一種基于收發天線選擇的空間調制方法與流程

本發明屬于數字無線通信領域，特別涉及一種多天線傳輸方法，即基于收發天線選擇的空間調制。

背景技術：

多天線(mimo)技術指無線通信的發射端和接收端均采用多根天線的無線傳輸技術，可以使通信系統獲得更高的譜效率以提升傳輸性能。空間調制(sm)是一種實用的多天線技術，其基本思想是：傳輸的信息比特一部分可以映射為傳統的幅度相位調制(apm)星座符號，另一部分信息比特映射成空間天線的索引號，使得天線也具備承載信息比特的能力。目前存在的空間調制技術，可以分為兩大類：發送端天線選擇的空間調制(tsm)和接收端天線選擇的空間調制(rsm)。tsm技術只在發送端通過激活發送天線來攜帶信息，而rsm可以使用預編碼技術，通過激活接收天線來攜帶信息。以上的這兩種空間調制技術都減少了信道間的干擾，進而提高了通信系統的可靠性。然而，以上這兩類方法存在的主要缺點是：僅能單邊地激活天線，即只能激活發射天線或者接收天線，而不能同時激活收發兩端的天線，這會使得系統整體的頻譜效率降低。

技術實現要素：

為解決上述頻譜效率低的問題，本發明同時利用了發射天線的索引號和接收天線的索引號來攜帶信息，提出了一種基于收發天線選擇的空間調制(trsm)方法。該方法配置的發射天線個數為mt，接收天線的個數為mr，其中mt與mr均為大于1的整數，并且滿足mt≥mr。第i(1≤i≤mt)根發射天線傳輸到第j(1≤j≤mr)根接收天線所對應的信道系數為hj,i，傳輸的無線信道矩陣的每個元素由信道系數hj,i組成，并且在發送端和接收端都是已知的。接收到信號向量為即y＝hx+z，其中表示發送向量，是加性高斯白噪聲向量，z的每個元素獨立同分布的，并且服從該方法包括發射機與接收機信號處理過程，發射機信號處理過程包括以下步驟：

(1.1)發射機每次發送長度為n的編碼或者非編碼比特序列為n維二元有限域集合，n是正整數；把比特流c劃分為兩部分c＝{cs,ca}，n＝ns+na，其中比特流cs的長度為ns，比特流ca的長度為符號表示向下取整。

(1.2)比特流cs進入幅度相位調制器進行調制，即得到映射后的調制星座點符號表示映射關系其中表示調制星座符號集合為復數域集合，集合的大小表示為比特流ca進入空間調制器，得到映射后的空間調制符號表示映射關系其中結合以上兩種映射，我們可以得到整體的符號映射關系

(1.3)根據上述映射關系，發射機產生發送的空間調制信號向量x＝βs(ii+hj)，其中，ii是大小mt的單位矩陣的第i列，表示選擇第i根發射天線的索引號來攜帶信息，是矩陣的第j列，表示選擇第j根接收天線的索引號來攜帶信息，其中β是歸一化因子。

接收機信號處理過程包括以下步驟：

(2.1)對ca所有可能取值，計算和y之間的相關度，即其中，hi表示矩陣h的第i列，ij表示大小為mr的單位陣的第j列；把相關度由大到小進行排序，取前l個對應的ca的值，構成備選的天線集合計算‘信號’概率同時，對所得信號概率值由大到小進行排序，取前l個對應的cs的值，構成備選的星座點集合計算‘天線’概率計算空間調制信號概率，p(ca,cs)≈p(ca)p(cs)；

(2.2)最后，若發送的是編碼序列，則把檢測出的概率p(ca,cs)送到譯碼器進行譯碼，否則直接進行判決。

上述空間調制信號概率的計算還可以是如下方法步驟：

接收機接收到的信號向量使用最優的最大似然檢測算法，遍歷向量計算空間調制(trsm)信號的概率得到似然函數。

本發明結合了發送天線選擇的空間調制(tsm)和接收天線選擇的空間調制(rsm)，這樣既可以通過發送天線的索引號攜帶信息，又可以通過接收天線索引號來攜帶信息。與tsm和rsm方案相比，提出的trsm方案具有更高的譜效率，且具有較低的錯誤平層。此外，為了降低復雜度，我們還提出了相應的次優軟檢測算法。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細敘述。

附圖說明

圖1為收發兩端空間調制(trsm)系統示意圖。

圖2為收發兩端空間調制(trsm)、發送端空間調制(tsm)和接收端空間調制(rsm)系統的互信息性能圖。

圖3為收發兩端空間調制(trsm)發送端空間調制(tsm)和接收端空間調制(rsm)系統的誤比特率(ber)性能圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例配置的發射天線個數為mt＝8，接收天線的個數為mr＝4。第i(1≤i≤mt)根發射天線傳輸到第j(1≤j≤mr)根接收天線所對應的信道系數為hj,i，傳輸的無線信道矩陣的每個元素由信道系數hj,i組成，并且在發送端和接收端都是已知的。接收到信號向量為即y＝hx+z，其中表示發送向量，是加性高斯白噪聲向量，z的每個元素獨立同分布的，并且服從該方法包括發射機與接收機信號處理過程，發射機信號處理過程包括以下步驟：

