CN111371477A - 一种广义空间调制系统及其实现方法 - Google Patents

一种广义空间调制系统及其实现方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111371477A
CN111371477A CN201811600342.1A CN201811600342A CN111371477A CN 111371477 A CN111371477 A CN 111371477A CN 201811600342 A CN201811600342 A CN 201811600342A CN 111371477 A CN111371477 A CN 111371477A
Authority
CN
China
Prior art keywords
symbol
antenna
mode selection
ith
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811600342.1A
Other languages
English (en)
Inventor
马猛
魏来
王忠龙
焦秉立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN201811600342.1A priority Critical patent/CN111371477A/zh
Publication of CN111371477A publication Critical patent/CN111371477A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0697—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using spatial multiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0891—Space-time diversity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种广义空间调制系统及其实现方法。本发明将用户信息流分成两部分，一部分用作模式选择，另一部分用作符号调制得到符号，模式选择中在映射表中选择一种发射模式，发射模式为各根天线的权重，权重不仅可取值0或1，还可以取值复数或小数，与符号相乘后再向量上变频后，从N根天线上发射；接收机接收，进行信道估计得到等效信道参数，从而得到发射机的发射模式，解调后得到用户信息流；本发明激活的天线数可变，并且还能够通过调整各个天线上的符号权重，构造出多种发射模式；同时，本发明有较强的通用性，使用通用的广义空间调制系统的接收机就可以实现对接收信号的解调；本发明复杂度低，确保了接收机可以获得完整的信道状态信息。

Description

一种广义空间调制系统及其实现方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种广义空间调制系统及其实现方法。
背景技术
空间调制(Spatial Modulation,SM)是一种新型多天线传输技术，采用天线的激活状态作为数字调制的新手段，激活天线的索引信息成为一种额外的数据携带的方式，是一类非常有前景的无线物理层传输技术。空间调制混合了多入多出技术(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)和数字调制技术，每根发射天线的索引代表了一个空间星座点，而在同一时隙只有一根发射天线处于工作状态来传输数据，其余天线处于静默状态。这样只激活单根发射天线消除了信道间的干扰和天线间同步的要求，同时降低了接收机的复杂度。
由于传统的空间调制在同一时隙只激活一根天线，发射端空间维度信息的利用效率较低，天线数目的增加对空间调制的增益影响较小，这个缺陷限制了空间调制的性能。广义空间调制(Generalized Spatial Modulation,GSM)是空间调制的一般性推广，这项技术在多根激活天线上发送同一符号。对于具有N根天线的广义空间调制系统，每次传输中有M根天线被激活(M≤N)，用户的信息比特分为两个流，一个流用于天线选择，另一个流用于符号调制。在每个符号周期，符号信息通过被激活的天线发送。但是现有的广义空间调制系统在进行天线选择时，各天线只有激活与未激活两种状态，被激活天线发送相同的信号，可激活天线的数量仍然限制了通过天线选择传输信息的容量。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种广义空间调制系统及其实现方法。
本发明的一个目的在于提出一种广义空间调制系统。
