一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)，具體的說是涉及一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法。本發(fā)明的主要通過對星座符號鄰域進行特定子集的選取，然后進行首次遍歷搜索，從而根據(jù)選擇的M個最小歐式距離結(jié)果確定激活發(fā)射天線的比特信息或具有最小歐氏距離的那個組合對應(yīng)的符號所在象限判定發(fā)射符號所在的象限，而后進行二次搜索。本發(fā)明通過四個象限的特定子集的選取進行首次遍歷，可以降低搜索的可能檢測發(fā)送信號數(shù)目，從而有效降低了接收機的檢測復(fù)雜度，并在較低復(fù)雜度的情況下獲取較優(yōu)的檢測性能。本發(fā)明尤其適用于空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法。
【專利說明】一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)，具體的說是涉及一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空間調(diào)制(Spatial Modulation, SM)技術(shù)將一定數(shù)目的信息比特分成兩部分，一部分用于選擇將要激活的發(fā)射天線，另一部分用于調(diào)制映射成星座符號，并將映射的星座符號通過選擇的發(fā)射天線進行傳輸，未被選擇的發(fā)射天線則靜默。采用SM技術(shù)可以避免MIMO(Multiple-1nputMultiple-Output,多輸入多輸出)系統(tǒng)中存在的信道間干擾及發(fā)射天線同步的問題。SM系統(tǒng)每次只激活一根發(fā)射天線，其他的發(fā)射天線則靜默。而廣義空間調(diào)制系統(tǒng)(Generalized Spatial Modulation, GSM)技術(shù)可選擇多根發(fā)射天線，并在不同的發(fā)射天線上傳輸不同的星座符號。這是兩種系統(tǒng)的區(qū)別?；诳臻g調(diào)制的MMO接收機進行檢測時，需要同時確認激活發(fā)射天線的比特信息和調(diào)制成星座符號并通過激活的發(fā)射天線進行傳輸?shù)谋忍匦畔?。具有最?yōu)的檢測性能的檢測方法是ML (Maximum Likelihood)檢測，即對所有可能的發(fā)射天線與發(fā)射符號的組合進行遍歷式搜索，因此目前的ML檢測算法的復(fù)雜度隨著總發(fā)射天線數(shù)的增加和調(diào)制階數(shù)的提高而呈現(xiàn)指數(shù)增長

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的，就是針對傳統(tǒng)ML檢測算法在較多發(fā)射天線數(shù)和較高調(diào)制階數(shù)時存在的高復(fù)雜的度問題，提出一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]a.對需要發(fā)送的信源數(shù)據(jù)分流，具體為:分別將每一幀數(shù)據(jù)的一部分用于選擇發(fā)射天線組合，其另一部分?jǐn)?shù)據(jù)用于映射調(diào)制星座符號；
[0006]b.發(fā)射機分別根據(jù)每一幀數(shù)據(jù)選擇的發(fā)射天線，對該幀數(shù)據(jù)映射的調(diào)制星座符號進行發(fā)射；
[0007]c.接收機接收到發(fā)射機發(fā)射的信號后，確定發(fā)射機選用的天線和該天線發(fā)射的星座符號，具體方法為:將發(fā)射空間劃分為四個象限，并在每個象限中選取部分坐標(biāo)構(gòu)成坐標(biāo)集，將坐標(biāo)集與發(fā)射天線的所有組合進行遍歷得到歐氏距離值，并將歐氏距離值進行排序，排序后從小到大選擇部分歐氏距離值，并判斷該部分歐氏距離值對應(yīng)的發(fā)射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發(fā)射機采用的發(fā)射天線，然后遍歷星座符號，具有最小歐氏距離的組合對應(yīng)的星座符號為發(fā)射符號，若否，選擇最小歐氏距離值對應(yīng)的坐標(biāo)所在象限，遍歷該象限所有的星座符號和發(fā)射天線的組合信息得到歐氏距離值，則根據(jù)最小歐氏距離值對應(yīng)的組合信息得到激活天線索引和發(fā)射信息。
[0008]具體的，步驟c的具體方法為:
