CN115314084A - 基于Cayley空时码的无线传输方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Cayley空时码的无线传输方法及装置，其中，该方法包括：基于随机法，产生复高斯矩阵；对所述复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；基于所述信号星座集，进行信号发送。本发明公开的基于Cayley空时码的无线传输方法及装置，在非相干MIMO系统的无线传输中，能够更快地找到可用的信号表达方式，这类信号具有天然的抗截获能力，且传输效率远优于ML和SD方法，可靠性远高于ZF和MMSE方法，与SD相近。
Description
技术领域
本发明是关于通信领域，特别是关于一种基于Cayley空时码的无线传输 方法及装置。
背景技术
MIMO(multiple-in multiple-out，多进多出)系统可以使无线衰落信道的 容量大幅提高，并已经发挥了广泛而重要的作用。然而，传统的多天线传输 面临两大难题：一是传统多天线系统需要掌握及时而准确的信道状态信息， 然而实际信道往往呈时变特性，当衰落速率较高时，信道估计的开销变大， 甚至难以承受；二是传统多天线系统并不改变信号特征，难以满足抗截获的 军事需求。
对于快变信道中无信道估计的信号传输问题，可以通过非相干空时信号 传输的思想，省去了信道估计环节，提高了信道利用率。非相干空时传输主 要包括酉空时调制(Unitary Space-Time Modulation，USTM)和差分酉空时调 制(Differential UnitarySpace-Time Modulation，DUSTM)。采用Cayley空时 码的Cayley DUSTM(CDUSTM)和CayleyUSTM(CUSTM)等现有基于 Cayley空时码的无线传输方法的可靠性仍有提升空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Cayley空时码的无线传输方法及装置， 其能够进行更可靠的基于Cayley空时码的无线传输。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于Cayley空时码的无线传输方法， 包括：
基于随机法，产生复高斯矩阵；
对所述复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；
基于所述信号星座集，进行信号发送。
在本发明的一实施方式中，对复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星 座集，包括：
基于所述复高斯矩阵，构造归一化的Hermitian矩阵；
源比特经Cayley编码和衰落信道传输并由接收端检测后，得到新的差错 比特数量；
所述新的差错比特数量小于预设值且稳定。
在本发明的一实施方式中，所述复高斯矩阵包括Q个M×M维复高斯随机 矩阵Z1,1,q和Q个(T-M)×(T-M)维复高斯随机矩阵Z2,2,q，q∈[0,...,Q-1]；
所述归一化的Hermitian矩阵为
在本发明的一实施方式中，一种基于Cayley空时码的无线传输方法，包 括：
基于衰落信道接收信号，获取接收信号矩阵；
将所述接收信号矩阵分为前后两部分；
将所述接收信号矩阵按向量展开，构造出等效的MIMO传输系统；
基于所述等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行信号检测。
在本发明的一实施方式中，所述基于所述等效的MIMO传输系统，利用 凸优化理论进行信号检测，包括：利用如下公式获取最优解，恢复出源比特； minαPαH-2ReαdH
s.t.11×Q·αmin≤α≤11×Q·αmax
其中，P＝DDH、d＝cDH，11×Q为包括Q个元素的全1列向量。
在本发明的一实施方式中，一种基于Cayley空时码的无线传输装置，包 括：
产生模块，用于基于随机法，产生复高斯矩阵；
构造模块，用于对所述复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；
发送模块，用于基于所述信号星座集，进行信号发送。
在本发明的一实施方式中，一种基于Cayley空时码的无线传输装置，包 括：
接收模块，用于基于衰落信道接收信号，获取接收信号矩阵；
分解模块，用于将所述接收信号矩阵分为前后两部分；
展开模块，用于将所述接收信号矩阵按向量展开，构造出等效的MIMO 传输系统；
检测模块，用于基于所述等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行 信号检测。
本发明的一实施方式中，一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在 存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实 现如上述任一种所述基于Cayley空时码的无线传输方法的步骤。
在本发明的一实施方式中，一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储 有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于 Cayley空时码的无线传输方法的步骤。
在本发明的一实施方式中，一种计算机程序产品，包括计算机程序，所 述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于Cayley空时码的无 线传输方法的步骤。
