CN106788636B - 一种空—码二维索引调制无线通信系统及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种空—码二维索引调制无线通信系统及通信方法。属于无线通信技术领域。本发明提出一种空‑码二维索引调制方案，采用两种索引资源参与索引，将空间索引与码索引结合，通过这种二维索引映射的多天线通信系统，发射端将基带调制符号的同相分量与正交分量拆分，采用正交映射方式，独立进行索引映射，分别选取当前分量扩频所需的PN码与激活的天线。接收端通过估计方式的检测算法检测信息时，分别按照信号的同相分支与正交分支分别进行。将空间调制天线索引方式与码索引调制的码索引方式相结合，并通过正交映射方式，使得天线索引与码索引得到重复利用，提升了索引映射传输的信息比特。提升系统频谱效率，减少索引资源的消耗。

Description

一种空—码二维索引调制无线通信系统及通信方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及多输入多输出的空间调制、直接序列扩频通信和码索引调制技术，特别是一种二维索引调制的码索引映射方法。
背景技术
随着数字通信技术的日益发展和广泛应用，数字调制技术作为这个领域中极为重要的一个方面，也得到了迅速发展。近年来，数字调制技术的研究主要是围绕充分地节省频谱和高效率地利用可用频带这一中心展开的，前者指的是已调信号的频谱占用率，后者指的是信道可用频带的利用率。正是在这样的背景下，扩频调制、正交频分复用、多输入多输出等波形调制技术被提出，并得到了深入研究。目前这类波形调制技术在理论与实践上都已趋于成熟，被些并被广泛应用到4G与IEEE 802.11等无线通信标准中。然而，当前通信调制技术在不断提高频谱效率的同时，也存在一些不足之处，如系统消耗能量高与实现复杂度大等。为此，亟待提出一种实现频谱效率与能量效率平衡，同时兼顾系统综合性能的绿色通讯技术。于是，索引调制技术被提出。
索引调制(Index Modulation，IM)技术，主要包括多输入多输出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)系统的天线索引调制即空间调制(Spatial Modulation，SM)、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统子载波索引调制(Subcarrier Index Modulation，SIM)、直接序列扩频通信码索引调制(Code IndexModulation，CIM)以及单载波频域均衡索引调制(Single-Carrier based IndexModulation，SC-IM)等。其中，空间调制、子载波索引调制已有大量的研究成果，码索引调制是2015年才出现。
2006年，Mesleh等首次提出SM技术，SM技术在保持多天线系统传输效率和性能的同时，能够明显降低复杂度和硬件开销，是未来MIMO技术发展进步的一个主要方向。近几年来，SM技术获得极大的关注，并得到了充分发展，一系列SM调制方案被提出。其中，尤以空移键控(Space Shift Keying，SSK)、广义空移键控调制(Generalized Space Shift Keying,GSSK)与正交空间调制(Quadrature Spatial Modulation,QSM)为代表。
在SSK与GSSK这两种调制方案中，信息比特不通过传统的幅相调制传输，完全利用天线的开关状态传递信息。不同之处在于，SSK每个时隙激活一根天线，通过单天线索引方式映射；GSSK每个时隙激活多根天线，通过激活的天线索引组合的方式实现映射。QSM扩展了SM的映射星座图，最大化利用了调制符号的同相域与正交域。每个发送时隙，传输符号的同相分量和正交分量，分别经过两组天线映射比特选择的天线发送。在国外，基于大规模MIMO的SM技术在第五代移动通信技术中应用的预研已经展开，现在主要针对在大规模MIMO系统中基站的多用户协作进行研究，并已经取得一定的研究进展。
2009年，受SM技术快速发展的影响，Abu-Alhiga等提出一种基于键控方式的SIM。与SM天线索引方式相比，SIM可以轻易将子载波索引个数增加到很大，在索引资源潜力方面具有先天优势，且可以有效减低OFDM系统的峰值平均功率比(Peak to Average PowerRatio，PAPR)，是未来OFDM技术一个新的发展方向。目前，研究人员已从键控方式、子载波交织方式、最大化欧式距离与增强型索引映射等角度，提出了许多不同调制方案。
