CN109067694B - 一种基于星座旋转调制的类空间调制方法 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种基于星座旋转调制的类空间调制方法，属于属于无线通信技术领域，涉及多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术。针对OSM系统发送端需要已知的信道信息较多且需要额外发送部分信息到接收端的情况，提供了一种星座旋转调制的方法。本发明的有益效果为其相对于原OSM系统发射端只需要知道信道增益最大的信道hj，发射端需要的信息大大减小，而且发射端不用像OSM系统中那样需要传送功率分配因子给接收端。且对比原OSM系统，新系统在高信噪比下BER性能大大好于原OSM系统。

Description

一种基于星座旋转调制的类空间调制方法
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(Multiple Input MultipleOutput，MIMO)技术，预编码(Pre-coding)技术，天线偏置空间调制(Offset SpaceModulation，OSM)技术。
背景技术
OSM作为一种类空间调制技术，其与空间调制(Space Modulation，SM)技术的区别在于，OSM能通过在所接入射频链与被激活天线索引之间引入偏移量来降低射频链切换频率。此外，在某些极端条件下，OSM甚至可以在保持传统SM-MIMO单射频链优势的同时，不需要射频切换也能工作。该方案出自会议IEEE International Conference onCommunications(ICC2018)待发表文献Offset Spatial Modulation:An EfficientSolution for Single-RF MIMO。
由于上述OSM方案中，发送端必须已知全部信道信息，再根据信道信息计算出发送功率的归一化系数，并将其发送到接收端，才能完成接收端的检测部分。
发明内容
本发明的目的，就是针对OSM系统发送端需要已知的信道信息较多且需要额外发送部分信息到接收端的情况，提供了一种星座旋转调制的方法。
本发明的技术方案：一种基于星座旋转调制的类空间调制方法，包括以下步骤：
步骤1.初始化处理；
设发送天线和接收天线的数目分别为Nt和Nr，瑞利衰落信道矩阵
Figure BDA0001729865300000011
其中hk，
Figure BDA0001729865300000012
为对应第k根发送天线到接收端的信道增益，每个元素均服从独立同分布的复高斯随机分布
Figure BDA0001729865300000013
接收端信号表示为
Figure BDA0001729865300000014
其中，
Figure BDA0001729865300000015
为经过预编码后的发送信号，n服从分布
Figure BDA0001729865300000016
hj代表利用预编码技术选择的相应射频链信道；假设接收端可以由信道的互易性得到信道状态信息(ChannelState Information，CSI)；
步骤2.PAM映射；
输入的二进制比特经过常规的空间调制，得到的xi是一个传统的相位幅度调制(Phase Amplitude Modulation，PAM)符号，对应的第i根发送天线为传统空间调制后被激活的天线；
步骤3.射频偏移；
发射端将信号转移到信道增益最大的RF链上，其信道增益表示为：
Figure BDA0001729865300000021
其中χ表示发射天线索引的集合；在确定hj后，发射信号将在后续步骤接受预编码处理；
步骤4.预编码处理；
空间调制后的PAM符号xi将进行如下预编码处理，其本质为星座旋转调制：
Figure BDA0001729865300000022
其中，
Figure BDA0001729865300000023
为星座旋转的角度，角度选择依据指定的调制指数均等划分特定区间，按此方式选择为最优；
步骤5.信号接收与检测；
信号
Figure BDA0001729865300000024
从第j条RF链发射，相应的接收信号可以表示为：
Figure BDA0001729865300000025
接收端通过最大似然(Maximum Likelihood，ML)检测确定指数i、k以及xi来恢复原始发射信号，ML检测依据下式：
Figure BDA0001729865300000026
其中，K为星座旋转角度集合，X为PAM符号集。
本发明的有益效果为其相对于原OSM系统发射端只需要知道信道增益最大的信道hj，发射端需要的信息大大减小，而且发射端不用像OSM系统中那样需要传送功率分配因子给接收端。且对比原OSM系统，新系统在高信噪比下BER性能大大好于原OSM系统。
附图说明
图1为星座角度调制系统框图。
图2为发射天线数为4，采用QPSK调制时本发明与原OSM方案性能对比图。
图3为发射天线数为8，采用QPSK调制时本发明与原OSM方案性能对比图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里就被忽略。
本发明的具体实施方案如图1所示的系统图，实施例具体描述为：新型的基于星座旋转调制的类空间调制系统，按以下步骤进行。
步骤1.新系统中，发送天线和接收天线的数目分别为4和1，瑞利衰落信道矩阵
Figure BDA0001729865300000031
其中hk，
Figure BDA0001729865300000032
为对应第k根发送天线到接收端的信道增益，每个元素均服从独立同分布的复高斯随机分布
Figure BDA0001729865300000033
接收端信号表示为
Figure BDA0001729865300000034
其中，
Figure BDA0001729865300000035
为经过预编码后的发送信号，n服从分布
Figure BDA0001729865300000036
hj代表利用预编码技术选择的相应射频链信道。假设接收端可以由信道的互易性得到信道状态信息。
步骤2.输入的二进制比特经过常规的相位幅度调制，得到的xi是一个传统的PAM符号。
步骤3.发射端将信号转移到信道增益最大的RF链上。在确定hj后，发射信号将在后续步骤接受预编码处理。
步骤4.空间调制后的PAM符号xi将进行如下预编码处理，其本质为星座旋转调制：
Figure BDA0001729865300000037
其中，
Figure BDA0001729865300000038
为星座旋转的角度。
步骤5.信号
Figure BDA0001729865300000039
从第j条RF链发射，相应的接收信号可以表示为：
Figure BDA00017298653000000310
接收端通过最大似然检测确定指数k以及xi来恢复原始发射信号，ML检测依据下式：
Figure BDA00017298653000000311
其中，N为发射天线指数集合，K为星座旋转角度集合，X为PAM符号集。
根据图2和图3可得，在高信噪比条件下本发明性能好于原OSM方案(图2和图3所示结果是采用本例中的上述方法通过50000次信道实现仿真获得的)。
表1仿真参数
Figure BDA0001729865300000041

