CN104333434B - 一种低复杂度的空间调制检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通信抗干扰技术领域，尤其涉及空间调制(Spatial Modulation,SM)技术，信号向量检测算法(Signal Vector Detection，SVD)，硬解调最大似然检测算法(Hard‑Limiter Maximum‑Likelihood Detection，HL‑ML Detection)及其相关的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)等技术。一种低复杂度的空间调制检测方法，通过设置合理的门限，将信号向量检测算法和硬解调最大似然检测算法相结合，在检测得到的BER性能极其接近最优算法ML检测的情况下，极大的降低检测的复杂度。

Description

一种低复杂度的空间调制检测方法
技术领域
本发明通信抗干扰技术领域，尤其涉及空间调制(Spatial Modulation,SM)技术，信号向量检测算法(Signal Vector Detection，SVD)，硬解调最大似然检测算法(Hard-Limiter Maximum-Likelihood Detection，HL-ML Detection)及其相关的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)等技术。
背景技术
MIMO调制技术是一种无线环境下的高速传输技术，它在发射端和/或接收端配置更多的天线单元，并结合先进的空时编码调制方案，通过对空间自由度的充分利用，可以带来额外的分集，复用和波束成型增益。
近来，SM技术作为一种新的MIMO调制方案被提出来作为一种新的调制技术。该技术的基本原理是通过激活不同的天线，将天线索引值用于调制来传输信息比特。这种传输方案的本质是利用MIMO系统中不同信道的独立性。因为每次只有一根天线被激活，进而在发射端只需要一个射频单元且此过程能传输部分比特，所以这种方案提高了传输速率，并降低了MIMO系统的成本和复杂度。然而，传统的空间调制系统的检测复杂度还是较高的，尤其是当发射天线数较多时，复杂度往往会很高，进而难以实现。
发明内容
本发明基于SM系统，提出了一种低复杂度的空间调制检测方法，该方法通过设置合理的门限值来降低系统的检测复杂度。
一种低复杂度的空间调制检测方法，具体如下：
S1、根据接收到的信号向量，分别求其与信道矩阵中各列向量的夹角选择其中第二小的夹角为θj，其中，y为接收到的信号向量，hu为信道矩阵H的列向量，u∈U，U为发射天线序号集合，j为被选择的夹角所对应的发射天线序号；
S2、设置门限Vth1，若S1所述θj＞Vth1，则确定为发射天线的天线序号转入S3，若θj≤Vth1，则转入S4，其中，Nt为列向量所对应的天线个数，
S3、对被激活发射天线的所传送的调制符号进行检测，具体如下：先根据式得到均衡符号，由所述均衡符号进行硬判决，得到最后的解调符号完成检测，其中，rj为均衡符号，为硬判符号即解调出的符号，Q'(·)为SM调制的硬解调方程，即选择调制符号星座图中离均衡符号最近的星座点，发射天线为u'，调制符号为
S4、设置门限根据S1所述θu将对应天线的序号按照θu的大小排列，得到序号向量集合I＝[i1,i2,...,iNt]T，其中，Nr为接收天线的个数，δ2表示高斯白噪声的方差，
S5、根据公式求得ri和其中，ri和的意义与S3中相同；
S6、若S5所述ri和满足停止对S4所述序号向量集合I进行遍历，检测完成，检测到的发射天线序号u'＝i，调制符号为
S7、若S5所述ri和没有满足则采用HL-ML检测算法对接收信号进行检测，即其中，u'为检测到的发射天线序号，s'为检测到的调制符号。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置合理的门限，将信号向量检测算法和硬解调最大似然检测算法相结合，在检测得到的BER性能极其接近最优算法ML检测的情况下，最大程度的降低了检测复杂度。
附图说明
图1是传统SM系统框图。
图2是本发明的SM系统框图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
为更好地对本发明进行说明，先介绍本发明技术方案所用到的术语和空间调制系统发射机结构。
空间调制：如图1，b是需要传输的比特数据，可以被视为一个L×T的矩阵，其中L＝log2(M)+log2(Mary)是一个SM调制符号所携带的比特数量，Mary是正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)阶数。可以看出，一个SM调制符号所能携带的比特数量由QAM调制阶数和发射天线数量共同决定。SM调制准则是根据SM转化表将b转化成为一个M×T的矩阵x。在x中，一列代表一个时刻发送的数据，任意一列只有一个非零数据，意味着任意时刻只有一根天线发送数据。图2，给了一个四根发射天线，调制符号为BPSK的例子。
如图1所示的系统图，发射机结构大致分为如下几步：
步骤1：确定要选择的系统的参数，即确定发射天线个数nTx，接收天线个数nRx，调制的阶数M。
步骤2：然后根据如上数据，计算出一帧的比特数量，将此帧数据分成两组，一组为天线索引比特，用于选择被激活的发射天线，一组为调制比特，这样将每帧数据进行SM调制，经过被激活的发射天线上发送出去。
步骤3：信号经过无线信道到达接收端。
步骤4：接收机接收到信号y后，经过检测模块检测出比特流，具体检测算法，按照前文所的方法即可检测。
S1、根据接收到的信号向量，分别求其与信道矩阵中各列向量的夹角选择其中第二小的夹角为θj，其中，y为接收到的信号向量，hu为信道矩阵H的列向量，u∈U，U为发射天线序号集合，j为被选择的夹角所对应的发射天线序号；
S2、设置门限Vth1，若S1所述θj＞Vth1，则确定为发射天线的天线序号转入S3，若θj≤Vth1，则转入S4，其中，Nt为列向量所对应的天线个数，所述的Vth1是一个用户在给定的范围内自行选择的量，通过调节它能够实现复杂度和检测性能的折中，Vth1越大，性能越好，复杂度越高，Vth1变小，性能变差，复杂度越低；
S3、对被激活发射天线的所传送的调制符号进行检测，具体如下：先根据式得到均衡符号，由所述均衡符号进行硬判决，得到最后的解调符号完成检测，其中，rj为均衡符号，为硬判符号即解调出的符号，Q'(·)为SM调制的硬解调方程，即选择调制符号星座图中离均衡符号最近的星座点，发射天线为u'，调制符号为
S4、设置门限根据S1所述θu将对应天线的序号按照θu的大小排列，得到序号向量集合I＝[i1,i2,...,iNt]T，其中，Nr为接收天线的个数，δ2表示高斯白噪声的方差，
S5、根据公式求得ri和其中，ri和的意义与S3中相同；
S6、若S5所述ri和满足停止对S4所述序号向量集合I进行遍历，检测完成，检测到的发射天线序号u'＝i，调制符号为
S7、若S5所述ri和没有满足则采用HL-ML检测算法对接收信号进行检测，即其中，u'为检测到的发射天线序号，s'为检测到的调制符号。