2015年，Kaddoum等基于扩频通信技术提出码索引调制(KADDOUM G,AHMED M F A,NIJSURE Y.Code index modulation:a high data rate and energy efficientcommunication system[J].IEEE Transactions on Communications Letters,2015,19(2):175-178)，通过不同的PN码索引实现发送端信息比特的映射与传输。当前CIM系统中主要采用便于实现PN码索引的直接序列扩频技术。与SM、SIM相比，CIM将索引设计挑战转移至设计良好特性PN码，使系统设计更加主动与可控；同时可通过调整映射PN码个数来调节传输速率，也节约了物理链路尤其是射频链路消耗。CIM的出现使得扩频通信理论的发展过程，又迈出了历史性的一步。厦门大学王琳教授研究小组展开了对CIM调制的研究，将差分混沌键控调制引入到CIM，提出了一种混沌方式的码索引调制(XU W,WANG L.CIM-DCSK:Adifferential chaos shift keying scheme with code-index modulation[C]//201616th International Symposium on Communications and Information Technologies(ISCIT).Qingdao:IEEE Press,2016:100-104)。二维索引调制是两种索引方式同时参与信息比特的映射传输的索引调制技术。2016年Basar提出了广义空频索引调制)DATTA T,ESHWARAIAH H,CHOCKALINGAM A.Generalized space and frequency index modulation[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2016,65(7):4911-4924.)。
文献(YAO F,ZHENG J,Li Z.MIMO-OFDM index modulation with circular-shift-based activation pattern for rapidly time-varying channels[C]//2016IEEE83rd Vehicular Technology Conference(VTC Spring).Nanjing:IEEE Press,2016:1-4.)针对快时变信道提出一种多天线正交频分复用索引调制方案，方案中采用基于循环移位稀疏向量的方式实现索引映射。二维索引调制优势之处在于，通过两种索引方式增加了隐形传输的信息比特数，因而在能量效率与频谱效率方面更加具有优势；不足之处在于，接收端解调复杂度大，同时难以通过预编码技术获得信道状态信息。目前二维索引调制技术研究才刚刚开始，所涉及的基础调制方案、解调算法和性能分析等有待进一步深入研究。
现有的一维索引调制技术，均是以提升索引资源使用量，来提升换取频谱效率。如CIM通过增大伪随机码(Pseudo Random，PN)映射表维度，SM通过增加发射端天线或者激活天线个数，来提高通过索引映射隐形传输的信息比特，这种方式使得系统需消耗大量物理资源且接收端检测算法的复杂度大。此外，SM与SIM抗干扰能力较差，相比之下，直接序列扩频技术在抗干扰与抗性能方面有着良好的性能，但这种扩频方式导致频带利用率较低，表现为在给定的带宽条件下，传输速率很低。CIM通过引入PN码索引的方式，在保持直接序列扩频良好抗干扰能力的同时，增大了扩频系统的传输速率。但目前的CIM系统还存在着一些问题，如为获得较高传输速率需采用大量PN码，使得接收端需要大量相关器实现对发射端采用的PN码的相关检测。同时目前尚没有将天线索引与码索引结合起来的二维索引调制的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种空-码二维索引调制无线通信系统，旨在提高通过索引映射传输的信息比特数。与同频谱效率的CIM相比，本方案使用的PN码个数更少，减少了接收端相关器的使用个数，更便于工程实现。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提出了一种空-码二维索引调制方案，将空间调制天线索引方式与码索引调制的码索引方式相结合，并通过采用正交映射方式，使得天线索引与码索引得到重复利用，提升了索引映射传输的信息比特。