本发明的广义空间调制系统包括发射机和接收机，其中，发射机包括串并变换单元、模式选择单元、符号调制单元、N个乘法器、N个上变频器和N根发射天线，串并变换单元分别连接至模式选择单元和符号调制单元，模式选择单元中预设置有映射表，映射表为N根天线的K种发射模式，模式选择单元和符号调制单元连接至N个乘法器，每一个乘法器连接至一个上变频器，每一个上变频器连接至一根发射天线；接收机包括顺次连接的接收天线、信道估计单元和解调器；用户信息流传输至串并变换单元，串并变换单元将用户信息流分成两部分，一部分为模式选择信息流发送至模式选择单元，另一部分为符号调制信息流发送至符号调制单元；模式选择单元根据模式选择信息流，从映射表中选择一种发射模式αk，αk为向量，αk＝[αk，1，αk，2，…，αk，N]表示第k个发射模式，k＝1，2，…，K，其中，K为发射模式的数量，αk，i表示第i根天线上的权重，αk，i的取值为复数、小数、0或1，复数的实部代表天线对符号同相分量的增益，虚部代表天线对符号正交分量的增益，小数代表第i根天线对符号的放缩，0代表第i根天线未被激活，1代表选择第i根天线直接将符号发射，并将发射模式中第i根天线上的权重αk，i发送至第i个乘法器；符号调制单元对符号调制信息流进行符号调制，得到M个符号，第m个符号表示为x(m)，m＝1,…,M，在第m个符号周期，将第m个符号传输至N个乘法器；第i个乘法器将第m个符号与第i根天线上的权重αk，i相乘，得到基带信号，传输至上变频器；上变频器对基带信号向量上变频后得到射频信号，从N根天线上发射；接收机的接收天线接收得到接收信号，发送至信道估计单元，得到等效信道参数，从而得到发射机的发射模式，发送至解调器，进而解调得到用户信息流。
本发明的另一个目的在于提供一种广义空间调制系统的实现方法。
本发明的广义空间调制系统的实现方法，包括以下步骤：
(一)发射机过程：
1)用户信息流传输至串并变换单元，串并变换单元将信息流分成两部分，一部分为模式选择信息流发送至模式选择单元，另一部分为符号调制信息流发送至符号调制单元；
2)模式选择单元根据模式选择信息流，从映射表中选择一种发射模式αk，αk为向量，αk＝[αk，1，αk，2，…，αk，N]表示第k个发射模式，k＝1，2，…，K，其中αk，i表示第i根天线上的权重，αk，i的取值为复数、小数、0或1，复数的实部代表天线对符号同相分量的增益，虚部代表天线对符号正交分量的增益，小数代表第i根天线对符号的放缩，0代表第i根天线未被激活，1代表选择第i根天线直接将符号发射，并将发射模式中第i根天线上的权重αk，i发送至第i个乘法器；
3)符号调制单元对符号调制信息流进行符号调制，得到M个符号，第m个符号表示为x(m)，m＝1,…,M，在第m个符号周期，将第m个符号传输至N个乘法器；
4)第i个乘法器将第m个符号与第i根天线上的权重αk，i相乘，得到基带信号，传输至上变频器；
5)上变频器对基带信号向量上变频后得到射频信号，从N根天线上发射；
(二)接收机过程：
1)接收机的接收天线接收得到接收信号，发送至信道估计单元，得到等效信道参数；
2)通过等效信道参数得到发射机的发射模式；
3)接收信号和发射模式发送至解调器，进而解调得到用户信息流。
其中，在发射过程的步骤2)中，映射表为模式选择信息流与发射模式的对应关系，在构造映射表时，根据具体场景设计相应的发射模式。例如，设计映射表中的一组发射模式的向量，使得这一组发射模式的向量组成一个酉矩阵。
在接收机过程的步骤1)中，接收机的接收信号为：
Figure BDA0001922328750000031
其中，hi为发射机的第i根天线到接收机的信道参数，
Figure BDA0001922328750000032
n(m)为信道中的噪声，m＝1,…,M，M为符号的个数。发射机发射的符号信息x(m)等效于经过一个信道参数为
Figure BDA0001922328750000033
的信道后到达接收机。从接收机来看，符号x(m)等效于经过空间调制后，只通过一根天线被发射，且等效的信道参数为
Figure BDA0001922328750000034
本发明的优点：
本发明将用户信息流分成两部分，一部分用作模式选择，另一部分用作符号调制得到符号，模式选择中在映射表中选择一种发射模式，发射模式为各根天线的权重，权重不仅可取值0或1，还可以取值复数或小数，与符号相乘后再向量上变频后，从N根天线上发射；接收机接收，进行信道估计得到等效信道参数，从而得到发射机的发射模式，解调后得到用户信息流。
本发明增加了天线选择的模式数量。一方面，天线选择过程中激活的天线数是可以变化的，另一方面，在使用相同激活天线的情况下，还可以通过调整各个天线上的符号权重，构造出多种发射模式。而在传统广义空间调制方法中，天线激活的数目是固定的，每根激活天线传输相同的信号，如果天线总数为nt，激活天线数目为na，则传输模式只有
Figure BDA0001922328750000035
种；在不同的发射模式下，本发明能够实现对符号更为灵活的预处理，具有较强的可扩展性；同时，本发明有较强的通用性，使用通用的广义空间调制系统的接收机就可以实现对接收信号的解调；本发明复杂度低，确保了接收机可以获得完整的信道状态信息。
附图说明
图1为本发明的广义空间调制系统的一个实施例的结构框图；