Claims (1)

1.一种低复杂度的空间调制检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据接收到的信号向量，分别求其与信道矩阵中各列向量的夹角选择其中第二小的夹角为θj，其中，y为接收到的信号向量，hu为信道矩阵H的列向量，u∈U，U为发射天线序号集合，j为被选择的夹角所对应的发射天线序号；
S2、设置门限Vth1，若S1所述θj＞Vth1，则确定为发射天线的天线序号转入S3，若θj≤Vth1，则转入S4，其中，Nt为列向量所对应的天线个数，
S3、对被激活发射天线的所传送的调制符号进行检测，具体如下：先根据公式得到均衡符号，由所述均衡符号进行硬判决，得到最后的解调符号完成检测，其中，rj为均衡符号，为硬判符号即解调出的符号，Q'(·)为SM调制的硬解调方程，即选择调制符号星座图中离均衡符号最近的星座点，发射天线为u'；
S4、设置门限根据S1所述θu将对应天线的序号按照θu的大小排列，得到序号向量集合I＝[i1,i2,...,iNt]T，其中，Nr为接收天线的个数，δ2表示高斯白噪声的方差，
S5、根据公式求得ri和其中，ri和的意义与S3中相同；
S6、若S5所述ri和满足停止对S4所述序号向量集合I进行遍历，检测完成，检测到的发射天线序号u'＝i，调制符号为
S7、若S5所述ri和没有满足则采用HL-ML检测算法对接收信号进行检测，即其中，u'为检测到的发射天线序号，s'为检测到的调制符号。
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