CN107959519B - 一种差分空间调制传输方法、发射机和接收机 - Google Patents

一种差分空间调制传输方法、发射机和接收机 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种差分空间调制传输方法，包括：根据
Figure DDA0001131717740000011
维的索引矩阵构造索引矩阵Aq,q∈(1,Q)，其中，Nt为发射天线数，N为所采用的编码技术的编码矩阵的维度；
Figure DDA0001131717740000012
Figure DDA0001131717740000013
为向下取整函数；将差分空间调制传输信息比特分成两部分：第一部分信息比特和第二部分信息比特；用第一部分信息比特映射索引矩阵；用第二部分信息比特映射星座符号；对星座符号进行空时编码得到符号矩阵块；根据传输矩阵块和符号矩阵块进行差分编码，得到差分编码后的传输矩阵块；将得到的传输矩阵块由发射天线发射。本发明还公开了一种对应于上述传输方法的数据接收方法，以及一种发射机和一种接收机。应用本申请公开的技术方案，能够提高差分空间调制系统的性能，并降低由于参考信号带来的开销。

Description

一种差分空间调制传输方法、发射机和接收机
技术领域
本申请属于通信抗干扰技术领域，涉及差分空间调制(Differential SpatialModulation，DSM)技术、空时编码、多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)等技术，具体来说，涉及一种结合空时编码的差分空间调制传输方法、发射机和接收机。
背景技术
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。其基本原理是：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。
然而，传统空间调制的相干检测接收端需要已知信道状态信息，因此需要发送端插入大量参考信号，用于接收端估计信道状态信息。参考信号所带来的开销正比于发射端的发射天线数量，当发射天线数较多时，参考信号所带来的开销将会降低系统的频谱效率，影响系统的性能，而信道估计也会增加一定复杂度。为了解决这一问题，提出了差分空间调制(differential spatial modulation,DSM)系统。如图1所示，差分空间调制传输信息比特分为两部分，一部分比特用于选择索引矩阵A'q，另一部分比特用于调制Nt个星座符号。索引矩阵和星座符号调制可以构成符号矩阵块
Figure BDA0001131717720000011
当前符号矩阵块Xk与前一时隙传输矩阵Sk-1在发射端经过差分编码后得到Sk，发射Sk，因而接收端在不知道信道信息的前提下可以通过差分解码来恢复信号。因此，差分空间调制因其可以有效避免信道估计而引起了广泛关注。
虽然差分空间调制能够通过发射端的差分操作，使得接收端能够不进行信道估计完成发送信号的解调。但是传统的差分空间调制会引起性能的损失。
发明内容
本发明的目的在于，基于传统的差分空间调制系统，提出一种差分空间调制传输方法、发射机和接收机，从而利用分集增益有效地提升性能。
本申请公开了一种差分空间调制传输方法，应用于发射机，包括：
A、根据
Figure BDA0001131717720000021
维的索引矩阵构造索引矩阵Aq,q∈(1,Q)，其中，Nt为发射天线数，N为所采用的编码技术的编码矩阵的维度；
Figure BDA0001131717720000022
Figure BDA00011317177200000213
为向下取整函数；
B、将差分空间调制传输信息比特分成两部分：第一部分信息比特和第二部分信息比特；用第一部分信息比特映射索引矩阵；用第二部分信息比特映射星座符号；
C、对星座符号进行空时编码得到符号矩阵块；
D、根据传输矩阵块和符号矩阵块进行差分编码，得到差分编码后的传输矩阵块；
E、将得到的传输矩阵块由发射天线发射。
较佳的，所述A包括：
A1、确定所述
Figure BDA0001131717720000023
维索引矩阵的集合，从中选择
Figure BDA0001131717720000024
个索引矩阵A'q，每个索引矩阵A'q对应一个索引向量
Figure BDA0001131717720000025
其中，
Figure BDA0001131717720000026
分别为所述索引矩阵A'q的每一列中非零元素的位置；
A2、将选择出的
Figure BDA0001131717720000027
个索引矩阵中每个索引矩阵A'q中的元素1变为N*N维的单位矩阵I，并将每个索引矩阵A'q中的元素0变为N*N维的零矩阵O，得到索引矩阵Aq；所得到的每个索引矩阵Aq对应一个索引矩阵A'q及步骤A1中的Nt/N维的索引向量
Figure BDA0001131717720000028
较佳的，所述第一部分信息比特的比特数为
Figure BDA00011317177200000211
所述第二部分信息比特的比特数为
