一種低復雜度的空間調制系統檢測方法
【專利摘要】本發明涉及移動通信技術，具體的說是涉及一種低復雜度的空間調制系統檢測方法。本發明的主要通過對星座符號鄰域進行特定子集的選取，然后進行首次遍歷搜索，從而根據選擇的M個最小歐式距離結果確定激活發射天線的比特信息或具有最小歐氏距離的那個組合對應的符號所在象限判定發射符號所在的象限，而后進行二次搜索。本發明通過四個象限的特定子集的選取進行首次遍歷，可以降低搜索的可能檢測發送信號數目，從而有效降低了接收機的檢測復雜度，并在較低復雜度的情況下獲取較優的檢測性能。本發明尤其適用于空間調制系統檢測方法。
【專利說明】一種低復雜度的空間調制系統檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動通信技術，具體的說是涉及一種低復雜度的空間調制系統檢測方法。
【背景技術】
[0002]空間調制(Spatial Modulation, SM)技術將一定數目的信息比特分成兩部分，一部分用于選擇將要激活的發射天線，另一部分用于調制映射成星座符號，并將映射的星座符號通過選擇的發射天線進行傳輸，未被選擇的發射天線則靜默。采用SM技術可以避免MIMO(Multiple-1nputMultiple-Output,多輸入多輸出)系統中存在的信道間干擾及發射天線同步的問題。SM系統每次只激活一根發射天線，其他的發射天線則靜默。而廣義空間調制系統(Generalized Spatial Modulation, GSM)技術可選擇多根發射天線，并在不同的發射天線上傳輸不同的星座符號。這是兩種系統的區別。基于空間調制的MMO接收機進行檢測時，需要同時確認激活發射天線的比特信息和調制成星座符號并通過激活的發射天線進行傳輸的比特信息。具有最優的檢測性能的檢測方法是ML (Maximum Likelihood)檢測，即對所有可能的發射天線與發射符號的組合進行遍歷式搜索，因此目前的ML檢測算法的復雜度隨著總發射天線數的增加和調制階數的提高而呈現指數增長
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的，就是針對傳統ML檢測算法在較多發射天線數和較高調制階數時存在的高復雜的度問題，提出一種低復雜度的空間調制系統檢測方法。
[0004]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種低復雜度的空間調制系統檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]a.對需要發送的信源數據分流，具體為:分別將每一幀數據的一部分用于選擇發射天線組合，其另一部分數據用于映射調制星座符號；
[0006]b.發射機分別根據每一幀數據選擇的發射天線，對該幀數據映射的調制星座符號進行發射；
[0007]c.接收機接收到發射機發射的信號后，確定發射機選用的天線和該天線發射的星座符號，具體方法為:將發射空間劃分為四個象限，并在每個象限中選取部分坐標構成坐標集，將坐標集與發射天線的所有組合進行遍歷得到歐氏距離值，并將歐氏距離值進行排序，排序后從小到大選擇部分歐氏距離值，并判斷該部分歐氏距離值對應的發射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發射機采用的發射天線，然后遍歷星座符號，具有最小歐氏距離的組合對應的星座符號為發射符號，若否，選擇最小歐氏距離值對應的坐標所在象限，遍歷該象限所有的星座符號和發射天線的組合信息得到歐氏距離值，則根據最小歐氏距離值對應的組合信息得到激活天線索引和發射信息。
[0008]具體的，步驟c的具體方法為:
[0009]cl.設接收機接收的信號為y,y是NkX I的列向量,可表示為:y = Hx+n = Hksk+n,其中Nk為接收天線數量，H為MMO系統的信道矩陣，X為廣義空間調制系統發射機的發送信號，η為均值為O、方差為σ 2的加性高斯白噪聲，Sk指所選擇的第k個發射天線下所發送的調制星座符號數據，設發射天線共有4根，選取四個象限中16個坐標構成子集Z =(±2±6i, ±2±2i, ±6±2i, ±6±6i),對選取的點集與發射天線進行遍歷得到歐氏距尚值，共有16*4 = 64個組合得到64個歐氏距離值，將該64個歐氏距離值按從小到大的順序排序，排序后取與前4個歐氏距離值相對應的發射符號與發射天線的組合；判斷這4個發射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發射機采用的發射天線，然后遍歷整個調制星座空間與該判定的激活天線索引的發射組合，得到2*64 = 128個歐氏距離值，其中最小的歐氏距離值對應的發射組合的發射符號為發射機發射的星座符號，若否，則判定最小歐氏距離值對應的坐標所在象限為發射端發射天線和發射符號所在的象限，遍歷該象限內的星座符號與發射天線的組合信息，根據最小歐氏距離對應的組合信息得到發射天線和發射符號信息。
