一種多輸入多輸出系統(tǒng)中的多流空移鍵控調(diào)制及解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多輸入多輸出系統(tǒng)（ΜΙΜΟ)技術(shù)、空移鍵 控調(diào)制技術(shù)（SSK)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，ΜΙΜΟ)技術(shù)作為未來無線通 信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，極大地提高了鏈路可靠性和系統(tǒng)頻譜效率（Spectrum Efficient， SE)。一個典型的MMO系統(tǒng)是貝爾實驗室提出的分層空時結(jié)構(gòu)（VBLAST結(jié)構(gòu)）。
[0003] VBLAST結(jié)構(gòu)采用多個信號在空間上進(jìn)行多路復(fù)用，所有天線在同一時刻同 時發(fā)送信號的方式。但是這種方式在增加了系統(tǒng)吞吐量的同時也產(chǎn)生了共信道干擾 (Inter-Channel Interference，ICI)，同時最佳檢測算法(ML)的復(fù)雜度隨著發(fā)射天線的增 加而呈指數(shù)上升。為了降低VBLAT檢測的復(fù)雜度，更多的次優(yōu)檢測算法被提出來。而次優(yōu)的 檢測算法需要更多的天線信息，這就要求接收天線的數(shù)目要大于或等于發(fā)送天線數(shù)目。同 時在VBLAST結(jié)構(gòu)中，檢測算法要求同一時隙的發(fā)射信號在發(fā)送端同時發(fā)送，所以發(fā)送端必 須采用天線同步（IAS)來避免系統(tǒng)性能的下降。
[0004] 為了解決上述問題，提出了空移鍵控技術(shù)（SSK !Space Shift Keying)。SSK技術(shù) 是近年來在ΜΙΜΟ領(lǐng)域提出的一種新技術(shù)。SSK技術(shù)的思路與傳統(tǒng)ΜΙΜΟ技術(shù)不同之處在于 傳統(tǒng)MIMO用APM(Amplitude/Phase Modulation)調(diào)制符號承載發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息，而 SSK用空移鍵控調(diào)制來承載發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息。經(jīng)SSK調(diào)制后，每次發(fā)射只激活天線陣 列中的某一根發(fā)射天線，該天線的十進(jìn)制天線序號承載發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信號。在接收端 只需要檢測出是哪根天線被激活傳輸，即可通過十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制的SSK解調(diào)得到此時傳輸 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。空移鍵控技術(shù)由于發(fā)射時只有一根天線被激活，所以無多信道干擾ICI存 在，同時也不需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時間同步，同時減少了 RF射頻鏈路。SSK技術(shù)與目前MMO研 宄的另一熱點技術(shù)--空間調(diào)制技術(shù)（SM :Spatial Modulation)類似，不同之處在于SSK 的二進(jìn)制比特數(shù)據(jù)承載的全部是天線序號信息，而SM的二進(jìn)制比特數(shù)據(jù)一部分承載天線 序號信息，另一部分承載傳統(tǒng)APM調(diào)制符號信息，因此SM技術(shù)可看作SSK技術(shù)的擴(kuò)展。當(dāng) 基站端天線數(shù)增加時，SSK技術(shù)一次傳輸所能承載的比特數(shù)相應(yīng)增加。當(dāng)基站引入大規(guī)模 天線陣列時，SSK技術(shù)能承載高速的單流比特數(shù)據(jù)的可靠傳輸。當(dāng)基站天線數(shù)為N t時，SSK 系統(tǒng)可傳輸高達(dá)Iog2Nt bps/Hz的高速數(shù)據(jù)。
[0005] 由此可見，SSK特別適合應(yīng)用于發(fā)送天線數(shù)較多、且收發(fā)天線數(shù)嚴(yán)重失衡的MMO 系統(tǒng)中，如大規(guī)模MMO系統(tǒng)。為了進(jìn)一步提高頻譜效率，基于增強(qiáng)型的SSK傳輸技術(shù)的研 宄也已展開，逐漸成為SSK技術(shù)的主流研宄方向。
