本發(fā)明屬于無線通信技術領域，特別是一種基于最大化信道容量準則的廣義空間調制系統(tǒng)天線選擇方法。

背景技術：

MIMO技術是第四代移動通信中極具發(fā)展前景的技術，通過在發(fā)送端和接收端配置多根天線，提高了系統(tǒng)容量以及頻譜利用率。然而，由于發(fā)送端多根天線同時發(fā)送多個數據信號，因此信道間干擾成為制約MIMO技術廣泛應用的一大瓶頸。為了解決MIMO系統(tǒng)中存在信道間干擾的問題，出現了空間調制(Spatial Modulation，SM)以及廣義空間調制(Generalized Spatial Modulation，GSM)技術。GSM系統(tǒng)在一個符號周期內，選擇多根激活天線發(fā)送信號，其余天線保持靜默，因此GSM系統(tǒng)進一步提高了頻譜效率。由于數根激活天線均發(fā)送相同的調制符號，因此GSM系統(tǒng)避免了信道間干擾，是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的重大突破。

GSM系統(tǒng)在發(fā)送端只選擇部分天線作為激活天線，給通信系統(tǒng)設計者們提供了設計空間。許多研究表明，在發(fā)送端進行有效的天線選擇，可以提高MIMO系統(tǒng)性能，降低鏈路成本。在不同的符號周期內，信道的狀態(tài)發(fā)生改變，因此需要根據不同的信道選擇不同的天線組合。GSM系統(tǒng)天線選擇已有的方法是基于最大化接收向量間最小歐式距離準則天線選擇算法(EDAS，Euclidean Distance optimized Antenna Selection)。EDAS使用窮舉搜索，遍歷所有可能的結果，從中尋求最佳解。因此從誤碼率角度而言，該算法是性能最優(yōu)的天線選擇方法。然而由于窮舉搜索帶來了極高的復雜度，實際應用將難以滿足其對復雜度的要求。因此盡管EDAS能最大程度地降低誤碼率，但其復雜度極高，應用范圍受限。因而，尋找能夠改善系統(tǒng)性能且具有較低復雜度的天線選擇方法，是GSM-MIMO系統(tǒng)中一個急待解決的技術難題。

由上可知，現有技術中，EDAS的復雜度極高，許多實際應用難以滿足EDAS的復雜度要求。因而，尋找能夠改善系統(tǒng)性能且具有較低復雜度的天線選擇方法，是GSM-MIMO系統(tǒng)中急待解決的技術難題。

技術實現要素：

本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種基于最大化信道容量準則的廣義空間調制系統(tǒng)天線選擇方法。

實現本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于最大化信道容量準則的廣義空間調制系統(tǒng)的發(fā)送天線選擇方法，包括以下步驟：

步驟1、在GSM-MIMO系統(tǒng)中，對所有激活天線組合對應的信道列求和；

步驟2、根據步驟1的結果，計算該天線選擇方案下的信道容量；

步驟3、選取能夠獲得最大信道容量的天線選擇方案，作為最終的天線選擇結果。

本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點為：1)發(fā)送端選用能夠使信道容量最大化的天線組合，改善了接收端信號檢測的誤碼率性能，提高了信道容量；2)本發(fā)明用最大化信道容量準則取代窮舉搜索的最大化接收向量間最小歐式距離準則，大大減小了算法的復雜度；3)本發(fā)明和傳統(tǒng)的EDAS方法相比，本發(fā)明與發(fā)送端的調制方式無關，即本發(fā)明在調制信息未知的情況下也可以實施。

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)組成圖。

圖2是本發(fā)明實施例的處理流程圖。

圖3是本發(fā)明實施例的誤碼率隨信噪比的變化曲線圖。

圖4是本發(fā)明實施例的復雜度柱狀圖。

具體實施方式

本發(fā)明是一種低復雜度的基于最大化信道容量準則的GSM系統(tǒng)發(fā)送天線選擇方法。發(fā)送端將原始數據比特流進行串并變換，同時根據獲得的信道狀態(tài)信息進行基于最大化信道容量準則的發(fā)送天線選擇。再根據天線選擇結果，對串并變換后的數據進行調制并發(fā)送。接收端根據接收到的數據進行性能最優(yōu)的最大似然檢測，將檢測后的數據進行并串變換，恢復出原始數據，完成GSM-MIMO系統(tǒng)的一次發(fā)收過程。

