CN114665927A - 一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，通过采用差分空间调制方法(DSM)，在快变信道下能够有效的跟踪信道变化，避免现有技术中在时频资源有限的情况下，导致的系统失效问题；并且差分空间调制方法(DSM)不需要进行信道估计，从而并不需要在发射端进行导频信号发送，避免为了适应快变信道而发送大量的导频信息，从而解决快变信道下容量降低的问题。

Description

一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法
技术领域
本发明属于及多天线空间复用，无线通信技术领域，尤其涉及一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法。
背景技术
在多天线OFDM系统中，MIMO的作用可以分为2个，提高接收性能或者提高系统容量，往往在5G系统中更侧重于MIMO的第二个作用，通过空间调制技术(SpatialModulation，SM)提高系统容量。
在多天线单元中，不同天线单元携带不同的空间信息，通过空间调制技术可以获取频谱效率的提升，现有常用技术中需要占用额外的时频资源进行信道估计，然而在快变信道下，需要更多的时频资源才能跟踪信道变化，因此在快变信道下，时频资源有限的前提下，信道估计的准确性将会降低，最终导致系统无法正常运行。即使插入更多的导频信息用于适应快变信道的变化，该方式将会带来开销增加，系统容量下降的缺点。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，所述多天线差分空间调制方法包括如下步骤：
步骤1：根据发射天线数N、调制阶数M，计算出天线激活矩阵集合A，其中集合A中有N！个天线激活矩阵，其中N！为N的阶乘运算；
步骤2：根据发射天线数N、调制阶数M，计算N个符号发送的bit_num个比特数据，
bit_num＝floor(log2(N！))+N*log2(M)
其中，floor(.)表示对括号中的数据进行向下取整；
步骤3：将N个符号发送的bit_num个比特作为一个处理单元，将待差分空间调制的数据，按照每组为bit_num个比特进行分组，其中组数为I；
步骤4：上基于已分组的比特数据，利用每组前floor(log2(N！))个比特数据，计算出对应的十进制值，将计算得到的十进制值作为天线激活矩阵A集合的索引地址，选出对应天线激活矩阵Afloor(log2(N！))；
步骤5：每组比特数据中，以floor(log2(N！))+1位置开始，选取后续所有比特数据，并按照M阶进行调制，得到N个调制后的符号数据；
步骤6：将天线激活矩阵Afloor(log2(N！))与N个调制符号数据进行乘法运算，得到空间调制后的N*N矩阵X；
步骤7：根据空间调制矩阵X，进行差分运算，得到最终的差分空间调制矩阵Y。
根据一个优选的实施方式，所述步骤1包括：
步骤101：根据发射天线数N，计算出天线激活矩阵总个数k，
k＝N！
其中k为天线激活矩阵的个数，()！表示对括号中的数据求阶乘；
步骤102：根据数组[1,2,...,N]计算出k种排列集合B，并且集合B中每一种排列两两不相同；
步骤103：根据M阶调制方式，选取0数据所对应调制的IQ复数据d_ini，并产生N*N矩阵ini_A，该矩阵中对角线元素为d_ini，对角线以外的数据为0；
步骤104：根据排列集合B，将集合B中元素设为矩阵列地址，将ini_A矩阵按照集合B中的元素进行的列数据交换，形成天线激活矩阵集A，A中有k个天线激活矩阵。
根据一个优选的实施方式，所述步骤7包括：
步骤701：定义Y0初始值为N*N的单位阵，其中
Figure BDA0003541205750000031
步骤702：根据所述空间调制矩阵X，按照下式进行差分空间调制，
Yi＝XiYi-1
其中m＝1,2,...,I，其中I为数据组数，Y为差分空间调制矩阵。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：本发明所提供的适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，通过采用差分空间调制方法(DSM)，在快变信道下能够有效的跟踪信道变化，避免现有技术中在时频资源有限的情况下，导致的系统失效问题；并且差分空间调制方法(DSM)不需要进行信道估计，从而并不需要在发射端进行导频信号发送，避免为了适应快变信道而发送大量的导频信息，从而解决快变信道下容量降低的问题。
