一种用于接收端空间调制系统的功率分配方法与流程

本发明属于通信抗干扰技术领域，涉及接收端空间调制(recievespatialmodulation,rsm)技术，功率分配(powerallocation,pa)技术，以及多输入多输出(multipleinputmultipleoutput,mimo)技术。

背景技术

随着移动用户对通信需求的飞速增长，迫切需要更高的数据速率，更高的频谱利用率和更低的实现复杂度的宽带通信技术来满足无线通信的需求。多输入多输出(multipleinputmultipleoutput,mimo)技术可以实现更高频谱利用率的宽带无线通信，但在实际应用中也存在信道间干扰、天线间同步、多射频链路、系统功耗高等问题。空间调制(spatialmodulation，sm)技术作为一种新型的多天线技术，可以缓解传统mimo传输方案中的上述缺陷，成为目前无线通信研究的热点问题。

接收端空间调制(receivespatialmodulation,rsm)作为一种改进的sm方案，与sm不同的是，rsm系统是激活所有的发射天线，通过线性预编码技术使得发射信号功率在某根选定的接收天线处聚集，而在其他接收天线处迫零，被选定的接收天线的天线索引用来传输数据。

功率分配(powerallocation，pa)技术能通过有限反馈链路来调整发射功率的分配以对抗时变信道衰落的影响，从而提高系统的性能。自适应功率分配算法不改变发射天线的调制模式，仅缩放调制后信号功率的大小。

技术实现要素：

本发明的目的，就是将功率分配技术应用到接收端空间调制系统中，并提出一种最优的闭式解，以获得系统的ber性能增益。

本发明的技术方案如下：

考虑一个nt根发射天线，nr根接收天线的mimo无线传输系统，且调制阶数为m。与传统空间调制系统类似，接收端空间调制的数据传输与接收端检测可以分为如下步骤：

1)发射端首先将待传输的比特流送入串并转换模块，经过模块后的比特流转变成信息比特块，即比特数据矩阵的形式。值得注意的是，此时矩阵每一列对应相应的发送时隙内所传送的信息比特，该列向量b的维度等于系统的传输速率m。

2)将信息比特向量b送入接收空间调制模块并将b分为b＝[b1,b2]两个部分，一部分比特用于选择一个接收天线天线序号n，剩余的比特通过传统的幅度相位调制映射成星座点sn。

3)对rsm系统映射后的传输向量进行功率分配，即乘上功率分配矩阵q。实际上，也是对接收天线进行功率分配。

4)接收端根据接收到的信号在所有可能的发射信号空间中进行遍历搜索和判决，最后通过并/串转换模块恢复出原始发送比特向量。

在每一个时隙，前b1＝log2(nr)比特用于从集合sspatial中选取一个空间星座点

sspatial＝{e0,e1,...,enr-1}

其中i＝0,...,nr-1表示单位矩阵的第i列。也就是说，rsm系统在每一个时隙有一根接收天线接收信息，其余天线只接收噪声信号。后b2＝log2(m)比特用于从集合ssignal中选取apm信号星座点

ssignal＝{s0,s1,...,si,...,sm-1}

其中m＝0,...,m-1表示功率归一化后的m阶调制符号。

因此，传输信号集合s可以表示为：

s＝{s0e0,s1e0,...,sm-1e0,...,sm-1enr-1}

功率分配辅助的接收端空间调制系统的接收信号为

y＝hpbqx+n

＝bqx+n

其中是接收信号向量，是平坦瑞利衰落信道矩阵，是发射信号向量，为高斯白噪声向量，迫零线性预编码矩阵为p＝h^h(hh^h)^-1，为迫零预编码矩阵的归一化因子对角阵，且对角线上的元素为i＝1,2,...,nr，q＝diag(q)为功率分配矩阵，为功率分配权重，其元素满足(pt为整体发射功率)。

在接收端，最大似然检测机可表示为

功率分配辅助的rsm系统基于最大似然检测的成对差错概率为

其中q(·)为q函数，λ为接收端收到的星座中具有最小欧氏距离dmin的最近邻个数。从上式可以看出，成对差错概率pe随着dmin(q)的增大而减少，且

因此，可以得到如下的优化模型，

下面给出上述优化问题的闭式解：

步骤1.计算所有可能的差错向量wi,j＝xi-xj,i≠j；

步骤2.计算所有可能的欧式距离：

步骤3.通过遍历找出满足如下条件的功率分配矩阵：

本发明的有益效果为，与传统的接收端空间调制系统模型相比，本发明的方案主要是利用有限反馈链路在发射端增加了一个功率分配模块，利用当前信道信息合理分配发射功率，使性能达到最优。在发射功率相同的情况下，与传统接收端空间调制系统相比，本发明能获得较大的ber性能提升。

附图说明

图1是本发明功率分配辅助的接收端空间调制传输结构示意图。

图2是本发明功率分配辅助的接收端空间调制系统的ber性能仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

如图1所示，本例简要展示了功率分配辅助的接收端空间调制传输结构的基本框架，可以看到与传统的接收端空间调制系统模型相比，该模型在发射端增加了一个功率分配模块，利用有限反馈链路来调整功率分配因子以应对时变信道衰落，该结构能有效地提高系统的传输速率。

本例为一个4发2收的功率分配辅助的接收端空间调制mimo通信系统，调制方式为bpsk，则调制符号码本为ssignal＝{1-1}，空间符号码本为sspatial＝{(1,0)^t,(0,1)^t}.

步骤1.计算所有可能的差错向量为：

w＝{(2,0)^t,(-2,0)^t,(0,2)^t,(0,-2)^t,(1,1)^t,(1,-1)^t,(-1,-1)^t,(-1,1)^t}

由于上述w集合中有一些向量是共线的，所以集合w可以简化为：

w＝{(2,0)^t,(0,2)^t,(1,1)^t,(1,-1)^t}

步骤2.所有可能的欧式距离为：

步骤3.通过遍历找出满足如下条件的功率分配矩阵：

仿真结果见说明书附图2，图2给出了本发明功率分配辅助的接收端空间调制mimo通信系统的ber性能，可以看出：与传统接收端空间调制系统相比，本发明的功率分配辅助的接收端空间调制系统有较好的ber性能。

综上所述：本发明将功率分配技术应用到接收端空间调制mimo通信系统中，并提出一种最优的闭式解，能获得较好的ber性能增益。