与现有技术相比，根据本发明的基于Cayley空时码的无线传输方法及装 置，本发明的有益效果是，在非相干MIMO系统的无线传输中，能够更快地 找到可用的信号表达方式，这类信号具有天然的抗截获能力，且传输效率远 优于ML(最大似然检测)和SD(球形译码)方法，可靠性远高于ZF(迫零) 和MMSE(最小均方误差)方法，与SD相近。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输方法的流 程示意图之一；
图2是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输方法的过 程及等效模型示意图；
图3是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输方法的流 程示意图之二；
图4是根据本发明一实施方式的相干时间为T＝4、发射和接收天线数量 分别为M＝2和N＝2、数据率为R＝1比特/符号条件下，Cayley USTM与传统 USTM的差错性能对比；
图5是根据本发明一实施方式的相干时间为T＝8、发射和接收天线数量 分别为M＝4和N＝4、数据率为R＝2比特/符号条件下，Cayley USTM各种 检测方案的差错性能对比示意图；
图6是根据本发明一实施方式的相干时间为T＝8、发射和接收天线数量 分别为M＝4和N＝4、数据率为R＝2比特/符号条件下，Cayley USTM的星 座图；
图7是根据本发明一实施方式的相干时间为T＝20、发射和接收天线数量 分别为M＝10和N＝10、数据率为R＝4比特/符号条件下，Cayley USTM采用 ZF、MMSR及凸优化检测的差错性能对比示意图；
图8是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输装置的结 构示意图之一；
图9是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输装置的结 构示意图之二；
图10是根据本发明一实施方式的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本 发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包 括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图4所示，根据本发明优选实施方式的基于Cayley空时码的无 线传输方法及装置可以通过以下方式实施。
图1是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输方法的流 程示意图之一。如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤101、基于随机法，产生复高斯矩阵；
步骤102、对复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；
步骤103、基于信号星座集，进行信号发送。
具体地，本发明实施例提供的基于Cayley空时码的无线传输方法，应用 于发射端。本发明实施例提供的基于Cayley空时码的无线传输方法，是一种 Cayley USTM方法。
本发明以时间和空间均独立的Rayleigh多天线衰落信道为模型，如图2 所示。设传输数据率为R比特/符号，信道相干时间为T，即衰落系数在T个 符号周期保持不变，在下一个T的符号周期独立地变为另一值。设发射和接 收天线数量分别为M和N，源比特流长度为Len。待传输的信号携带于 
和
其中M×M维矩阵A1,1和基矩阵A1,1,q以及 (T-M)×(T-M)维矩阵A2,2和基矩阵A2,2,q均为Hermitian阵，每个基系数αq均 有r个可能的取值，r为2的整数次幂，Hermitian基矩阵集合中矩阵的数量须 满足
Q≤min T-M,N max[2T-M-N,T-M] (1)
数据率可表示为R＝Q/T·log2r，则调制信号集中信号数量为L＝2TR＝rQ。 利用源比特确定实数集{αq}的序号，分别对A1,1,q和A2,2,q加权求和，得到 
和
令A1,2＝(IM+jA1,1)B，B＝γIM,T-M，γ为 一接近1的随机数。由Cayley变换，得到酉方阵Φ′＝(I+jA)-1(I-jA)，取其 任意不重复的M列作为酉空时信号。为简单起见，这里取前M列。矩阵过A 经过Cayley变换，得到酉矩阵Φ′＝(I+jA)-1(I-jA)，取其前M列作为待发射 的酉矩阵。为使T×M发射信号矩阵的总功率为TM，则发送信号表示为
T×M维发送信号矩阵X和T×N维接收信号矩阵Y之间的关系为
其中，M×N维衰落系数矩阵H和T×N维加性噪声矩阵W的分量在时间和空 间上都独立，均服从复高斯分布
在接收端，最大似然检测准则为
其中||·||F表示矩阵的F范数。
在一个实施例中，对复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集，包 括：基于复高斯矩阵，构造归一化的Hermitian矩阵；
源比特经Cayley编码和衰落信道传输并由接收端检测后，得到新的差错 比特数量；新的差错比特数量小于预设值且稳定。
当差错数量较大时，重复上述步骤；即重复执行基于复高斯矩阵，构造 归一化的Hermitian矩阵，然后源比特经Cayley编码和衰落信道传输并由接收 端检测后，得到新的差错比特数量，判断新的差错比特数量是否小于预设值 且稳定。
当差错数量足够小(即小于预设值)且稳定时，完成搜索。
对复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；信号呈随机特性，难 以截获。
在一个实施例中，复高斯矩阵包括Q个M×M维复高斯随机矩阵Z1,1,q和Q 个(T-M)×(T-M)维复高斯随机矩阵Z2,2,q，q∈[0,…,Q-1]；
归一化的Hermitian矩阵为 
和
发射端搜索基矩阵的流程如下：