Figure BDA0001131717720000029
其中，
Figure BDA00011317177200000210
分别为Nt个星座符号的调制阶数。
较佳的，所述用第一部分信息比特映射索引矩阵包括：
从(Nt/N)！个索引矩阵中选取Q个作为有效矩阵，并用
Figure BDA00011317177200000212
个比特在Q个有效矩阵中选择索引矩阵。
较佳的，所述C包括：
对于Nt个星座符号
Figure BDA0001131717720000031
每两个符号进行一个空时块编码STBC或空频块编码SFBC，产生编码块
Figure BDA0001131717720000032
并根据
Figure BDA0001131717720000033
得到第k个符号矩阵块Xk，其中，diag(x)表示将向量x表示为对角矩阵，对角线上的元素为向量x的元素。
较佳的，所述D包括：
根据第(k-1)个传输矩阵块Sk-1和第k个符号矩阵块Xk进行差分编码，得到第k个传输矩阵块Sk＝XkSk-1；其中，S1为单位矩阵，不携带信息比特，第k个符号矩阵块为
Figure BDA0001131717720000034
本申请还公开了一种发射机，包括：
传输矩阵构造模块，用于根据
Figure BDA0001131717720000035
维的索引矩阵构造索引矩阵Aq,q∈(1,Q)，其中，Nt为发射天线数，N为所采用的编码技术的编码矩阵的维度，
Figure BDA0001131717720000036
Figure BDA0001131717720000038
为向下取整函数；
调制模块，用于将差分空间调制传输信息比特分成两部分：第一部分信息比特和第二部分信息比特；用第一部分信息比特映射索引矩阵；用第二部分信息比特映射星座符号；
编码模块，用于对星座符号进行空时编码得到符号矩阵块；
差分编码模块，用于根据传输矩阵块和符号矩阵块进行差分编码，得到差分编码后的传输矩阵块；
传输模块，用于得到的传输矩阵块进行传输。
本申请还公开了一种差分空间调制数据接收方法，应用于接收机，包括：
a、根据第k个接收矩阵块Yk构造辅助矩阵Yk′；
b、根据第k-1个接收矩阵块Yk-1构造辅助矩阵Gk；
c、对于i＝1,2,…,Nt/N，利用辅助矩阵Yk′和辅助矩阵Gk进行数据检测得到
Figure BDA0001131717720000037
其中，Nt为发射端的发射天线数，N为发射端所采用的编码技术的编码矩阵的维度，
Figure BDA0001131717720000041
表示索引矩阵Aq对应的
Figure BDA0001131717720000042
维的索引矩阵的第i个天线索引，
Figure BDA0001131717720000043
表示第2i-1和2i时隙的星座符号；根据所述
Figure BDA0001131717720000044
得到索引矩阵的索引向量
Figure BDA0001131717720000045
以及得到Nt个星座符号
Figure BDA0001131717720000046
d、对于索引向量
Figure BDA0001131717720000047
用天线矩阵映射规则解调得到对应的索引比特；根据解调符号
Figure BDA0001131717720000048
得到对应的传输比特。
较佳的，所述根据第k个接收矩阵块Yk构造辅助矩阵Yk′包括：
根据第k个接收矩阵块
Figure BDA0001131717720000049
构造辅助矩阵Yk′：
Figure BDA00011317177200000410
其中，yj,k为Yk的第j列(j＝1,…,Nt)，
Figure BDA00011317177200000411
为Yk′的第i列(i＝1,…,Nt/N)，Nr为接收天线数。
较佳的，所述根据第k-1个接收矩阵块Yk-1构造辅助矩阵Gk包括：
根据
Figure BDA00011317177200000412
构造辅助矩阵Gk：
Figure BDA00011317177200000413
其中，yj,k-1为Yk-1的第j列(j＝1,…,Nt)，
Figure BDA00011317177200000414
为Gk的第2i-1列和第2i列组成的矩阵(i＝1,…,Nt/N)。
较佳的，所述利用辅助矩阵Yk′和矩阵Gk进行检测包括：
计算
Figure BDA00011317177200000415
其中Q(·)是解调函数，得到索引和符号的初步值
Figure BDA00011317177200000416
本申请还公开了一种接收机，包括：
第一辅助矩阵构造模块，用于根据第k个接收矩阵块Yk构造辅助矩阵Yk′；
第二辅助矩阵构造模块，用于根据第k-1个接收矩阵块Yk-1构造辅助矩阵Gk；
符号矩阵块估计模块，用于对i＝1,2,…,Nt/N，利用辅助矩阵Yk′和辅助矩阵Gk进行数据检测得到
Figure BDA0001131717720000051
其中，Nt为发射端的发射天线数，N为发射端所采用的编码技术的编码矩阵的维度，
Figure BDA0001131717720000052
表示索引矩阵Aq对应的
