CN105656529A - 基于广义空间调制系统的自适应调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信抗干扰技术领域，涉及广义空间调制(Generalized？Spatial？Modulation,SM)技术，正交振幅(Quadrature？Amplitude？Modulation，QAM)调制技术，及其相关的MIMO(Multiple？Input？Multiple？Output)技术。本发明提供一种基于广义空间调制系统的自适应调制方法，选择最有的调制方式组合对信号进行传输，能够使星座点间最小欧式距离变大，在使系统在引入较少的反馈量和增加较小的复杂度的情况下，使系统的BER性能得到显著的提高。

Description

基于广义空间调制系统的自适应调制方法

技术领域

本发明属于通信抗干扰技术领域，涉及广义空间调制(GeneralizedSpatialModulation,SM)技术，正交振幅(QuadratureAmplitudeModulation，QAM)调制技术，及其相关的MIMO(MultipleInputMultipleOutput)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。为了进一步提高SM系统的频谱效率，另一种被称作广义空间调制的系统被提出，该系统每次激活多于一根的发射天线，被激活的每根天线可以发送相同或不同的QAM符号，这样可以以增加较少复杂度的代价，获得频谱效率的较大提高。

然而GSM系统在提高频谱效率的同时，也同时存在BER性能上的较大损失，这使得该系统的应用有一定的局限。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于广义空间调制系统的自适应调制方法，通过增加较少的复杂度为代价，获得BER性能的显著提高。

基于广义空间调制系统的自适应调制方法，包括如下步骤：

S1、确定不同索引比特序列对应的被激活的天线组T和调制阶数均值m；

S2、接收端估计得到的信道矩阵H，根据所述信道矩阵H得到激活不同天线组下的调制阶数组合，具体步骤为：

S21、根据S1所述调制阶数均值m，获得各天线组下的调制阶数组合，使每一天线组合下，所有天线发射的QAM符号调制阶数均值为m，即其中，i＝1,2,...2ⁿ表示第i个天线组，N_s表示组合中的每时隙被激活的天线数目，m_i,j表示第i个天线组中的第j根天线上发送的QAM符号的调制阶数，2ⁿ表示天线组合的数目；

S22、得到所有可能的调制阶数组合方案，表示为其中，方案r_i定义了一种每个天线组合中在该天线组被激活时，组中每根发送的符号的调制阶数；

S23、根据公式k＝1,...,2ⁿ获取星座图中任意两点间的最小距离，其中，r_k表示第k调制阶数组合方案，x_i表示采用r_k方案第i个天线组合被激活时的发射符号向量，Λ_i表示采用r_k方案第i个天线组合被激活时所有可能的发射符号向量所组成的集合；

S24、选取最合适的调制阶数组合方案，即其中，k＝1,2,...,2ⁿ；

S3、由数字化信源产生m＝m₁+m₂位信息比特，前m₁位作为GSM调制的天线组合索引比特，后m₂位根据调制阶数组合方案的取值做M-QAM调制，然后映射到所选的天线组合上，得到发射符号向量x’，即对这m位信息比特进行GSM调制，最后x’经射频发送；

S4、调制信号经过信道后，接收端得到接收信号y；

S5、接收端结合调制阶数组合方案和信道信息对接收到的信号y进行检测。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于广义空间调制系统的自适应调制方法，该技术根据信道信息，选择最有的调制方式组合对信号进行传输，能够使星座点间最小欧式距离变大，在使系统在引入较少的反馈量和增加较小的复杂度的情况下，使系统的BER性能得到显著的提高。

附图说明

图1是传统GSM系统框图。

图2是本发明提出的基于广义空间调制系统的自适应调制方法的GSM系统框图。

图3为广义空间调制原理图。

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，这里介绍本发明技术方案所用到的术语和广义空间调制系统发射机结构。