1.初始化参数：设置T、M、N、Q、r，并令比特流总长度Len足够长且 为RT的整数倍、差错比特数量Err0等于Len；
2.分别产生Q个M×M复高斯随机矩阵Z1,1,q及Q个T-M×T-M复高斯随 机矩阵Z2,2,q，q∈[0,...,Q-1]；
3.分别由Z1,1,q和Z2,2,q生成厄密特阵
及
4.源比特经Cayley编码、衰落信道传输并由接收端检测后，得到新的差错 比特数量Err1；
5.如果Err0≥Err1，那么Err0值不变；否则，令Err0＝Err1；
重复步骤1，经多轮重复后，若Err0不再降低，则停止搜索。
基矩阵随机数的产生方式不同于传统的方式，本发明中设计的基矩阵可 使信号具有更高的可靠性。
本发明属于非差分的非相干无线传输，适合时间上独立的快衰落环境， 由于无需参考信号，传输效率得以提高。
本发明的有益效果是，在非相干MIMO系统的无线传输中，能够更快地 找到可用的信号表达方式，这类信号具有天然的抗截获能力，且传输效率远 优于ML(最大似然检测)和SD(球形译码)方法，可靠性远高于ZF(迫零) 和MMSE(最小均方误差)方法，与SD相近。
图3是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输方法的流 程示意图之二。如图3所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤301、基于衰落信道接收信号，获取接收信号矩阵；
步骤302、将接收信号矩阵分为前后两部分；
步骤303、将接收信号矩阵按向量展开，构造出等效的MIMO传输系统；
步骤304、基于等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行信号检测。
具体地，本发明实施例提供的基于Cayley空时码的无线传输方法，应用 于接收端。本发明实施例提供的基于Cayley空时码的无线传输方法，是一种 Cayley USTM方法。
在一个实施例中，基于等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行信 号检测，包括：利用如下公式获取最优解，恢复出源比特；
minαPαH-2ReαdH
s.t.11×Q·αmin≤α≤11×Q·αmax
其中，P＝DDH、d＝cDH，11×Q为包括Q个元素的全1列向量。
Cayley空时码的凸优化检测方法如下：
令
有
令
及
将
按行展开，有
其中，c＝[c1,...,cN]、α＝[α0，...，αQ-1]，以及
于是，
因此，最终的等效信道传输模型可表示为
c＝αD+v (7) 通过式(7)可以建立一个新的Q×T-M NMIMO等效模型，如图2所示。源信 号α经过乘性衰落D和加性噪声v的干扰，形成接收信号c。源信号α可认为 是一种特殊的已调信号，特别地，当r＝2时，源信号成为BPSK信号。
本发明所提的凸优化检测是一种能够兼顾复杂度与可靠性的方法。令 P＝DDH、d＝cDH，并令α中每个元素αq在r个可能取值中的最小值和最大值 分别为αmin和αmax，则有Cayley酉空时调制的检测可转化为一个凸优化问题， 具体而言，是二次规划(QuadraticProgramming，QP)问题，即
其中，1Q×1为包含Q个元素的全1列向量。由式(8)可得该问题的最优解
因为α的集合在确定时选择为α＝sort[tan(θ/2)]，其中θi＝(2i-1)π/r， i＝1,...,r，sort为由小到大的排序函数，所以由最优解
中的每个元素
可以唯一地确定一个序数判决值
round为就近取整函数。
的取值为1,...,r，将Q个
值分别转换为其对 应的长度为log2r的二进制序列，进而作并/串变换处理，得到最终的比特判决 值。此时完成Cayley酉空时调制的凸优化检测。
需要说明的是，采用凸优化理论可以降低信号检测复杂度。
本发明的有益效果是，在非相干MIMO系统的无线传输中，能够更快地 找到可用的信号表达方式，这类信号具有天然的抗截获能力，且传输效率远 优于ML(最大似然检测)和SD(球形译码)方法，可靠性远高于ZF(迫零) 和MMSE(最小均方误差)方法，与SD相近。
本发明实施例所提的信号凸优化检测方案能够在可靠性与复杂度之间取 得良好的折中，与现有的最大似然检测相比，可靠性损失很小但复杂度远远 降低，与ZF和MMSE检测相比，可靠性大幅提高。
图2是根据本发明一实施方式的基于Cayley空时码的无线传输方法的过 程及等效模型示意图。图2示出了基于Cayley空时码的无线传输方法的系统 模型，主要由发送和接收两大部分组成。
在发送端，对源信号以TR为一段进行处理，将长度为TR的一段源比特 流分为Q组，将每组的子比特流转换为十进制数，以每个生成的十进制数选 择系数α集合r个元素中的一个，得到αq，q＝0,...,Q-1。由Q个系数αq分别与 M×M维基矩阵A1,1,q和T-M×T-M维基矩阵A2,2,q加权求和，确定T×T维 Hermitian矩阵A。经Cayley变换，得到酉方阵Φ′，进而取其前M列作为发 射信号X。
在接收端，由N根接收天线得到M×N维接收信号Yk，在“检测”模块中， 利用本发明所提出的凸优化检测方法降低ML检测的复杂度，得到最优解
进一步可判决为序数
最终得到判决比特。
实验中采用Rayleigh平衰落信道模型，即信道衰落在时间和空间上均独 立。设衰落系数在T个符号周期内保持不变，在下一个T符号周期变为另一值。
图4是相干时间为T＝4、发射和接收天线数量分别为M＝2和N＝2、数 据率为R＝1比特/符号条件下，Cayley USTM与传统USTM的差错性能曲线。 此时，L＝2TR＝16。传统USTM的星座主要包括系统化设计和Tarokh的两种 设计，即广义非相干PSK设计和非相干正交设计。传统USTM因其自身结构而 只能使用ML检测，而Cayley USTM则能使用包括ML、ZF、MMSE、SD及凸优 化在内所有的检测方法。为便于比较，这里Cayley USTM也采用ML检测。广 义非相干PSK的性能最差，Cayley USTM与其它传统USTM的性能差距较小， 特别是在中低信噪比区间，差距可忽略。实际无线通信系统均需要信道编码， 因此，考查中低信噪比的性能更有意义。
