CN106850027A - 低复杂度广义空间调制迭代检测方法 - Google Patents

低复杂度广义空间调制迭代检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及广义空间调制(generalized spatial modulation，GSM)通信系统中的一种信号迭代检测方法。本发明提出一种低复杂度广义空间调制迭代检测方法。对于所有的N种可能的激活天线组合，分别通过B‑MMSE检测得到一组候选符号，最终得到一个N元的候选集，然后进行ML检测，取其中欧氏距离最小的组合作为最终结果。

Description

低复杂度广义空间调制迭代检测方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及广义空间调制(generalized spatialmodulation，GSM)通信系统中的一种信号迭代检测方法。
背景技术
在GSM系统中，将在Nu个激活的发射天线上传输不同的调制符号，从而有效地提高系统的频谱效率。假设GSM系统采用具有Nt根发射天线和Nr根接收天线，在每一个时隙只选择Nu(Nu＜Nt)根发射天线传输调制符号，用于信息比特映射的发射天线组合数为其中，表示二项式系数，表示取整。待发送的信息比特流分成两部分：一部分用于映射发射天线组合，需要的比特长度为另一部分用于映射调制星座符号向量需要的比特长度为l2＝Nu·log2(M)，其中，M为调制阶数，表示APM星座符号集合。由此可知，每个时隙传输的信息比特的总长度为L＝l1+l2。
假设GSM系统发射信号经过准静态平坦Rayleigh衰落信道。设是发射符号向量，GSM系统的发射信号可表示为其中，调制符号sj所在的位置为映射的发射天线组合中第j根激活天线的索引，j∈{1,2,...,Nu}，式中所得的发射符号向量x总共有Nt个元素，但只有Nu个非零值。
GSM系统的接收信号可用数学表达式其中，为信道矩阵，其元素是均值为0，方差为1的独立同分布的高斯随机变量，n表示Nr×1维的加性高斯白噪声向量，其各元素相互独立，均值为0，方差为N0，hk表示信道矩阵H的第k列对应元素，表示选择的发射天线组合，其中，i和分别表示激活天线的索引和符号向量的索引。是信道矩阵中对应的Nu列，是发送的符号向量，分别对应索引i和对发射向量x的检测可等同为检测发射天线组合Ii和激活天线上发送的APM符号向量
GSM系统的接收端在进行检测时，既要检测选取的发射天线组合，又要检测每个激活的发射天线上所携带的调制符号，由于该系统的发射端激活多根天线同时传输数据符号，从而相对引入了符号间干扰，因此，GSM系统的接收机的复杂度相对空间调制系统较复杂一些。下面将介绍适用于GSM系统的最佳软检测算法：最大后验概率(MAP)估计。
GSM系统的MAP检测算法是联合估计发射天线组合和调制符号向量，对所有可能的发射信号进行搜索，选择与接收信号具有最小欧氏距离的等效信号对应的发射信号作为最佳检测信号。在第m个GSM发送向量的检测，每个比特的似然比Le(bu),(u＝1,...,l＝l1+l2)可以通过下式得到：其中，和分别表示GSM发射向量的子空间。表示第m个GSM发送向量的概率度量值，通过以下计算得到：其中，La(bj)是先验似然比信息。根据Max-Log MAP算法，似然比的计算可以简化为：其度量值的计算表示为：用表示激活天线组合的集合，用表示Nu个发送符号组成的列向量的集合，那么用于调制激活天线组合的比特的似然比Le(bk),k＝(1,...,l1)可以通过下式计算：其中，和分别表示激活天线组合集合的子空间。类似的，Nu个发送符号传输的l2比特的似然比Le(br),r＝(l1+1,...,l)可以由下式得到：其中，和分别表示集合的子空间。
发明内容
本发明提出一种低复杂度广义空间调制迭代检测方法。对于所有的N种可能的激活天线组合，分别通过B-MMSE检测得到一组候选符号，最终得到一个N元的候选集，然后进行ML检测，取其中欧氏距离最小的组合作为最终结果。
低复杂度广义空间调制迭代检测方法，包括如下步骤：
S1、利用B-MMSE算法得到N个初步估计的符号：其中， 是数字解调函数，是Nu×Nu的单位矩阵，Nu为每个时隙选择的发射天线个数，Nu＜Nt，Nt为GSM系统发射天线的总数，Nr为GSM系统接收天线总数，为信道矩阵，其元素是均值为0，方差为1的独立同分布的高斯随机变量，N0为Nr×1维的加性高斯白噪声向量n的方差，表示选择的发射天线组合，i表示激活天线的索引，i＝1,...,N；
S2、检测天线索引映射的比特，具体步骤如下：
S21、计算对应的度量值：其中，j表示第j根激活的发射天线，La(bj)为先验似然比信息，j∈{1,2,...,Nu}；
S22、通过得到天线索引映射的比特的似然比，其中，Le(bk)为用于调制激活天线组合的比特的似然比，k＝1,...,l1，和分别表示激活天线组合集合的子空间；
S3、检测发送的符号映射的比特，具体步骤如下：
S31、在S1得到的N元候选集中选择一个最佳估计：
S32、将S1得到的N个GSM发送符号解调为N组信息比特最优估计为对应于发送符号其中，i＝1,...,N；
S33、判断的第r个元素是不是元素1；
S34、如果那么将的第r个元素变为1，产生新的N组信息比特对应地，将这N组信息比特调制得到N个GSM发射向量
S35、如果那么将的第r个元素变为0，产生新的N组信息比特对应地，将这N组信息比特调制得到N个GSM发射向量
S36、计算度量值：令并且得到映射符号对应的比特的似然比Le(br)如下：其中，r＝l1+1,...,l。
本发明的有益效果是：
本发明结合B-MMSE和最大后验概率检测，首先通过B-MMSE检测减小比特的搜索空间，并在检测符号比特时适当扩大搜索空间以提高检测精度。本发明相对于最大后验概率检测的整体搜索而言，大大缩小了最大后验概率检测的搜索空间，从而大大降低了运算复杂度；并可达到与最大后验概率检测近似的检测精度。
附图说明
图1为广义空间调制迭代检测的系统模型。
图2是不同检测算法激活2根和3根天线的性能和复杂度对比图。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图，对本发明方法进行进一步说明。
本发明结合B-MMSE检测和最大后验概率检测，首先通过B-MMSE检测得到GSM通信系统中发射天线阵中基于每种可能的激活天线位置的最佳估计符号，然后在这个搜索空间里进行ML判决。本发明相对于最大后验概率检测的整体搜索而言，大大缩小了最大后验概率检测的搜索空间，从而大大降低了运算复杂度；并且性能接近最大后验概率检测。
低复杂度广义空间调制迭代检测方法，包括如下步骤：
S1、利用B-MMSE算法得到N个初步估计的符号：其中， 是数字解调函数，是Nu×Nu的单位矩阵，Nu为每个时隙选择的发射天线个数，Nu＜Nt，Nt为GSM系统发射天线的总数，Nr为GSM系统接收天线总数，为信道矩阵，其元素是均值为0，方差为1的独立同分布的高斯随机变量，N0为Nr×1维的加性高斯白噪声向量n的方差，表示选择的发射天线组合，i表示激活天线的索引，i＝1,...,N；
S2、检测天线索引映射的比特，具体步骤如下：
S21、计算对应的度量值：其中，j表示第j根激活的发射天线，La(bj)为先验似然比信息，j∈{1,2,...,Nu}；
S22、通过得到天线索引映射的比特的似然比，其中，Le(bk)为用于调制激活天线组合的比特的似然比，k＝1,...,l1，和分别表示激活天线组合集合的子空间；
可以看到，要计算天线索引比特的似然比，通过减小的候选集合，只需要计算N个后验概率度量，大大减少了计算复杂度。
S3、检测发送的符号映射的比特，具体步骤如下：
S31、在S1得到的N元候选集中选择一个最佳估计：
S32、将S1得到的N个GSM发送符号解调为N组信息比特最优估计为对应于发送符号其中，i＝1,...,N；
S33、判断的第r个元素是不是元素1；
S34、如果那么将的第r个元素变为1，产生新的N组信息比特对应地，将这N组信息比特调制得到N个GSM发射向量
S35、如果那么将的第r个元素变为0，产生新的N组信息比特对应地，将这N组信息比特调制得到N个GSM发射向量
S36、计算度量值：令并且得到映射符号对应的比特的似然比Le(br)如下：其中，r＝l1+1,...,l。
图2中Max-Log MAP表示传统的最大后验概率检测方法，Proposed表示本发明提供的低复杂度信号检测方法。由图2可以看到本专利提出的检测方法在大幅度降低了复杂度的同时性能接近最优的MAP检测。