主要特征在于：(1)采用两种索引资源参与索引，将空间(天线)索引与码(PN码)索引结合成为二维索引方式，通过这种二维索引映射的多天线通信系统，且系统中采用基于码索引方式直接扩频技术；(2)每个传输时隙，采用的PN码个数与激活的天线个数均为两个。发射端将基带调制符号的同相分量与正交分量拆分，同相分量与正交分量采用正交映射方式，独立进行索引映射，分别选取当前分量扩频所需的PN码与激活的天线。接收端通过估计方式的检测算法检测信息时，也是分别按照信号的同相分支与正交分支分别进行。首先检测用于扩频调制符号同相分量的PN码与发送调制符号同相分量的天线，其次，检测用于扩频调制符号正交分量的PN码与发送调制符号正交分量的天线，最后将检测出的调制符号正交分量与同相分量合成，调制出调制符号信息。
一种空—码二维索引调制无线通信系统，包括发射机和接收机，其中，发射机包括：串并转换部分、基带调制部分、天线选择部分、PN码选择部分、索引表、功率放大器、天线切换部分，串并转换部分将发送端源信息比特q分成为天线索引部分、PN码索引部分与调制部分三部分，将天线索引部分再分为同相天线索引块和正交天线索引块；PN码索引部分再分为同相PN码索引块和正交PN码映射块；基带调制部分进行符号调制获得调制符号，天线选择部分查找天线索引表选择要采用的天线，PN码选择部分查找PN码索引表选择要使用的PN码；将调制符号的同相分量和正交分量经过选择的PN码进行扩频及载波调制，载波调制后的同相支路信号和正交支路信号分别通过功率放大器，送往各自的天线切换模块根据同相天线索引块和正交天线索引块选择相应的天线发送；接收机包括：载波恢复部分，检测部分(检测激活天线，检测调制符号，检测激活PN码)，信号合成及解调部分，天线索引表，解映射，PN码索引表，并串转换部分，各接收天线上信号经过载波恢复后，检测出每个时隙激活的天线，采用的PN码，调制符号的同相分量与正交分量，信号合成及解调部分将检测到的调制符号的同相分量与正交分量合成为调制符号，经过解调，恢复出调制部分对应的信息比特，将检测到的激活天线通过反向查找天线索引表，解索引出发送端同相天线索引部分对应的信息比特块与正交天线索引部分对应的信息比特块，将检测到的激活PN码通过反向查找PN码索引表，解索引出发送端同相PN码索引部分对应的信息比特块与正交PN码索引部分对应的信息比特块，将上述信息比特块经过并串转换恢复出源信息比特。
对发射机天线个数为Nt，接收机天线数目为Nr，PN码组维度为Nc，调制阶数为M的系统，任一传输间隙，发送端长度为
Figure BDA0001241456000000061
信息比特q，经串并转换后，天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与调制部分GMod的长度依次为2log2Nt、2log2Nc、m，其中2m＝M。
符号调制过程中，调制部分GMod经过基带调制后变成调制符号x＝xRe+jxIm，其中，同相分量为xRe，正交分量为xIm，正交分量xRe将通过余弦载波调制，同相分量xIm将通过正弦载波调制。
本发明还有提出一种空—码二维索引调制无线通信方法，包括步骤，串并转换部分将发送端源信息比特分为天线索引部分、PN码索引部分与调制部分，进一步将调制部分的调制符号再分为同相分量与正交分量，天线索引部分再分为同相天线索引块和正交天线索引块，PN码索引部分再分为同相PN码索引块和正交PN码映射块；同相天线索引块通过查找自己的天线映射表，选择要发送调制符号同相分量的天线，同相PN码索引块通过查找自己的PN码映射表选择调制符号同相分量扩频所需的PN码，正交天线索引块通过查找自己的天线映射表，选择要发送调制符号正交分量的天线，正交PN码索引块通过查找自己的PN码映射表选择调制符号正交分量扩频所需的PN码；将调制符号的同相分量和正交分量分别经过同相PN码索引块与正交PN码索引块选择的PN码进行扩频及载波调制后，将获得的同相支路信号和正交支路信号分别通过功率放大器，送往天线切换模块分别根据同相天线索引块和正交天线索引块选择相应的天线发送；接收端各接收天线上信号经过载波恢复部分后，检测部分检测出每个时隙调制符号的同相分量与正交分量、分别发送调制符号同相分量与正交分量的激活天线与分别扩频调制符号同相分量与正交分量的激活PN码；信号合成及解调部分将检测到的同相分量与正交分量合成为调制符号，经过解调，恢复出调制部分对应的信息比特；将检测到的激活天线分别通过反向查找各自天线索引表，解索引出发送端同相天线索引部分对应的信息比特块与正交天线索引部分对应的信息比特块，将激活PN码通过反向查找PN码索引表，解索引出发送端同相PN码索引部分对应的信息比特块与正交PN码索引部分对应的信息比特块，将上述各部分信息比特块经过并串转换恢复出源信息比特。