Figure BDA0001131717720000053
维的索引矩阵的第i个天线索引，
Figure BDA0001131717720000054
表示第2i-1和2i时隙的星座符号；根据所述
Figure BDA0001131717720000055
可以得到索引矩阵的索引向量
Figure BDA0001131717720000056
以及得到Nt个星座符号
Figure BDA0001131717720000057
空间解调模块，用于对于索引矩阵
Figure BDA0001131717720000058
用天线矩阵映射规则解调得到对应的索引比特；根据解调符号
Figure BDA0001131717720000059
得到对应的传输比特。
由上述技术方案可见，本申请提供了一种差分空间调制传输技术，通过结合空时编码和空时块编码，提高了差分空间调制系统的性能，并且降低了由于参考信号带来的开销。与传统的差分空间调制系统相比，在相同天线配置和频谱效率的情况下，新型的空间调制传输方案可以获得更大的分集增益。
附图说明
图1为传统DSM系统框图；
图2为本申请DSM-STBC发射机框图；
图3为传统DSM与本申请的BER性能对比示意图；
图4为传统DSM与本申请的BER性能对比示意图；
图5为本申请一较佳发射机的组成结构示意图；
图6为本申请一较佳接收机的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
为进一步提升传统差分空间调制系统性能，本发明提供了一种结合空时编码的差分空间调制方案。在本发明提出的结合空时编码的差分空间调制系统中，根据传统的索引矩阵，设计适合进行空时编码的索引矩阵。在传输符号经过差分编码后，再进一步结合空时编码进行传输，从而可以获得分集增益，以有效地提升性能。在此基础上，针对最大似然检测在天线数增大时高复杂度问题，本发明进一步提出了低复杂度的接收机设计方案。
本发明基于空时编码的差分空间调制(DSM-STBC，space-time block coding-aided differential spatial modulation)的发射机框图如图2所示。假设DSM-STBC系统有Nt根发射天线和Nr根接收天线，差分空间调制传输信息比特分成两部分，一部分(对应于权利要求书中的第一部分信息比特)用于选择索引矩阵，其比特数为
Figure BDA0001131717720000067
！表示阶乘；另一部分(对应于权利要求书中的第二部分信息比特)用于选择Nt个星座符号。Nt个星座符号的调制阶数分别为
Figure BDA0001131717720000061
则总的符号比特为
Figure BDA0001131717720000062
在每Nt个时隙里，调制的Nt个星座符号携带了
Figure BDA0001131717720000063
比特的信息。因此，本发明所提出的系统的传输速率m为：
Figure BDA0001131717720000064
具体来说有如下几个步骤：
步骤1：根据发射天线的数目Nt确定索引矩阵。在本发明中索引矩阵Aq,q∈(1,Q)是在传统的差分空间调制天线数目为Nt/2的基础上设计的，
Figure BDA0001131717720000065
Figure BDA0001131717720000068
为向下取整函数。具体为：将天线数目为Nt/2时传统的索引矩阵中的元素1变为2*2的单位矩阵I，将元素0变为2*2的零矩阵O。每个矩阵对应一个唯一的包含每个时隙激活索引的矩阵L。例如:
Figure BDA0001131717720000066
步骤2：计算出每个发送的符号矩阵块传输的信息比特数
Figure BDA0001131717720000071
Figure BDA0001131717720000072
分成两部分分别映射天线索引和星座符号，其中：
Figure BDA00011317177200000714
个比特用于映射索引矩阵Aq,q∈(1,Q)，其中
Figure BDA0001131717720000073
Figure BDA00011317177200000716
为向下取整函数；
Figure BDA0001131717720000074
个比特用于调制Nt个星座符号
Figure BDA0001131717720000075
索引矩阵的选取为随机从(Nt/2)！个索引矩阵中选取Q个作为有效矩阵。
Figure BDA00011317177200000715
个比特在选择索引矩阵Aq,q∈(1,Q)时为随机选择，只要满足映射过程和解映射过程一致即可。
步骤3：Nt个星座符号
Figure BDA0001131717720000076
中,每两个符号做一个空时块编码(STBC：Space-time Block Coding)或空频块编码(SFBC：Space-frequency Block Coding)，例如Alamouti编码，产生编码块
Figure BDA0001131717720000077
步骤4：差分编码。根据步骤2和步骤3可以得到第k个符号矩阵块
Figure BDA0001131717720000078
