一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法
2023-07-31 12:29:56
一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法
【專利摘要】本發明屬於通信【技術領域】，特別涉及一種用於基於空間調製的MIMO系統，接收端選取最佳的功率控制因子組合，並反饋給發射端對調製符號進行比例放縮的方法。本發明的選擇方法充分考慮了各發射天線對應信道的差異，根據信道的狀態來調整數據的傳送方式，即選取適應於當前信道的最佳自適應傳輸方案，沿用傳統空間調製中，每根天線採用相同調製方式的策略，從而避免了比特位錯位的情況，同時根據當前信道信息及各天線上的傳輸符號，適當選擇功率控制因子，對不同天線所對應的星座圖進行一定比例的縮放，以達到使等效星座點之間的最小歐式距離最大化的目的，獲得性能上的提升。
【專利說明】一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於通信【技術領域】，特別涉及一種用於基於空間調製系統中的功率控制因子選擇方法。
【背景技術】
[0002]傳統的多天線技術的復用增益嚴重的依賴於發射天線和接收天線間的正交性。一種新的多天線技術空間調製(SM，Spatial Modulation)技術完全避免了載波間幹擾(Inter-Carrier Interference, ICI),並且不要求發射天線和接收天線的正交性，同時接收端相比傳統的V-PLAST和Alamouti算法大大地降低了檢測的複雜度。在發射端，比特信息被映射到某個調製星座點以及特別的天線索引，並由改天線索引發送數據符號，而在接收端，根據接收信號估計出發送數據符號和天線序號，恢復出發送信息。同時，將空間調製與OFDM技術結合(SM-OFDM)，能取得較高的頻譜利用率。
[0003]從傳統的星座調製可知，星座點間的最小歐氏距離增大，誤碼率降低。因而考慮接收端選取最佳的功率控制因子組合，並反饋給發射端對調製符號進行比例放縮，以增大星座點間的最小歐氏距離，從而進一步提升性能。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有的基於空間調製的MMO系統不同天線上的調製符號功率因子相同，從而性能受一定限制，提出了一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法使得性能得以提升。
[0005]為了方便的描述本發明的內容，首先作術語定義:
[0006]空間調製:指利用MMO系統的天線索引和調製符號作為攜帶數據信息的載體一種調製方式，在空間調製中，信息比特流被分映射成天線索引和調製符號，即每個時隙只有一根發射天線被激活，並且用該激活的天線傳輸調製信號。
[0007]MMO系統:指發射端和接收端分別使用多根天線，信號通過發射端和接收端的多個天線進行傳送和接收。
[0008]FroPenius 範數,也叫 2-範數,若向量 X = [X1, X2,...，xn],那麼其 FroPenius 模值可以計算為
[0009]I X I F= (|Χι|2+|Χ2|2+...+|Χη|2)(1/2)，
[0010]其中Ix1I表示求X1的絕對值大小。
[0011]內積:一種矢量運算,假設矢量A = [aly a2,..., an], P = [P1, p2,..., pn]，貝Ij矢量的內積表示為:
[0012] = B1XP1 + a2Xp2 +...+ anXpn。
[0013]乂表示發射天線的數目，乂表示接收天線的數目，M為調製階數，N為子載波個數；Q為PX (N-Nt)的二進位比特流矩陣，P=1g2 (Nt -M) ; UG C V'iv V為Q經過空間調製後的
空間調製矩陣，T€ CiTa;為初始化矩陣，S € ν為空間調製信號矩陣，由U和T矩陣組成，前NtXNt維為T矩陣，後NtX (N-Nt)維為U矩陣。Si (i=l，2，…，M)為S的第i行，表示第i根天線上的所有子載波構成的矢量，Si⑴為Si第I個非零子載波；Χ€ C為對S每行非O元素進行差分編碼得到的差分矩陣，即對每根根天線上的非零子載波進行差分編碼後得到的矩陣，Xi為X的第i行，表示第i根天線上差分編碼後的N個子載波所構成的矢量，XJl)表示Xi的第I個非零子載波，D e Cmxi為M-QAM調製下的星座點集合。P e Ckxnt為候選功控矩陣，k* e Cixnt為候選組合中選出的最佳比例縮放因子。