本发明的无线通信系统，收发端采用多天线，信号发射过程中采用直接序列扩频技术。发射端分别进行基带调制、天线索引与码索引，同样在接收端检测过程也分别检测激活的天线，采用的PN码与发送的调制符号。
与同频谱效率下的SM相比，本方案发射端使用的天线个数更少，且系统在整个发送过程中，与同频谱效率的广义空间调制相比，激活的天线个数更少，因而减少了索引映射星座图维度，最终使得接收机更易实现解调。从总体上提升系统频谱效率，减少索引资源的消耗。
附图说明
图1是本发明实施例的发射机框图；
图2是本发明实施例的接收机框图；
图3是本发明实施例的索引映射框图；
图4是在4天线与4PN码的情况下，SM、CIM与本发明的频谱效率对比柱状图；
图5是频谱效率为10bits/s/Hz下，SM、CIM与本发明可采用的最低天线与PN码个数对比柱状图。
具体实施方式
以下针对附图和具体实例对本发明的实施作详细说明。
图1是本发明实施例的发射机框图。发射机包括：串并转换部分、基带调制部分、天线选择部分、PN码选择部分、索引表、功率放大器、天线切换部分。
串并转换部分将发送端源信息比特q分成三部分，分别为天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与调制部分GMod；将天线索引部分GAnt再分为同相天线索引块
Figure BDA0001241456000000081
和正交天线索引块
Figure BDA0001241456000000082
PN码索引部分GMod再分为同相PN码索引块
Figure BDA0001241456000000083
和正交PN码映射块
Figure BDA0001241456000000084
基带调制部分进行符号调制获得调制符号，天线选择部分查找天线索引表选择要采用的天线，PN码选择部分查找PN码索引表选择要使用的PN码；将调制符号的同相分量和正交分量经过选择的PN码进行扩频及载波调制，载波调制后的同相支路信号和正交支路信号分别通过功率放大器，送往各自的天线切换模块根据同相天线索引块和正交天线索引块选择相应的天线发送。
图2所示为本发明实施例的接收机框图。接收端包括：载波恢复部分，检测部分(检测激活天线，检测调制符号，检测激活PN码)，信号合成及解调部分，天线索引表，解映射，PN码索引表，并串转换部分，各接收天线上信号经过载波恢复后，检测出每个时隙激活的天线
Figure BDA0001241456000000085
采用的PN码
Figure BDA0001241456000000086
调制符号的同相分量与正交分量
Figure BDA0001241456000000087
信号合成及解调部分将检测到的调制符号的同相分量
Figure BDA0001241456000000088
与正交分量
Figure BDA0001241456000000089
合成为调制符号
Figure BDA00012414560000000810
经过解调，恢复出调制部分对应的信息比特
Figure BDA00012414560000000811
将检测到的激活天线
Figure BDA00012414560000000812
通过反向查找天线索引表，解索引出发送端同相天线索引部分对应的信息比特块
Figure BDA00012414560000000813
与正交天线索引部分对应的信息比特块
Figure BDA0001241456000000091
将检测到的激活PN码通过反向查找PN码索引表，解索引出发送端同相PN码索引部分对应的信息比特块
Figure BDA0001241456000000092
与正交PN码索引部分对应的信息比特块
Figure BDA0001241456000000093
将上述信息比特块经过并串转换恢复出源信息比特
Figure BDA0001241456000000094
