本发明涉及通信
技术领域：
，更具体地，涉及基于空间调制的动态导频规划方法及装置。
背景技术：
：多入多出天线(multi-inputmulti-output,mimo)系统是一种接收机和发射机均采用多根天线通信的无线通信系统。基于mimo系统可以得到一种新型调制技术即空间调制(spatialmodulation,sm)技术。具体地，sm技术中，发射机仅使用一根天线来发送符号，并将所使用天线的编号用于调制信息，根据信道矩阵解调信息。sm技术的具体实现方式为：首先，将待传输的比特流分为sm块，对应每次传输的sm符号。每个sm块中的比特又分为两部分，一部分用于确定所使用的天线编号，另一部分用于确定在该天线上传输的幅度相位调制(amplitudeandphasemodulation,apm)符号，如qpsk,bpsk等。每次发端的发送向量由这两部分比特共同决定。在mimo系统中，假设信道为一收端天线数nr乘以发端天线数nt的复数矩阵，即对信道矩阵h有：另外，假设发端发送向量为列向量x，其维度为发端天线数nt；收端接收向量为列向量y，维度为收端天线数nr；接收机天线的热噪声为v，其每个元素都服从独立同分布的复高斯分布，均值为0，方差为1；信噪比为ρ。那么，该mimo系统的传输模型为：进一步地，在与上述mimo系统对应的sm系统中，假定对应的发送向量为xj,m，其维度为发端天线数nt。其中，j代表所选择的天线的编号，m代表apm星座图中的符号sm的编号。那么，发送向量可以表示为：xj,m＝[0，0，…，sm，…，0，0]t。上式中，向量xj,m只有第j个元素非零，其余元素均为0。这时，假定信道矩阵h被表示为：其中，表示组成h的各个列向量。因此，由上述过程可知，在sm系统中，传输模型最终可以表示为：从上式中可以看出，只有信道矩阵h的第j列hj对接收信号y产生了贡献，这是因为我们在传输过程中只是用了发射机的第j个天线。对于接收机，通常使用性能较好的最大似然(maximumlikelihood,ml)解调算法，如下所示：其中代表解调出的天线编号，代表解调出的apm符号编号。一般sm系统采用的帧结构如图2所示，每一帧分为两个阶段，分别为导频发送阶段和数据传输阶段。在导频阶段，发射机发送导频向量用于信道估计；在数据传输阶段，发射机传输数据。由于每次发射导频只能估计信道矩阵的一列，因此通常在每一帧中，导频阶段占有nt个时间槽。假设一帧中总共的时间槽数目为l，可以定义导频比η为每一帧中的导频时间槽数量与总时间槽数目之比：对于传统的信道估计方法，假定在时间槽n时，发射的导频向量为q(n)可以表示为：q(n)＝[0,0,…1…,0]t,1≤n≤nt。其维度为发端天线数nt，第j个元素为1，其余元素为0。结合上述sm系统中的传输模型最终表示方式可知，发射机发送的导频向量，经信道传输后，被接收机接收到的向量为：其中v(n)代表在时间槽n的接收机热噪声，ρ为信噪比。基于最小二乘法，利用y(n)可以估计原始信道矩阵的第j列：由上可知，经过1个时间槽可以估计信道矩阵的1列，因此，经过nt个时间槽便可估计出原始信道矩阵h。对于传统的信道估计方法，一般假定信道在一个数据帧内不再变化，因此在导频阶段估计信道完成后，在同一帧内不再更新信道矩阵，即认为：但由于信道时变性的存在，基于传统信道估计方法的sm系统在时变信道下会出现信道估计误差过大，进而导致数据传输过程中误码率的增高，系统性能下降。因此，需要较高的导频比来保证信道估计误差较小，进而保证数据传输的误码率较小，但较高的导频比会严重影响数据传输的效率。技术实现要素：本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于空间调制的动态导频规划方法及装置。根据本发明的一个方面，提供一种基于空间调制的动态导频规划方法，该方法包括：s1，基于发端发送的符号，利用数据辅助信道追踪方法进行信道估计，获取目标信道矩阵；s2，根据所述目标信道矩阵计算出信道时变参数；s3，根据所述信道时变参数获得导频比。