Claims (1)

1.一种基于星座旋转调制的类空间调制方法，包括以下步骤：
步骤1.初始化处理；
设发送天线和接收天线的数目分别为Nt和Nr，瑞利衰落信道矩阵
Figure FDA0002710582030000011
其中
Figure FDA0002710582030000012
为对应第k根发送天线到接收端的信道增益，每个元素均服从独立同分布的复高斯随机分布
Figure FDA0002710582030000013
接收端信号表示为
Figure FDA0002710582030000014
其中，
Figure FDA0002710582030000015
为经过预编码后的发送信号，n服从分布
Figure FDA0002710582030000016
hj代表利用预编码技术选择的相应射频链信道；接收端由信道的互易性得到信道状态信息；
步骤2.PAM映射；
输入的二进制比特经过常规的空间调制，得到的xi是一个传统的相位幅度调制PAM符号，对应的第i根发送天线为传统空间调制后被激活的天线；
步骤3.射频偏移；
发射端将信号转移到信道增益最大的RF链上，其信道增益表示为：
Figure FDA0002710582030000017
其中χ表示发射天线索引的集合；在确定hj后，发射信号将在后续步骤接受预编码处理；
步骤4.预编码处理；
空间调制后的PAM符号xi将进行如下预编码处理，其本质为星座旋转调制：
Figure FDA0002710582030000018
其中，
Figure FDA0002710582030000019
为星座旋转的角度，角度选择依据指定的调制指数均等划分特定区间；
步骤5.信号接收与检测；
信号
Figure FDA00027105820300000110
从第j条RF链发射，相应的接收信号可以表示为：
Figure FDA00027105820300000111
接收端通过最大似然检测确定指数i、k以及xi来恢复原始发射信号，最大似然检测依据下式：
Figure FDA0002710582030000021
其中，K为星座旋转角度集合，X为PAM符号集。
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Efficient Detection of Spatial Modulation OFDM Systems;Zhao Yan等;《IEEE》;20170228;全文 *

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