本发明的通信方法，包括步骤，串并转换部分将发送端源信息比特分为天线索引部分、PN码索引部分与调制部分，进一步将调制部分的调制符号再分为同相分量与正交分量，天线索引部分再分为同相天线索引块和正交天线索引块，PN码索引部分再分为同相PN码索引块和正交PN码映射块；同相天线索引块通过查找自己的天线映射表，选择要发送调制符号同相分量的天线，同相PN码索引块通过查找自己的PN码映射表选择调制符号同相分量扩频所需的PN码，正交天线索引块通过查找自己的天线映射表，选择要发送调制符号正交分量的天线，正交PN码索引块通过查找自己的PN码映射表选择调制符号正交分量扩频所需的PN码；将调制符号的同相分量和正交分量分别经过同相PN码索引块与正交PN码索引块选择的PN码进行扩频及载波调制后，将获得的同相支路信号和正交支路信号分别通过功率放大器，送往天线切换模块分别根据同相天线索引块和正交天线索引块选择相应的天线发送；接收端各接收天线上信号经过载波恢复部分后，检测部分检测出每个时隙调制符号的同相分量与正交分量、分别发送调制符号同相分量与正交分量的激活天线与分别扩频调制符号同相分量与正交分量的激活PN码；信号合成及解调部分将检测到的同相分量与正交分量合成为调制符号，经过解调，恢复出调制部分对应的信息比特；将检测到的激活天线分别通过反向查找各自天线索引表，解索引出发送端同相天线索引部分对应的信息比特块与正交天线索引部分对应的信息比特块，将激活PN码通过反向查找PN码索引表，解索引出发送端同相PN码索引部分对应的信息比特块与正交PN码索引部分对应的信息比特块，将上述各部分信息比特块经过并串转换恢复出源信息比特
以下通过具体实例进一步说明本发明的实施。
1.产生信息比特与串并转换。
(1)设系统发射机天线个数为Nt，接收天线数目为Nr，PN码组维度为Nc，基带调制的调制阶数为M，记作系统配置(Nt,Nr,Nc,M)。
(2)设任一传输间隙，发送端长度为
Figure BDA0001241456000000101
信息比特q，经串并转换后分成三部分，分别为天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与调制部分GMod，长度依次为2log2Nt、2log2Nc、m，其中m满足2m＝M。
(3)同时将天线索引部分GAnt再分为同相天线索引块
Figure BDA0001241456000000102
和正交天线索引块
Figure BDA0001241456000000103
长度均为log2Nt；PN码索引部分GMod再分为同相PN码索引块
Figure BDA0001241456000000104
和正交PN码映射块
Figure BDA0001241456000000105
长度均为log2Nc。
上述信息比特分割方式可通过式(1-6)表示为：
Figure BDA0001241456000000106
其中，
Figure BDA0001241456000000107
Figure BDA0001241456000000108
Figure BDA0001241456000000109
Figure BDA00012414560000001010
Figure BDA00012414560000001011
bj表示信息比特q中的第j位比特。
2.符号调制与索引调制，其中索引调制包括，天线索引调制与码索引调制。
(1)符号调制过程中，调制部分GMod，经过基带调制后，变成调制符号x，其同相分量为xRe，正交分量为xIm。于是，调制符号x可表示为x＝xRe+jxIm，其中正交分量xRe将通过余弦载波调制，同相分量xIm将通过正弦载波调制。
(2)天线索引过程中，同相天线索引块
Figure BDA0001241456000000111
和正交天线索引块
Figure BDA0001241456000000112
分别通过查找天线索引表(表1天线索引表)，选择要采用的天线Tx-a或天线Tx-b(如配置4根天线时，其中：a＝1,2,3,4；b＝1,2,3,4)。
(3)码索引调制中，同相PN码索引块
Figure BDA0001241456000000113
和正交PN码索引块
Figure BDA0001241456000000114
分别通过查找PN码索引表(表2PN码索引表)，选择要使用的PN码wm和PN码wn(如设置4个PN码，其中m＝1,2,3,4；n＝1,2,3,4)。
表1天线索引表
Figure BDA0001241456000000115
表2 PN码索引表
Figure BDA0001241456000000116
3.调制符号扩频传输。
(1)调制符号x的同相分量xRe，经过同相PN码索引块
Figure BDA0001241456000000117
选择的PN码wm扩频后，再通过余弦载波调制；同样正交分量xIm，经过正交PN码索引块
Figure BDA0001241456000000118
选择的PN码wn扩频后，再通过正弦载波调制。