Claims (1)

1.低复杂度广义空间调制迭代检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、利用B-MMSE算法得到N个初步估计的符号：其中， 是数字解调函数，是Nu×Nu的单位矩阵，Nu为每个时隙选择的发射天线个数，Nu＜Nt，Nt为GSM系统发射天线的总数，Nr为GSM系统接收天线总数，为信道矩阵，其元素是均值为0，方差为1的独立同分布的高斯随机变量，N0为Nr×1维的加性高斯白噪声向量n的方差，表示选择的发射天线组合，i表示激活天线的索引，i＝1,...,N；
S2、检测天线索引映射的比特，具体步骤如下：
S21、计算对应的度量值：其中，j表示第j根激活的发射天线，La(bj)为先验似然比信息，j∈{1,2,...,Nu}；
S22、通过得到天线索引映射的比特的似然比，其中，Le(bk)为用于调制激活天线组合的比特的似然比，k＝1,...,l1，和分别表示激活天线组合集合II的子空间；
S3、检测发送的符号映射的比特，具体步骤如下：
S31、在S1得到的N元候选集中选择一个最佳估计：
S32、将S1得到的N个GSM发送符号解调为N组信息比特最优估计为对应于发送符号其中，i＝1,...,N；
S33、判断的第r个元素是不是元素1；
S34、如果那么将的第r个元素变为1，产生新的N组信息比特对应地，将这N组信息比特调制得到N个GSM发射向量
S35、如果那么将的第r个元素变为0，产生新的N组信息比特对应地，将这N组信息比特调制得到N个GSM发射向量
S36、计算度量值：令并且得到映射符号对应的比特的似然比Le(br)如下：其中，r＝l1+1,...,l。
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