CN104639221B - 一种用于空间相位调制的联合天线选择方法 - Google Patents

一种用于空间相位调制的联合天线选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信抗干扰技术领域，尤其涉及空间调制(Spatial Modulation，SM)技术、天线选择技术(Antenna Selection)和多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)调制技术。本发明天线选择方法主要为接收端根据估计得到的信道矩阵H，得到最优的发射天线集合和接收天线集合。接收机根据估计到的信道矩阵，首先依次让的接收天线接收，分别选出每根接收天线激活时，模值最大的要求书目的发射天线，取模值最大之和的为发射天线集合，此时发射天线选择完毕，再求这些发射天线在各接收天线上，信道系数的模值之和，取模值大的一定数目的接收天线放入接收天线集合。本发明基于最大化系统容量的思想，以增加很低的复杂度为代价，有效的降低系统的BER，提高系统的通信可靠性。

Description

一种用于空间相位调制的联合天线选择方法
技术领域
本发明属于通信抗干扰技术领域，尤其涉及空间调制(Spatial Modulation，SM)技术、天线选择技术(Antenna Selection)和多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput，MIMO)调制技术。
背景技术
MIMO调制技术是一种在无线环境下的高速传输技术，该技术在发射端和/或接收端配置更多的无线单元，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，进而提高通信系统的通信效率和可靠性。
近来，SM技术作为一种新的MIMO调制方案被提出来。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。因此，SM技术可以提高传输速率，降低MIMO系统的成本和复杂度。
针对SM系统，许多自适应技术被提出用于提高SM系统的传输可靠性，天线选择技术就是其中一种。然而，目前提出的天线选择方法，复杂度较高，难以用于大规模MIMO系统。
同时，没有一种有效的方法在发射端与接收端进行联合的天线选择。
发明内容
本发明提供一种用于空间相位调制的联合天线选择方法，用以解决现有技术中天线选择复杂度高和不能在发射端与接收端进行联合的天线选择的不足。
本发明的技术方案：
在系统中，发射端根据接收端反馈的发射天线集合，对传输数据进行空间调制映射。将传输数据比特分为两部分，分别记作A部分和B部分。其中，A部分的传输数据比特用来在发射天线集合中选择被激活的发射天线，B部分的传输数据比特被映射为QAM符号，映射得到的QAM符号被A部分所述的被激活的发射天线单元发射，即得到发射信号。同时，接收端根据计算得到的当前信道下接收天线集合选择接收天线，对经过无线信道到达接收端的发射信号进行接收。
一种用于空间相位调制的联合天线选择方法，具体步骤如下：
S1、系统发射端有Nt根发射天线，对所述Nt根发射天线进行编号，记作1,2,3,...,Nt，将所述Nt根发射天线组成发射端备选天线集合，
系统接收端有Nr根接收天线，对所述Nr根接收天线进行编号，记作1,2,3,...,Nr，将所述Nr根接收天线组成接收端备选天线集合，
已选发射天线集合大小为Nts，所述已选发射天线集合初始为空集，其中，Nts＜Nt，
已选接收天线集合大小为Nrs，所述已选接收天线集合初始为空集，其中，Nrs＜Nr；
S2、接收端根据当前信道状态信息矩阵H计算最佳发射天线集合，具体步骤如下：
S21、在S1所述接收端备选天线集合中选择接收天线i作为当前接收天线，其中，i＝1,2,3,...,Nr；
S22、根据信道信息将信息矩阵H的第i行中的元素按照模值大小从大到小进行排列，选出信息矩阵H的第i行中模值最大的Nts个元素,找出所述Nts个元素对应的Nts根发射天线，求所述Nts个元素的模值之和，记作Si，其中，Nts＜Nt；
S23、重复步骤S21-S22，对S1所述接收端备选天线集合中的Nr根接收天线进行遍历，得到模值之和的集合
S3、选出S23所述模值之和的集合选出最大的Si，将所述最大的Si所对应的接收天线放入接收天线集合，并将所述最大的Si所对应的接收天线i从备选接收天线集合中删除；
S4、选择S3所述的最大的Si所对应的Nts根天线放入发射天线集合，至此，发射天线集合的选择完成；
S5、将S3所述的最大的Si所对应的接收天线i放入接收天线集合；
S6、若Nrs＝1，则联合选择算法完成，
若Nrs≠1，则计算S1所述备选接收天线集合中每根接收天线被激活时，已选发射天线集合中天线在信道中所对应的元素的模值之和，取最大的Nrs-1个，将所述最大的Nrs-1个所对应的接收天线放入接收天线集合，至此联合选择算法完成。
进一步地，S22所述根据信道信息将信息矩阵H的第i行中的元素按照模值大小从大到小进行排列的方法为基于COAS的发射端天线选择方法。
本发明的有益效果是：
本发明基于最大化系统容量的思想，以增加很低的复杂度为代价，有效的降低系统的BER，提高系统的通信可靠性。
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所示，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。
如图2所示，系统内有四根发射天线，调制符号为BPSK。
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，即确定系统发射端有Nt根发射天线，对所述Nt根发射天线进行编号，记作1,2,3,...,Nt，将所述Nt根发射天线组成发射端备选天线集合，
确定系统接收端有Nr根接收天线，对所述Nr根接收天线进行编号，记作1,2,3,...,Nr，将所述Nr根接收天线组成接收端备选天线集合，
确定已选发射天线集合大小为Nts，确定已选接收天线集合大小为Nrs，其中，Nts＜Nt，Nrs＜Nr，
确定调制的阶数M。
步骤2：联合天线选择模块采用本发明给出的一种用于空间相位调制的联合天线选择方法，得到最优发射天线集合和最优接收天线集合，并将最优发射天线集合反馈给发射端。一种用于空间相位调制的联合天线选择方法，具体步骤如下：
S1、初始化已选发射天线集合初始为空集，初始化已选接收天线集合初始为空集；
S2、接收端根据当前信道状态信息矩阵H计算最佳发射天线集合，具体步骤如下：
S21、在S1所述接收端备选天线集合中选择接收天线i作为当前接收天线，其中，i＝1,2,3,...,Nr；
S22、基于COAS的发射端天线选择方法根据信道信息将信息矩阵H的第i行中的元素按照模值大小从大到小进行排列，选出信息矩阵H的第i行中模值最大的Nts个元素,找出所述Nts个元素对应的Nts根发射天线，求所述Nts个元素的模值之和，记作Si，其中，Nts＜Nt；
S23、重复步骤S21-S22，对S1所述接收端备选天线集合中的Nr根接收天线进行遍历，得到模值之和的集合
S3、选出S23所述模值之和的集合选出最大的Si，将所述最大的Si所对应的接收天线放入接收天线集合，并将所述最大的Si所对应的接收天线i从备选接收天线集合中删除；
S4、选择S3所述的最大的Si所对应的Nts根天线放入发射天线集合，至此，发射天线集合的选择完成；
S5、将S3所述的最大的Si所对应的接收天线i放入接收天线集合；
S6、若Nrs＝1，则联合选择算法完成，
若Nrs≠1，则计算S1所述备选接收天线集合中每根接收天线被激活时，已选发射天线集合中天线在信道中所对应的元素的模值之和，取最大的Nrs-1个，将所述最大的Nrs-1个所对应的接收天线放入接收天线集合，至此联合选择算法完成。
步骤3：接收机由联合天线选择模块得到的最优接收天线集合，射频切换模块激活对应的接收天线组作为接收天线；
步骤4：然后计算出一帧的比特数量，在发射端将此帧数据进行SM调制，得到SM调制符号。
步骤5：由接收端反馈的信息，得到最优发射天线集合，再根据被选择的发射天线集合，由射频切换模块选择对应的发射天线集合；
步骤6：接收机接收到信号y后，经过最大似然检测模块，得到检测后的比特流。
针对接收机部分，接收机包括：联合天线选择模块，射频切换模块和最大似然检测器。