(2)经过载波调制后的同相支路信号和正交支路信号，分别通过功率放大器后，送往各自的天线切换模块。随后同相支路信号通过同相天线索引块
Figure BDA0001241456000000119
选择的天线Tx-a发射，正交支路信号通过正交天线索引块
Figure BDA0001241456000000121
选择的天线Tx-b发送。
4.接收端信号检测与解调。
(1)接收端，各接收天线上信号经过载波恢复后，检测出每个时隙激活的天线
Figure BDA0001241456000000122
与
Figure BDA0001241456000000123
采用的PN码
Figure BDA0001241456000000124
与
Figure BDA0001241456000000125
调制符号的同相分量
Figure BDA0001241456000000126
与正交分量
Figure BDA0001241456000000127
可通过遍历方式的估计算法。其中，激活天线包括发送调制符号同相分量的天线与发送调制符号正交分量的天线，这两根天线有可能是同一根，同样，激活的PN码包括扩频调制符号同相分量的PN码与扩频调制符号正交分量的PN码，这两个PN码有可能是同一个PN码。
(2)将检测到的调制符号的同相分量
Figure BDA0001241456000000128
与正交分量
Figure BDA0001241456000000129
合成为调制符号
Figure BDA00012414560000001210
经过解调，恢复出调制部分对应的信息比特
Figure BDA00012414560000001211
(3)将检测到的激活天线
Figure BDA00012414560000001212
与
Figure BDA00012414560000001213
通过反向查找天线索引表，解索引出发送端同相天线索引部分对应的信息比特
Figure BDA00012414560000001214
与同相天线索引部分对应的信息比特
Figure BDA00012414560000001215
(4)将检测到的激活PN码
Figure BDA00012414560000001216
与
Figure BDA00012414560000001217
通过反向查找PN码索引表，解索引出发送端同相PN码索引部分对应的信息比特
Figure BDA00012414560000001218
与正交PN码索引部分对应的信息比特
Figure BDA00012414560000001219
(5)最后将
Figure BDA00012414560000001220
和
Figure BDA00012414560000001221
五部分信息比特块，经过并串转换恢复出源信息比特
Figure BDA00012414560000001222
以下举例说明本发明发射端信息比特映射过程，采用系统配置为：Nt＝4，Nr＝4，Nc＝4，M＝4，即(4,4,4,4)。易得在一个传输时隙发送信息比特q应包含
Figure BDA00012414560000001223
位比特。设一个传输时隙发送的信息比特流为q＝[0110110111]，由式子(1-6)可得，各映射块包含的信息比特依次为：
Figure BDA00012414560000001224
Figure BDA0001241456000000131
GMod＝[11]。通过查找表1与表2可知，
Figure BDA0001241456000000132
选择天线Tx-2，
Figure BDA0001241456000000133
选择天线Tx-3，
Figure BDA0001241456000000134
选择PN码w4，
Figure BDA0001241456000000135
选择PN码w2。GMod经过QAM调制后，调制符号x＝1+j,其中，xRe＝1，xIm＝1。
索引映射过程如图3所示，PN码星座图中三角形、四边形、五边形、六边形分别表示选用PN码1、2、3、4。()中序列代表选择当前天线、PN码、调制符号对星座映射表的的信息比特序列。于是，发射端调制符号GMod的同相分量xRe＝1通过同相PN码索引块
Figure BDA0001241456000000136
选择的PN码w4扩频后，经天线索引块
Figure BDA0001241456000000137
选择的天线Tx-2发射，同相分量的传输向量xRe＝[0 w4×(+1)0 0]；同理，正交分量xIm＝1通过正交PN码索引块
