本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種空間調(diào)制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù):
多輸入多輸出(multiple-inputmultiple-output,mimo)是一種多天線的無線通信系統(tǒng)。它在發(fā)射端和接收端配置多個天線,并結(jié)合精心設(shè)計的各種發(fā)射、接收處理技術(shù),充分利用空間自由度以獲得額外的分集或者復(fù)用增益。然而,傳統(tǒng)的mimo系統(tǒng)存在著信道間干擾、發(fā)射天線間同步、多射頻鏈路、接收機復(fù)雜性高等問題,給mimo系統(tǒng)的實際應(yīng)用帶來高成本、設(shè)計復(fù)雜等困難。
空間調(diào)制技術(shù)(spatialmodulation,sm)是一種全新的mimo傳輸技術(shù)。從原理上講,空間調(diào)制技術(shù)聯(lián)合傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制和天線位置對信源進行調(diào)制,使發(fā)射天線的索引信息成為一種額外的數(shù)據(jù)攜帶方式,且每個發(fā)射時隙只激活一根發(fā)射天線。這使得空間調(diào)制不存在類似傳統(tǒng)mimo系統(tǒng)中的信道間干擾、天線間同步、多射頻鏈路等問題,但卻能保持較高的傳輸效率和較低的誤碼率。空間調(diào)制技術(shù)不僅能夠簡化多天線發(fā)射機結(jié)構(gòu),降低實現(xiàn)成本,還能充分利用空間信道資源,實現(xiàn)高速、可靠傳輸。
然而,傳統(tǒng)的空間調(diào)制技術(shù)無法獲得發(fā)射分集增益,導(dǎo)致信號傳輸誤碼率較高。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
基于此,有必要針對信號傳輸誤碼率較高的問題,提供一種空間調(diào)制方法和系統(tǒng)。
一種空間調(diào)制方法,包括以下步驟:
獲取待發(fā)射的原始比特數(shù)據(jù)流,根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)量將所述原始比特數(shù)據(jù)流劃分為至少三組數(shù)據(jù)流;
從所述至少三組數(shù)據(jù)流中選擇一組目標(biāo)數(shù)據(jù)流,按照預(yù)先選定的調(diào)制方式對所述目標(biāo)數(shù)據(jù)流進行調(diào)制,得到包括實部和虛部的調(diào)制信號;
將余下的每一組數(shù)據(jù)流均劃分為第一子數(shù)據(jù)流和第二子數(shù)據(jù)流;
根據(jù)第一子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述實部進行調(diào)制的第一發(fā)射天線,根據(jù)第二子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述虛部進行調(diào)整的第二發(fā)射天線;
根據(jù)所述調(diào)制信號、第一發(fā)射天線和第二發(fā)射天線對所述原始比特數(shù)據(jù)流進行空間調(diào)制。
一種空間調(diào)制系統(tǒng),包括:
劃分模塊,用于獲取待發(fā)射的原始比特數(shù)據(jù)流,根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)量將所述原始比特數(shù)據(jù)流劃分為至少三組數(shù)據(jù)流;
第一調(diào)制模塊,用于從所述至少三組數(shù)據(jù)流中選擇一組目標(biāo)數(shù)據(jù)流,按照預(yù)先選定的調(diào)制方式對所述目標(biāo)數(shù)據(jù)流進行調(diào)制,得到包括實部和虛部的調(diào)制信號;
選擇模塊,用于將余下的每一組數(shù)據(jù)流均劃分為第一子數(shù)據(jù)流和第二子數(shù)據(jù)流,根據(jù)第一子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述實部進行調(diào)制的第一發(fā)射天線,根據(jù)第二子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述虛部進行調(diào)整的第二發(fā)射天線;
第二調(diào)制模塊,用于根據(jù)所述調(diào)制信號、第一發(fā)射天線和第二發(fā)射天線對所述原始比特數(shù)據(jù)流進行空間調(diào)制。
上述空間調(diào)制方法和系統(tǒng),通過將原始比特數(shù)據(jù)流劃分為至少三組數(shù)據(jù)流,對劃分出的目標(biāo)數(shù)據(jù)流進行調(diào)制,得到包括實部和虛部的調(diào)制信號,根據(jù)余下的每組數(shù)據(jù)流選擇發(fā)送所述實部和虛部的天線,并根據(jù)調(diào)制信號以及選擇的天線對所述原始比特數(shù)據(jù)流進行空間調(diào)制,能夠同時獲得空間復(fù)用和空間分集增益,不僅可以提高頻譜效率,還能夠提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性;同時還繼承了傳統(tǒng)的空間調(diào)制技術(shù)不會產(chǎn)生信道間干擾的優(yōu)點。
