引部分和符号位,这是美联储到索引选择器和一对星座映射器,分别。从符号位的信号映射使用映射器,而剩下的 以来mapper B位信号的星座映射应该区分信号的星座点A和B的星座不互相重叠。为防止系统的频谱效率降低,星座的大小映射器B通常比 ,星座的大小意味着星座元素的数量。

根据指数,该指数选择决定之一索引模式表示为 在哪里我th模式间接传播位作为 为 。固定指数模式,可能的传输信号的

每一个 组成的副载波信号可以表示为 为 。因此,有传输信号 。在每个子块,活跃的副载波的副载波调制的映射器一个, 从剩余的活跃副载波副载波调制的mapper B,在那里是活跃的副载波的总数。自活动还包括副载波OFDM信号传输,不活跃的副载波的数量应该是大于零的。因此,位的数量和调制映射器和映射器B 分别。然后,符号位

索引器使用的输入比特子群的指数划分为两个指标子集。位的数量需要选择一个适当的索引模式 在哪里表示最大的整数不大于或等于 。

除了副载波索引方法,OFDM-IM和DM-OFDM-IM ZTM-OFDM-IM有相同的功能结构。在OFDM-IM方案中,只有一个星座是用于生成活动的副载波。它相当于ZTM-OFDM-IM系统 , ,和 。因此,它可以是一个特例ZTM-OFDM-IM频谱效率较低。DM-OFDM-IM方案利用一对星座生成信号传播。然而,它不同于ZTM-OFDM-IM信号传输的所有副载波被激活,也就是说, 。因此,它被认为是一个ZTM-OFDM-IM系统能源效率较低。

OFDM系统索引调制方案执行 - - - - - -点生产信号传输线 在时域。消除ISI的负面影响造成的延迟传播的多径衰落信道,CP的长度添加前的OFDM信号。然后,OFDM系统的频谱效率

假设传播环境是频率选择瑞利衰落信道的脉冲响应 的分布 ,在哪里最大延迟传播。我们假设CP的长度应大于最大延迟传播,也就是说, 完全消除ISI。后切除CP和FFT运算的接收机,接收到的OFDM信号在频域 。然后,接收到的信号th子块 可以表示为 在哪里是一个 对角矩阵的主对角线元素 。 代表复杂的加性高斯白噪声(AWGN) ,也就是说,零均值和方差 。 是一个系数向量的衰落信道子群。

最大似然(ML)探测器用于最小化估计子群之间的欧氏距离和接收到的子群。的估计可以确定子块 在哪里代表了传输的信号副载波固定指数模式 。一个简单的查表可用于恢复的信息比特对应子块的传播符号和指数模式。

3所示。改进ZTM-OFDM-IM星座配对

当一个毫升探测器利用,错误ZTM-OFDM-IM系统的性能很大程度上取决于不同的OFDM子群之间的地中海。两个子群之间的欧几里得距离可以被定义为 在哪里 和 。的最小距离归一化传播的能量可以表示为 在哪里 平均能量每一点吗平均能量象征。最大化之间的地中海子块通常会导致改进的比特误码率(BER)性能。因此,当设计的星座配对ZTM-OFDM-IM副载波映射,不同子群之间的地中海应该大于或等于星座点之间的地中海。

星座对本文提出的是一个相比14),两个不同的BPSK方案如图2采用。使用一对信号星座点位于 ,和信号的星座点B ,在哪里 。在拟议的星座图所示3星座B利用4-QAM的信号点,而使用相同的BPSK信号星座点。

认为副载波的数量 ,CP的长度 ,衰落信道的最大延迟扩展设置为128,16日和10。假设不相交的数量是32组,有四副载波由两个活动组成的子群不活跃副载波和两个副载波。提出ZTM-OFDM-IM系统,一个活跃的副载波调制映射器一个,另一个是调制映射器B如图3。然而,在前面的系统(14),三四个副载波被激活,其中两个是调制映射器一个,,另一个是调制的mapper b两个系统的频谱效率等于1.333位/ s / Hz。根据(13拟议的星座),归一化最小距离两图所示3是 ,这是关于比 传统的星座配对呈现在图2。自是性能提高的主要因素之一,该星座配对可能提供更好的误码性能。在表1,我们比较三个指数modulation-based OFDM系统的规范化药物与一些特定的参数在相同频谱效率1.333位/ s / Hz。认为提出的ZTM-OFDM-IM星座最大的 。