Figure BDA0001241456000000138
选择的PN码w2扩频后，经正交天线索引块
Figure BDA0001241456000000139
选择的激活天线Tx-3发射，正交分量的传输向量xIm＝[0 0 w2×(+j) 0]；由同相分量的传输向量xRe与正交分量传输向量xIm合成的传输向量x＝[0 w4×(+1) w2×(+j) 0]。
需要说明的是
Figure BDA00012414560000001310
和
Figure BDA00012414560000001311
选择的激活天线可能是同一根天线。如
Figure BDA00012414560000001312
和
Figure BDA00012414560000001313
映射块中比特信息相同均为10时，查找天线索引表可知，发射端激活的天线为第三根天线Tx-3，在Tx-3天线上同时发送调制符号的同相分量与正交分量，其中正交分量与同相分量均经
Figure BDA00012414560000001314
和
Figure BDA00012414560000001315
选择的映射PN码扩频。同理，
Figure BDA00012414560000001316
和
Figure BDA00012414560000001317
选择的PN码可能是同一个PN码，如
Figure BDA00012414560000001318
和
Figure BDA00012414560000001319
映射块中比特信息相同均为11时，选择的PN码序列均为w4，则发射端调制符号的正交分量与同相分量均使用w4进行扩频发送。
本发明中的新型二维索引调制无线通信系统，丰富了当前索引调制技术，尤其是对空间调制与直接序列扩频技术方面。系统采用空域与码域两种方式索引映射，结合了空间调制与直接序列扩频技术的优势，既利用了多天线信道链路资源，又通过扩频的方式提高了本无线通信系统抗干扰与抗多径能力。同时本无线通信系统采用正交映射方式，两种索引资源得到了重复利用，降低了成本。发射端每个传输时隙，激活的天线数目与采用的PN码个数始终为两个，因而发索引映射映射图保持在较小的维度，使得接收端检测复杂较小。与一维索引调制(SM、CIM)相比，这种二维索引方式显著优势表现在：
(1)提升系统频谱效率。图4中，三组方案均采用正交振幅调制(QuadratureAmplitude Modulation，QAM)，其中SM配置4根天线、CIM配置4个PN码，本发明配置4根天线与4个PN码，三者频谱效率分别为4、6、10bits/s/Hz；同样，在SM配置8根天线、CIM配置8个PN码与本发明配置8根天线与8个PN码时，三者频谱效率分别为7、8、14bits/s/Hz；显而易见，本发明在频谱效率提升方面有明显优势。
(2)减少索引资源的消耗。图5中为采用QAM调制下，SM、CIM与本发明频谱效率为10bits/s/Hz时，可采用的最低天线与PN码配置，三者配置分别为：18根天线，16个PN码和4根天线与4个PN码。很明显，本发明在同频谱效率，消耗的索引资源更少。
(3)本发明由于采用了正交映射方式，使得天线索引资源与码索引资源得到二次利用，进而增加了隐形传输的索引映射比特，故能量效率更高；
(4)本发明采用CIM扩频的方式，保持了扩频通信良好的性能，使得系统误比特率性能与抗多径能力得到了提升。

Claims (7)

1.一种空—码二维索引调制无线通信系统，包括发射机和接收机，其特征在于，发射机包括：串并转换部分、基带调制部分、天线选择部分、PN码选择部分、索引表、功率放大器、天线切换部分，串并转换部分将发送端源信息比特分为天线索引部分、PN码索引部分与调制部分，天线索引部分再分为同相天线索引块和正交天线索引块，PN码索引部分再分为同相PN码索引块和正交PN码映射块；基带调制部分进行符号调制获得调制符号，天线选择部分查找天线索引表选择天线，PN码选择部分查找PN码索引表选择PN码，将调制符号的同相分量和正交分量经过选择的PN码进行扩频及载波调制,获得的同相支路信号和正交支路信号分别通过功率放大器，送往天线切换模块,根据同相天线索引块和正交天线索引块选择相应的天线发送；接收机包括：载波恢复部分，检测部分，信号合成及解调部分，天线索引表，解映射，PN码索引表，并串转换部分，各接收天线上信号经过载波恢复部分后，检测部分检测出每个时隙激活的天线、激活PN码、调制符号的同相分量与正交分量，信号合成及解调部分将检测到的同相分量与正交分量合成为调制符号，经过解调，恢复出调制部分对应的信息比特，将检测到的激活天线通过反向查找天线索引表，解索引出发送端同相天线索引部分对应的信息比特块与正交天线索引部分对应的信息比特块，将激活PN码通过反向查找PN码索引表，解索引出发送端同相PN码索引部分对应的信息比特块与正交PN码索引部分对应的信息比特块,最后将上述信息比特块经过并串转换恢复出源信息比特。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对发射机天线个数为Nt，接收机天线数目为Nr，PN码组维度为Nc，调制阶数为M的系统，任一传输间隙，发送端长度为