广义空间调制：原理图如图3，假设GSM-MIMO系统具有N_t根发射天线和N_r根接收天线，每一个时隙发射端只选择N_p(N_p＜N_t)根发射天线发送数据符号。由于在N_t根发射天线中选择N_p根天线的组合总共有个，根据比特映射规则，只需要个天线组合用于信息比特的映射，表示向下取整。故此，类似传统空间调制，将待传输的信息比特分成两部分，一部分用于选择发射天线组合，需要的比特长度为另一部分用于选择APM星座符号需要的比特长度为l₂＝log₂(M)，其中，M为调制阶数，表示APM星座符号集合。设传输的信息比特向量为b，长度为L，则根据传输的信息比特选择出发射天线组合和APM星座点后，激活组合里的发射天线并同时发送符号s，而其余未在选择的组合里的天线则保持静默，不发送任何信号。

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)+2*log2(Mary)是一个GSM调制符号所携带的比特数量，Mary是正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)阶数，T表示时隙数目。一个GSM调制符号所能携带的比特数量由QAM调制阶数和发射天线组合数量共同决定。GSM调制准则是根据GSM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，任意一列只有每个天线组合中的天线数Ns个非零数据，意味着任意时刻只有所选组合的天线发送数据。

本发明的具体实施方案如图2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，每次被激活的发射天线数目Ns，QAM符号调制阶数均值为m，根据

步骤2：然后利用GSM基本原理，得出对应的天线组合，与相应的星座点映射。这里的映射需要对每个组合中的所有天线进行，每个组合上的天线的星座调制阶数可以相同，可以不同，但要满足下面的公式：

$m_{i,1}+m_{i,2}+...+m_{i,N_s}=m\·N_s,i=1,2,...2^n$

其中，i表示第i个天线组，N_s表示组合中的天线数目，m_i,j表示第i个天线组合中的第j根天线上发送的QAM符号的调制阶数,2ⁿ表示天线组合的数目。

步骤3：对于一个特定的组合，其中的每个天线上星座的调制方法不止一个，具体选择是组合中天线所调制的星座点之间最小欧式距离满足最大。由下面公式得出：

${d^{r_k}}_{\min }\left(H\right)=\underset{x_i\∈{\mathrm{\Λ}}_i,x_j\∈{\mathrm{\Λ}}_j}{\min }\left|\right|H(x_i-x_j)|{|}_F,k=1,...,2^n$

$r=\underset{r_k}{\min }{d^{r_k}}_{\min }\left(H\right),k=1,2,...,2^n$

Claims (1)

1.基于广义空间调制系统的自适应调制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、确定不同索引比特序列对应的被激活的天线组T和调制阶数均值m；

S2、接收端估计得到的信道矩阵H，根据所述信道矩阵H得到激活不同天线组下的调制阶数组合，具体步骤为：

S21、根据S1所述调制阶数均值m，获得各天线组下的调制阶数组合，使每一天线组合下，所有天线发射的QAM符号调制阶数均值为m，即(i＝1,2,...2ⁿ)中，i表示第i个天线组，N_s表示组合中的每时隙被激活的天线数目，m_i,j表示第i个天线组中的第j根天线上发送的QAM符号的调制阶数，2ⁿ表示天线组合的数目；

S22、得到所有可能的调制阶数组合方案，表示为其中，方案r_i定义了一种每个天线组合中在该天线组被激活时，组中每根发送的符号的调制阶数；

S23、根据公式k＝1,...,2ⁿ获取星座图中任意两点间的最小距离，其中，r_k表示第k调制阶数组合方案，x_i表示采用r_k方案第i个天线组合被激活时的发射符号向量，Λ_i表示采用r_k方案第i个天线组合被激活时所有可能的发射符号向量所组成的集合；

S24、选取最合适的调制阶数组合方案，即其中，k＝1,2,...,2ⁿ；

S3、由数字化信源产生m＝m₁+m₂位信息比特，前m₁位作为GSM调制的天线组合索引比特，后m₂位根据调制阶数组合方案的取值做M-QAM调制，然后映射到所选的天线组合上，得到发射符号向量x’，即对这m位信息比特进行GSM调制，最后x’经射频发送；

S4、调制信号经过信道后，接收端得到接收信号y；

S5、接收端结合调制阶数组合方案和信道信息对接收到的信号y进行检测。