[0009]cl.設(shè)接收機接收的信號為y,y是NkX I的列向量,可表示為:y = Hx+n = Hksk+n,其中Nk為接收天線數(shù)量，H為MMO系統(tǒng)的信道矩陣，X為廣義空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)送信號，η為均值為O、方差為σ 2的加性高斯白噪聲，Sk指所選擇的第k個發(fā)射天線下所發(fā)送的調(diào)制星座符號數(shù)據(jù)，設(shè)發(fā)射天線共有4根，選取四個象限中16個坐標(biāo)構(gòu)成子集Z =(±2±6i, ±2±2i, ±6±2i, ±6±6i),對選取的點集與發(fā)射天線進行遍歷得到歐氏距尚值，共有16*4 = 64個組合得到64個歐氏距離值，將該64個歐氏距離值按從小到大的順序排序，排序后取與前4個歐氏距離值相對應(yīng)的發(fā)射符號與發(fā)射天線的組合；判斷這4個發(fā)射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發(fā)射機采用的發(fā)射天線，然后遍歷整個調(diào)制星座空間與該判定的激活天線索引的發(fā)射組合，得到2*64 = 128個歐氏距離值，其中最小的歐氏距離值對應(yīng)的發(fā)射組合的發(fā)射符號為發(fā)射機發(fā)射的星座符號，若否，則判定最小歐氏距離值對應(yīng)的坐標(biāo)所在象限為發(fā)射端發(fā)射天線和發(fā)射符號所在的象限，遍歷該象限內(nèi)的星座符號與發(fā)射天線的組合信息，根據(jù)最小歐氏距離對應(yīng)的組合信息得到發(fā)射天線和發(fā)射符號信息。
[0010]本發(fā)明的有益效果為，能有效降低ML檢測過程中的遍歷次數(shù)，從而有效降低接收機的檢測復(fù)雜度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是空間 調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)射過程示意圖；
[0012]圖2是64QAM調(diào)制時，以第一象限為例選取的一個符號集不意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0014]本發(fā)明的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法，主要通過對星座符號鄰域進行特定子集的選取，然后進行首次遍歷搜索，從而根據(jù)選擇的M個最小歐式距離結(jié)果確定激活發(fā)射天線的比特信息或具有最小歐氏距離的那個組合對應(yīng)的符號所在象限判定發(fā)射符號所在的象限，而后進行二次搜索。本發(fā)明通過四個象限的特定子集的選取進行首次遍歷，可以降低搜索的可能檢測發(fā)送信號數(shù)目，從而有效降低了接收機的檢測復(fù)雜度，并在較低復(fù)雜度的情況下獲取較優(yōu)的檢測性能。
[0015]為更好地對本發(fā)明進行說明，先介紹本發(fā)明技術(shù)方案所用到的術(shù)語和廣義空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機。
[0016]激活的發(fā)射天線:指在發(fā)射機Nt根發(fā)射天線中任意選取I根進行符號傳輸，其他的天線靜默。選取的用于發(fā)送信息符號的天線稱為激活的發(fā)射天線，未被選擇的稱為靜默的發(fā)射天線。
[0017]信道矩陣:假設(shè)每個發(fā)射天線與每個接收天線之間均為平坦衰落信道，則MMO系統(tǒng)的信道矩陣為:
[0018]
(Jt/7 、
nIl …nINj
H=: 、:[0019]其中，Nk為空間調(diào)制系統(tǒng)接收機的接收天線數(shù)量，hu為第j (I ( j小于等于Nt)根發(fā)射天線到第i (I < i < Nk)根接收天線的衰落系數(shù)且服從均值為0，方差為I的復(fù)高斯分布。
[0020]等效歐氏距離:等于發(fā)射信號X經(jīng)過信道H后與接收信號向量Y的弗羅貝尼烏斯范數(shù)，即等效歐氏距離dEu。= I |y_Hx| |F。
[0021]最大似然準(zhǔn)則判決:指在可能的發(fā)射信號中選擇使等效歐氏距離或其平方值最小的信號向量作為判決結(jié)果。
[0022]定理1:假設(shè)Nk為系統(tǒng)的接收天線數(shù)目，σ 2為加性高斯白噪聲的方差，若檢測發(fā)送信號i滿足|y-Hx|f<7VRa2，則認為該檢測信號j是檢測正確的，是可靠的，具體推導(dǎo)
見 Fan Wang, Yong Xiong, Xiumei Yang，“Approximate ML Detection Based on MMSE forMIMO Systems, ^PIERSonlinej vol.3，n0.4，pp.475-480，2007。