其中，diag(x)表示将向量x表示为对角矩阵，对角线上的元素为向量x的元素。根据第(k-1)个传输矩阵块Sk-1和第k个符号矩阵块Xk进行差分编码，可以得到第k个传输矩阵块Sk＝XkSk-1。其中，S1为单位矩阵，即第一次发送一个单位矩阵，不携带信息比特。
步骤5：发射信号经过信道，接收到的信号为Yk＝HkSk+nk。其中，
Figure BDA0001131717720000079
为信道矩阵，
Figure BDA00011317177200000710
为加性高斯噪声。
步骤6：最大似然接收机：
Figure BDA00011317177200000711
以上对本发明方案的发射机部分进行了详细说明，下面说明本发明提出的低复杂度接收机。
步骤1：构造辅助矩阵Yk′。根据第k个接收矩阵块
Figure BDA00011317177200000712
构造：
Figure BDA00011317177200000713
其中，yj,k为Yk的第j列(j＝1,…,Nt)，
Figure BDA0001131717720000081
为Yk′的第i列(i＝1,…,Nt/2)。
步骤2：构造辅助矩阵Gk。根据第k-1个接收矩阵块
Figure BDA0001131717720000082
构造：
Figure BDA0001131717720000083
其中，yj,k-1为Yk-1的第j列(j＝1,…,Nt)，
Figure BDA0001131717720000084
为Gk的第2i-1列和第2i列组成的矩阵(i＝1,…,Nt/2)。
步骤3：利用辅助矩阵Yk′和矩阵Gk进行检测。首先，计算
Figure BDA0001131717720000085
其中Q(·)是解调函数。得到索引和符号的初步值
Figure BDA0001131717720000086
步骤4：对于i＝1,2,…,Nt/2，重复步骤3可以得到
Figure BDA0001131717720000087
其中,
Figure BDA0001131717720000088
表示本发明中的索引矩阵Aq对应的Nt/2维的索引矩阵的第i个天线索引，
Figure BDA0001131717720000089
表示第2i-1和2i时隙的星座符号。根据估计的
Figure BDA00011317177200000810
可以得到索引矩阵的索引向量
Figure BDA00011317177200000811
以及得到Nt个星座符号
Figure BDA00011317177200000812
步骤5：对于索引向量
Figure BDA00011317177200000813
可以用天线矩阵映射规则直接解调得到对应的索引比特。如果估计的天线索引矩阵无效，可以根据[9]恢复出有效矩阵。符号比特可以直接根据解调符号
Figure BDA00011317177200000814
得到对应的传输比特。
下面通过具体实施例来介绍本发明所提供的方案。
实施例一：
假设差分空间调制系统有Nt＝4根发射天线，Nr＝2根接收天线，数字调制方式为正交相移键控(QPSK)；
步骤1：确定索引矩阵。因为发射天线数目为4，所以索引矩阵根据发射天线数目为2设计。首先，发射天线数目为2包含2个索引矩阵：
Figure BDA0001131717720000091
因此，在本发明中4根发射天线的索引矩阵为：
Figure BDA0001131717720000092
步骤2：确定传输比特。每次发送的矩阵Sk传递9比特的信息，其中第一个比特用于从A1和A2中选择一个作为索引矩阵，另外8个比特用于调制4个QPSK符号{s1,s2,s3,s4}。
步骤3：每两个符号做一个STBC编码或SFBC编码，产生
Figure BDA0001131717720000093
和
Figure BDA0001131717720000094
步骤4：根据步骤2和步骤3可以得到第k个符号矩阵块Xk＝Aqdiag(I1,I2)，(q＝1,2)。根据第(k-1)个传输矩阵块Sk-1和第k个符号矩阵块Xk进行差分编码，可以得到第k个传输矩阵块Sk＝Sk-1Xk。其中，S1为单位矩阵，即第一次发送一个单位矩阵，不携带信息比特。
步骤5：发射信号经过信道，接收到的信号为Yk＝HkSk+nk。其中，
Figure BDA0001131717720000095
为信道矩阵，
Figure BDA0001131717720000096
为加性高斯噪声。
步骤6：
Figure BDA0001131717720000097
传统DSM与本实施例的BER性能仿真结果如图3所示：从仿真结果不难看出，本申请在天线配置和频谱效率相同的情况下，与传统DSM系统相比，在高信噪比下可以有效获得性能分集增益。并且本发明所提的低复杂度检测算法在降低复杂度的同时，性能可以接近最优检测。
实施例二：
假设差分空间调制系统有Nt＝16根发射天线，Nr＝2根接收天线，调制方式为QPSK；较多的发射天线使得最大似然检测复杂度极高而不实用，本实施例采用本发明提出的低复杂度检测算法。
步骤1：确定索引矩阵。因为发射天线数目为16，所以索引矩阵根据发射天线数目为8设计。发射天线数目为8，包含