图2为本发明的广义空间调制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本实施例的广义空间调制系统包括发射机和接收机，其中，发射机包括串并变换单元、模式选择单元、符号调制单元、N个乘法器、N个上变频器和N根发射天线，串并变换单元分别连接至模式选择单元和符号调制单元，模式选择单元中预设置有映射表，映射表为N根天线的K种发射模式，模式选择单元和符号调制单元连接至N个乘法器，每一个乘法器连接至一个上变频器，每一个上变频器连接至一根发射天线；接收机包括顺次连接的接收天线、信道估计单元和解调器。
用户信息流传输至串并变换单元，串并变换单元将信息流分成两部分，一部分为模式选择信息流发送至模式选择单元，另一部分为符号调制信息流发送至符号调制单元；模式选择单元根据模式选择信息流，从映射表中选择一种发射模式αk，αk为向量，αk＝[αk，1，αk，2，…，αk，N]表示第k个模式，k＝1，2，…，K，其中，K为发射模式的数量，αk，i表示第i根天线上的权重，αk，i的取值为复数、小数、0或1，复数的实部代表天线对符号同相分量的增益，虚部代表天线对符号正交分量的增益，小数代表第i根天线对符号的放缩，0代表第i根天线未被激活，1代表选择第i根天线直接将符号发射，得到天线发射模式，并将发射模式中第i根天线上的权重αk，i发送至第i个乘法器；符号调制单元对符号调制信息流进行符号调制，得到M个符号，第m个符号表示为x(m)，m＝1,…,M，在第m个符号周期，将第m个符号传输至N个乘法器；第i个乘法器将第m个符号与第i根天线上的权重αk，i相乘，得到基带信号，传输至上变频器；上变频器对基带信号向量上变频后，从N根天线上发射。
发射模式为αk，发射机各天线到接收机的信道参数为h1，h2，…，hN，则接收机的接收信号为：
Figure BDA0001922328750000041
在本实施例中，发射机的天线数量为N＝2，发射模式的数量K＝4时，用户信息流与发射模式αk的映射关系如下表1所示：
表1本实施例的模式选择信息流与发射模式的映射表
模式选择信息流 00 01 10 11
发射模式序号k 1 2 3 4
发射模式α<sub>k</sub> [1，0] [0.5，0.2+0.8j] [0.8+0.2j] [0，1]
若模式选择信息流为01，则αk＝α2＝[0.5，0.2+0.8j]，
Figure BDA0001922328750000042
本实施例的广义空间调制方法，包括以下步骤：
(一)发射机过程：
1)用户信息流传输至串并变换单元，串并变换单元将信息流分成两部分，一部分为模式选择信息流发送至模式选择单元，另一部分为符号调制信息流发送至符号调制单元；
2)模式选择单元根据模式选择信息流，从映射表中选择一种发射模式αk，αk为向量，αk＝[αk，1，αk，2，…，αk，N]表示第k个发射模式，k＝1，2，…，K，其中αk，i表示第i根天线上的权重，αk，i的取值为复数、小数、0或1，复数的实部代表天线对符号同相分量的增益，虚部代表天线对符号正交分量的增益，小数代表第i根天线对符号的放缩，0代表第i根天线未被激活，1代表选择第i根天线直接将符号发射，并将发射模式中第i根天线上的权重αk，i发送至第i个乘法器；
3)符号调制单元对符号调制信息流进行符号调制，得到M个符号，第m个符号表示为x(m)，m＝1,…,M，在第m个符号周期，将第m个符号传输至N个乘法器；
4)第i个乘法器将第m个符号与第i根天线上的权重αk，i相乘，得到基带信号，传输至上变频器；
5)上变频器对基带信号向量上变频后得到射频信号，从N根天线上发射；
(二)接收机过程：
1)接收机的接收天线接收得到接收信号，
Figure BDA0001922328750000051
其中，hi为发射机的第i根天线到接收机的信道参数，
Figure BDA0001922328750000052
n(m)为信道中的噪声。发射机发射的符号信息x(m)等效于经过一个信道参数为
Figure BDA0001922328750000053
的信道后到达接收机。从接收机来看，符号x(m)等效于经过空间调制后，只通过一根天线被发射，且等效的信道参数为
Figure BDA0001922328750000054
2)通过等效信道参数得到发射机的发射模式，发送至解调器；
3)解调器解调出用户信息流。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种广义空间调制系统，其特征在于，所述广义空间调制系统包括发射机和接收机，其中，所述发射机包括串并变换单元、模式选择单元、符号调制单元、N个乘法器、N个上变频器和N根发射天线，所述串并变换单元分别连接至模式选择单元和符号调制单元，模式选择单元中预设置有映射表，映射表为N根天线的K种发射模式，模式选择单元和符号调制单元连接至N个乘法器，每一个乘法器连接至一个上变频器，每一个上变频器连接至一根发射天线；所述接收机包括顺次连接的接收天线、信道估计单元和解调器；用户信息流传输至串并变换单元，串并变换单元将用户信息流分成两部分，一部分为模式选择信息流发送至模式选择单元，另