附图说明
图1是本发明适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参考图1所示，本发明公开了一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，所述多天线差分空间调制方法包括如下步骤：
步骤1：根据发射天线数N、调制阶数M，计算出天线激活矩阵集合A，其中集合A中有N！个天线激活矩阵，其中N！为N的阶乘运算。
优选地，所述步骤1包括：
步骤101：根据发射天线数N，计算出天线激活矩阵总个数k，
k＝N！
其中k为天线激活矩阵的个数，()！表示对括号中的数据求阶乘；
步骤102：根据数组[1,2,...,N]计算出k种排列集合B，并且集合B中每一种排列两两不相同；
步骤103：根据M阶调制方式，选取0数据所对应调制的IQ复数据d_ini，并产生N*N矩阵ini_A，该矩阵中对角线元素为d_ini，对角线以外的数据为0；
步骤104：根据排列集合B，将集合B中元素设为矩阵列地址，将ini_A矩阵按照集合B中的元素进行的列数据交换，形成天线激活矩阵集A，A中有k个天线激活矩阵。
步骤2：根据发射天线数N、调制阶数M，计算N个符号发送的bit_num个比特数据，
bit_num＝floor(log2(N！))+N*log2(M)
其中，floor(.)表示对括号中的数据进行向下取整。
步骤3：将N个符号发送的bit_num个比特作为一个处理单元，将待差分空间调制的数据，按照每组为bit_num个比特进行分组，其中组数为I。
步骤4：上基于已分组的比特数据，利用每组前floor(log2(N！))个比特数据，计算出对应的十进制值，将计算得到的十进制值作为天线激活矩阵A集合的索引地址，选出对应天线激活矩阵Afloor(log2(N！))。
步骤5：每组比特数据中，以floor(log2(N！))+1位置开始，选取后续所有比特数据，并按照M阶进行调制，得到N个调制后的符号数据。
步骤6：将天线激活矩阵Afloor(log2(N！))与N个调制符号数据进行乘法运算，得到空间调制后的N*N矩阵X。
步骤7：根据空间调制矩阵X，进行差分运算，得到最终的差分空间调制矩阵Y。
优选地，所述步骤7包括：
步骤701：定义Y0初始值为N*N的单位阵，其中
Figure BDA0003541205750000061
步骤702：根据所述空间调制矩阵X，按照下式进行差分空间调制，
Yi＝XiYi-1
其中m＝1,2,...,I，其中I为数据组数，Y为差分空间调制矩阵。
实施例1：
以发射天线4根，QPSK调制为例进行差分空时编码。
具体为：
步骤S1、根据发射天线数为4，按照公式1计算出天线激活矩阵总个数k＝24，
k＝4！...公式1
其中k为天线激活矩阵的个数，()！表示对括号中的数据求阶乘。
步骤S2、根据数组[1,2,3,4]计算出24种排列B，并且B中每种排列两两不相同，如下表所示为排列B的全集；
表1矩阵列地址全集B
Figure BDA0003541205750000062
Figure BDA0003541205750000071
步骤S3、根据QPSK调制方式，0符号对应的IQ数据为0.7071+0.707*i，构造初始化矩阵为
Figure BDA0003541205750000072
其中i为虚数单位。
步骤S4、根据上述的排列集合B，集合B中元素为矩阵列地址，将ini_A矩阵按照集合B中的元素进行的列数据交换，例如B2＝[1,2,4,3]，根据B2进行映射，将矩阵ini_A的3列和4列进行交换，1列和2列保持不变，得到A2，依次根据集合B按照上述处理方式形成天线激活矩阵集A，A中有k个天线激活矩阵。
步骤S5、根据公式2计算4个符号发送的比特数据bit_num为12个，
bit_num＝floor(log2(4！))+4*log2(4)...公式2
其中()！表示对括号中的数据求阶乘。
步骤S6、根据上述的4个符号可发送的12个比特，，假设发送数据bit总数为12000个，将这组数据按照每组为12bit进行分组，可得到组数为1000的数据。
