技术领域本发明属于通信抗干扰技术领域，涉及空间调制(SpatialModulation,SM)技术，正交频分复用技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex，OFDM)，信道估计技术，及其相关的SM-OFDM技术，具体为一种不完美信道估计下SM-OFDM系统的最优功率分配方法。
背景技术：多入多出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)技术是一种无线环境下的高速传输技术，它在发射端和接收端配置更多的天线单元，并结合先进的空时编码调制方案，通过对空间自由度的充分利用，可以带来额外的分集，复用和波束成型增益。SM技术是一种高效低复杂度的MIMO调制方案，它可以利用传输数据的天线索引来携带额外的信息比特。OFDM技术能充分利用频谱资源，有效对抗多径衰落和大时延扩展引起的符号间干扰。SM-OFDM技术被认为是未来移动通信系统很有可能选用的技术方案之一。SM-OFDM系统的信道估计误差会影响接收机对信号的检测准确度，使系统性能降低，通常是增加导频数量来提高信道估计的准确性，但其会降低系统传输效率。本发明即是针对这一问题，本发明通过最小化采用最小均方误差(minimummeansquareerror，MMSE)信道估计法时SM-OFDM系统的误比特率(BitErrorRate，BER)上界并集界给出采用所有广义线性内插技术时导频符号和数据符号间的最优功率分配方法。
技术实现要素：本发明的目的在于针对信道估计误差对SM-OFDM系统BER性能影响较大这一缺陷，提供一种适用于所有广义线性内插技术的导频符号和数据符号间的最优功率分配方法。本发明的技术方案为：一种不完美信道估计下SM-OFDM系统的最优功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A.初始化处理SM-OFDM系统中有Nt根发送天线、Nr根接收天线和N个子载波，相干带宽内有Nc个子载波，其中前Np个子载波发送导频符号，后Nd个子载波发送数据符号，并且Np＝Nt；在相干带宽内，发送导频的子载波信道所占比例为在SM-OFDM系统中每个导频符号的功率为Ep,每个数据符号的功率是Ed，因此平均每个符号的功率为：E0=NtEP+NdEdNc=δEP+(1-δ)Ed]]>定义数据符号的总功率与导频符号的总功率的比值为因此：Ep=E0δ(1+a)Ed=aE0(1-δ)(1+a)]]>步骤B.计算数据子载波处的估计信道常规内插技术，如：二阶线性内插、高斯内插和基于维纳滤波的内插等，本质上都是通过对导频处信道系数进行加权线性组合得到数据位置处的信道估计，本发明将其统称为广义线性内插技术；当采用η阶广义线性插值技术时，接收端根据MMSE估计得到与数据子载波相邻的η处导频子载波的信道估计矩阵且的每个元素都是均值为0、方差为的复高斯随机变量，其中是高斯白噪声的功率；相干带宽内的第k个数据子载波处的估计信道为：因此中的每个元素的方差为：σh^,k2=wkEpEp+σz2,]]>其中，wk=Σϵ=1η(ξϵk)2;]]>步骤C.计算等效噪声第k个数据子载波信道的传播模型为其中，估计误差矩阵中的元素都是均值为0，方差为的复高斯随机变量，白噪声向量Zk中的元素是均值为0方差为的复高斯随机变量，为第k个数据子载波上的发送符号向量；将Z′k视为等效的加性高斯白噪声向量，且其中的每个元素都是均值为0，方差为σzk′2=σz2+Ed-wkEdEpEp+σz2]]>的复高斯随机变量；步骤D.计算相干带宽内数据子载波的平均BER上界并集界采用M阶正交幅度调制时，第k个数据子载波信道的BER上界并集界为Pb-MAX(wk)=1m2mΣi=12mΣj=1,j≠i2md(xik,xjk)Σn=0Nr-1Nr-1+nn[1-γ(EPEdEP+σz2wkλijk4σzk′2)]nγ(EPEdEP+σz2wkλijk4σzk′2)Nr]]>其中，是向量与间的汉明距离，是归一化后的向量，并且λijk=(x1ik-x1jk)H(x1ik-x1jk),]]>γ(x)=0.5(1-x/(1+x)),]]>则相干带宽内Nd个传送数据符号的子载波信道的平均BER上界为：P‾b-MAX=1NdΣk=1NdPb-MAX(wk),]]>因此平均BER满足步骤E.基于最小化平均BER上界的最优功率分配E1.相干带宽内的第k个数据符号处子载波信道的并集界可简化为如下形式Pb-MAX(wk)=1m2mΣi=12mΣj=1,j≠i2md(xi,xj)Σn=0Nr-1Nr-1+nn(1-Ak)n(Ak)Nr]]>其中，Ak=γ(EPEdEP+σz2wkλijk4σzk′2);]]>设两个变量，分别为：Sk=EPEdEP+σz2wkλijk4σzk′2,]]>Bk=(Sk/(1+Sk))),]]>显然0＜Bk＜1。