一部分为符号调制信息流发送至符号调制单元；模式选择单元根据模式选择信息流，从映射表中选择一种发射模式αk，αk为向量，αk＝[αk，1，αk，2，…，αk，N]表示第k个发射模式，k＝1，2，…，K，其中，K为发射模式的数量，αk，i表示第i根天线上的权重，αk，i的取值为复数、小数、0或1，复数的实部代表天线对符号同相分量的增益，虚部代表天线对符号正交分量的增益，小数代表第i根天线对符号的放缩，0代表第i根天线未被激活，1代表选择第i根天线直接将符号发射，并将发射模式中第i根天线上的权重αk，i发送至第i个乘法器；符号调制单元对符号调制信息流进行符号调制，得到M个符号，第m个符号表示为x(m)，m＝1,…,M，在第m个符号周期，将第m个符号传输至N个乘法器；第i个乘法器将第m个符号与第i根天线上的权重αk，i相乘，得到基带信号，传输至上变频器；上变频器对基带信号向量上变频后得到射频信号，从N根天线上发射；接收机的接收天线接收得到接收信号，发送至信道估计单元，得到等效信道参数，从而得到发射机的发射模式，发送至解调器，进而解调得到用户信息流。
2.如权利要求1所述的广义空间调制系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
(一)发射机过程：
1)用户信息流传输至串并变换单元，串并变换单元将信息流分成两部分，一部分为模式选择信息流发送至模式选择单元，另一部分为符号调制信息流发送至符号调制单元；
2)模式选择单元根据模式选择信息流，从映射表中选择一种发射模式αk，αk为向量，αk＝[αk，1，αk，2，…，αk，N]表示第k个发射模式，k＝1，2，…，K，其中αk，i表示第i根天线上的权重，αk，i的取值为复数、小数、0或1，复数的实部代表天线对符号同相分量的增益，虚部代表天线对符号正交分量的增益，小数代表第i根天线对符号的放缩，0代表第i根天线未被激活，1代表选择第i根天线直接将符号发射，并将发射模式中第i根天线上的权重αk，i发送至第i个乘法器；
3)符号调制单元对符号调制信息流进行符号调制，得到M个符号，第m个符号表示为x(m)，m＝1,…,M，在第m个符号周期，将第m个符号传输至N个乘法器；
4)第i个乘法器将第m个符号与第i根天线上的权重αk，i相乘，得到基带信号，传输至上变频器；
5)上变频器对基带信号向量上变频后得到射频信号，从N根天线上发射；
(二)接收机过程：
1)接收机的接收天线接收得到接收信号，发送至信道估计单元，得到等效信道参数；
2)通过等效信道参数得到发射机的发射模式；
3)接收信号和发射模式发送至解调器，进而解调得到用户信息流。
3.如权利要求2所述的实现方法，其特征在于，在发射过程的步骤2)中，映射表为模式选择信息流与发射模式的对应关系，在构造映射表时，根据具体场景设计相应的发射模式。
4.如权利要求2所述的实现方法，其特征在于，在接收机过程的步骤1)中，接收机的接收信号为：
Figure FDA0001922328740000021
其中，hi为发射机的第i根天线到接收机的信道参数，
Figure FDA0001922328740000022
n(m)为信道中的噪声，m＝1,…,M，M为符号的个数。
CN201811600342.1A 2018-12-26 2018-12-26 一种广义空间调制系统及其实现方法 Pending CN111371477A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811600342.1A CN111371477A (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种广义空间调制系统及其实现方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811600342.1A CN111371477A (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种广义空间调制系统及其实现方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111371477A true CN111371477A (zh) 2020-07-03

Family

ID=71209796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811600342.1A Pending CN111371477A (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种广义空间调制系统及其实现方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111371477A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106130615A (zh) * 2016-07-27 2016-11-16 南京理工大学 广义空间调制系统的激活天线与调制符号联合估计方法