[0010]本發明的有益效果為，能有效降低ML檢測過程中的遍歷次數，從而有效降低接收機的檢測復雜度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是空間 調制系統發射機的發射過程示意圖；
[0012]圖2是64QAM調制時，以第一象限為例選取的一個符號集不意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖，詳細描述本發明的技術方案:
[0014]本發明的空間調制系統檢測方法，主要通過對星座符號鄰域進行特定子集的選取，然后進行首次遍歷搜索，從而根據選擇的M個最小歐式距離結果確定激活發射天線的比特信息或具有最小歐氏距離的那個組合對應的符號所在象限判定發射符號所在的象限，而后進行二次搜索。本發明通過四個象限的特定子集的選取進行首次遍歷，可以降低搜索的可能檢測發送信號數目，從而有效降低了接收機的檢測復雜度，并在較低復雜度的情況下獲取較優的檢測性能。
[0015]為更好地對本發明進行說明，先介紹本發明技術方案所用到的術語和廣義空間調制系統發射機。
[0016]激活的發射天線:指在發射機Nt根發射天線中任意選取I根進行符號傳輸，其他的天線靜默。選取的用于發送信息符號的天線稱為激活的發射天線，未被選擇的稱為靜默的發射天線。
[0017]信道矩陣:假設每個發射天線與每個接收天線之間均為平坦衰落信道，則MMO系統的信道矩陣為:
[0018]
(Jt/7 、
nIl …nINj
H=: 、:[0019]其中，Nk為空間調制系統接收機的接收天線數量，hu為第j (I ( j小于等于Nt)根發射天線到第i (I < i < Nk)根接收天線的衰落系數且服從均值為0，方差為I的復高斯分布。
[0020]等效歐氏距離:等于發射信號X經過信道H后與接收信號向量Y的弗羅貝尼烏斯范數，即等效歐氏距離dEu。= I |y_Hx| |F。
[0021]最大似然準則判決:指在可能的發射信號中選擇使等效歐氏距離或其平方值最小的信號向量作為判決結果。
[0022]定理1:假設Nk為系統的接收天線數目，σ 2為加性高斯白噪聲的方差，若檢測發送信號i滿足|y-Hx|f<7VRa2，則認為該檢測信號j是檢測正確的，是可靠的，具體推導
見 Fan Wang, Yong Xiong, Xiumei Yang，“Approximate ML Detection Based on MMSE forMIMO Systems, ^PIERSonlinej vol.3，n0.4，pp.475-480，2007。
[0023]在空間調制系統發射機與接收機之間共享發射天線映射表和星座映射表。設MMO系統的發射機有隊個發射天線，從中選擇一根天線發送數據，總共存在Nt個選擇，選擇其中
^ = 2Ll0fc(^)J個用于發射天線組合映射表的設計，L.」表示向下取整。圖1是空間調制系統
發射機的發射過程示意圖。星座映射表可以根據工程應用的實際情況進行設置。如圖1所示，空間調制系統發射機的發射過程包括以下步驟: [0024]SlOl:假設需要發送的數字化二進制信源數據中一幀數據為u = (U1, U2,…，Ul)，其中L為幀大小,例如設一幀數據為u = 10001110，發射天線數為4 ；
[0025]S102:對數據進行分流，將一部分數據~=(it, ,U2’…’ ?/,),/, =L1Og2(A)J用于選
擇相應的發射天線組合，另一部分數據u2 = (uh+1,u2,..., uL=h+h), I2 = L-11 = 1g2(M)用于
映射調制星座符號，其中M為調制階數則該幀數據分流后，例如數據u = 10001110中用于選擇發射天線組合部分U1 = 10,用于映射64QAM調制星座符號部分U2 = 001110 ；
[0026]S103:根據U1映射激活的發射天線；例如根據發射天線映射表，10對應的激活的發射天線為第三根；
[0027]S104:根據U2映射調制星座符號，得到調制星座符號數據s ;例如根據星座映射表，001110對應的調制星座符號為-Ι+i，調制星座符號數據S = -5+1 ；
[0028]S105:選擇步驟S103得到的發射天線對步驟S104得到的調制星座符號數據進行發射。則發送信號可表示為X= (0，0，S，0)T，其中，(*”表示矩陣的轉置，發送信號X擁有Nt個元素，但只有I個非零值，且非零元素所在位置為映射表中選擇激活的發射天線所對應的索引；例如根據u = 10001110得到的發射信號為X = (O, O, -5+i, 0)τ ;發射機將發送信號X發送給接收機；
[0029]S201:接收機的接收信號記為y，7是NkX I的列向量，可表示為:
[0030]y = Hx+n = Hksk+n
[0031]其中Nk為接收天線數量，H為MMO系統的信道矩陣，x為廣義空間調制系統發射機的發送信號，η為均值為O、方差為σ 2的加性高斯白噪聲，sk指所選擇的第k個發射天線下所發送的調制星座符號數據；