附圖說明
圖1為一個實施例的空間調(diào)制方法流程圖;
圖2為一個實施例的空間調(diào)制系統(tǒng)模型圖;
圖3為一個實施例的8*8天線的系統(tǒng)中的頻譜效率對比圖;
圖4為一個實施例的16*16天線的系統(tǒng)中的頻譜效率對比圖;
圖5為一個實施例的空間調(diào)制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。
如圖1所示,本發(fā)明提供一種空間調(diào)制方法,可包括以下步驟:
s1,獲取待發(fā)射的原始比特數(shù)據(jù)流,根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)量將所述原始比特數(shù)據(jù)流劃分為至少三組數(shù)據(jù)流;
s2,從所述至少三組數(shù)據(jù)流中選擇一組目標(biāo)數(shù)據(jù)流,按照預(yù)先選定的調(diào)制方式對所述目標(biāo)數(shù)據(jù)流進行調(diào)制,得到包括實部和虛部的調(diào)制信號;
s3,將余下的每一組數(shù)據(jù)流均劃分為第一子數(shù)據(jù)流和第二子數(shù)據(jù)流;
s4,根據(jù)第一子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述實部進行調(diào)制的第一發(fā)射天線,根據(jù)第二子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述虛部進行調(diào)整的第二發(fā)射天線;
s5,根據(jù)所述調(diào)制信號、第一發(fā)射天線和第二發(fā)射天線對所述原始比特數(shù)據(jù)流進行空間調(diào)制。
將原始比特數(shù)據(jù)流劃分為至少三組數(shù)據(jù)流的作用在于提供分集增益。在一個實施例中,可將原始比特數(shù)據(jù)流劃分為三組數(shù)據(jù)流,這樣,既能降低系統(tǒng)復(fù)雜度,又能夠提供分集增益。具體地,可通過以下方式劃分三組數(shù)據(jù)流:首先,可以獲取所述調(diào)制方式的調(diào)制階數(shù),根據(jù)所述調(diào)制階數(shù)計算第一數(shù)據(jù)長度,根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)長度從所述原始比特數(shù)據(jù)流中劃分出對應(yīng)長度的第一數(shù)據(jù)流;其次,可以根據(jù)所述發(fā)射天線的數(shù)量計算第二數(shù)據(jù)長度和第三數(shù)據(jù)長度,分別根據(jù)所述第二數(shù)據(jù)長度和第三數(shù)據(jù)長度從所述第一數(shù)據(jù)流之外的原始比特數(shù)據(jù)流中劃分出對應(yīng)長度的第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流。
在一個可選實施例中,第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流的長度可以相等。這樣可以進一步減少計算量,降低系統(tǒng)復(fù)雜度。考慮一個配置有nt根發(fā)射天線和nr根接收天線的mimo系統(tǒng),其中nt>2和nr≥1,nt是2的整數(shù)次冪,所述第一數(shù)據(jù)長度可為log2(m),所述第二數(shù)據(jù)長度和第三數(shù)據(jù)長度可均為2log2(nt/2);其中,m為調(diào)制階數(shù)。調(diào)制方式可以是,例如,m階正交振幅調(diào)制(quadratureamplitudemodulation,qam)。在劃分的三組數(shù)據(jù)流中,第一數(shù)據(jù)流的作用是用于星座圖符號選擇,即,對第一數(shù)據(jù)流進行調(diào)制,得到包括實部和虛部的調(diào)制信號。例如,在m階qam星座圖中,可選出一個符號x=xr+jxs,然后將調(diào)制信號x分為xr和jxs兩部分。
其余部分的數(shù)據(jù)流的作用是用于天線選擇。假設(shè)原始比特數(shù)據(jù)流除所述第一數(shù)據(jù)流以外的部分一共劃分為k(k為正整數(shù))組數(shù)據(jù)流,則可以將天線對應(yīng)分為k組,對于第i(1≤i≤k)組數(shù)據(jù)流,可以將該數(shù)據(jù)流劃分為第一子數(shù)據(jù)流和第二子數(shù)據(jù)流,以第一子數(shù)據(jù)流的比特值為目標(biāo)編號numi1(1≤numi1≤nt/k),從對應(yīng)的第i組發(fā)射天線中選擇編號為(i-1)nt/k+numi1的發(fā)射天線用來發(fā)射調(diào)制信號的實部;以第二子數(shù)據(jù)流的比特值為目標(biāo)編號numi2(1≤numi2≤nt/k),從對應(yīng)的第i組發(fā)射天線中選擇編號為(i-1)ntk/+numi2的發(fā)射天線用來發(fā)射調(diào)制信號的虛部。其中,天線可預(yù)先進行編號為1,2,…,nt。