将和代入Bk得到：Bk=aE02wkλijk4(δ(1-δ)(1+a)2σz2σz2+(1-δ)(1+a)E0σz2+σz2γ(1+a)aE0+aE02wk)+aE02wkλijk]]>E2.Bk对功率分配因子a求导数∂Bk∂a=0.5*4(δ(1-δ)σz2σz2+(1-δ)E0σz2)-4(δ(1-δ)σz2σz2+σz2δE0)a2(4(δ(1-δ)(1+a)2σz2σz2+(1-δ)(1+a)E0σz2+σz2δ(1+a)aE0+aE02-aE02wk)+aE02wkλijk)1.5E02wkλijka]]>由于Ak＝0.5(1-Bk)，因此0<Ak＜0.5，并且∂Ak∂a=-0.5*∂Bk∂a=FijkG]]>其中，Fijk=E02wkλijka(4(δ(1-δ)(1+a)2σz2σz2+(1-δ)(1+a)E0σz2+σz2δ(1+a)aE0+aE02wk)+aE02wkλijk)1.5G=(δ(1-δ)σz2σz2+σz2δE0)a2-(δ(1-δ)σz2σz2+(1-δ)E0σz2)]]>E3.第k个数据符号子载波信道的上界对功率分配因子a求导数∂Pb-MAX(wk)∂a=Gm2mΣi=12mΣj=1,j≠i2md(xi,xj)Σn=0Nr-1Nr-1+nnFijkβkn]]>其中，由于1-Ak＞0.5＞Ak，所以Nr(1-Ak)-nAk＞0，(Ak)Nr-1>0,(1-Ak)n-1>0,∀n=0,1,2,......,Nr-1,]]>因此又因为wk＞0，且所以并且当xi≠xj时，汉明距离d(xi,xj)＞0；因此等价为G＝0；E4.平均BER上界对功率分配比例a求导数∂P‾b-MAX∂a=GNdΣk=1Nd1m2mΣi=12mΣj=1,j≠i2md(xi,xj)Σn=0Nr-1Nr-1+nnFijkβkn]]>显然也等价为G＝0；等式G＝0的解为：a=±(δ(1-δ)+(1-δ)r0)(δ(1-δ)+δr0)]]>其中是平均符号信噪比，因为功率分配因子a＞0，因此符号条件的解为：a*=(δ(1-δ)+(1-δ)r0)(δ(1-δ)+δr0)]]>由于a*是Pb-MAX(wk)和的最小值点，因此a*是最优功率分配方案。在广义线性内插技术中，同一频率位置处数据子载波的估计信道的方差系数通常是不相同的，由于最优功率分配因子a*与wk(k＝1,2,…Nd)无关，因此可以得出如下结论，SM-OFDM系统无论采用何种线性内插技术，导频与数据符号间的最优功率分配因子都是a*。本发明的有益效果为，本发明提供了一种能改善不完美信道估计下SM-OFDM系统BER性能的导频与数据符号间的最优功率分配方法，该技术首先计算采用MMSE估计法和η阶广义线性内插技术的系统平均BER上界并集界，然后通过最小化BER上界得到适用于任何广义线性内插技术的最优功率分配方法；在总功率有限的条件下，该最优功率分配方法能够显著提高系统的BER性能。附图说明图1是SM-OFDM系统框图和信息的传输模型。图2是η阶广义线性内插技术导频和数据符号分布模型。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明进行进一步详细的描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。为更好地对本发明进行说明，先介绍本发明技术方案所用到的术语和空间调制系统发射机结构。SM-OFDM系统：如图1所示，空间调制前的数据是需要传输的比特数据b，可以被视为一个m×N的矩阵，其中N是OFDM系统中的子载波数，m＝log2(Nt)+log2(M)是一个SM调制符号所携带的比特数量，M是正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)阶数。可以看出，一个SM调制符号所能携带的比特数量由QAM调制阶数和发射天线数量共同决定。SM调制准则是根据SM转化表将b转化成为一个M×N的矩阵X。在X中，一列代表一个子载波上发送的数据，任意一列只有一个非零数据，意味着任意时刻只有一根天线发送数据。如图2所示给了采用广义线性内插技术时导频和数据符号的分布情况。本发明的具体实施例如图1所示的系统模型图，发射机结构大致分为如下几步：步骤1：确定要选择的系统的参数，即确定子载波数个数N，相干带宽内的子载波数Nc，平均符号功率E0，发射天线个数Nt，接收天线个数Nr，调制阶数M；步骤2：根据信噪比r0，计算出最优功率分配因子a*，然后计算出导频符号的功率EP和数据符号的功率Ed；步骤3：计算出一帧的比特数量，将此帧数据分成两组，一组为天线索引比特，用于选择被激活的发射天线，一组为调制比特，用于进行MQAM调制；再对得到的发送向量进行SM调制；得到调制后的符号向量，导频符号向量乘以数据符号向量乘以针对接收机部分，接收机根据信道信息和系统的参数，计算出最优的功率分配方案，在计算导频符号和数据符号的功率因子，具体方法已经在发明内容中给出。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。