根据本发明的另一个方面，提供一种基于空间调制的动态导频规划装置，该装置包括：数据辅助信道追踪模块，用于基于发端发送的符号，利用数据辅助信道追踪方法进行信道估计，获取目标信道矩阵；信道时变参数计算模块，用于根据所述目标信道矩阵计算出信道时变参数；导频比获取模块，用于根据所述信道时变参数获得导频比。本申请提出的基于空间调制的动态导频规划方法，通过基于发端发送的符号，利用数据辅助信道追踪方法进行信道估计，获取目标信道矩阵，减小了估计信道和真实信道间的误差，从而保证sm系统在时变信道下性能的稳定性和数据传输的准确率，通过根据所述目标信道矩阵计算出信道时变参数，根据所述信道时变参数获得导频比，实现了在保证sm系统在时变信道下性能的稳定性和数据传输的准确率的同时，选取尽可能小的导频比，提高数据传输的效率。附图说明图1为根据本发明基于空间调制的动态导频规划方法的流程图；图2为根据本发明实施例一的空间调制系统使用的帧结构的示意图；图3为根据本发明实施例一的传统信道估计方法示意图；图4为根据本发明实施例一的数据辅助信道追踪方法示意图；图5为根据本发明实施例一的动态导频调整的示意图；图6为根据本发明的传统信道估计方法与动态导频规划方法的信道估计误差随时间变化的对比图；图7为根据本发明的传统信道估计方法与动态导频规划方法在不同导频比下的误码率对比图；图8为根据本发明的传统信道估计方法与动态导频规划方法的误码率随α的变化曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。根据本发明的一个方面，提供一种基于空间调制的动态导频规划方法，如图1所示。图1为根据本发明基于空间调制的动态导频规划方法的流程图。该方法包括：s1，基于发端发送的符号，利用数据辅助信道追踪方法进行信道估计，获取目标信道矩阵；s2，根据所述目标信道矩阵计算出信道时变参数；s3，根据所述信道时变参数获得导频比。作为本发明的一种实施例，所述步骤s1中基于发端发送的符号，利用数据辅助信道追踪方法进行信道估计，获取目标信道矩阵进一步包括：s101，在导频发送阶段，接收机基于发端发送的导频向量利用传统信道估计方法进行信道估计，获取原始信道矩阵；s102，在数据传输阶段，所述接收机基于发端发送的数据向量和所述原始信道矩阵利用最大似然解调算法获取天线编号和apm符号编号；s103，基于所述天线编号和apm符号编号更新所述原始信道矩阵，获取目标信道矩阵。作为本发明的一种实施例，所述步骤s2中根据所述目标信道矩阵计算出信道时变参数进一步包括：根据相邻时间槽的目标信道矩阵变化量在数据传输阶段的平均值计算信道时变参数。作为本发明的一种实施例，所述步骤s3中，所述根据信道时变参数获得导频比进一步包括：s301，将所述信道时变参数反馈给发射机；s302，所述发射机根据所述信道时变参数确定帧内导频比，并根据一个超帧内各帧对应的帧内导频比计算获得超帧导频比，在下一超帧的每一帧中均发送所述超帧导频比。作为本发明的一种实施例，所述步骤s103中所述原始信道矩阵的更新公式如下：其中，为更新的目标信道矩阵的第列，为所述获得的天线编号，为apm符号编号对应的符号,ρ为信噪比，y为接收机接收到的向量。作为本发明的一种实施例，所述步骤s2中信道时变参数ε计算方式如下：其中，ε为信道时变参数，l为一帧的时间槽数目，nt为发端天线的数目，n代表第n个时间槽，代表第n个时间槽的目标信道矩阵。作为本发明的一种实施例，所述步骤s302中，所述发射机根据所述信道时变参数确定帧内导频比进一步包括：预先定义帧内导频比的可能取值；根据所述接收机反馈给所述发射机的所述信道时变参数，在所述预先定义帧内导频比的可能取值中选取满足条件的取值作为帧内导频比。作为本发明的一种实施例，所述步骤s302中，所述发射机根据所述信道时变参数确定帧内导频比进一步包括：根据所述接收机反馈给所述发射机的所述信道时变参数，计算出帧内导频比。基于上述方法，本发明提供一种基于空间调制的动态导频规划方法的实施例一，包括：s401，在导频发送阶段，接收机基于发端发送的导频向量利用传统信道估计方法进行信道估计，获取原始信道矩阵；s402，在数据传输阶段，所述接收机基于发端发送的数据向量和所述原始信道矩阵利用最大似然解调算法获取天线编号和apm符号编号；s403，基于所述天线编号和apm符号编号更新所述原始信道矩阵，获取目标信道矩阵：其中，为更新原始信道矩阵的第列获取的目标信道矩阵的第列，为所述获得的天线编号，为apm符号编号对应的符号,ρ为信噪比，y为接收机接收到的向量。