(1.1)發射機每次發送長度為n＝8的非編碼比特序列表示n維二元有限域集合；把比特流c劃分為兩部分c＝{cs,ca}，n＝ns+na，比特流cs的長度為ns＝3，比特流ca的長度為符號表示向下取整；

(1.2)比特流cs進入幅度相位調制器進行調制，即得到映射后的調制星座點符號表示映射關系其中表示調制星座符號集合為復數域集合，集合的大小表示為比特流ca進入空間調制器，得到映射后的空間調制符號表示映射關系其中

結合以上兩種映射，我們可以得到整體的符號映射關系

(1.3)根據上述映射關系，發射機產生發送的空間調制信號向量x＝βs(ii+hj)，其中，ii是大小mt的單位矩陣的第i列，表示選擇第i根發射天線的索引號來攜帶信息，是矩陣的第j列，表示選擇第j根接收天線的索引號來攜帶信息，其中β是歸一化因子。

接收機信號處理過程：

(2.1)接收機接收到的信號向量使用最優的最大似然檢測算法，遍歷向量計算空間調制(trsm)信號的概率得到似然函數；

(2.2)把檢測出的概率p(c)直接進行判決。

仿真結果見圖2，我們可以看出，在非編碼系統中，使用最優檢測算法，trsm的性能要優于tsm和rsm。此外，上述過程所得似然函數可以用來計算互信息，而互信息可對系統的頻譜效率進行度量。圖3給出了trsm、tsm和rsm系統的互信息曲線。我們可以看到，在snr很寬的范圍內，trsm都比tsm和rsm獲得更高的頻譜效率。例如當snr＝10db時，我們可以觀察到trsm、tsm和rsm的頻譜效率分別可以達到7.8bits/channel-use、7.2bits/channel-use和7.0bits/channel-use。

實施例2

本實施例配置的發射天線個數為mt＝8，接收天線的個數為mr＝4。第i(1≤i≤mt)根發射天線傳輸到第j(1≤j≤mr)根接收天線所對應的信道系數為hj,i，傳輸的無線信道矩陣的每個元素由信道系數hj,i組成，并且在發送端和接收端都是已知的。接收到信號向量為即y＝hx+z，其中表示發送向量，是加性高斯白噪聲向量，z的每個元素獨立同分布的，并且服從該方法包括發射機與接收機信號處理過程，發射機信號處理過程包括以下步驟：

(1.1)發射機每次發送長度為n＝8的編碼比特序列表示n維二元有限域集合；把比特流c劃分為兩部分c＝{cs,ca}，n＝ns+na，比特流cs的長度為ns＝3，比特流ca的長度為符號表示向下取整；

(1.2)比特流cs進入幅度相位調制器進行調制，即得到映射后的調制星座點符號表示映射關系其中表示調制星座符號集合為復數域集合，集合大小表示為比特流ca進入空間調制器，得到映射后的空間調制符號表示映射關系其中

結合以上兩種映射，我們可以得到整體的符號映射關系

(1.3)根據上述映射關系，發射機產生發送的空間調制信號向量x＝βs(ii+hj)，其中，ii是大小mt的單位矩陣的第i列，表示選擇第i根發射天線的索引號來攜帶信息，是矩陣的第j列，表示選擇第j根接收天線的索引號來攜帶信息，其中β是歸一化因子。

接收機信號處理過程：

2.1)對ca所有可能取值，計算hca和y之間的相關度，即其中，hi表示矩陣h的第i列，ij表示大小為mr的單位陣的第j列；把相關度由大到小進行排序，取前l個對應的ca的值，構成備選的天線集合計算‘信號’概率同時，對所得信號概率值由大到小進行排序，取前l個對應的cs的值，構成備選的星座點集合計算‘天線’概率計算空間調制信號概率，p(ca,cs)≈p(ca)p(cs)；

(2.2)把檢測出的概率p(ca,cs)送到譯碼器進行馬爾科夫疊加傳輸(bmst)滑窗譯碼。

仿真結果見圖2，我們使用單奇偶校驗碼[40,39]¹⁴⁰、[10,9]⁶⁰⁸和[8,7]⁷⁸⁰作為馬爾科夫疊加傳輸(bmst)的基本碼，分別構造了bmst-trsm、bmst-tsm和bmst-rsm系統。從圖3中，我們可以看出，在編碼系統中，使用最優的檢測算法，bmst-trsm要優于bmst-tsm和bmst-rsm。在低snr時，使用最優檢測算法的bmst-tsm和bmst-rsm要比使用次優檢測算法的bmst-trsm好，但是bmst-trsm系統比bmst-rsm有更低的錯誤平層。在ber＝10^-5時，使用最優檢測的bmst-trsm系統的性能離香農限有1.2db，使用次優檢測的bmst-trsm系統相對于最優檢測的系統有約2.0db的性能損失。另外，在高snr時，ber性能可以通過下界來預測。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、變更已經等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。