CN106254036A (zh) * 2016-08-18 2016-12-21 重庆邮电大学 一种分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法
WO2017196780A1 (en) * 2016-05-11 2017-11-16 Idac Holdings, Inc. Joint channel coding and modulation in wireless systems
WO2018031709A1 (en) * 2016-08-10 2018-02-15 Idac Holdings, Inc. Spatial modulation for next generation wireless systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017196780A1 (en) * 2016-05-11 2017-11-16 Idac Holdings, Inc. Joint channel coding and modulation in wireless systems
CN106130615A (zh) * 2016-07-27 2016-11-16 南京理工大学 广义空间调制系统的激活天线与调制符号联合估计方法
WO2018031709A1 (en) * 2016-08-10 2018-02-15 Idac Holdings, Inc. Spatial modulation for next generation wireless systems
CN106254036A (zh) * 2016-08-18 2016-12-21 重庆邮电大学 一种分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YINGYANG CHEN ; LI WANG ; ZIJUN ZHAO ; MENG MA ; BINGLI JIAO: ""Secure Multiuser MIMO Downlink Transmission Via Precoding-Aided Spatial Modulation"", 《IEEE COMMUNICATIONS LETTERS》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101112061B (zh) 用于在多天线系统中分离已发射信号的多载波接收机和方法
TWI618374B (zh) 束波成型索引空間調變的方法
CN101682379B (zh) 用于闭环发射中的反馈的方法和装置
CN101075835B (zh) Mimo无线通信方法和mimo无线通信装置
EP1192737B1 (en) Diversity transmission method and system
CN102769597B (zh) 具有天线选择和最大比率组合的多载波接收机
CN100382458C (zh) 使用多发射多接收天线阵列的无线通信
CN101019354B (zh) 用于无线局域网的对发射的多天线处理
CN101958764B (zh) 发送装置、信号生成装置及发送方法
CN103220030B (zh) 无线电设备
CN101682453A (zh) 用于开环su mimo的cdd预编码
CN102655430A (zh) 通过信道传送信号的方法和无线电通信装置
CN102714506B (zh) 无线网络中用于收发信机的系统和方法
CN101682496A (zh) 用于改善无线通信系统中对空中链路资源的使用的方法和装置
CN1988434B (zh) 正交频分多址系统中的导频子载波分组方法
CN101359952B (zh) 时分双工模式下多输入多输出系统通信方法及设备
CN108173582B (zh) 一种基于收发联合样式的空间调制方法和系统
CN113645171B (zh) 可重构智能表面多用户mimo系统调制解调方法及装置
CN108712198B (zh) 一种基于子带等效信道矩阵条件数的混合预编码方法
CN101355543A (zh) 基于正交训练序列的mimo-scfde系统信道估计方法
CN109274410A (zh) 一种基于天线选择的广义空间调制系统及其调制方法
US20110150119A1 (en) Method and system for channel estimation in an ofdm based mimo system
CN109067674B (zh) 一种基于选择性叠加导频的信道估计方法
CN107147596A (zh) 一种基于格雷序列的单载波系统iq不平衡的补偿方法
CN101453258B (zh) Svd预编码方法、预解码方法及使用所述方法的系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200703