图5是相干时间为T＝8、发射和接收天线数量分别为M＝4和N＝4、数 据率为R＝2比特/符号条件下，Cayley USTM各种检测方案的差错性能曲线， 此时，L＝2TR65，536。ML检测的可靠性最高，但同时复杂度也最高；SD检 测的可靠性损失较少，但其最差情况与ML复杂度接近，这使其检测消耗时间 极不稳定。ZF和MMSE实现简单，但是差错率相对偏高。基于QP的检测方法， 能够兼顾可靠性与复杂度，是最好的折中方案。
图6是相干时间为T＝8、发射和接收天线数量分别为M＝4和N＝4、数 据率为R＝2比特/符号条件下，Cayley USTM的星座图。与传统调制和空时编 码相比，Cayley USTM的星座图呈现出明显的随机性，如果不掌握变换规则及 基矩阵，仅从星座图无法确定信号的调制方式。
图7是相干时间为T＝20、发射和接收天线数量分别为M＝10和N＝10、 数据率为R＝4比特/符号条件下，Cayley USTM采用ZF、MMSE及凸优化检测 的差错性能对比，此时，L＝2TR≈1.21×1024。传统的USTM无法提供如此高的 数据率，Cayley USTM的ML和SD检测方法均由于实现复杂度过高而无法应用， 而ZF和MMSE由于差错率过高而仅有参考价值。此时，凸优化检测是唯一能 兼顾可靠性和差错率的检测方法，从而使非相干MIMO无线传输得以实现。
快衰落多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统中 的抗截获非相干、非差分无线传输方法，其特征是，在发射和接收两端均无 信道状态信息的无线通信系统中，在发射端由随机法设计Hermitian矩阵经 由Cayley变换构造信号星座集，该信号具有类似噪声的特征；在接收端采用 凸优化理论降低信号检测复杂度。
本发明研究Cayley空时码的非相干无线传输方法，提出发送端的信号有 效表示与接收端的信号简化检测方法，使Cayley码的高速无线传输向实用化 更近一步，由于信号集的产生呈随机性，信号具有更强的抗截获能力，通信 过程具有更高的保密性。
下面对本发明提供的基于Cayley空时码的无线传输装置进行描述，下文 描述的基于Cayley空时码的无线传输装置与上文描述的基于Cayley空时码的 无线传输方法可相互对应参照。
图8是本发明提供的基于Cayley空时码的无线传输装置的结构示意图。 基于上述任一实施例的内容，如图3所示，该装置包括产生模块801、构造模 块802和发送模块803，其中：
产生模块801，用于基于随机法，产生复高斯矩阵；
构造模块802，用于对复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；
发送模块803，用于基于信号星座集，进行信号发送。
具体地，产生模块801、构造模块802和发送模块803可以顺次电连接。
本发明实施例提供的基于Cayley空时码的无线传输装置，用于执行本发 明上述基于Cayley空时码的无线传输方法，其实施方式与本发明提供的基于 Cayley空时码的无线传输方法的实施方式一致，且可以达到相同的有益效果， 此处不再赘述。
该基于Cayley空时码的无线传输装置用于前述各实施例的基于Cayley空 时码的无线传输方法。因此，在前述各实施例中的基于Cayley空时码的无线 传输方法中的描述和定义，可以用于本发明实施例中各执行模块的理解。
本发明的有益效果是，在非相干MIMO系统的无线传输中，能够更快地 找到可用的信号表达方式，这类信号具有天然的抗截获能力，且传输效率远 优于ML(最大似然检测)和SD(球形译码)方法，可靠性远高于ZF(迫零) 和MMSE(最小均方误差)方法，与SD相近。
图9是本发明提供的基于Cayley空时码的无线传输装置的结构示意图。 基于上述任一实施例的内容，如图3所示，该装置包括接收模块901、分解模 块902、展开模块903和检测模块904，其中：
接收模块901，用于基于衰落信道接收信号，获取接收信号矩阵；
分解模块902，用于将接收信号矩阵分为前后两部分；
展开模块903，用于将接收信号矩阵按向量展开，构造出等效的MIMO 传输系统；
检测模块904，用于基于等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行 信号检测。
具体地，接收模块901、分解模块902、展开模块903和检测模块904可 以顺次电连接。
本发明实施例提供的基于Cayley空时码的无线传输装置，用于执行本发 明上述基于Cayley空时码的无线传输方法，其实施方式与本发明提供的基于 Cayley空时码的无线传输方法的实施方式一致，且可以达到相同的有益效果， 此处不再赘述。
该基于Cayley空时码的无线传输装置用于前述各实施例的基于Cayley空 时码的无线传输方法。因此，在前述各实施例中的基于Cayley空时码的无线 传输方法中的描述和定义，可以用于本发明实施例中各执行模块的理解。
本发明的有益效果是，在非相干MIMO系统的无线传输中，能够更快地 找到可用的信号表达方式，这类信号具有天然的抗截获能力，且传输效率远 优于ML(最大似然检测)和SD(球形译码)方法，可靠性远高于ZF(迫零) 和MMSE(最小均方误差)方法，与SD相近。
本发明实施例所提的信号凸优化检测方案能够在可靠性与复杂度之间取 得良好的折中，与现有的最大似然检测相比，可靠性损失很小但复杂度远远 降低，与ZF和MMSE检测相比，可靠性大幅提高。