Claims (2)

1.一种用于空间相位调制的联合天线选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、系统发射端有Nt根发射天线，对所述Nt根发射天线进行编号，记作1,2,3,...,Nt，将所述Nt根发射天线组成发射端备选天线集合，
系统接收端有Nr根接收天线，对所述Nr根接收天线进行编号，记作1,2,3,...,Nr，将所述Nr根接收天线组成接收端备选天线集合，
已选发射天线集合大小为Nts，所述已选发射天线集合初始为空集，其中，Nts＜Nt，
已选接收天线集合大小为Nrs，所述已选接收天线集合初始为空集，其中，Nrs＜Nr；
S2、接收端根据当前信道状态信息矩阵H计算最佳发射天线集合，具体步骤如下：
S21、在S1所述接收端备选天线集合中选择接收天线i作为当前接收天线，其中，i＝1,2,3,...,Nr；
S22、根据信道信息将信息矩阵H的第i行中的元素按照模值大小从大到小进行排列，选出信息矩阵H的第i行中模值最大的Nts个元素,找出所述Nts个元素对应的Nts根发射天线，求所述Nts个元素的模值之和，记作Si，其中，Nts＜Nt；
S23、重复步骤S21-S22，对S1所述接收端备选天线集合中的Nr根接收天线进行遍历，得到模值之和的集合
S3、选出S23所述模值之和的集合中最大的Si，并将所述最大的Si所对应的接收天线i从备选接收天线集合中删除；
S4、选择S3所述的最大的Si所对应的Nts根天线放入发射天线集合，至此，发射天线集合的选择完成；
S5、将S3所述的最大的Si所对应的接收天线i放入接收天线集合；
S6、若Nrs＝1，则联合选择算法完成，
若Nrs≠1，则计算S1所述备选接收天线集合中每根接收天线被激活时，已选发射天线集合中天线在信道中所对应的元素的模值之和，取最大的Nrs-1个，将所述最大的Nrs-1个所对应的接收天线放入接收天线集合，至此联合选择算法完成。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间相位调制的联合天线选择方法，其特征在于：S22所述根据信道信息将信息矩阵H的第i行中的元素按照模值大小从大到小进行排列的方法为基于COAS的发射端天线选择方法。
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