[发明专利]一种基于多维OFDM的信号调制方法和系统及MIMO通信系统

说明书

本发明给出了一种基于多维OFDM的信号调制方法和系统及MIMO通信系统，包括对信号源发出的原始信号进行模/数变化和串并变化处理，并基于机器学习的脉冲成型优化处理生成模拟信号；基于模拟信号中信噪比的函数关系确定模拟信号对应的最佳星座点位置，并将模拟信号映射至最佳星座点上；基于子载波个数和频率为样本集，利用机器学习以子载波中的误码率和传输效率为目标函数确定模拟信号的最佳子载波；通过多维OFDM对模拟信号进行调制，响应于调试后的峰均比PAPR小于预设的阈值，利用最佳子载波发送调制后的信号。本发明直接利用OFDM发送信号模型对原始信号进行调制，整个信号调制过程完全自动化，减少人工处理时间和复杂度。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于多维OFDM的信号调制方法和系统及MIMO通信系统。

背景技术

基于高阶调制OFDM的水声视频传输技术采用ZFFT来实现OFDM通过计算量的对比，在高中心频率、频谱带宽集中时，ZFFT的实现方式降低了FFT 运算点数和整体的运算量。其次，在视频通信中，OFDM一帧信号的持续时间较长，使得传统的同步方式不适合视频通信应用，采用了基于CP的同步设计。水声通信带宽受限，想要提高通信速率必须采用高阶调制。但在高阶调制时系统的误码率会逐步升高，为了纠正接收信号的错误，降低误码，仿真了符合DVB-S2标准的LDPC+BCH信道编码在QPSK、8PSK、16APSK、 32APSK调制方式下不同码率时的性能。16APSK调制时内圆与外圆的比值不同，系统的性能也不相同，最终选择外圆与内圆比值在2.3左右，此时 16APSK有最佳性能，但对于高清视频传输的话，16APSK并不能达到传输速率的要求。最后，在高斯白噪声信道、简单多途信道和由声速梯度的复杂多途信道下，在一定的信噪比条件，QPSK-OFDM、16APSK-OFDM、16QAM-OFDM三种调制方式在加LDPC+BCH信道纠错码时，能够达到理想的性能，对于近海更为复杂的噪声环境下，误码率并不能达到系统要求。

抑制峰均比(PAPR)技术一般采用以下方式：1.限幅滤波,OFDM信号在进入非线性功放之前，首先进行限幅，这样就可以使得信号峰值低于所期望的最大电平值。限幅是一种非常直接有效的降低峰值的方法，但是它是一个非线性过程，将导致严重的限幅噪声和带外干扰；2.峰值加窗技术，把OFDM 的峰值加上(乘以)其他形状的时域窗，并且这些时域窗的频谱宽度比矩形窗窄，那么峰值加窗后的OFDM信号的带外干扰就会减小，但加窗的时间宽度内抽样值会产生畸变；3.峰值相消，从OFDM信号中减去一个时延的具有一定幅度的参考函数，用它至少可以降低信号中的一个峰值点。当设计参考函数的频谱宽度与OFDM信号频谱宽度大致相同时，这时峰值抵消技术基本上不会带来任何带外干扰，这种参考函数是要随着海洋环境噪声的变化而变化，否则效果会变差；4.编码类技术，把原先直接送入IFFT的并行数据先进行编码，然后从编码后所有码字中选择一些峰值较小的码字再送入IFFT中，对于那些峰值较大的码字就不送入IFFT了，这样可使得OFDM信号的峰值降低。这类技术不会出现限幅类技术中产生的限幅噪声。不过由于编码过程中需要增加冗余数据，因此会降低信息传输速率；5.概率类技术，把原先送入IFFT中的N个并行数据进行加权，然后再送入IFFT中，即通过这种线性变换来改变OFDM信号取值的概率分布，从而降低信号峰值出现的概率。但此系统需要较大复杂度，更难以实现。

发明内容

为解决现有技术中，二维OFDM调制信号带宽利用率低，峰均比PAPR高，信号传输速率慢，误码率高，带宽利用率低，以及OFDM符号在三维星座点上的映射效率低，本发明提出了一种基于多维OFDM的信号调制方法和系统及MIMO通信系统。

在一个方面，本发明提出了一种基于多维OFDM的信号调制方法，包括以下步骤：

S1：对信号源发出的原始信号进行模/数变化和串并变化处理，并基于机器学习的脉冲成型优化处理生成模拟信号；