图10示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图10所示，该电子设 备可以包括：处理器(processor)1010、通信接口(Communications Interface) 1020、存储器(memory)1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信 接口1020，存储器1030通过通信总线1040完成相互间的通信。处理器1010 可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行基于Cayley空时码的无线传输方 法，该方法包括：
此外，上述的存储器1030中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实 现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质 中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献 的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软 件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可 以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方 法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例提供的电子设备中的处理器1010可以调用存储器1030中 的逻辑指令，其实施方式与本发明提供的基于Cayley空时码的无线传输方法 的实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包 括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括 程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所 提供的基于Cayley空时码的无线传输方法，该方法包括：
本发明实施例提供的计算机程序产品被执行时，实现上述基于Cayley空 时码的无线传输方法，其具体的实施方式与前述方法的实施例中记载的实施 方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有 计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的基于 Cayley空时码的无线传输方法，该方法包括：
本发明实施例提供的非暂态计算机可读存储介质上存储的计算机程序被 执行时，实现上述基于Cayley空时码的无线传输方法，其具体的实施方式与 前述方法的实施例中记载的实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此 处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或 计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、 或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个 其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘 存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产 品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图 和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程 和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、 嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通 过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流 程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的 装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设 备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器 中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或 多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上， 使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的 处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图 一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种基于Cayley空时码的无线传输方法，其特征在于，包括：
基于随机法，产生复高斯矩阵；
对所述复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；
基于所述信号星座集，进行信号发送。
2.根据权利要求1所述的基于Cayley空时码的无线传输方法，其特征在于，对复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集，包括：
基于所述复高斯矩阵，构造归一化的Hermitian矩阵；