Figure FDA0002532180830000011
的信息比特q，经串并转换后，天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与调制部分GMod的信息长度依次为2log2 Nt、2log2 Nc、m，其中2m＝M。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，符号调制过程中，调制部分GMod经过基带调制后变成调制符号x＝xRe+jxIm，其中，同相分量为xRe，正交分量为xIm，正交分量xRe将通过余弦载波调制，同相分量xIm将通过正弦载波调制。
4.一种空—码二维索引调制无线通信方法，其特征在于，包括步骤，串并转换部分将发送端源信息比特分为天线索引部分、PN码索引部分与调制部分，进一步将调制部分的调制符号再分为同相分量与正交分量，天线索引部分再分为同相天线索引块和正交天线索引块，PN码索引部分再分为同相PN码索引块和正交PN码映射块；同相天线索引块通过查找自己的天线映射表，选择要发送调制符号同相分量的天线，同相PN码索引块通过查找自己的PN码映射表选择调制符号同相分量扩频所需的PN码，正交天线索引块通过查找自己的天线映射表，选择要发送调制符号正交分量的天线，正交PN码索引块通过查找自己的PN码映射表选择调制符号正交分量扩频所需的PN码；将调制符号的同相分量和正交分量分别经过同相PN码索引块与正交PN码索引块选择的PN码进行扩频及载波调制后，将获得的同相支路信号和正交支路信号分别通过功率放大器，送往天线切换模块分别根据同相天线索引块和正交天线索引块选择相应的天线发送；接收端各接收天线上信号经过载波恢复部分后，检测部分检测出每个时隙调制符号的同相分量与正交分量、分别发送调制符号同相分量与正交分量的激活天线和分别扩频调制符号同相分量与正交分量的激活PN码；信号合成及解调部分将检测到的同相分量与正交分量合成为调制符号，经过解调，恢复出调制部分对应的信息比特；将检测到的激活天线分别通过反向查找各自天线索引表，解索引出发送端同相天线索引部分对应的信息比特块与正交天线索引部分对应的信息比特块，将激活PN码通过反向查找PN码索引表，解索引出发送端同相PN码索引部分对应的信息比特块与正交PN码索引部分对应的信息比特块，将上述各部分信息比特块经过并串转换恢复出源信息比特。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对发射机天线个数为Nt，接收机天线数目为Nr，PN码组维度为Nc，调制阶数为M的系统，任一传输间隙，发送端长度为
Figure FDA0002532180830000021
的信息比特q，经串并转换后，天线索引部分GAnt、PN码索引部分GCode与调制部分GMod的信息长度依次为2log2Nt、2log2Nc、m，其中2m＝M。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，符号调制过程中，调制部分GMod经过基带调制后变成调制符号x＝xRe+jxIm，其中，同相分量为xRe，正交分量为xIm，正交分量xRe将通过余弦载波调制，同相分量xIm将通过正弦载波调制。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，符号调制过程中，根据公式：
Figure FDA0002532180830000031
进行信息比特的分割，其中，
Figure FDA0002532180830000032
Figure FDA0002532180830000033
Figure FDA0002532180830000034
Figure FDA0002532180830000035
Figure FDA0002532180830000036
bj表示信息比特q中的第j位比特。
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