一种空间调制系统中的功率控制因子选择方法
【专利摘要】本发明属于通信【技术领域】，特别涉及一种用于基于空间调制的MIMO系统，接收端选取最佳的功率控制因子组合，并反馈给发射端对调制符号进行比例放缩的方法。本发明的选择方法充分考虑了各发射天线对应信道的差异，根据信道的状态来调整数据的传送方式，即选取适应于当前信道的最佳自适应传输方案，沿用传统空间调制中，每根天线采用相同调制方式的策略，从而避免了比特位错位的情况，同时根据当前信道信息及各天线上的传输符号，适当选择功率控制因子，对不同天线所对应的星座图进行一定比例的缩放，以达到使等效星座点之间的最小欧式距离最大化的目的，获得性能上的提升。
【专利说明】一种空间调制系统中的功率控制因子选择方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，特别涉及一种用于基于空间调制系统中的功率控制因子选择方法。
【背景技术】
[0002]传统的多天线技术的复用增益严重的依赖于发射天线和接收天线间的正交性。一种新的多天线技术空间调制(SM，Spatial Modulation)技术完全避免了载波间干扰(Inter-Carrier Interference, ICI),并且不要求发射天线和接收天线的正交性，同时接收端相比传统的V-PLAST和Alamouti算法大大地降低了检测的复杂度。在发射端，比特信息被映射到某个调制星座点以及特别的天线索引，并由改天线索引发送数据符号，而在接收端，根据接收信号估计出发送数据符号和天线序号，恢复出发送信息。同时，将空间调制与OFDM技术结合(SM-OFDM)，能取得较高的频谱利用率。
[0003]从传统的星座调制可知，星座点间的最小欧氏距离增大，误码率降低。因而考虑接收端选取最佳的功率控制因子组合，并反馈给发射端对调制符号进行比例放缩，以增大星座点间的最小欧氏距离，从而进一步提升性能。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有的基于空间调制的MMO系统不同天线上的调制符号功率因子相同，从而性能受一定限制，提出了一种空间调制系统中的功率控制因子选择方法使得性能得以提升。
[0005]为了方便的描述本发明的内容，首先作术语定义:
[0006]空间调制:指利用MMO系统的天线索引和调制符号作为携带数据信息的载体一种调制方式，在空间调制中，信息比特流被分映射成天线索引和调制符号，即每个时隙只有一根发射天线被激活，并且用该激活的天线传输调制信号。
[0007]MMO系统:指发射端和接收端分别使用多根天线，信号通过发射端和接收端的多个天线进行传送和接收。
[0008]FroPenius 范数,也叫 2-范数,若向量 X = [X1, X2,...，xn],那么其 FroPenius 模值可以计算为
[0009]I X I F= (|Χι|2+|Χ2|2+...+|Χη|2)(1/2)，
[0010]其中Ix1I表示求X1的绝对值大小。
[0011]内积:一种矢量运算,假设矢量A = [aly a2,..., an], P = [P1, p2,..., pn]，贝Ij矢量的内积表示为:
[0012]< A, P > = B1XP1 + a2Xp2 +...+ anXpn。
[0013]乂表示发射天线的数目，乂表示接收天线的数目，M为调制阶数，N为子载波个数；Q为PX (N-Nt)的二进制比特流矩阵，P=1g2 (Nt -M) ; UG C V'iv V为Q经过空间调制后的
空间调制矩阵，T€ CiTa;为初始化矩阵，S € ν为空间调制信号矩阵，由U和T矩阵组成，前NtXNt维为T矩阵，后NtX (N-Nt)维为U矩阵。Si (i=l，2，…，M)为S的第i行，表示第i根天线上的所有子载波构成的矢量，Si⑴为Si第I个非零子载波；Χ€ C为对S每行非O元素进行差分编码得到的差分矩阵，即对每根根天线上的非零子载波进行差分编码后得到的矩阵，Xi为X的第i行，表示第i根天线上差分编码后的N个子载波所构成的矢量，XJl)表示Xi的第I个非零子载波，D e Cmxi为M-QAM调制下的星座点集合。P e Ckxnt为候选功控矩阵，k* e Cixnt为候选组合中选出的最佳比例缩放因子。