在一個具體實施例中,假設(shè)將原始比特數(shù)據(jù)流劃分為三組數(shù)據(jù)流,包括1組用于進行星座圖符號選擇的第一數(shù)據(jù)流和2組用于進行天線選擇的數(shù)據(jù)流(第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流),對于第二數(shù)據(jù)流,可以以所述第二數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第一子數(shù)據(jù)流的比特值作為第一目標(biāo)編號num11;從編號為1至nt/2的發(fā)射天線中選出編號與所述第一目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第一發(fā)射天線發(fā)送xr符號。類似地,可以以所述第二數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第二子數(shù)據(jù)流的比特值作為第二目標(biāo)編號num12;從編號為1至nt/2的發(fā)射天線中選出編號與所述第二目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第二發(fā)射天線發(fā)送符號jxs。對于第三數(shù)據(jù)流,可以以所述第三數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第一子數(shù)據(jù)流的比特值與nt/2的和作為第三目標(biāo)編號num21;從編號為nt/2+1至nt的發(fā)射天線中選出編號與所述第三目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第一發(fā)射天線發(fā)送xr符號。類似地,可以以所述第三數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第二子數(shù)據(jù)流的比特值與nt/2的和作為第四目標(biāo)編號num22;從編號為nt/2+1至nt的發(fā)射天線中選出編號與所述第四目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第二發(fā)射天線發(fā)送符號jxs。
進一步地,假設(shè)第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流的長度均為2log2(nt/2),可以將第二部分的2log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)流分為相等的兩部分,也就是每部分比特數(shù)為log2(nt/2)。前l(fā)og2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)在天線指數(shù)為1到nt/2中選擇一根天線發(fā)送xr符號,后log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)同樣在1到nt/2天線中選擇一個天線,但發(fā)送符號jxs。還可以將剩下的2log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)流同樣分為相等的兩部分,也就是每部分比特數(shù)為log2(nt/2)。前l(fā)og2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)在天線指數(shù)為nt/2+1到nt中選擇一根天線發(fā)送xr符號,后log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)同樣在nt/2+1到nt天線中選擇一個天線,但發(fā)送符號jxs。本實施例的空間調(diào)制系統(tǒng)模型圖如圖2所示。本實施例具有以下優(yōu)點:
(1)將天線分為相等的兩部分,然后分別對其進行天線選擇,從而提高了頻譜效率。
(2)在正交空間調(diào)制的基礎(chǔ)上,將一個qam符號的虛實兩部分,在第一部分天線為虛實兩部分信號選擇天線進行發(fā)射,同時也在第二部分天線為虛實兩部分信號的副本選擇天線進行發(fā)射,也就是同一時刻發(fā)射兩個相同qam符號,從而獲得發(fā)射分集增益。
采用本實施例生成的空間調(diào)制信號可根據(jù)以下方式進行解調(diào):
假設(shè)mimo系統(tǒng)的nr×nt維信道矩陣h服從瑞利衰落信道。也就是說,h的第(i,j)個元素hm,n表示第從n(1≤n≤nt)根發(fā)射天線到第m(1≤m≤nr)根接收天線的復(fù)信道增益,hm,n服從均值為零,方差為σ的相互獨立的高斯分布。用
其中
假設(shè)接收機獲得了理想的信道狀態(tài)信息,利用最大似然法則對接收信號進行解調(diào)。那么,解調(diào)后的信號可以表示為:
其中h表示共軛轉(zhuǎn)置,||||表示范數(shù),且g定義為