源比特经Cayley编码和衰落信道传输并由接收端检测后，得到新的差错比特数量；
所述新的差错比特数量小于预设值且稳定。
3.根据权利要求2所述的基于Cayley空时码的无线传输方法，其特征在于，所述复高斯矩阵包括Q个M×M维复高斯随机矩阵Z1,1,q和Q个(T-M)×(T-M)维复高斯随机矩阵Z2,2,q，q∈[0,...,Q-1]；
所述归一化的Hermitian矩阵为
4.一种基于Cayley空时码的无线传输方法，其特征在于，包括：
基于衰落信道接收信号，获取接收信号矩阵；
将所述接收信号矩阵分为前后两部分；
将所述接收信号矩阵按向量展开，构造出等效的MIMO传输系统；
基于所述等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行信号检测。
5.根据权利要求4所述的基于Cayley空时码的无线传输方法，其特征在于，所述基于所述等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行信号检测，包括：利用如下公式获取最优解，恢复出源比特；
minαPαH-2ReαdH
其中，P＝DDH、d＝cDH，11×Q为包括Q个元素的全1列向量。
6.一种基于Cayley空时码的无线传输装置，其特征在于，包括：
产生模块，用于基于随机法，产生复高斯矩阵；
构造模块，用于对所述复高斯矩阵进行Cayley变换，构造信号星座集；
发送模块，用于基于所述信号星座集，进行信号发送。
7.一种基于Cayley空时码的无线传输装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于基于衰落信道接收信号，获取接收信号矩阵；
分解模块，用于将所述接收信号矩阵分为前后两部分；
展开模块，用于将所述接收信号矩阵按向量展开，构造出等效的MIMO传输系统；
检测模块，用于基于所述等效的MIMO传输系统，利用凸优化理论进行信号检测。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述基于Cayley空时码的无线传输方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述基于Cayley空时码的无线传输方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述基于Cayley空时码的无线传输方法的步骤。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020136327A1 (en) * | 2000-11-06 | 2002-09-26 | Hesham El-Gamal | Method and system for utilizing space-time codes for block fading channels |
| CN1694376A (zh) * | 2005-03-17 | 2005-11-09 | 西安交通大学 | 一种基于对角分层空时结构获得满分集增益的方法 |
| US7680211B1 (en) * | 2005-05-18 | 2010-03-16 | Urbain A. von der Embse | MIMO maximum-likelihood space-time architecture |
| CN102724028A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-10-10 | 西安电子科技大学 | 基于协作星座映射的Alamouti编码方法 |
| CN107959519A (zh) * | 2016-10-17 | 2018-04-24 | 北京三星通信技术研究有限公司 | 一种差分空间调制传输方法、发射机和接收机 |
| CN110224791A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-10 | 山东师范大学 | 基于Cayley空时码的无线传输方法、装置及系统 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020136327A1 (en) * | 2000-11-06 | 2002-09-26 | Hesham El-Gamal | Method and system for utilizing space-time codes for block fading channels |
| CN1694376A (zh) * | 2005-03-17 | 2005-11-09 | 西安交通大学 | 一种基于对角分层空时结构获得满分集增益的方法 |
| US7680211B1 (en) * | 2005-05-18 | 2010-03-16 | Urbain A. von der Embse | MIMO maximum-likelihood space-time architecture |
| CN102724028A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-10-10 | 西安电子科技大学 | 基于协作星座映射的Alamouti编码方法 |
| CN107959519A (zh) * | 2016-10-17 | 2018-04-24 | 北京三星通信技术研究有限公司 | 一种差分空间调制传输方法、发射机和接收机 |
| CN110224791A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-10 | 山东师范大学 | 基于Cayley空时码的无线传输方法、装置及系统 |
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