s404，根据相邻时间槽的目标信道矩阵变化量在数据传输阶段的平均值计算信道时变参数，计算公式如下：其中，ε为信道时变参数，l一帧的时间槽数目，nt为发端天线的数目，n代表第n个时间槽，代表第n个时间槽的目标信道矩阵。s405，预先定义帧内导频比的可能取值；s406，根据所述接收机反馈给所述发射机的所述信道时变参数，在所述预先定义帧内导频比的可能取值中选取满足条件的取值作为帧内导频比，并根据一个超帧内各帧对应的帧内导频比计算获得超帧导频比，在下一超帧的每一帧中均发送所述超帧导频比。在本实施例中，假设在sm系统中，发端天线数为nt，收端天线数为nr。sm系统采用的帧结构，如图2所示。图2为根据本发明实施例一的空间调制系统使用的帧结构的示意图。其中，每一帧的发送分为两个阶段：导频发送阶段和数据传输阶段。如上述实施例一中的方法所述，该方法包括：s401，在导频发送阶段，接收机基于发端发送的导频向量利用传统信道估计方法进行信道估计，获取原始信道矩阵。具体地，获取原始信道矩阵的过程如下：假定在时间槽n时，发射的导频向量为q(n)可以表示为：q(n)＝[0,0,…1…,0]t,1≤n≤nt。其维度为发端天线数nt，第j个元素为1，其余元素为0。结合上述sm系统中的传输模型最终表示方式可知，发射机发送的导频向量，经信道传输后，被接收机接收到的向量为：其中v(n)代表在时间槽n的接收机热噪声，ρ为信噪比。基于最小二乘法，利用y(n)可以估计原始信道矩阵的第j列：由上可知，经过1个时间槽可以估计信道矩阵的1列，因此，经过nt个时间槽便可估计出原始信道矩阵h。其中，传统信道估计方法示意图如图3所示。如上述实施例一中的方法所述，该方法还包括：s402，在数据传输阶段，所述接收机基于发端发送的数据向量和所述原始信道矩阵利用最大似然解调算法获取天线编号和apm符号编号。具体地，获取天线编号和apm符号编号过程如下：假定发送的数据向量为xj,m，其维度为发端天线数nt。其中，j代表所选择的天线的编号，m代表apm星座图中的符号sm的编号。那么，数据向量可以表示为：xj,m＝[0，0，…，sm，…，0，0]t。上式中，向量xj,m只有第j个元素非零，其余元素均为0。结合上述sm系统中的传输模型最终表示方式可知，发射机发送的数据向量，经信道传输后，被接收机接收到的向量为：其中v(n)代表在时间槽n的接收机热噪声，ρ为信噪比，hj(n)为导频发送阶段已估计出的原始信道矩阵的第j列。根据上述被接收机接收到的向量，基于最大似然解调算法，获取天线编号和apm符号编号如上述实施例一中的方法所述，该方法还包括：s403，根据所述天线编号和apm符号编号更新所述原始信道矩阵：其中，为更新原始信道矩阵的第列获取的目标信道矩阵的第列，为所述获得的天线编号，为apm符号编号对应的符号,ρ为信噪比，y为接收机接收到的向量。具体地，根据上述获得的apm符号编号获取apm符号根据上述获得的天线编号和apm符号利用上述公式更新原始信道矩阵。上述步骤s401-s403利用数据辅助信道追踪方法获取了目标信道矩阵。其中，数据辅助信道追踪方法如图4所示。如上述实施例一中的方法所述，该方法还包括：s404，根据相邻时间槽的目标信道矩阵变化量在数据传输阶段的平均值计算信道时变参数，计算公式如下：其中，ε为信道时变参数，l一帧的时间槽数目，nt为发端天线的数目，n代表第n个时间槽，代表第n个时间槽的目标信道矩阵，的分子为相邻时间槽信道矩阵的变化量，分母为后一时间槽信道矩阵的2范数，用于归一化分子所表示的信道变化量。如上述实施例一中的方法所述，该方法还包括：s405，将所述信道时变参数反馈给发射机；具体地，反馈给发射机的信道时变参数用于确定下一帧的导频比。如上述实施例一中的方法所述，该方法还包括：s406，所述发射机根据所述信道时变参数确定导频比，根据一个超帧内的各个帧所得的导频比计算最终导频比，，在下一超帧的每一帧中均发送所述超帧导频比。