一种利用发送分集的空间调制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用发送分集的空间调制方法及装置，属于无线通信系统技术领 域。
【背景技术】
[0002] 在无线通信的发展过程中，多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput, MMO)系统极大地提高了系统的流量和频谱利用率，同时为了克服MMO系统多天线之间的 干扰和多径干扰，波束成形（Beamforming，BF)和空时分组编码（SpaceTimeBlockCode, STBC)被广泛应用。但采用闭环反馈机制的BF提高了系统的复杂度，以及非正交空时编码 或全速率正交空时编码较大的编码延时也限制了系统的扩展。为了进一步提高系统的频谱 利用率和克服多天线之间的干扰，空间调制（SpatialModulation,SM)的技术逐渐被研究 和使用。
[0003] 在空间调制发展中，结合空间调制自身接收端天线序号对数据解调的影响的特 点，出现了几种改进或性能提高的方案：1)在空间调制前把纠错编码的技术应用于映射比 特方案，以纠正天线序号检测错误的比特来提高系统的误比特率性能；2)在空间调制前对 映射比特进行比特交织的方案，也可以纠正误码提高系统的误比特率性能；3)把空时分组 编码（SpaceTimeBlockCode,STBC)技术和空间调制技术结合在一起的方案，进而利用部 分发送分集实现提高系统可靠性的目的，但这种方案一是有发送天线数为偶数的限制，二 是空时编码的编码延时大和接收端检测算法复杂度高，这都限制了空间调制技术中多天线 发送分集提高系统可靠性的充分发挥。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了弥补传统空间调制没有利用多天线发送分集或分集使用受限的不 足，本发明提出一种利用发送分集的空间调制的方法和装置，在不提高系统复杂度的情况 下，保留了传统空间调制克服信道间干扰（ICI)的优点，同时利用多发射天线的分集增益， 在明显提高频谱利用率和避免ICI的前提下进一步地改善MIM0系统性能。
[0005] 技术方案：一种利用发送分集的空间调制方法，联合利用发射天线数和所选星座 映射方式二者信息，在使用该方法的系统中，具体选用多少个发送天线分集发送信息由系 统设定，且发送帧包括信令部分和数据部分，其中信令部分的长度固定，所选用的星座映射 方式为二进制相移键控（BPSK)。利用发送分集的空间调制方法包括如下步骤：
[0006] 步骤1 :发送机首先利用发送天线数％和被选定的发送天线数k(k<nT)确定发 送天线的组合数目N，具体的计算方式为：
[0007] N = 2P(公式1) / \ / \
[0008] 其中p是满足2P $ 7的最大正整数，即N是距离$最近的2的整数次幂，将第 1组到第N组的天线组合依次编号为1，2,. ..，N;
[0009] 步骤2:发送机联合利用发送天线数和所选星座映射方式计算空间调制映射比特 块包含的比特数m，包含天线组合序号映射比特数T b和数据星座映射比特数D b，其计算公式 为：
[0010] Tb= log2(N)，Db= log2(M)(公式 2)
[0011] m = Tb+Db= log2(N)+log2(M)
[0012] 其中，N为发送天线的组合数目，M为所选星座映射方式的星座点数，天线组合序 号1，2,...，N依次对应的映射比特可以表示为：
[0013] b'lxj)"…1:'=0、\，i=\，2，...Jog2N
[0014] 步骤3:按步骤1和步骤2所选定空间调制星座映射的方式把原始的用户数据比 特映射成空间星座符号，然后将空间星座符号映射到所选择的天线上（各天线的发射空间 星座符号之间可以增加适当的相位旋转操作）进行数据发送。
[0015] 步骤4 :接收机接收数据并解析接收帧中发送端的相关信令信息，得出数据部分 空间调制映射时所选用的星座映射方式，具体的步骤为：
[0016] 步骤4. 1 :由系统接收机已知的发送天线数、信令的固定长度和系统已知的BPSK 的星座映射方式等信息对接收到的符号y进行处理，包括天线组合序号的判决和星座符号 数据的均衡；
[0017] 设信道矩阵为11 = [111，112，...，1^]，其中％为发送天线数，坎=[\.九，...5/^/为 第i个发送天线到所有接收天线的信道响应组成的列向量，nK为接收天线数，设^是 天线功率归一化系数，y = [.Vr.v2，…，.v,J为所有接收天线上的接收信号组成的列向量， x = [xpx2，…，为发送端所有发送天线上的信号组成的列向量，其中有k个不是零， 11 = 是所有接收天线上的高斯噪声组成的列向量，则接收信号可以表示为： 1 "
[0018] y = Hx + n (公式 3)
[0019] 若、，Xj'…，、^〇,/，77 = i'2'""777 '另外这k根发射天线的发送值相 *个 同，则（公式3)变成如下形式：
【主权项】