Figure BDA0001131717720000101
个索引矩阵，其中
Figure BDA0001131717720000102
为向下取整函数。
步骤2：确定传输比特。每次发送的矩阵Sk传递47比特的信息，其中，前15个比特用于从矩阵Aq,q∈(1,215)中选择一个作为索引矩阵，后32个比特用于调制16个QPSK符号{s1,s2,…,s16}。
步骤3：每两个符号做一个STBC编码或SFBC编码，产生
Figure BDA0001131717720000103
(i＝1,…,8)。
步骤4：根据步骤2和步骤3可以得到第k个符号矩阵块Xk＝Aqdiag(I1,…,I8)。根据第(k-1)个传输矩阵块Sk-1和第k个符号矩阵块Xk进行差分编码，可以得到第k个传输矩阵块Sk＝Sk-1Xk。其中，S1为单位矩阵，即第一次发送一个单位矩阵，不携带信息比特。
步骤5：发射信号经过信道，接收到的信号为Yk＝HkSk+nk。其中，
Figure BDA0001131717720000104
为信道矩阵，
Figure BDA0001131717720000105
为加性高斯噪声。
步骤6：低复杂度接收机：
Figure BDA0001131717720000106
步骤7：构造辅助矩阵Yk′。根据第k个接收矩阵块Yk＝[y1,k y2,k … y16,k]构造：
Figure BDA0001131717720000107
其中，yj,k为Yk的第j列(j＝1,…,16)，
Figure BDA0001131717720000108
为Yk′的第i列(i＝1,…,8)。
步骤8：构造辅助矩阵Gk。根据第k-1个接收矩阵块Yk-1＝[y1,k-1 y2,k-1 … y16,k-1]构造：
Figure BDA0001131717720000111
其中，yj,k-1为Yk-1的第j列(j＝1,…,16)，
Figure BDA0001131717720000112
为Gk的第2i-1列和第2i列组成的矩阵(i＝1,…,8)。
步骤9：利用辅助矩阵Yk′和矩阵Gk进行检测。首先计算
Figure BDA0001131717720000113
其中Q(·)是解调函数，得到索引和符号的初步值
Figure BDA0001131717720000114
步骤10：对于i＝1,2,…,8，重复步骤9可以得到
Figure BDA0001131717720000115
其中，
Figure BDA0001131717720000116
表示本发明中的索引矩阵Aq对应的Nt/2维的索引矩阵的第i个天线索引，
Figure BDA0001131717720000117
表示第2i-1和2i时隙的星座符号。根据估计的
Figure BDA0001131717720000118
可以得到索引矩阵的索引向量
Figure BDA0001131717720000119
以及得到Nt个星座符号
Figure BDA00011317177200001110
步骤11：对于索引向量
Figure BDA00011317177200001111
可以用天线矩阵映射规则直接解调得到对应的15个索引比特。如果估计的天线索引矩阵无效，可以根据参考文献(Lixia Xiao,PingYang,Xia Lei,Yue Xiao,Shiwen Fan,Shaoqian Li,and Wei Xiang,″A Low-ComplexityDetection Scheme for Differential Spatial Modulation,″IEEE Journals&Magazines.vol.19,no.9,pp.1516-1519,Sept.2015)恢复出有效矩阵。32个符号比特可以直接根据解调符号
Figure BDA00011317177200001112
中的16个QPSK符号得到对应的传输比特。
传统DSM与本实施例的BER性能仿真结果如图4所示：从仿真结果不难看出，在天线数目较多的情况下，在天线配置和调制方式相同时采用本申请所提的低复杂度接收机，与传统DSM系统采用的接收机相比，在损失一定频谱效率情况下依然可以有效获得性能分集增益，尤其是高信噪比的情况下，优势更明显。
以上主要针对本申请在两天线STBC情况下的应用进行了详细说明，实际上，本申请提出的上述技术方案可以与更多天线数的STBC相结合，例如：可以与OSTBC相结合，还可以与SFBC相结合。
如果与OSTBC相结合，假设OSTBC为N×N维的，那么，如前所述的索引矩阵Aq是根据
Figure BDA0001131717720000121
维的传统差分空间调制方法的索引矩阵构造得到的，其中，q∈(1,Q)，Nt为发射天线数，N为所采用的编码技术的编码矩阵的维度；
Figure BDA0001131717720000122
将随机选择出的天线数目为Nt/N时索引矩阵中的元素1变为N*N的单位矩阵I，并将天线数目为Nt/N时索引矩阵中的元素0变为N*N的零矩阵O。此时，发射符号
Figure BDA0001131717720000123
为OSTBC块。