[0006] 近年來，有研宄提出了相關(guān)的廣義空間位移鍵控技術(shù)（GSSK !Generalized Space Shift Keying)，GSSK技術(shù)同時激活兩根發(fā)送天線、傳輸3比特的增強(qiáng)型SSK傳輸方法GSSK， 其映射碼本如表1所示，頻譜效率為3bps/Hz。該方法每時刻激活的天線數(shù)固定為2,通過 激活不同的天線組合來傳輸不同的數(shù)據(jù)，不同組合代表不同狀態(tài)。因此不同狀態(tài)傳輸信號 的漢明距離都為2。而這種不同天線組合的模式通過遍歷所有天線的組合數(shù)C52而獲得漢明 距離最小的發(fā)送方案。該方法是一種聯(lián)合發(fā)送方案，通過同時激活多根發(fā)射天線的不同組 合來聯(lián)合承載所發(fā)送的比特數(shù)，每根發(fā)射天線并不承載具體的發(fā)送數(shù)據(jù)，是一種聯(lián)合承載 的形式。
[0007] 為了進(jìn)一步提高頻譜效率，有研宄通過將GSSK技術(shù)和SM技術(shù)相結(jié)合提出了廣義 的空間調(diào)制技術(shù)（GSM:Generalised Spatial Modulation)，GSM技術(shù)是在SSK技術(shù)的基礎(chǔ) 上采用同一時刻激活nt根發(fā)射天線（I Nt)，通過不同的天線組合攜帶一部分二進(jìn)制 比特數(shù)據(jù)，另一部分比特數(shù)據(jù)承載在傳統(tǒng)的APM調(diào)制符號上，因此，GSM技術(shù)可看作GSSK技 術(shù)與SM技術(shù)的結(jié)合。
[0008] 從以上研宄情況來看，增強(qiáng)型的SSK的研宄大多限于將發(fā)送數(shù)據(jù)與激活天線進(jìn)行 聯(lián)合設(shè)計，每根被激活的發(fā)送天線的序號并不承載具體的發(fā)送數(shù)據(jù)。因此以上方法都是通 過所激活天線的不同組合來承載對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，雖然比傳統(tǒng)的SSK傳輸具有更高的頻 譜效率，但是依然無法滿足未來5G通信中對更高頻率效率的需求，并且，以上方法在發(fā)送 端進(jìn)行發(fā)送時需要碼本進(jìn)行映射，當(dāng)天線數(shù)增多時天線的組合數(shù)急劇增大，碼本變得很大， 浪費了發(fā)送端的資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提出一種提高現(xiàn)有SSK系統(tǒng)的頻 譜效率的多流空移鍵控調(diào)制方法。
[0010] 本發(fā)明的多輸入多輸出系統(tǒng)中的多流空移鍵控調(diào)制方法，包括下列步驟：
[0011] 步驟一：將待發(fā)送數(shù)據(jù)分為K流數(shù)據(jù)，每流數(shù)據(jù)每時刻所傳輸?shù)谋忍財?shù)相同，K為 大于1的整數(shù)；
[0012] 步驟二：為K流數(shù)據(jù)選取K個不同的調(diào)制符號，且相鄰的奇數(shù)流和偶數(shù)流的調(diào)制符 號和為0 ;
[0013] 步驟三：基于SSK調(diào)制，確定K流數(shù)據(jù)所對應(yīng)的發(fā)射天線索引序號；
[0014] 步驟四：根據(jù)每流數(shù)據(jù)的調(diào)制符號和發(fā)射天線索引序號確定每流數(shù)據(jù)的發(fā)射信 號；
[0015] 步驟五：疊加K流數(shù)據(jù)的發(fā)射信號得到最終的發(fā)射信號：判斷相鄰的奇數(shù)流和偶 數(shù)流的數(shù)據(jù)或發(fā)射天線索引序號是否相同，若是，則將所述奇數(shù)流或偶數(shù)流的發(fā)射信號進(jìn) 行取反操作后再疊加；否則直接疊加。
[0016] 進(jìn)一步的，步驟五可具體為：
[0017] 初始化最終的發(fā)射信號為X為第1流數(shù)據(jù)的發(fā)射信號；
[0018] 再依次將第2~K流數(shù)據(jù)的發(fā)射信號疊加到X上：判斷當(dāng)前流與上一流的數(shù)據(jù)或 發(fā)射天線索引序號是否相同，若是，則將當(dāng)前流的發(fā)射信號進(jìn)行取反操作后再疊加到X上； 否則直接將當(dāng)前流的發(fā)射信號疊加到X上。
[0019] 本發(fā)明把數(shù)據(jù)分為多流進(jìn)行SSK調(diào)制，每一流采用不同的固定調(diào)制信號來區(qū)分， 調(diào)制完成的多流數(shù)據(jù)按順序依次疊加，通過特定的調(diào)制符號選取準(zhǔn)則（相鄰的奇數(shù)流和偶 數(shù)流的調(diào)制符號和為0)及疊加方式（若相鄰的奇數(shù)流和偶數(shù)流的數(shù)據(jù)或發(fā)射天線索引序 號相同則取反后再疊加），使的多流信息疊加后不會出現(xiàn)發(fā)送信號的碰撞，使每一流數(shù)據(jù)都 能承載l〇g2Ntbits的傳輸數(shù)據(jù)（Nt為發(fā)射天線數(shù)）。本發(fā)明的調(diào)制方法在不改變現(xiàn)有SSK 系統(tǒng)天線配置的前提下通過增加多個傳輸流，極大提高了 SSK系統(tǒng)的頻譜效率。