在本实施例中，需要说明的是，由于每次发射导频向量只能估计信道矩阵的一列，因此，通常在每一帧中，导频阶段占有nt个时间槽。假设一帧中总共的时间槽数目为l，可以定义一帧中的导频比η为一帧中的导频时间槽数量与总时间槽数目之比：在本实施例中，具体地，根据ε确定导频比η的方法为：预先定义导频比η的可能取值，如：η∈{0.2,0.1,0.05}，接收机向发射机反馈信道时变性参数ε，发射机根据该参数从预先定义的导频比中决定η的取值，具体如：由上述信道时变性参数ε计算公式可知，信道时变性越大，信道时变性参数ε越大。因此，信道时变性较高即ε较大时，η选取较大的取值；信道时变性较低即ε较小，η选取较小的取值。那么，最终导频比由一个超帧内的导频比η计算而得。具体计算为取平均值。此外，计算方式还可以取极值，在此不做限定。上述过程实现了导频比的动态调整。动态导频调整的示意图如图5所示。传输过程中，在发端，发射机首先向接收机发送包含本次传输所使用的导频比的配置信息。之后，发射机开始发送导频和传输数据。在收端，接收机同时解调数据和计算信道时变性参数ε，待数据传输完成，信道时变性参数ε也已获得，将ε反馈给发射端。发射机根据接收机反馈的ε，来重新确定导频比，作为下一次传输的配置信息，从而实现导频的动态规划。基于上述方法，本发明提供一种基于空间调制的动态导频规划方法的实施例二，该方法包括：上述实施例一中的步骤s401-s405；该方法还包括：s506,根据所述接收机反馈给所述发射机的所述信道时变参数，计算出帧内导频比。在本实施例中，具体地，根据ε确定导频比η的方法为：根据信道时变性参数ε，接收机或者发射机直接计算一个特定的导频比，具体如：对于上述方法，需要说明的是，信道矩阵的不断更新使得接收机所估计的信道矩阵和真实的信道矩阵之间的误差不会因为信道的时变性而变得过大，进而显著地降低误码率，同时也可以减小导频比，获得更高的数据传输速率。但上述情况的前提是必须保证接收机的解调正确，否则解调错误会导致估计信道与真实信道之间的误差变得更大。因此，通常保证信噪比不低于8db以避免解调出现错误。此外，为了对比传统信道估计方法与数据辅助信道追踪方法的优劣，以及分析传统信道估计方法和动态导频规划方法中误码率与时间、信道变化速率的关系。基于上述方法进行了仿真，仿真中具体参数的设置如表1所示。仿真中采用的信道矩阵模型如下：其中，α为信道变化速率，其可能取值为0.97，0.98，0.99。同时，假定初始时刻的信道矩阵h(0)与之后每一个时刻的信道变化矩阵h′(n)中的元素都服从独立同分布的复高斯分布，其均值为0，方差为1。具体地，在本实施例中，通过仿真获取了信道估计误差与时间的关系。其中，信道估计误差为接收机估计出的信道与真实信道之间的误差，即：此处通过计算衡量向量e(n)的大小。选用的信道变化速率为0.97，即：α＝0.97。表1仿真具体参数发射机天线数4接收机天线数8信道变化速率取值范围0.90～0.99信噪比取值范围0db～30db导频比取值范围{0.05，0.1，0.2}幅度相位调制方式qpsk接收机解调方式最大似然估计算法如图6所示，图6为根据本发明的传统信道估计方法与动态导频规划方法的信道估计误差随时间变化的对比图，即3种不同信噪比下传统的信道估计方法和动态导频规划方法的信道估计误差随时间的变化情况。其中，3种不同信噪比为：5db，15db，30db。图7中，3条带圆圈标识的曲线代表传统信道估计方法在3种信噪比下信道估计误差随时间的变化情况。由此可知，传统信道估计方法在3种信噪比下信道估计误差均随时间推移而逐渐变大，且在高信噪比下(15db，30db)的表现区别不大。图5中，3条普通的曲线代表动态导频规划方法在3种信噪比下信道估计误差随时间的变化情况。由此可知，在高信噪比下(15db，30db)，动态导频规划方法对信道估计误差的控制有明显效果，随时间的推移仅出现较小的增幅；在低信噪比下(5db)，由于接收机的解调结果错误率较大，导致更新后的信道与真实信道误差较大，因而动态导频规划方法对信道估计误差的控制无明显效果，表现与传统方法相近。