在与SFBC相结合时，编码方式与上述实施例相同，只是传输在频域进行。
本申请中，N指的是STBC的维数，例如本申请上述实施例中，STBC为2*2维的，那么，N＝2。OSTBC为4*4维的，则N＝4。
对应于上述方法，本申请还提供了一种发射机，其组成结构如图5所示，该发射机包括：
传输矩阵构造模块，用于根据天线数目为
Figure BDA0001131717720000124
维的索引矩阵构造索引矩阵Aq,q∈(1,Q)，其中，Nt为发射天线数，N为所采用的编码技术的编码矩阵的维度；
Figure BDA0001131717720000125
Figure BDA0001131717720000126
为向下取整函数；
调制模块，用于将差分空间调制传输信息比特分成两部分：第一部分信息比特和第二部分信息比特；用第一部分信息比特映射索引矩阵；用第二部分信息比特映射星座符号；
编码模块，用于对星座符号进行空时编码得到符号矩阵块；
差分编码模块，用于根据传输矩阵块和符号矩阵块进行差分编码，得到差分编码后的传输矩阵块；
传输模块，用于将得到的传输矩阵块进行传输。
对应于上述方法，本申请还提供了一种接收机，其组成结构如图6所示，包括：
第一辅助矩阵构造模块，用于根据第k个接收矩阵块
Figure BDA0001131717720000131
构造辅助矩阵Yk′：
Figure BDA0001131717720000132
其中，yj,k为Yk的第j列(j＝1,…,Nt)，
Figure BDA0001131717720000133
为Yk′的第i列(i＝1,…,Nt/N)，Nt为发射天线数，N为发射端所采用的编码技术的编码矩阵的维度,Nr为接收天线数；
第二辅助矩阵构造模块，用于根据第k-1个接收矩阵块
Figure BDA0001131717720000134
构造辅助矩阵Gk：
Figure BDA0001131717720000135
其中，yj,k-1为Yk-1的第j列(j＝1,…,Nt)，
Figure BDA0001131717720000136
为Gk的第2i-1列和第2i列组成的矩阵(i＝1,…,Nt/N)；
符号矩阵块估计模块，用于对i＝1,2,…,Nt/N，利用辅助矩阵Yk′和辅助矩阵Gk进行数据检测得到
Figure BDA0001131717720000137
其中，
Figure BDA0001131717720000138
表示本发明中的索引矩阵Aq对应的
Figure BDA0001131717720000139
维的索引矩阵的第i个天线索引，
Figure BDA00011317177200001310
表示第2i-1和2i时隙的星座符号。根据估计的
Figure BDA00011317177200001311
可以得到索引矩阵的索引向量
Figure BDA00011317177200001312
以及得到Nt个星座符号
Figure BDA00011317177200001313
空间解调模块，用于对于索引矩阵
Figure BDA00011317177200001314
用天线矩阵映射规则解调得到对应的索引比特；根据解调符号
Figure BDA00011317177200001315
得到对应的传输比特。
本发明通过结合差分空间调制和空时块编码，以损失一定数据率为代价，提高了差分空间调制系统的性能，并且降低了由于参考信号带来的开销。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种差分空间调制传输方法，应用于发射机，其特征在于，包括：
A、根据
Figure FDA0003494812500000011
维的索引矩阵构造索引矩阵Aq,q∈[1,Q]，其中，Nt为发射天线数，N为所采用的编码技术的编码矩阵的维度；
Figure FDA0003494812500000012
Figure FDA00034948125000000112
为向下取整函数；
其中，索引矩阵Aq,q∈(1,Q)是在差分空间调制天线数目为Nt/N的基础上设计；
B、将差分空间调制传输信息比特分成两部分：第一部分信息比特和第二部分信息比特；用第一部分信息比特映射索引矩阵；用第二部分信息比特映射星座符号；
C、对星座符号进行空时编码得到符号矩阵块；
D、根据传输矩阵块和符号矩阵块进行差分编码，得到差分编码后的传输矩阵块；
E、将得到的传输矩阵块由发射天线发射；
所述C包括：
对于Nt个星座符号
Figure FDA0003494812500000013
每两个符号进行一个空时块编码STBC或空频块编码SFBC，产生编码块
Figure FDA0003494812500000014
并根据
Figure FDA0003494812500000015
得到第k个符号矩阵块Xk，其中，diag(x)表示将向量x表示为对角矩阵，对角线上的元素为向量x的元素；
所述D包括：
根据第(k-1)个传输矩阵块Sk-1和第k个符号矩阵块Xk进行差分编码，得到第k个传输矩阵块Sk＝XkSk-1；其中，S1为单位矩阵，不携带信息比特，第k个符号矩阵块为
Figure FDA0003494812500000016
