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计算机科学 > 信息论

arXiv:2410.00313v4 (cs)
[提交于 2024年10月1日 (v1) ,最后修订 2025年4月23日 (此版本, v4)]

标题: 预啁啾域索引调制用于6G的全分集仿射频分复用

标题: Pre-Chirp-Domain Index Modulation for Full-Diversity Affine Frequency Division Multiplexing towards 6G

Authors:Guangyao Liu, Tianqi Mao, Zhenyu Xiao, Miaowen Wen, Ruiqi Liu, Jingjing Zhao, Ertugrul Basar, Zhaocheng Wang, Sheng Chen
摘要: 自适应频分复用(AFDM),作为一种利用线性调频信号的优越多载波技术,专为高速移动通信设计,被视为第六代(6G)无线网络的有前途的候选技术。 AFDM基于离散自适应傅里叶变换(DAFT),具有两个可调参数的线性调频信号,分别称为预线性调频参数和后线性调频参数。 我们表明,预线性调频对应项可以灵活操控以获得额外的自由度(DoF)。 因此,本文提出了一种新颖的AFDM方案,采用预线性调频索引调制(PIM)理念(AFDM-PIM),可以通过动态预线性调频参数分配隐式地传输额外的信息比特,从而提高频谱和能量效率。 具体而言,我们首先证明,在AFDM调制过程中,通过对不同子载波应用不同的预线性调频参数,子载波正交性仍然得以保持。 受此特性的启发,每个AFDM子载波根据输入比特构成一个唯一的预线性调频信号。 通过这种安排,可以在不增加额外能量消耗的情况下,将额外的二进制比特嵌入到预线性调频参数分配的索引模式中。 为了进行性能分析,我们推导了所提方案在最大似然(ML)检测下的平均误比特率(BER)的渐近紧致上界,并验证了所提的AFDM-PIM在双扩散信道下可以实现最优分集阶数。 基于推导结果,我们进一步提出了一个最优的预线性调频字母表设计,通过智能优化算法来提升BER性能。 仿真结果表明,在双扩散信道下,所提出的AFDM-PIM优于经典基准。
摘要: Affine frequency division multiplexing (AFDM), tailored as a superior multicarrier technique utilizing chirp signals for high-mobility communications, is envisioned as a promising candidate for the sixth-generation (6G) wireless network. AFDM is based on the discrete affine Fourier transform (DAFT) with two adjustable parameters of the chirp signals, termed as the pre-chirp and post-chirp parameters, respectively. We show that the pre-chirp counterpart can be flexibly manipulated for additional degree-of-freedom (DoF). Therefore, this paper proposes a novel AFDM scheme with the pre-chirp index modulation (PIM) philosophy (AFDM-PIM), which can implicitly convey extra information bits through dynamic pre-chirp parameter assignment, thus enhancing both spectral and energy efficiency. Specifically, we first demonstrate that the subcarrier orthogonality is still maintained by applying distinct pre-chirp parameters to various subcarriers in the AFDM modulation process. Inspired by this property, each AFDM subcarrier is constituted with a unique pre-chirp signal according to the incoming bits. By such arrangement, extra binary bits can be embedded into the index patterns of pre-chirp parameter assignment without additional energy consumption. For performance analysis, we derive the asymptotically tight upper bounds on the average bit error rates (BERs) of the proposed schemes with maximum-likelihood (ML) detection, and validate that the proposed AFDM-PIM can achieve the optimal diversity order under doubly dispersive channels. Based on the derivations, we further propose an optimal pre-chirp alphabet design to enhance the BER performance via intelligent optimization algorithms. Simulations demonstrate that the proposed AFDM-PIM outperforms the classical benchmarks under doubly dispersive channel.
主题: 信息论 (cs.IT) ; 信号处理 (eess.SP)
引用方式: arXiv:2410.00313 [cs.IT]
  (或者 arXiv:2410.00313v4 [cs.IT] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.00313
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Guangyao Liu [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2024 年 10 月 1 日 01:24:40 UTC (1,640 KB)
[v2] 星期五, 2024 年 10 月 18 日 02:45:39 UTC (1,513 KB)
[v3] 星期一, 2024 年 11 月 18 日 14:28:54 UTC (797 KB)
[v4] 星期三, 2025 年 4 月 23 日 14:06:32 UTC (9,681 KB)
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