[0014]由空间调制的性质可知:矩阵S和X的每一列都只有一个非零元素；传输矩阵Km) W,:，(fl, 2,..., Λ.:..)表示X的第m列，即m时刻的发射矢量； m时
刻的接收矢量；H(e) G 和覆分别指信道传输矩阵及O均值高斯噪声。
[0015]本发明的实现方法如下:
[0016]一种空间调制系统中的功率控制因子选择方法，具体如下:
[0017]S1、预设一个候选功率控制因子矩阵Pkxnt, P的每一行对应Nt个比例缩放因子(功率控制因子，功率不变)，初始化输入信息比特流得到NtXNt维的初始化矩阵Τ，即第j (j=l, 2，- ,Nt)个时刻只有第j根天线上有数据，其它天线数据为零；
[0018]S2、对log2 (NTXM) X (N-NT)的输入比特流矩阵Q进行空间调制得到NtX (N-Nt)维的空间调制矩阵U;
[0019]S3、将SI得到的初始化矩阵Q和S2得到的空间调制矩阵U进行组合得到NtX N维的空间调制信号矩阵S，这里NtXN维的空间调制信号矩阵每一行对应一根天线上的所有子载波，再对N个子载波分别进行OFDM调制；
[0020]S4、利用信道估计方法获取信道状态信息H，计算适应于当前信道状态的最佳方案，即候选功率控制因子矩阵P的最佳功率控制因子，并通过反馈信道反馈给发射端，进而对信道传输矩阵进行等效，得到估计信道信息H的最佳传输方案；
[0021]S5、对S4所述信道状态信息H的最佳传输方案下的调制符号进行OFDM解调，以及空间调制逆映射，结合空间调制系统的极大似然检测算法恢复出原始信息比特流，其中，
发射信号X经过等效的信道181*，即=其中kM乍为选出的最优功
率控制因子，接收端接收到的信号为y，用极大似然检测算法得到的估计发射的数据i为:
【权利要求】
1.一种空间调制系统中的功率控制因子选择方法，其特征在于:包括如下步骤: 51、预设一个候选功率控制因子矩阵Pkxnt,P的每一行对应Nt个比例缩放因子(功率控制因子，功率不变)，初始化输入信息比特流得到NtXNt维的初始化矩阵T，即第j (j=l, 2，-,Ντ)个时刻只有第j根天线上有数据，其它天线数据为零； 52、对log2(NTXM) X (N-NT)的输入比特流矩阵Q进行空间调制得到NtX (N-Nt)维的空间调制矩阵U ； 53、将SI得到的初始化矩阵Q和S2得到的空间调制矩阵U进行组合得到NtXN维的空间调制信号矩阵S，这里NtXN维的空间调制信号矩阵每一行对应一根天线上的所有子载波，再对N个子载波分别进行OFDM调制； 54、利用信道估计方法获取信道状态信息H，计算适应于当前信道状态的最佳方案，即候选功率控制因子矩阵P的最佳功率控制因子，并通过反馈信道反馈给发射端，进而对信道传输矩阵进行等效，得到估计信道信息H的最佳传输方案； 55、对S4所述信道状态信息H的最佳传输方案下的调制符号进行OFDM解调，以及空间调制逆映射，结合空间调制系统的极大似然检测算法恢复出原始信息比特流，其中，发射信号X经过等效的信道H_Sub,即H — sub = H.、、其中k*作为选出的最优功率控制因子，接收端接收到的信号为y，用极大似然检测算法得到的估计发射的数据?为:
2.根据权利要求1所述的一种空间调制系统中的功率控制因子选择方法，其特征在于:S4所述得到估计信道信息H的方法为:通过比较候选功率控制矩阵每一个组合下(共K个组合)等效星座点间的最小欧氏距离dmin(k)，选取最小欧式距离dmin(k)最大的一组对应的功率控制因子k*作为最佳组合。
3.根据权利要求1所述的一种空间调制系统中的功率控制因子选择方法，其特征在于:S4所述计算dmin(k)的具体方法如下::由于空间调制系统的特殊性，两个不同的发射信号叉^口叉^-表示为:^ = !^…，#',…,0]和X广[O,…* X】，O,…，O]，其中Jf和T:!分别表示第i根和第j根天线上的来自对应星座的m和η星座点，每一传输时刻每根激活天线选择一个功率控制因子Piu, k = 1,2,..., K; I = I, 2..., Nt,且保证平均传输功率不变，即 满足
【文档编号】H04L27/34GK103731243SQ201310754146
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】龚丽莎, 龚赛丹, 余旖, 肖悦, 李慧蕾, 李婧 申请人:电子科技大学