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A包括：
A1、确定所述
Figure FDA0003494812500000017
维索引矩阵的集合，从中选择
Figure FDA0003494812500000018
个索引矩阵A'q，每个索引矩阵A'q对应一个索引向量
Figure FDA0003494812500000019
其中，
Figure FDA00034948125000000110
分别为所述索引矩阵A'q的每一列中非零元素的位置；
A2、将选择出的
Figure FDA00034948125000000111
个索引矩阵中每个索引矩阵A'q中的元素1变为N*N维的单位矩阵I，并将每个索引矩阵A'q中的元素0变为N*N维的零矩阵O，得到索引矩阵Aq；所得到的每个索引矩阵Aq对应一个索引矩阵A'q及步骤A1中的Nt/N维的索引向量
Figure FDA0003494812500000021
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一部分信息比特的比特数为
Figure FDA0003494812500000022
所述第二部分信息比特的比特数为
Figure FDA0003494812500000023
其中，
Figure FDA0003494812500000024
分别为Nt个星座符号的调制阶数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述用第一部分信息比特映射索引矩阵包括：
从(Nt/N)！个索引矩阵中选取Q个作为有效矩阵，并用
Figure FDA0003494812500000025
个比特在Q个有效矩阵中选择索引矩阵。
5.一种发射机，其特征在于，包括：
传输矩阵构造模块，用于根据
Figure FDA0003494812500000026
维的索引矩阵构造索引矩阵Aq,q∈[1,Q]，其中，Nt为发射天线数，N为所采用的编码技术的编码矩阵的维度，
Figure FDA0003494812500000027
Figure FDA0003494812500000028
为向下取整函数；其中，索引矩阵Aq,q∈(1,Q)是在差分空间调制天线数目为Nt/N的基础上设计；
调制模块，用于将差分空间调制传输信息比特分成两部分：第一部分信息比特和第二部分信息比特；用第一部分信息比特映射索引矩阵；用第二部分信息比特映射星座符号；
编码模块，用于对星座符号进行空时编码得到符号矩阵块；
差分编码模块，用于根据传输矩阵块和符号矩阵块进行差分编码，得到差分编码后的传输矩阵块；
传输模块，用于得到的传输矩阵块进行传输；
所述编码模块具体用于：
对于Nt个星座符号
Figure FDA0003494812500000029
每两个符号进行一个空时块编码STBC或空频块编码SFBC，产生编码块
Figure FDA0003494812500000031
并根据
Figure FDA0003494812500000032
得到第k个符号矩阵块Xk，其中，diag(x)表示将向量x表示为对角矩阵，对角线上的元素为向量x的元素；
所述差分编码模块具体用于：
根据第(k-1)个传输矩阵块Sk-1和第k个符号矩阵块Xk进行差分编码，得到第k个传输矩阵块Sk＝XkSk-1；其中，S1为单位矩阵，不携带信息比特，第k个符号矩阵块为
Figure FDA0003494812500000033
6.根据权利要求5所述的发射机，其特征在于，所述传输矩阵构造模块具体用于：
确定所述
Figure FDA0003494812500000034
维索引矩阵的集合，从中选择
Figure FDA0003494812500000035
个索引矩阵A'q，每个索引矩阵A'q对应一个索引向量
Figure FDA0003494812500000036
其中，
Figure FDA0003494812500000037
分别为所述索引矩阵A'q的每一列中非零元素的位置；
将选择出的
Figure FDA0003494812500000038
个索引矩阵中每个索引矩阵A'q中的元素1变为N*N维的单位矩阵I，并将每个索引矩阵A'q中的元素0变为N*N维的零矩阵O，得到索引矩阵Aq；所得到的每个索引矩阵Aq对应一个索引矩阵A'q及步骤A1中的Nt/N维的索引向量
Figure FDA0003494812500000039
7.根据权利要求5所述的发射机，其特征在于：
所述第一部分信息比特的比特数为
Figure FDA00034948125000000310
所述第二部分信息比特的比特数为
Figure FDA00034948125000000311
其中，
Figure FDA00034948125000000312
分别为Nt个星座符号的调制阶数。
8.根据权利要求7所述的发射机，其特征在于，所述用第一部分信息比特映射索引矩阵包括：
从(Nt/N)！个索引矩阵中选取Q个作为有效矩阵，并用
Figure FDA00034948125000000313
个比特在Q个有效矩阵中选择索引矩阵。
