CN104734816A - 一种空间调制系统中基于卷积编码辅助设计星座图的方法 - Google Patents
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Abstract
一种空间调制系统中基于卷积编码辅助设计发送天线星座图的方法本发明属于通信技术领域，尤其涉及多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO) 通信系统、空间调制(Spatial Modulation，SM)、卷积编码（Convolutional Coding）和维特比解码（viterbi decoding）技术。本发明在发送端设计由卷积编码产生的码字选择发送天线组合，再发送天线星座符号，通过最大似然检测和维特比算法处理得到信息比特。本发明与现有方法相比，在不增加其他额外的功耗和频谱资源的前提下，有效地提高了空间调制系统的误码率性能。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO) 通信系统、空间调制(Spatial Modulation，SM)、卷积编码（Convolutional Coding）和维特比解码（viterbi decoding）技术。
背景技术
MIMO技术能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量。Mesleh等学者提出的空间调制传输技术，在每一个传输时隙，SM系统通过由发送的信息比特选择的一根天线发送调制符号，即SM不仅通过传统的调制符号传输信息，而且通过选择天线的空间位置也能传送信息。
为了进一步提高空间调制系统性能，Mesleh等人提出了网格编码空间调制（Trellis coded Spatial modulation, TCSM）传输方案，TCSM把映射天线索引号的信息比特进行网格编码，再用网格编码码字映射发射天线索引号，在一定程度上提高了系统的误码性能。Ronald Y 等人提出了汉明码辅助设计星座图的空移键控调制（SSK with Hamming code-aided constellation design, HSSK），HSSK是先把发送的信息比特进行汉明编码，编码后的码字就是对应的发射天线调制星座。
然而以上通信技术都未能使得通信系统达到最优化，为了进一步提高误码性能，本专利提出了基于卷积编码辅助设计星座图的空间调制系统。
发明内容
本发明把卷积编码应用到空间调制MIMO系统中，提出了一种基于（ ）卷积编码辅助设计发射天线星座图的空间调制系统（SM with Convolutional code-aided constellation design， CSM），系统配置（1为辅助天线的数目）根发送天线、根接收天线。在每个传输时隙，CSM把用于选择发送天线的信息比特经过卷积编码，再利用码字对应的发射天线星座中的发射天线发送调制符号。该系统的接收端采用最大似然检测和维特比译码算法恢复信息比特。
为了方便描述，对卷积编码辅助设计发射天线星座图的空间调制系统原理进行解释：
假设长度为的信息比特经过个传输时隙传输。在第个传输时隙，发送端将长度为的信息比特经过串并转换分成(长度为)和(长度为)。信息比特映射到阶的QAM调制星座图，形成调制符合（）。比特经过码率为的卷积编码器后产生比特的码字（）。假设码字中元素0表示闲置天线，元素1表示激活天线。当卷积码出现全部为0的码字时，则激活辅助天线发送调制符号。则码字与激活天线向量的对应关系如表格1所示。
表1. 与对应关系
则发送信号向量可以表示为：
（1）
本发明的有益效果是：
本发明与现有方法相比，在不增加其他额外的功耗和频谱资源的前提下，有效地提高了空间调制系统的误码率性能。
附图说明
图1是卷积编码辅助设计发送天线星座图的空间调制系统方框图
图2是在MIMO下（3,2,1）卷积码辅助的CSM和（4,3）汉明码辅助的HSSK误比特率示意图
图3是在MIMO下（3,2,1）卷积码辅助的CSM和码率为的TCSM误比特率示意图
具体实施方式
在MIMO系统中，有根发射天线、根接收天线。在每个传输时隙，输入与输出符号间的信号模型为：
（2）
（2）式中，是维的接收符号向量，是的加性复高斯噪声向量，是的发送符号向量，是的信道矩阵，每个元素都符合独立同分布、均值为0和方差为1的复高斯随机分量。
假设长度为的信息比特经过个传输时隙传输。在第个传输时隙，发送端将长度为的信息比特经过串并转换分成(长度为)和(长度为)。信息比特映射到阶的QAM调制星座图，形成调制符合（）。比特经过卷积编码后产生比特的码字（）。假设码字中元素0表示闲置天线，元素1表示激活天线。当卷积码出现全部为0的码字时，用辅助天线发送调制符号。码字与激活天线向量的对应关系如表格1所示，由（1）式可以得到发送信号向量。
接收端经过个传输时隙接收，得到。由（1）式根据最大似然检测出调制符号流和码字流。通过解调可以恢复信息比特流，通过维特比译码即可恢复信息比特流，最后和通过并串转换恢复。
Claims (8)
1.一种空间调制系统中基于卷积编码辅助设计发送天线星座图的方法，其特征在于，包含以下步骤：
信息比特流经过串并转换，分成两组信息比特，第一组用于映射成调制符号，第二组经过卷积编码，由编码之后的码字选择天线组合发送调制符号，即由码字中1元素激活对应序号的天线发送调制符号。
2.假设码字 中元素0表示闲置天线，元素1表示激活天线，当卷积码出现全部为0的码字时，用辅助天线发送调制符号,码字与激活天线向量的对应关系如表格1所示，
表1. 与对应关系
则发送信号向量可以表示为：,根据信道特征，接收端得到信号为，其中是的加性复高斯噪声向量；是的发送符号向量；是的信道矩阵。
3.接收端采用最大似然检测算法检测出发送天线组合对应的码字和调制符号，码字和调制符号分别通过维特比算法和空间调制逆映射恢复出原始信息比特流。
4.根据权利要求1所述一种空间调制系统中基于卷积编码辅助设计发送天线星座图的方法，其特征在于：S1所述的过程为：第个传输时隙，发送端将长度为的信息比特经过串并转换分成 (长度为)和 (长度为)。
5.信息比特映射到阶的QAM调制星座图，形成调制符合（）。
6.比特经过卷积编码后产生比特的码字（）。
7.根据权利要求1 所述一种空间调制系统中基于卷积编码辅助设计发送天线星座图的方法，其特征在于：S2 根据卷积编码之后的码字元素1激活天线，根据码字元素0闲置天线，若码字元素全部为0时，激活辅助天线发送调制符号。
8.根据权利要求1 所述一种空间调制系统中基于卷积编码辅助设计发送天线星座图的方法，其特征在于：S3所述的检测过程中，接收端在t时隙得到信号，接收端经过个时隙的接收，获得接收向量，对每个信号用最大似然检测得到调制符号向量和码字向量，中的每个调制符号通过QAM逆映射可恢复发射的信息比特向量，通过维特比译码可恢复发射的信息比特向量,和通过并串转换形成长的接收信息比特。
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| CN201510165033.6A CN104734816A (zh) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | 一种空间调制系统中基于卷积编码辅助设计星座图的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US20110179336A1 (en) * | 2000-09-19 | 2011-07-21 | Gesbert David J | Mode selection for data transmission in wireless communication channels based on statistical parameters |
| CN104333434A (zh) * | 2014-08-31 | 2015-02-04 | 电子科技大学 | 一种低复杂度的空间调制检测方法 |
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2015
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Patent Citations (2)
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| Title |
|---|
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