CN106788638B - 一种激活不定发射天线的空间调制传输方法 - Google Patents

一种激活不定发射天线的空间调制传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信抗干扰技术领域，具体的说是涉及一种激活不定发射天线的空间调制传输方法。对于任意发射天线，本发明提出了一种新型激活天线映射准则，即通过每个时隙激活不同数目天线来传输数据即保持了发射端稀疏射频的要求，也进一步的提升了系统频谱效率；此外，本发明还提出了对该系统进行最佳功率分配方案，以进一步提升系统性能，这种新型的空间调制传输方案，可以在相同天线数量和频谱效率的前提下取得比传统空间调制更优越的传输性能。

Description

一种激活不定发射天线的空间调制传输方法
技术领域
本发明属于通信抗干扰技术领域，具体的说是涉及一种激活不定发射天线的空间调制传输方法。
背景技术
本发明涉及空间调制(Spatial Modulation，SM)技术、MIMO(Multiple InputMultiple Output,MIMO)，功率分配等技术。
空间调制SM技术是近年来提出的一种新的MIMO传输技术，该技术也可以看作一种利用天线资源的新型调制技术。该技术的基本原理是：通过激活不同的发射天线，将激活天线的索引值用于调制比特信息。空间调制的每个时隙只有一根天线被激活，因而能够有效地避免传统MIMO系统中的多天线干扰和发射天线间同步的问题，并降低了MIMO系统的实现成本，引起了业界的广泛关注。传统SM系统框图如图1所示。
传统SM中每个时隙只激活一根天线，存在频谱效率低的问题，尤其是大规模传输的情形。为了进一步提高空间调制的清晰，广义空间调制(generalized spatialmodulation,GSM)系统中提出，并引起了广泛关注。然而在传统SM和GSM中每个时隙激活天线数目是固定的，依然存在浪费空间资源的问题。
针对上述问题，本发明提供了一种适用于任意发射天线的通过动态激活天线数目来提高空间调制频谱效率的方案。一方面，每个时隙激活天线的数目是动态的，因此该方案可以有效提高了天线组合的总数量，从而提升了频谱效率。另一方面，该方案对所提的系统通过相位因子及功率分配进一步优化。这种新型的空间调制设计方案，可以有效的提升系统的性能。
发明内容
本发明的目的在于，基于传统的空间调制系统，提出一种动态激活发射天线数目的传输方案，该方案可以有效的提升频谱效率；此外，还进一步通过功率分配及旋转相位因子提升系统的误码率性能。
本发明的技术方案是：
一种激活不定发射天线的空间调制传输方法，用于MIMO系统，假设MIMO系统有Nt根发射天线和Nr根接收天线，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：假设每个时隙最大激活天线数目为Nu，则总的天线组合数目
Figure GDA0002458239100000021
选取2的幂次方的有效组合
Figure GDA0002458239100000022
其中
Figure GDA0002458239100000023
为向下取整函数；No表示为
Figure GDA0002458239100000024
其中
Figure GDA0002458239100000025
表示激活1根天线、
Figure GDA0002458239100000026
表示激活2根天线、
Figure GDA0002458239100000027
表示激活Nu根天线；
步骤2：选取有效组合：
选取的原则是舍弃激活天线数目最多的组合用以保证系统性能；假设最终选取的有效组合为
Figure GDA0002458239100000028
其中
Figure GDA0002458239100000029
表示激活i根天线的集合；
步骤3：确定传输速率：
为了方便调制，激活不同天线数目的组合传输的符号比特是一样的，因此激活的天线数越多，采用的调制阶数越低；将总的信息比特分成两部分，一部分用于选择发射天线单元，其比特数为log2N；另一部分用于选择星座符号，其比特数由激活一根天线的调制阶数决定：如激活一根天线的组合的调制阶数为M，则符号比特为log2M；激活多根天线的组合采用低价调制来达到相同的符号传输速率log2M；则系统的传输速率m为：
m＝log2N+log2M(比特/符号)
步骤4：对所选组合进行功率分配和相位因子的旋转：
假设每个时隙激活天线数目相同，并且满足总功率在时间上平均为1并且相位因子根据调制阶数决定；则进行功率分配和相位因子旋转过后的最终组合为
Figure GDA00024582391000000210
其中
Figure GDA00024582391000000211
表示不同的功率分配因子。
本发明的有益效果为：提供了一种高频谱效率空间调制传输技术，该方法可以适用于任意天线数目地天线配置。通过激活不同天线数目来增加天线组合，从而提升了频谱效率。在相同信噪比条件和频谱效率的情况下，新型的空间调制传输方案有更好的性能增益。高频谱效率空间调制系统框图如图3所示。
附图说明
图1是传统SM系统框图；
图2是专利方法的空间调制4发4收，传输比特为4比特的映射表；
图3本发明提出的高频谱效率空间调制系统框图；
图4是传统SM与实施例1的BER性能对比示意图；
图5是传统SM与实施例2的BER性能对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
实施例1
本例空间调制系统有Nt＝4根发射天线，Nr＝4，每个时隙最大激活天线数目为Nu＝2；
步骤1：确定总的天线组合数目No＝10：
Figure GDA0002458239100000031
步骤2：选取N＝8个有效组合。采用激活天线数目大的组合优先舍弃原则得到组合如下
Figure GDA0002458239100000032
步骤3：确定传输速率。由步骤2可知，用于传输天线组合的比特个数为3，如果激活一根天线的组合采用QPSK，则传输的总比特为5.因此对于激活2根天线的组合可以采用BPSK调制。
步骤4：进行功率分配和相位因子旋转。该案例中，我们采用等功率分配p1＝p2＝1。因为激活多根天线的组合采用BPSK，因此对于激活多根天线的组合采用相位因子为π/2。本案例中对于激活一根天线的采用相位因子为0度。则最终传输组合为
Figure GDA0002458239100000041
步骤5：经过信道衰落和噪声干扰，接收端通过最大似然准则检测恢复出发送信号。
根据图4可得，本例所提方法在频谱效率相同的情况，与传统SM系统相比，可以获得2dB BER性能，从而更高效的利用了空间资源。
实施例2
本例空间调制系统有Nt＝8根发射天线，Nr＝8，每个时隙最大激活天线数目为Nu＝2；
步骤1：确定总的天线组合数目No＝36。其中集合I1的大小为8,集合I2的大小28.
步骤2：选取N＝32个有效组合。根据激活天线数目最大的优先舍弃原则。舍弃4个激活天线数目为2的组合。则有效组合为
Figure GDA0002458239100000042
表示如下：
Figure GDA0002458239100000043
Figure GDA0002458239100000051
步骤3：由步骤2可知，用于传输天线组合的比特个数为5，如果激活一根天线的组合采用QPSK，则传输的总比特为7.因此对于激活2根天线的组合可以采用BPSK调制。
步骤4：进行功率分配和相位因子旋转。该案例中，我们采用等功率分配p1＝p2＝1。因为激活多根天线的组合采用BPSK，因此对于激活多跟天线的组合采用相位因子为{π/6,2π/6,3π/6,4π/6,5π/6}。本案例中对于激活一根天线的采用相位因子为0度。则最终传输组合为
Figure GDA0002458239100000052
Figure GDA0002458239100000053
Figure GDA0002458239100000061
步骤5：经过信道衰落和噪声干扰，接收端通过最大似然准则检测恢复出发送信号。
根据图5可得，本例所提方法在发射天线数满足2的幂次方的情况下，一部分用于改进的空间调制新映射，另一部分用于空时编码以提供分集增益，因此在同样的天线资源前提下，BER性能优于传统SM系统。