当频谱效率2.222位/ s / Hz,一对星座图所示4已经使用在前面ZTM-OFDM-IM系统[14), 。映射器的内部4-QAM星座,和外8 mapper B信号点,也就是说, 和 ,分别。让是一个信号点之间的地中海和最近的信号点b。此外,地中海从原点到任何信号的星座也等于 。然后,欧氏距离的星座星座的B等于 。这样的约束可以会见了新星座配对呈现在图5。两个星座配对使用相同的信号设置的mapper a .然而,外部信号设置映射器B图5不同于一个图4。然而,两双相同的参数集 对于设计ZTM-OFDM-IM系统给定的表2。有人指出该星座配对具有更大的标准化地中海1.886比前一个。如表所示2,ZTM-OFDM-IM系统提出了星座最大的 。它含蓄地暗示系统用一个新的星座可能会略有改进的误差性能。

4所示。性能分析

评估提议的星座的性能对ZTM-OFDM-IM系统,进行了计算机仿真。中给出的参数表1和2利用设计的OFDM系统基于即时通讯方案。我们实现频率选择瑞利衰落信道以及AWGN信道使用Matlab程序传输仿真环境。

伯斯的OFDM系统即时通讯方案在AWGN和频率选择瑞利衰落信道在数据绘制6和7,分别。在这里,表中给出的参数1使用。使系统具有相同的光谱效率1.333位/ s /赫兹,在前面ZTM-OFDM-IM副载波系统生成的映射,映射器如图2是 和 ,分别提出ZTM-OFDM-IM系统而产生的映射器如图3是 。DM-OFDM-IM系统,分为四个副载波 ,也就是说,不剥削不活跃的副载波。在OFDM-IM系统的情况下,只有一个副载波使用16-QAM映射。

因此,ZTM-OFDM-IM系统推荐的星座配对显示更好的性能比之前的系统错误。当信噪比(信噪比)低于8.5 dB在AWGN环境中,可以观察到DM-OFDM-IM系统有更好的误差性能比其他系统如图6。然而,由于BER高于 在这种情况下,它被认为是DM-OFDM-IM不适合应用程序的通信系统。具体来说,光通信作为参考,提出系统约有1.0 dB相对于传统的信噪比的改善。和误差性能提高约0.6 dB和2.5 dB DM-OFDM-IM和OFDM-IM系统相比,分别。分析了这种提议ZTM-OFDM-IM系统的性能改善是由于增加的子群之间的地中海。

在瑞利衰落信道,ZTM-OFDM-IM系统都有几乎相同的误码率。然而,它仍然可以观察到这些系统性能增益为3.0 dB, 5.5 dB,分别DM-OFDM-IM和OFDM-IM系统相比在光通信的引用 。这是由于前者有很多药物相比,后者增加系统如表所示1。

当频谱效率增加到2.222位/ s /赫兹,在AWGN和瑞利衰落信道的仿真结果数据绘制8和9,分别。因为星座对如图4和5应用于ZTM-OFDM-IM系统映射器和映射器B改变吗 和 ,分别如表所示2。DM-OFDM-IM系统,mapper和映射器B利用星座图所示2,所以 ,并使用16-QAM OFDM-IM系统生成副载波信号。

类似于图6星座,ZTM-OFDM-IM系统提出对约有1.8 dB和2.6 dB在AWGN信道信噪比增益,分别比DM-OFDM-IM和参考OFDM-IM系统的误码率 。然而,伯斯的差异之前和新ZTM-OFDM-IM系统减少到0.3 dB。的地中海获得新的星座对过去对减少,性能改进的数量也减少。频率选择瑞利衰落信道的仿真结果还表明,ZTM-OFDM-IM系统与新星座对性能最好的错误,如图9。因此,最大化不同子群之间的地中海为提高OFDM系统的性能是至关重要的基于索引的调制方案。

5。结论

介绍了新的信号星座对改善错误ZTM-OFDM-IM系统的性能。在提出系统中,两个映射器映射中的一个活跃的副载波使用相同的信号星座的使用在前面的工作,和其他利用星座比一个用于(14]。这导致ZTM-OFDM-IM系统的子群之间的地中海新星座对增加的约束下相同的频谱效率。这是一个主要因素来提高系统的误比特性能提出了。

仿真结果在理想的情况下,频率选择瑞利衰落信道环境中,ZTM-OFDM-IM系统与拟议中的星座对更低的误码率比典型的OFDM系统,如OFDM-IM和DM-OFDM-IM即时通讯方案。此外,新的ZTM-OFDM-IM系统显示性能略优于相同的系统与传统的星座配对。新星座配对提出增加子群之间的地中海,证明改进的可能性误差ZTM-OFDM-IM系统的性能。因此,认为进一步研究广义设计的星座配对的映射器ZTM-OFDM-IM系统在未来是必要的。此外,另一个调查IM-based OFDM系统有必要进一步提高光谱和能源效率,同时抑制系统的复杂性。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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