本發(fā)明的一種基于最大化信道容量準則的廣義空間調制系統(tǒng)天線選擇方法，包括以下步驟：

步驟1、在GSM-MIMO系統(tǒng)中，對所有激活天線組合對應的信道列求和；具體為：

步驟1-1、確定激活天線組合總數，所用公式為：

$m=C_{N_t}^{n_t}$

式中，m表示激活天線組合總數，N_t為發(fā)送天線數目，n_t為激活天線數目；

步驟1-2、確定所有激活天線組合對應的信道列之和，所用公式為：

$h^l=\underset{j=l_1}{\overset{l_{n_t}}{\Σ}}{\left(H\right)}_j$

式中，表示第l個天線組合對應的信道列之和，l∈[1,m]，l_i表示第l個天線組合中第i根激活天線，(H)_j為信道矩陣H的第j列。

步驟2、根據步驟1的結果，確定該天線選擇方案下的信道容量；具體步驟為：

步驟2-1、確定天線選擇方案總數，所用公式為：

$P=C_m^L$

式中，P表示天線選擇方案總數，最終選擇的天線組合數

步驟2-2、對于每個天線選擇方案，確定其信道容量，所用公式為：

$C={\log }_2|I+\frac{\mathrm{\ρ}}{n_{t}L}{H}_q{H_q}^H|$

式中，C表示信道容量，I為單位陣，ρ為接收端天線處平均信噪比，q表示第q個天線選擇方案，q∈[1,P]。

步驟3、選取能夠獲得最大信道容量的天線選擇方案，作為最終的天線選擇結果。具體步驟為：根據步驟2-2求得的P個信道容量值，選擇信道容量值最大的天線選擇方案作為最終的天線選擇結果。

本發(fā)明用最大化信道容量準則取代窮舉搜索的最大化接收向量間最小歐式距離準則，大大減小了算法的復雜度。

下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述。

實施例

本發(fā)明實施例系統(tǒng)組成圖如圖1。系統(tǒng)采用4發(fā)4收的GSM-MIMO系統(tǒng)，激活天線根數為2，調制方式為4-QAM調制，原始數據比特流長度為4×10⁶。則從4根發(fā)送天線中選取2根激活天線共有種結果，從6種結果中選擇種作為最終選擇的天線選擇結果，用于發(fā)送端調制。具體天線選擇步驟如下：

步驟1：從4根發(fā)送天線中選出2根激活天線有種選擇，求每種選擇對應信道矩陣H中的列之和，所用公式如下：

$h^l=\underset{j=l_1}{\overset{l_2}{\Σ}}{\left(H\right)}_j$

其中，表示第l個天線組合對應的列之和，l∈[1,6]，l_i表示第l個天線組合中第i根激活天線。

步驟2：天線選擇方案總數為對于每個天線選擇方案，確定其信道容量，所用公式如下：

$C={\log }_2|I+\frac{\mathrm{\ρ}}{n_{t}L}{H}_q{H_q}^H|$

式中，C表示信道容量，I為單位陣，q表示第q個天線選擇方案，q∈[1,15]；

步驟3：對步驟2中求出的15個信道容量值，選取信道容量最大的天線選擇方案為最終的天線選擇結果。

關于本發(fā)明及EDAS的計算復雜度。以一次復數乘法運算為一個計算單位，用算法所需復數乘法運算次數來衡量算法的計算復雜度。則性能最佳的EDAS算法的計算復雜度為：

$(2\×n_t\×N_r+N_r)\×C_m^L\×(L\×C_M^2+C_L^2\×M^2)$

其中，M為調制進制數。

本發(fā)明的基于最大化信道容量準則的天線選擇方法的計算復雜度為：

$N_r\×L\×N_r!\×(N_r-1)\×C_m^L$

在本發(fā)明實施例采用的系統(tǒng)下，可計算出，傳統(tǒng)EDAS方法的復雜度為36000，本發(fā)明的復雜度為17280?？梢?，EDAS使用窮舉搜索方法，復雜度極高，實際情況中將難以應用。本發(fā)明的天線選擇方法則大大降低了計算復雜度，可以滿足實際應用對復雜度的要求，具有較強的實用性。

圖3中的EDAS-GSM表示傳統(tǒng)的EDAS天線選擇方法，CO-GSM表示本發(fā)明的天線選擇方法。從圖3可以看出，發(fā)送端使用本發(fā)明的天線選擇方法，和原始的不采用天線選擇的系統(tǒng)相比，誤碼率性能得以改善，這說明可以通過天線選擇來提高GSM系統(tǒng)的誤碼率性能。信噪比較低時，本發(fā)明的性能和EDAS性能幾乎一致。隨著信噪比增加，本發(fā)明的誤碼率性能稍有降低。

圖4中的EDAS表示傳統(tǒng)的EDAS天線選擇方法，CO表示本發(fā)明的天線選擇方法。由圖4可知，在本發(fā)明實施例采用的系統(tǒng)下，本發(fā)明的復雜度不及EDAS復雜度的一半。

從復雜度和誤碼率性能仿真結果可知，本發(fā)明提出的方法以較小的誤碼率增加為代價，取得了低于EDAS的復雜度，是一種低復雜度、性能良好的廣義空間調制系統(tǒng)的發(fā)送天線選擇方法。