[0023]在空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機與接收機之間共享發(fā)射天線映射表和星座映射表。設(shè)MMO系統(tǒng)的發(fā)射機有隊個發(fā)射天線，從中選擇一根天線發(fā)送數(shù)據(jù)，總共存在Nt個選擇，選擇其中
^ = 2Ll0fc(^)J個用于發(fā)射天線組合映射表的設(shè)計，L.」表示向下取整。圖1是空間調(diào)制系統(tǒng)
發(fā)射機的發(fā)射過程示意圖。星座映射表可以根據(jù)工程應(yīng)用的實際情況進行設(shè)置。如圖1所示，空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)射過程包括以下步驟: [0024]SlOl:假設(shè)需要發(fā)送的數(shù)字化二進制信源數(shù)據(jù)中一幀數(shù)據(jù)為u = (U1, U2,…，Ul)，其中L為幀大小,例如設(shè)一幀數(shù)據(jù)為u = 10001110，發(fā)射天線數(shù)為4 ；
[0025]S102:對數(shù)據(jù)進行分流，將一部分?jǐn)?shù)據(jù)~=(it, ,U2’…’ ?/,),/, =L1Og2(A)J用于選
擇相應(yīng)的發(fā)射天線組合，另一部分?jǐn)?shù)據(jù)u2 = (uh+1,u2,..., uL=h+h), I2 = L-11 = 1g2(M)用于
映射調(diào)制星座符號，其中M為調(diào)制階數(shù)則該幀數(shù)據(jù)分流后，例如數(shù)據(jù)u = 10001110中用于選擇發(fā)射天線組合部分U1 = 10,用于映射64QAM調(diào)制星座符號部分U2 = 001110 ；
[0026]S103:根據(jù)U1映射激活的發(fā)射天線；例如根據(jù)發(fā)射天線映射表，10對應(yīng)的激活的發(fā)射天線為第三根；
[0027]S104:根據(jù)U2映射調(diào)制星座符號，得到調(diào)制星座符號數(shù)據(jù)s ;例如根據(jù)星座映射表，001110對應(yīng)的調(diào)制星座符號為-Ι+i，調(diào)制星座符號數(shù)據(jù)S = -5+1 ；
[0028]S105:選擇步驟S103得到的發(fā)射天線對步驟S104得到的調(diào)制星座符號數(shù)據(jù)進行發(fā)射。則發(fā)送信號可表示為X= (0，0，S，0)T，其中，(*”表示矩陣的轉(zhuǎn)置，發(fā)送信號X擁有Nt個元素，但只有I個非零值，且非零元素所在位置為映射表中選擇激活的發(fā)射天線所對應(yīng)的索引；例如根據(jù)u = 10001110得到的發(fā)射信號為X = (O, O, -5+i, 0)τ ;發(fā)射機將發(fā)送信號X發(fā)送給接收機；
[0029]S201:接收機的接收信號記為y，7是NkX I的列向量，可表示為:
[0030]y = Hx+n = Hksk+n
[0031]其中Nk為接收天線數(shù)量，H為MMO系統(tǒng)的信道矩陣，x為廣義空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)送信號，η為均值為O、方差為σ 2的加性高斯白噪聲，sk指所選擇的第k個發(fā)射天線下所發(fā)送的調(diào)制星座符號數(shù)據(jù)；
[0032]S202:以64QAM調(diào)制為例，如圖2示，選取第一象限的特定子集可以選擇為如下4個符號的子集(2+6i，2+2i, 6+2i, 6+6i)，則第二、三、四象限可分別類似選取，分別為(-2+6i, -2+2i, -6+2i, _6+6i)、(-2-6i, ~2~2i, ~6~2i, _6_6i)及(2~6i, 2~2i, 6_2i, 6_6i)，則 Z = (±2±6i, ±2±2i, ±6±2i, ±6±6i)；
[0033]S203:對選取的子集與發(fā)射天線的所有16*4 = 64種組合進行遍歷，如其中的一種組合為(0，2+6i，0，O)。對得到的64個歐氏距離值進行排序，取前M(M> 2)個最小值及與之對應(yīng)的發(fā)射符號與發(fā)射天線的組合。若這M個組合的激活天線索引一致，如均為第2根發(fā)射天線，則認為發(fā)射端激活的是第2根發(fā)射天線，對應(yīng)的信息比特為01 ;然后在此基礎(chǔ)上遍歷星座符號，則共有2*64 = 128種，具有最小歐氏距離的組合對應(yīng)的星座符號判定為發(fā)射符號，如(0，1+i, O, O)是最小歐氏距離對應(yīng)的發(fā)射組合,則判定Ι+i為發(fā)射端發(fā)射的星座符號；若不一致，則根據(jù)最小歐氏距離的那一個組合對應(yīng)的符號所在的象限判定為發(fā)射符號所在的象限，如對應(yīng)的發(fā)射符號為3-5i，然后遍歷第四象限的16個調(diào)制星座點與所有發(fā)射天線的發(fā)射組合，即4*16 = 64個組合，最小歐式距離對應(yīng)的發(fā)射組合即為發(fā)射端的發(fā)射組合，如最小歐式距離對應(yīng)的發(fā)射組合為(3_7i，0，0，0)，則判定發(fā)射端激活天線索引為1，發(fā)射符號為3-7i。