[0032]S202:以64QAM調制為例，如圖2示，選取第一象限的特定子集可以選擇為如下4個符號的子集(2+6i，2+2i, 6+2i, 6+6i)，則第二、三、四象限可分別類似選取，分別為(-2+6i, -2+2i, -6+2i, _6+6i)、(-2-6i, ~2~2i, ~6~2i, _6_6i)及(2~6i, 2~2i, 6_2i, 6_6i)，則 Z = (±2±6i, ±2±2i, ±6±2i, ±6±6i)；
[0033]S203:對選取的子集與發射天線的所有16*4 = 64種組合進行遍歷，如其中的一種組合為(0，2+6i，0，O)。對得到的64個歐氏距離值進行排序，取前M(M> 2)個最小值及與之對應的發射符號與發射天線的組合。若這M個組合的激活天線索引一致，如均為第2根發射天線，則認為發射端激活的是第2根發射天線，對應的信息比特為01 ;然后在此基礎上遍歷星座符號，則共有2*64 = 128種，具有最小歐氏距離的組合對應的星座符號判定為發射符號，如(0，1+i, O, O)是最小歐氏距離對應的發射組合,則判定Ι+i為發射端發射的星座符號；若不一致，則根據最小歐氏距離的那一個組合對應的符號所在的象限判定為發射符號所在的象限，如對應的發射符號為3-5i，然后遍歷第四象限的16個調制星座點與所有發射天線的發射組合，即4*16 = 64個組合，最小歐式距離對應的發射組合即為發射端的發射組合，如最小歐式距離對應的發射組合為(3_7i，0，0，0)，則判定發射端激活天線索引為1，發射符號為3-7i。
[0034]S204:對S203中兩種情況下進行的二次搜索的歐式距離值均選取最小者對應的組合，判定發射符號為該最小歐式距離對應的星座符號點，對其進行解調得到相應的比特信息，判定激活天線的索引為該組合對應的激活天線。激活發射天線的比特信息與調制成星座符號的比特信息放在一起便構成了發射端發送的二進制比特流。
【權利要求】
1.一種低復雜度的空間調制系統檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: a.對需要發送的信源數據分流，具體為:分別將每一幀數據的一部分用于選擇發射天線組合，其另一部分數據用于映射調制星座符號； b.發射機分別根據每一幀數據選擇的發射天線，對該幀數據映射的調制星座符號進行發射； c.接收機接收到發射機發射的信號后，確定發射機選用的天線和該天線發射的星座符號，具體方法為:將發射空間劃分為四個象限，并在每個象限中選取部分坐標構成坐標集，將坐標集與發射天線的所有組合進行遍歷得到歐氏距離值，并將歐氏距離值進行排序，排序后從小到大選擇部分歐氏距離值，并判斷該部分歐氏距離值對應的發射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發射機采用的發射天線，然后遍歷星座符號，具有最小歐氏距離的組合對應的星座符號為發射符號，若否，選擇最小歐氏距離值對應的坐標所在象限，遍歷該象限所有的星座符號和發射天線的組合信息得到歐氏距離值，則根據最小歐氏距離值對應的組合信息得到激活天線索引和發射信息。
2.根據權利要求1所述的一種低復雜度的空間調制系統檢測方法，其特征在于，步驟c的具體方法為: cl.設接收機接收的信號為y, y是NkX I的列向量,可表示為:y = Hx+n = Hksk+n,其中Nk為接收天線數量，H為MMO系統的信道矩陣，X為廣義空間調制系統發射機的發送信號，η為均值為O、方差為σ 2的加性高斯白噪聲，Sk指所選擇的第k個發射天線下所發送的調制星座符號數據，設發射天線有4根，選取四個象限中16個坐標構成子集Z =(±2±6i, ±2±2i, ±6±2i, ±6±6i),對選取的點集與發射天線進行遍歷得到歐氏距尚值，共有16*4 = 64個組合得到64個歐氏距離值，將該64個歐氏距離值按從小到大的順序排序，排序后取與前4個歐氏距離值相對應的發射符號與發射天線的組合；判斷這4個發射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發射機采用的發射天線，然后遍歷整個調制星座空間與該判定的激活天線索引的發射組合，得到2*64 = 128個歐氏距離值，其中最小的歐氏距離值對應的發射組合的發射符號為發射機發射的星座符號，若否，則判定最小歐氏距離值對應的坐標所在象限為發射端發射天線和發射符號所在的象限，遍歷該象限內的星座符號與發射天線的組合信息，根據最小歐氏距離對應的組合信息得到發射天線和發射符號信息。
【文檔編號】H04W24/02GK103987068SQ201410239967
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】肖悅, 張云嬌, 范世文, 何旭, 李少謙 申請人:電子科技大學