由上可知，图6的仿真结果与上述动态导频规划方法在较高信噪比效果显著的结论一致：使用动态导频规划方法，相比传统方法，在信噪比相对较高的情况下可以显著地限制信道估计误差。具体地，在本实施例中，还通过仿真获取了不同导频比下，动态导频规划方法和传统信道估计方法中的误码率情况。如图7所示，图7为根据本发明的传统信道估计方法与动态导频规划方法在不同导频比下的误码率对比图，即在3种不同导频比下传统的信道估计方法和动态导频规划方法的误码率情况。选用的信道变化速率为0.97，即：α＝0.97该时变信道变化速率很快。图中，3条实线代表了在3种导频比下，传统信道估计方法的误码率情况；3条虚线代表了在3种导频比下，动态导频规划方法的误码率情况。两种方法对比可知，在相同导频比下，动态导频规划方法误码率相比传统的信道估计方法有明显的降低。此外，对比圆圈标识的虚线和三角标识的实线这两条误码率比较接近的曲线可知，动态导频规划方法使用导频比0.05与传统信道估计方法使用导频比0.2的误码率相近。由此可知，在相同的误码率下，使用动态导频规划方法可以明显地降低导频比，提高传输每一帧的数据率，进而获得更高的频谱效率。具体地，在本实施例中，还通过仿真获取了误码率随信道变化参数α的变化情况。如图8所示，图8为根据本发明的传统信道估计方法与动态导频规划方法的误码率随α的变化曲线。其中，采用的信噪比为15db。由图可知，α对系统的性能影响显著。对于较小的α，由于系统的误码率很高。本申请提出的基于空间调制的动态导频规划方法，通过在导频发送阶段，接收机采用传统信道估计方法进行信道估计，获取信道矩阵，通过在数据传输阶段，接收机采用解调算法获取天线编号和apm符号编号；根据天线编号和apm符号编号更新信道矩阵，减小了估计信道和真实信道间的误差，从而保证sm系统在时变信道下性能的稳定性和数据传输的准确率，根据相邻时间槽的信道矩阵变化计算信道时变参数将信道时变参数反馈给发射机，发射机根据信道时变参数确定导频比，根据一个超帧内的各个帧所得的导频比计算最终导频比，最终导频比用于下一超帧发送，实现了在保证sm系统在时变信道下性能的稳定性和数据传输的准确率的同时，选取尽可能小的导频比，从而提高数据传输的效率。根据本发明的另一个方面，提供一种基于空间调制的动态导频规划装置，该装置包括：数据辅助信道追踪模块11，用于基于发端发送的符号，利用数据辅助信道追踪方法进行信道估计，获取目标信道矩阵；信道时变参数计算模块12，用于根据所述目标信道矩阵计算出信道时变参数；导频比获取模块13，用于根据所述信道时变参数获得导频比。作为本发明的一种实施例，所述数据辅助信道追踪模块11还包括：信道估计模块111、解调模块112和信道更新模块113；所述信道估计模块111，用于在导频发送阶段，接收机基于发端发送的导频向量利用传统信道估计方法进行信道估计，获取原始信道矩阵；所述解调模块112，用于在数据传输阶段，所述接收机基于发端发送的数据向量和所述原始信道矩阵利用最大似然解调算法获取天线编号和apm符号编号；所述信道更新模块113，用于基于所述天线编号和apm符号编号更新所述原始信道矩阵，获取目标信道矩阵。本申请提出的基于空间调制的动态导频规划装置，通过信道估计模块，在导频发送阶段，接收机基于发端发送的导频向量利用传统信道估计方法进行信道估计，获取原始信道矩阵，通过解调模块，在数据传输阶段，所述接收机基于发端发送的数据向量和所述原始信道矩阵利用最大似然解调算法获取天线编号和apm符号编号；通过信道更新模块，基于所述天线编号和apm符号编号更新所述原始信道矩阵，获取目标信道矩阵，减小了估计信道和真实信道间的误差，从而保证sm系统在时变信道下性能的稳定性和数据传输的准确率，通过信道时变参数计算模块，根据相邻时间槽的信道矩阵变化计算信道时变参数，通过导频比获取模块，将信道时变参数反馈给发射机，发射机根据信道时变参数确定导频比，实现了在保证sm系统在时变信道下性能的稳定性和数据传输的准确率的同时，选取尽可能小的导频比，从而提高数据传输的效率。最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12