Claims (1)

1.一种激活不定发射天线的空间调制传输方法，用于MIMO系统，假设MIMO系统有Nt根发射天线和Nr根接收天线，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：假设每个时隙最大激活天线数目为Nu，则总的天线组合数目
Figure FDA0002458239090000011
选取2的幂次方的有效组合
Figure FDA0002458239090000012
其中
Figure FDA0002458239090000013
为向下取整函数；No表示为
Figure FDA0002458239090000014
其中
Figure FDA0002458239090000015
表示激活1根天线、
Figure FDA0002458239090000016
表示激活2根天线、
Figure FDA0002458239090000017
表示激活Nu根天线；
步骤2：选取有效组合：
选取的原则是舍弃激活天线数目最多的组合用以保证系统性能；假设最终选取的有效组合为
Figure FDA0002458239090000018
其中
Figure FDA0002458239090000019
表示激活i根天线的集合；
步骤3：确定传输速率：
为了方便调制，激活不同天线数目的组合传输的符号比特是一样的，因此激活的天线数越多，采用的调制阶数越低；将总的信息比特分成两部分，一部分用于选择发射天线单元，其比特数为log2N；另一部分用于选择APM星座符号，其比特数由激活一根天线的调制阶数决定：如激活一根天线的组合的调制阶数为M，则符号比特为log2M；激活多根天线的组合采用低价调制来达到相同的符号传输速率log2M；则系统的传输速率m为：
m＝log2N+log2M(比特/符号)
步骤4：对所选组合进行功率分配和相位因子的旋转：
假设每个时隙激活天线数目相同，并且满足总功率在时间上平均为1并且相位因子根据调制阶数决定；则进行功率分配和相位因子旋转过后的最终组合为
Figure FDA00024582390900000110
其中
Figure FDA00024582390900000111
表示不同的功率分配因子。
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