9.一种差分空间调制数据接收方法，应用于接收机，其特征在于，包括：
a、根据第k个接收矩阵块Yk构造辅助矩阵Y′k；
b、根据第k-1个接收矩阵块Yk-1构造辅助矩阵Gk；
c、对于i＝1,2,…,Nt/N，利用辅助矩阵Y′k和辅助矩阵Gk进行数据检测得到
Figure FDA0003494812500000041
其中，Nt为发射端的发射天线数，N为发射端所采用的编码技术的编码矩阵的维度，
Figure FDA0003494812500000042
表示索引矩阵Aq对应的
Figure FDA0003494812500000043
维的索引矩阵的第i个天线索引，
Figure FDA0003494812500000044
表示第2i-1和2i时隙的星座符号；根据所述
Figure FDA0003494812500000045
得到索引矩阵的索引向量
Figure FDA0003494812500000046
以及得到Nt个星座符号
Figure FDA0003494812500000047
d、对于索引向量
Figure FDA0003494812500000048
用天线矩阵映射规则解调得到对应的索引比特；根据解调符号
Figure FDA0003494812500000049
得到对应的传输比特；
所述根据第k-1个接收矩阵块Yk-1构造辅助矩阵Gk包括：
根据
Figure FDA00034948125000000410
构造辅助矩阵Gk：
Figure FDA00034948125000000411
其中，yj,k-1为Yk-1的第j列j＝1,…,Nt，
Figure FDA00034948125000000412
为Gk的第2i-1列和第2i列组成的矩阵i＝1,…,Nt/N；其中，Nr为接收天线数；
所述根据第k个接收矩阵块Yk构造辅助矩阵Y′k包括：
根据第k个接收矩阵块
Figure FDA00034948125000000413
构造辅助矩阵Y′k：
Figure FDA00034948125000000414
其中，yj,k为Yk的第j列j＝1,…,Nt，
Figure FDA0003494812500000051
为Y′k的第i列i＝1,…,Nt/N，Nr为接收天线数；
所述利用辅助矩阵Y′k和矩阵Gk进行检测包括：
计算
Figure FDA0003494812500000052
其中Q(·)是解调函数，得到索引和符号的初步值
Figure FDA0003494812500000053
10.一种接收机，其特征在于，包括：
第一辅助矩阵构造模块，用于根据第k个接收矩阵块Yk构造辅助矩阵Y′k；
第二辅助矩阵构造模块，用于根据第k-1个接收矩阵块Yk-1构造辅助矩阵Gk；
符号矩阵块估计模块，用于对i＝1,2,…,Nt/N，利用辅助矩阵Y′k和辅助矩阵Gk进行数据检测得到
Figure FDA0003494812500000054
其中，Nt为发射端的发射天线数，N为发射端所采用的编码技术的编码矩阵的维度，
Figure FDA0003494812500000055
表示索引矩阵Aq对应的
Figure FDA0003494812500000056
维的索引矩阵的第i个天线索引，
Figure FDA0003494812500000057
表示第2i-1和2i时隙的星座符号；根据所述
Figure FDA0003494812500000058
得到索引矩阵的索引向量
Figure FDA0003494812500000059
以及得到Nt个星座符号
Figure FDA00034948125000000510
空间解调模块，用于对于索引矩阵
Figure FDA00034948125000000511
用天线矩阵映射规则解调得到对应的索引比特；根据解调符号
Figure FDA00034948125000000512
得到对应的传输比特；
所述第二辅助矩阵构造模块具体用于：
根据
Figure FDA00034948125000000513
构造辅助矩阵Gk：
Figure FDA00034948125000000514
其中，yj,k-1为Yk-1的第j列j＝1,…,Nt，
Figure FDA00034948125000000515
为Gk的第2i-1列和第2i列组成的矩阵i＝1,…,Nt/N；其中，Nr为接收天线数；
所述第一辅助矩阵构造模块具体用于：
根据第k个接收矩阵块
Figure FDA0003494812500000061
构造辅助矩阵Y′k：
Figure FDA0003494812500000062
其中，yj,k为Yk的第j列j＝1,…,Nt，
Figure FDA0003494812500000063
为Y′k的第i列i＝1,…,Nt/N，Nr为接收天线数；
所述符号矩阵块估计模块具体用于：
计算
Figure FDA0003494812500000064
其中Q(·)是解调函数，得到索引和符号的初步值
Figure FDA0003494812500000065
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