[发明专利]频-模态-空状态的多维混合调制无线通信信号方法

说明书

本发明公开一种频‑模态‑空状态的多维混合调制无线通信信号方法，主要为了进一步提高通信可达速率。具体步骤包括：(1)二进制比特流分块；(2)星座调制和映射；(3)子载波、轨道角动量模态调制；(4)空间调制后的信号发射。本发明通过利用发射天线、轨道角动量模态以及子载波形成的三维调制空间，为传统的调制方法提供了三个额外的调制维度，具有系统计算复杂度低和通信可达速率高的优点，即使在发射端天线数小的情况下，也可以大幅度提高通信可达速率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM(Multiple-Input-Multiple-Output orthogonal frequency divisionmultiplexing)技术领域中的一种频-模态-空状态的多维混合调制无线通信信号方法。本发明可用于除了频-模态-空状态组成的三维调制空间外，还有传统星座图中的二维调制空间的未来无线移动通信中对无线通信信号进行多维的调制，从而提高通信系统的可达速率和频谱效率。

背景技术

随着无线通信中信号带宽越来越宽，对应的频谱资源却越来越少，人们逐渐开始研究能最大化利用频谱资源的算法和技术，高频谱效率是未来无线通信的主要需求。在现有的技术中，相比单输入单输出系统，多输入多输出MIMO方案利用多根天线同时传输数据到接收端，可以有效的提高频谱效率，但信道间干扰，天线间同步以及多个射频链是任何MIMO技术面临的主要问题。

Tanumay Datta等人在其发表的论文“On Generalized Spatial Modulation”(Proc.2013Asilomar Conf.on Signals,Syst.And Comput,pp.1498-1502,Nov.2013)中提出了一种调制无线通信信号的方法。该方法利用天线索引引入空间域，每个时隙激活多根天线，将激活天线的索引作为携带信息比特的载体来进一步提高通信速率。在发射端，输入的二进制比特流一部分被映射到天线索引上，用来选择特定的激活天线；另一部分比特映射到传统的星座图中，用来选择多个调制符号。最后，被选择的调制符号由激活天线发射出去。该方法存在的不足之处是：发射端需要多条射频链发射信号，而且如果想实现更大的通信速率，终端必须安装大量的天线，这在实际中是不切实际的，使得通信速率严格受发射端天线数目的限制。

Harsha S.Eshwaraiah等人在其发表的论文“Generalized Space-and-FrequencyIndex Modulation”(IEEE Transactions on Vehicular Technology 65.7(2016):4911-4924)中通过将空间域和频域结合提出一种调制方法，该方法将天线和载波组成一个二维的调制空间，为传统的星座调制增加了两个调制维度。在发射端，该方法除了将二进制信息比特映射到传统星座图中，选择调制符号，还会映射到天线和载波形成的二维调制空间，用来选择激活天线和载波，最后，调制符号由激活载波调制后再由激活天线发射出去。该方法可以在使用很少的射频链时，实现较大的频谱效率。该方法存在的不足之处是：随着天线以及载波数目的增加，在发射端从二进制比特流到激活天线和载波的映射复杂度以及接收端的检测复杂度将会非常大。

中铁二院工程集团有限责任公司在其申请的专利文件“基于子载波索引调制的多载波非正交传输方法”(申请号：201510651017.8公开号：CN 105337921 A)中提出了一种多载波信号调制方法。该方法的实施步骤为：第一，根据子载波数目、索引调制参数对原始的二进制比特进行分块；第二，根据索引调制选择激活子载波并在激活子载波上进行传统星座调制；第三，将调制后的数据用非正交载波信号进行调制；第四，接收端根据最大似然检测进行索引解调和星座解调。该方法存在的不足之处在于：子载波之间的非正交性会引起子载波之间的干扰，造成接收信号检测性能的下降，因而误码率比较高。

发明内容