[0014]由空間調製的性質可知:矩陣S和X的每一列都只有一個非零元素；傳輸矩陣Km) W,:，(fl, 2,..., Λ.:..)表示X的第m列，即m時刻的發射矢量； m時
刻的接收矢量；H(e) G 和覆分別指信道傳輸矩陣及O均值高斯噪聲。
[0015]本發明的實現方法如下:
[0016]一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法，具體如下:
[0017]S1、預設一個候選功率控制因子矩陣Pkxnt, P的每一行對應Nt個比例縮放因子(功率控制因子，功率不變)，初始化輸入信息比特流得到NtXNt維的初始化矩陣Τ，即第j (j=l, 2，- ,Nt)個時刻只有第j根天線上有數據，其它天線數據為零；
[0018]S2、對log2 (NTXM) X (N-NT)的輸入比特流矩陣Q進行空間調製得到NtX (N-Nt)維的空間調製矩陣U;
[0019]S3、將SI得到的初始化矩陣Q和S2得到的空間調製矩陣U進行組合得到NtX N維的空間調製信號矩陣S，這裡NtXN維的空間調製信號矩陣每一行對應一根天線上的所有子載波，再對N個子載波分別進行OFDM調製；
[0020]S4、利用信道估計方法獲取信道狀態信息H，計算適應於當前信道狀態的最佳方案，即候選功率控制因子矩陣P的最佳功率控制因子，並通過反饋信道反饋給發射端，進而對信道傳輸矩陣進行等效，得到估計信道信息H的最佳傳輸方案；
[0021]S5、對S4所述信道狀態信息H的最佳傳輸方案下的調製符號進行OFDM解調，以及空間調製逆映射，結合空間調製系統的極大似然檢測算法恢復出原始信息比特流，其中，
發射信號X經過等效的信道181*，即=其中kM乍為選出的最優功
率控制因子，接收端接收到的信號為y，用極大似然檢測算法得到的估計發射的數據i為:
【權利要求】
1.一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法，其特徵在於:包括如下步驟: 51、預設一個候選功率控制因子矩陣Pkxnt,P的每一行對應Nt個比例縮放因子(功率控制因子，功率不變)，初始化輸入信息比特流得到NtXNt維的初始化矩陣T，即第j (j=l, 2，-,Ντ)個時刻只有第j根天線上有數據，其它天線數據為零； 52、對log2(NTXM) X (N-NT)的輸入比特流矩陣Q進行空間調製得到NtX (N-Nt)維的空間調製矩陣U ； 53、將SI得到的初始化矩陣Q和S2得到的空間調製矩陣U進行組合得到NtXN維的空間調製信號矩陣S，這裡NtXN維的空間調製信號矩陣每一行對應一根天線上的所有子載波，再對N個子載波分別進行OFDM調製； 54、利用信道估計方法獲取信道狀態信息H，計算適應於當前信道狀態的最佳方案，即候選功率控制因子矩陣P的最佳功率控制因子，並通過反饋信道反饋給發射端，進而對信道傳輸矩陣進行等效，得到估計信道信息H的最佳傳輸方案； 55、對S4所述信道狀態信息H的最佳傳輸方案下的調製符號進行OFDM解調，以及空間調製逆映射，結合空間調製系統的極大似然檢測算法恢復出原始信息比特流，其中，發射信號X經過等效的信道H_Sub,即H — sub = H.、、其中k*作為選出的最優功率控制因子，接收端接收到的信號為y，用極大似然檢測算法得到的估計發射的數據?為:
2.根據權利要求1所述的一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法，其特徵在於:S4所述得到估計信道信息H的方法為:通過比較候選功率控制矩陣每一個組合下(共K個組合)等效星座點間的最小歐氏距離dmin(k)，選取最小歐式距離dmin(k)最大的一組對應的功率控制因子k*作為最佳組合。
3.根據權利要求1所述的一種空間調製系統中的功率控制因子選擇方法，其特徵在於:S4所述計算dmin(k)的具體方法如下::由於空間調製系統的特殊性，兩個不同的發射信號叉^口叉^-表示為:^ = !^…，#',…,0]和X廣[O,…* X】，O,…，O]，其中Jf和T:!分別表示第i根和第j根天線上的來自對應星座的m和η星座點，每一傳輸時刻每根激活天線選擇一個功率控制因子Piu, k = 1,2,..., K; I = I, 2..., Nt,且保證平均傳輸功率不變，即 滿足
【文檔編號】H04L27/34GK103731243SQ201310754146
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】龔麗莎, 龔賽丹, 餘旖, 肖悅, 李慧蕾, 李婧 申請人:電子科技大學