1. 一种利用发送分集的空间调制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :发送机首先利用发送天线数和被选定的发送天线数，确定发送天线的组合数； 步骤2 :发送机联合利用发送天线数和所选星座映射方式，计算空间调制映射比特块 包含的比特数，所述空间调制映射比特块包含天线组合序号映射比特块和数据星座映射比 特块； 步骤3 :发送机根据步骤1和步骤2得到的空间调制参数，将原始的用户数据比特映射 成空间星座符号，并将空间星座符号映射到所选择的天线上进行数据发送； 步骤4 :接收机接收数据，并解析接收帧中发送端的相关信令信息，得出数据部分空间 调制映射时所选用的星座映射方式； 步骤5 :接收机根据发射天线数和选用的星座映射方式，进行数据部分星座符号的解 空间调制，恢复出用户发送的数据比特。
2. 如权利要求1所述的利用发送分集的空间调制方法，其特征在于，所述步骤1中确定 发送天线组合数N的具体计算公式为： N = 2P(公式 1) 其中，P是满足
的最大正整数，即组合数N是距离
最近的2的整数次幂， ~是发射天线数，k是被选定的发送天线数。
3. 如权利要求1所述的利用发送分集的空间调制方法，其特征在于，所述步骤2中空间 调制映射比特块包含比特数m的具体计算公式为： Tb= Iog2(N)1Db= Iog2(M) (公式 2) m = Tb+Db= log 2 (N)+Iog2 (M) 其中，Tb是天线组合序号映射比特数，D b数据星座映射比特数，N为发送天线的组合数 目，M为所选星座映射方式的星座点数。
4. 如权利要求1所述的利用发送分集的空间调制方法，其特征在于，所述步骤3中发送 机进行数据发送时，各天线的发射空间星座符号之间可以增加适当的相位旋转。
5. 如权利要求1所述的利用发送分集的空间调制方法，其特征在于，所述步骤4中发送 机解析发送端相关信令信息的具体操作为： (401)进行天线组合序号的判决，计算发送天线组合的序号值r
其中，
为信道矩阵，％为发送天线数，
为第i个发送天线到所有接收天线的信道响应组成的列向量，ηκ为接收天 线数，》^.为一种可能的发送天线组合对应的信道叠加后的等效信道，均衡时则用相对应的 等效信道进行均衡，y = [>\,y2,..·,凡sf为所有天线上的接收信号组成的列向量； (402) 把r按已知的空间调制的映射表逆向转化为二进制就可得出天线组合号对应的 发送比特； (403) 进行星座符号数据的均衡，计算数据星座点的噪声估计J ^=WV (公式 10) 其中，
，ητ为发送天线数，H = 为信道 矩阵，为第i个发送天线到所有接收天线的信道响应组成的列向量，％为 接收天线数，1?为公式7得到的天线组合序号值r对应的等效信道，σ 2为噪声的方差； (404) 按发送端空间调制映射的规则操作，把天线组合的序号和星座符号估计值逆向 映射为信息比特，得到用户发送的信令部分的原始比特序列，得到数据部分所采用的星座 映射方式。
6.-种利用发送分集的空间调制装置，包括发送机和接收机，其特征在于，所述发送机 包括空间调制映射信息计算与配置模块和空间调制映射模块，其中空间调制映射信息计算 与配置模块根据系统的发送天线数和所选用的星座映射方式，计算对应的发送天线的组合 数、天线序号映射所需的比特数和星座符号数据映射所需的比特数；空间调制映射模块根 据得出的空间调制参数把用户要发送的比特序列映射成空间调制星座符号； 所述接收机包括信令部分的解空间调制映射模块、数据部分的解空间调制映射模块， 其中信令部分的解空间调制映射模块用于从接收帧中解析出数据部分空间调制时所选用 的星座映射方式的相关参数；数据部分的解空间调制映射模块按照发送天线数和选用的星 座映射方式，先检测出所选用的发送天线组合的序号，再均衡出星座符号数据，恢复出用户 发送的原始比特序列数据。
【专利摘要】本发明公开了一种利用发送分集的空间调制方法及装置，根据不同发送天线数目和选用的星座映射方式来决定空间调制映射比特块的大小。根据发送天线数组合方式的数目来计算天线号映射包含的比特数，然后根据所选择的星座映射方式来计算星座符号所需的映射比特数。接收端则相应地先对天线号检测，检测出天线号后再均衡出星座符号的估计值，最后组合成原始的发送比特。本发明在不提高系统复杂度的情况下，克服了传统空间调制系统仅仅利用了多输入多输出系统多发射天线的空间复用，而完全没有利用多发射天线的分集增益的缺点，在保留了传统空间调制克服信道间干扰的优点的同时利用了多发射天线的分集增益，可以在明显提高频谱利用率和避免信道间干扰的前提下进一步地改善通信系统性能。
【IPC分类】H04L27-34, H04B7-06
【公开号】CN104539336
【申请号】CN201410827931
【发明人】何世文, 马士民, 王海明, 杨绿溪, 张军, 洪伟, 江华
【申请人】江苏中兴微通信息科技有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月26日