[0034]S204:對S203中兩種情況下進行的二次搜索的歐式距離值均選取最小者對應(yīng)的組合，判定發(fā)射符號為該最小歐式距離對應(yīng)的星座符號點，對其進行解調(diào)得到相應(yīng)的比特信息，判定激活天線的索引為該組合對應(yīng)的激活天線。激活發(fā)射天線的比特信息與調(diào)制成星座符號的比特信息放在一起便構(gòu)成了發(fā)射端發(fā)送的二進制比特流。
【權(quán)利要求】
1.一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: a.對需要發(fā)送的信源數(shù)據(jù)分流，具體為:分別將每一幀數(shù)據(jù)的一部分用于選擇發(fā)射天線組合，其另一部分?jǐn)?shù)據(jù)用于映射調(diào)制星座符號； b.發(fā)射機分別根據(jù)每一幀數(shù)據(jù)選擇的發(fā)射天線，對該幀數(shù)據(jù)映射的調(diào)制星座符號進行發(fā)射； c.接收機接收到發(fā)射機發(fā)射的信號后，確定發(fā)射機選用的天線和該天線發(fā)射的星座符號，具體方法為:將發(fā)射空間劃分為四個象限，并在每個象限中選取部分坐標(biāo)構(gòu)成坐標(biāo)集，將坐標(biāo)集與發(fā)射天線的所有組合進行遍歷得到歐氏距離值，并將歐氏距離值進行排序，排序后從小到大選擇部分歐氏距離值，并判斷該部分歐氏距離值對應(yīng)的發(fā)射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發(fā)射機采用的發(fā)射天線，然后遍歷星座符號，具有最小歐氏距離的組合對應(yīng)的星座符號為發(fā)射符號，若否，選擇最小歐氏距離值對應(yīng)的坐標(biāo)所在象限，遍歷該象限所有的星座符號和發(fā)射天線的組合信息得到歐氏距離值，則根據(jù)最小歐氏距離值對應(yīng)的組合信息得到激活天線索引和發(fā)射信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制系統(tǒng)檢測方法，其特征在于，步驟c的具體方法為: cl.設(shè)接收機接收的信號為y, y是NkX I的列向量,可表示為:y = Hx+n = Hksk+n,其中Nk為接收天線數(shù)量，H為MMO系統(tǒng)的信道矩陣，X為廣義空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)送信號，η為均值為O、方差為σ 2的加性高斯白噪聲，Sk指所選擇的第k個發(fā)射天線下所發(fā)送的調(diào)制星座符號數(shù)據(jù)，設(shè)發(fā)射天線有4根，選取四個象限中16個坐標(biāo)構(gòu)成子集Z =(±2±6i, ±2±2i, ±6±2i, ±6±6i),對選取的點集與發(fā)射天線進行遍歷得到歐氏距尚值，共有16*4 = 64個組合得到64個歐氏距離值，將該64個歐氏距離值按從小到大的順序排序，排序后取與前4個歐氏距離值相對應(yīng)的發(fā)射符號與發(fā)射天線的組合；判斷這4個發(fā)射天線的激活天線索引是否一致，若是，則該激活天線索引為發(fā)射機采用的發(fā)射天線，然后遍歷整個調(diào)制星座空間與該判定的激活天線索引的發(fā)射組合，得到2*64 = 128個歐氏距離值，其中最小的歐氏距離值對應(yīng)的發(fā)射組合的發(fā)射符號為發(fā)射機發(fā)射的星座符號，若否，則判定最小歐氏距離值對應(yīng)的坐標(biāo)所在象限為發(fā)射端發(fā)射天線和發(fā)射符號所在的象限，遍歷該象限內(nèi)的星座符號與發(fā)射天線的組合信息，根據(jù)最小歐氏距離對應(yīng)的組合信息得到發(fā)射天線和發(fā)射符號信息。
【文檔編號】H04W24/02GK103987068SQ201410239967
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】肖悅, 張云嬌, 范世文, 何旭, 李少謙 申請人:電子科技大學(xué)