[0020] 對應(yīng)于本發(fā)明的調(diào)制方法，本發(fā)明還公開了一種多輸入多輸出系統(tǒng)中的多流空移 鍵控解調(diào)方法，包括下列步驟：
[0021] 生成調(diào)制碼本：
[0022] 接收端獲取發(fā)射端的發(fā)射天線數(shù)，對待發(fā)送數(shù)據(jù)的分流數(shù)K，每流數(shù)據(jù)每時刻所傳 輸?shù)谋忍財?shù)b，以及所選取的K個不同調(diào)制符號；
[0023] 對Kb比特的待傳輸信息，確定待傳輸信息分別為0~2Kb_l時的最終發(fā)射信號為 X ：
[0024] 對每個待傳輸信息，基于SSK調(diào)制確定K流數(shù)據(jù)所對應(yīng)的發(fā)射天線索引序號，并根 據(jù)每流數(shù)據(jù)的調(diào)制符號和發(fā)射天線索引序號確定每流數(shù)據(jù)的發(fā)射信號；再疊加K流數(shù)據(jù)的 發(fā)射信號得到每個待傳輸信息的最終發(fā)射信號X :判斷相鄰的奇數(shù)流和偶數(shù)流的數(shù)據(jù)或發(fā) 射天線索引序號是否相同，若是，則將所述奇數(shù)流或偶數(shù)流的發(fā)射信號進(jìn)行取反操作后再 疊加；否則直接疊加；
[0025] 由2Kb個待傳輸信息所對應(yīng)的發(fā)射天線索引序號、最終發(fā)射信號X生成調(diào)制碼本；
[0026] 解調(diào)處理：
[0027] 基于調(diào)制碼本對當(dāng)前接收的信號進(jìn)行信號檢測處理，獲取發(fā)送端的發(fā)送信息；
[0028] 根據(jù)所述發(fā)送信息在調(diào)制碼本中查找對應(yīng)的待傳輸信息得到發(fā)射端的發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0029] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：在不改變現(xiàn)有SSK系 統(tǒng)天線配置的前提下通過增加多個傳輸流，極大提高了 SSK系統(tǒng)的頻譜效率。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的系統(tǒng)模型圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明（MSSK)與GSM系統(tǒng)、VBLAST系統(tǒng)的誤碼率（BER)曲線對比圖。其 中SNR表示信噪比，本發(fā)明和GSM系統(tǒng)的參數(shù)相同，發(fā)送天線數(shù)Nt = 8,接收天線數(shù)Nr = 4,頻譜效率為6pbs/HZ，VBLAST系統(tǒng)的Nt = 2, Nr = 2,頻譜效率為6pbs/HZ。
【具體實施方式】
[0032] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā) 明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0033] 參見圖1，在本發(fā)明的多輸入多輸出系統(tǒng)中的多流空移鍵控調(diào)制（簡稱MSSK: Multiple Stream Space Shift Keying)方法中，系統(tǒng)將同時傳輸K(K> 1)流數(shù)據(jù)，每流 數(shù)據(jù)每時刻所傳輸?shù)谋忍財?shù)相同，假設(shè)為b比特，則傳輸?shù)?, 1二進(jìn)制數(shù)字信號將以每Kb 比特為一組數(shù)據(jù)（圖中的匕，…，bK)進(jìn)入SSK調(diào)制器，并按以下步驟進(jìn)行調(diào)制。
[0034] 步驟SlOO :為K流數(shù)據(jù)流選取K個不同的調(diào)制符號。
[0035] K流數(shù)據(jù)的調(diào)制符號分別為Xl、X2、…χκ可根據(jù)K值大小選取PSK，QAM等調(diào)制方 式其對應(yīng)K個星座點的調(diào)制符號，且相鄰的奇數(shù)流和偶數(shù)流的調(diào)制符號和為0。在本實施方 式中，可設(shè)置奇數(shù)流（即 X2H，k = 1，2, 3. ..，K)的調(diào)制符號選取符號為正的星座點，偶數(shù)流 (即x2k，k = 1，2, 3. . .，K)的調(diào)制符號選取符號為負(fù)的星座點，同時滿足X21^x2k= 0, k = 1，2, 3···，K。例如 K = 4,則可選擇 X1= +1、X 2= -1、X 3= i、X 4= -i 的調(diào)制符號。
[0036] 步驟S200 :對K流二進(jìn)制數(shù)據(jù)匕，b2, . . .，bK進(jìn)行傳統(tǒng)的SSK調(diào)制以確定每流數(shù)據(jù) 的天線