步骤S7、根据上述已分组的1000组数据，将每组数据都进行对应的处理，每组前4个比特数据对应的十进制值选取天线激活矩阵A集合的索引地址，例如其中一组数据为[001101100010]，前4bit数据为[0011]，对应的十进制数据为3，选取A集合中地址为3对应的A3矩阵作为天线激活矩阵。
其中，A3矩阵为：
Figure BDA0003541205750000081
步骤S8、根据上述12个比特数据为[001101100010]，从5位置开始选取后续所有比特数据[01100010]，并按照QPSK进行调制，得到4个调制后的符号数据，其中01对应的调制IQ数据-0.7071-0.7071*i，10对应的调制IQ数据0.7071+0.7071*i，00对应的调制IQ数据-0.7071+0.7071*i，10对应的调制IQ数据0.7071+0.7071*i。
步骤S9、根据上述天线激活矩阵A3与4个调制符号数据进行乘法运算，得到空间调制后的4*4矩阵
Figure BDA0003541205750000082
其中X为空间调制后的4*4矩阵，i为虚数单位。
步骤S10、根据上述分组数据依次计算出空间调制矩阵Xj，然后按照公式3进行差分编码，得到最终的差分空间调制矩阵Yj，其中j＝0到1000，
Yj＝Xj-1*Xj...公式3
其中X0为单位阵。
本发明公开的适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，通过采用差分空间调制方法(DSM)，在快变信道下能够有效的跟踪信道变化，避免现有技术中在时频资源有限的情况下，导致的系统失效问题；并且差分空间调制方法(DSM)不需要进行信道估计，从而并不需要在发射端进行导频信号发送，避免为了适应快变信道而发送大量的导频信息，从而解决快变信道下容量降低的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，其特征在于，所述多天线差分空间调制方法包括如下步骤：
步骤1：根据发射天线数N、调制阶数M，计算出天线激活矩阵集合A，其中集合A中有N！个天线激活矩阵，其中N！为N的阶乘运算；
步骤2：根据发射天线数N、调制阶数M，计算N个符号发送的bit_num个比特数据，
bit_num＝floor(log2(N！))+N*log2(M)
其中，floor(.)表示对括号中的数据进行向下取整；
步骤3：将N个符号发送的bit_num个比特作为一个处理单元，将待差分空间调制的数据，按照每组为bit_num个比特进行分组，其中组数为I；
步骤4：上基于已分组的比特数据，利用每组前floor(log2(N！))个比特数据，计算出对应的十进制值，将计算得到的十进制值作为天线激活矩阵A集合的索引地址，选出对应天线激活矩阵Afloor(log2(N！))；
步骤5：每组比特数据中，以floor(log2(N！))+1位置开始，选取后续所有比特数据，并按照M阶进行调制，得到N个调制后的符号数据；
步骤6：将天线激活矩阵Afloor(log2(N！))与N个调制符号数据进行乘法运算，得到空间调制后的N*N矩阵X；
步骤7：根据空间调制矩阵X，进行差分运算，得到最终的差分空间调制矩阵Y。
2.如权利要求1所述的适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤101：根据发射天线数N，计算出天线激活矩阵总个数k，
k＝N！
其中k为天线激活矩阵的个数，()！表示对括号中的数据求阶乘；
步骤102：根据数组[1,2,...,N]计算出k种排列集合B，并且集合B中每一种排列两两不相同；
步骤103：根据M阶调制方式，选取0数据所对应调制的IQ复数据d_ini，并产生N*N矩阵ini_A，该矩阵中对角线元素为d_ini，对角线以外的数据为0；
步骤104：根据排列集合B，将集合B中元素设为矩阵列地址，将ini_A矩阵按照集合B中的元素进行的列数据交换，形成天线激活矩阵集A，A中有k个天线激活矩阵。
3.如权利要求1所述的适用于快变信道下的多天线差分空间调制方法，其特征在于，所述步骤7包括：
步骤701：定义Y0初始值为N*N的单位阵，其中
Figure FDA0003541205740000021
步骤702：根据所述空间调制矩阵X，按照下式进行差分空间调制，
Yi＝XiYi-1
其中m＝1,2,...,I，其中I为数据组数，Y为差分空间调制矩阵。
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