與常規(guī)的單天線空間調(diào)制和兩天線正交空間調(diào)制相比較,本發(fā)明的雙正交空間調(diào)制在同一個時刻能多發(fā)送一個符號副本,因此能夠獲得額外的空間發(fā)射分集增益,使得系統(tǒng)可以獲得更優(yōu)的可靠性能。
傳統(tǒng)單天線空間調(diào)制的頻譜效率為log2m+log2nt;傳統(tǒng)兩天線正交空間調(diào)制的頻譜效率為log2m+2log2nt。本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制頻譜效率為log2m+4log2(nt/2)。為了更清楚地顯示本方案的頻譜效率優(yōu)勢,假設(shè)都采用4-qam星座圖(m=4),表1列出了在不同發(fā)射天線數(shù)時各調(diào)制方案的頻譜效率:
表1不同調(diào)制方案頻譜效率比較
由表1可見,在激活天線數(shù)最多為4的時候,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制與常規(guī)的兩天線正交空間調(diào)制的頻譜效率相同,但是,本發(fā)明的方案可以獲得額外的發(fā)射分集增益。另一方面,隨著發(fā)射天線數(shù)的增加,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制的頻譜效率相對傳統(tǒng)單天線空間調(diào)制或者兩天線正交空間調(diào)制都有明顯的提高。所以,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制技術(shù)更適用于大規(guī)模天線陣列。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(1)將天線分為多組,然后分別對各組天線進行天線選擇,從而提高了頻譜效率。
(2)在正交空間調(diào)制的基礎(chǔ)上,將一個調(diào)制信號分為虛實兩部分,每組天線為虛實兩部分信號選擇天線進行發(fā)射,也就是同一時刻發(fā)射多個相同的調(diào)制信號,從而獲得發(fā)射分集增益。
下面結(jié)合一個具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。
假設(shè)一個mimo系統(tǒng)配為(nt,nr)=(8,8),采用4-qam調(diào)制,即調(diào)制階數(shù)m=4,本實施例的空間調(diào)制系統(tǒng)模型如圖2所示。
1)假設(shè)將要發(fā)送的比特流為
2)第一部分比特數(shù)據(jù)[01]從4-qam調(diào)制中選擇符號x=-1+j。將x分為實部xr=-1和虛部jxs=+j兩部分。
3)第二部分數(shù)據(jù)
4)第三部分數(shù)據(jù)
s=[00-1+j+j00-1]t。
假設(shè)傳輸信道服從瑞利衰落,加性高斯白噪聲的均值為零、方差為1。對本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制(doublequadraturespatialmodulation,dqsm)方案和常規(guī)正交空間調(diào)制(quadraturespatialmodulation,qsm)方案在相同頻譜效率的情況下的錯誤比特率性能進行仿真試驗,結(jié)果如下面的圖3和圖4所示。
如圖3所示,當(dāng)(nt,nr)=(8,8),為了到達同樣的頻譜效率,即10bps/hz,常規(guī)qsm調(diào)制需要采用16-qam星座圖(m=16),而本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案只需要采用4-qam調(diào)制(m=4)。從圖3可見,當(dāng)誤比特率為10-3時,本發(fā)明提出的方案相對常規(guī)qsm有大約4db的snr增益。
如圖4所示,當(dāng)(nt,nr)=(16,16),為了到達同樣的頻譜效率,即14bps/hz,常規(guī)qsm調(diào)制需要采用64-qam星座圖(m=64),而本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案只需要采用4-qam調(diào)制((nt,nr)=(16,16))。從圖4可見,當(dāng)誤碼率為10-3時,本發(fā)明提出的方案相對常規(guī)qsm有大約10db的snr增益。
相對常規(guī)正交調(diào)制方案,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案在相同頻譜效率的時,能夠獲得更優(yōu)的誤碼性能,其主要原因在于常規(guī)方案需要采用更高階的星座圖,而調(diào)制階數(shù)越高,意味著星座點之間的距離越小,這就會導(dǎo)致整個傳輸系統(tǒng)的誤碼性能越差。我們可以預(yù)見:隨著發(fā)射天線數(shù)的進一步增大,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案相對于常規(guī)正交調(diào)制方案的誤碼性能增益會越來越大。因此,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案更適合應(yīng)用于大規(guī)模的天線陣列當(dāng)中。
如圖5所示,本發(fā)明還提供一種空間調(diào)制系統(tǒng),可包括:
劃分模塊10,用于獲取待發(fā)射的原始比特數(shù)據(jù)流,根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)量將所述原始比特數(shù)據(jù)流劃分為至少三組數(shù)據(jù)流;
第一調(diào)制模塊20,用于從所述至少三組數(shù)據(jù)流中選擇一組目標(biāo)數(shù)據(jù)流,按照預(yù)先選定的調(diào)制方式對所述目標(biāo)數(shù)據(jù)流進行調(diào)制,得到包括實部和虛部的調(diào)制信號;
選擇模塊30,用于將余下的每一組數(shù)據(jù)流均劃分為第一子數(shù)據(jù)流和第二子數(shù)據(jù)流,根據(jù)第一子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述實部進行調(diào)制的第一發(fā)射天線,根據(jù)第二子數(shù)據(jù)流的比特值選擇對所述虛部進行調(diào)整的第二發(fā)射天線;
第二調(diào)制模塊40,用于根據(jù)所述調(diào)制信號、第一發(fā)射天線和第二發(fā)射天線對所述原始比特數(shù)據(jù)流進行空間調(diào)制。
將原始比特數(shù)據(jù)流劃分為至少三組數(shù)據(jù)流的作用在于提供分集增益。在一個實施例中,可將原始比特數(shù)據(jù)流劃分為三組數(shù)據(jù)流,這樣,既能降低系統(tǒng)復(fù)雜度,又能夠提供分集增益。具體地,劃分模塊可包括:第一劃分單元,用于獲取所述調(diào)制方式的調(diào)制階數(shù),根據(jù)所述調(diào)制階數(shù)計算第一數(shù)據(jù)長度,根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)長度從所述原始比特數(shù)據(jù)流中劃分出對應(yīng)長度的第一數(shù)據(jù)流;以及第二劃分單元,用于根據(jù)所述發(fā)射天線的數(shù)量計算第二數(shù)據(jù)長度和第三數(shù)據(jù)長度,分別根據(jù)所述第二數(shù)據(jù)長度和第三數(shù)據(jù)長度從所述第一數(shù)據(jù)流之外的原始比特數(shù)據(jù)流中劃分出對應(yīng)長度的第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流。
在一個可選實施例中,第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流的長度可以相等。這樣可以進一步減少計算量,降低系統(tǒng)復(fù)雜度??紤]一個配置有nt根發(fā)射天線和nr根接收天線的mimo系統(tǒng),其中nt>2和nr≥1,nt是2的整數(shù)次冪,所述第一數(shù)據(jù)長度可為log2(m),所述第二數(shù)據(jù)長度和第三數(shù)據(jù)長度可均為2log2(nt/2);其中,m為調(diào)制階數(shù)。調(diào)制方式可以是,例如,m階正交振幅調(diào)制(quadratureamplitudemodulation,qam)。在劃分的三組數(shù)據(jù)流中,第一數(shù)據(jù)流的作用是用于星座圖符號選擇,即,對第一數(shù)據(jù)流進行調(diào)制,得到包括實部和虛部的調(diào)制信號。例如,在m階qam星座圖中,可選出一個符號x=xr+jxs,然后將調(diào)制信號x分為xr和jxs兩部分。
其余部分的數(shù)據(jù)流的作用是用于天線選擇。假設(shè)原始比特數(shù)據(jù)流除所述第一數(shù)據(jù)流以外的部分一共劃分為k(k為正整數(shù))組數(shù)據(jù)流,則可以將天線對應(yīng)分為k組,對于第i(1≤i≤k)組數(shù)據(jù)流,可以將該數(shù)據(jù)流劃分為第一子數(shù)據(jù)流和第二子數(shù)據(jù)流,以第一子數(shù)據(jù)流的比特值為目標(biāo)編號numi1(1≤numi1≤nt/k),從對應(yīng)的第i組發(fā)射天線中選擇編號為(i-1)nt/k+numi1的發(fā)射天線用來發(fā)射調(diào)制信號的實部;以第二子數(shù)據(jù)流的比特值為目標(biāo)編號numi2(1≤numi2≤nt/k),從對應(yīng)的第i組發(fā)射天線中選擇編號為(i-1)nt/k+numi2的發(fā)射天線用來發(fā)射調(diào)制信號的虛部。其中,天線可預(yù)先進行編號為1,2,…,nt。
在一個具體實施例中,假設(shè)將原始比特數(shù)據(jù)流劃分為三組數(shù)據(jù)流,包括1組用于進行星座圖符號選擇的第一數(shù)據(jù)流和2組用于進行天線選擇的數(shù)據(jù)流(第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流),對于第二數(shù)據(jù)流,可以以所述第二數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第一子數(shù)據(jù)流的比特值作為第一目標(biāo)編號num11;從編號為1至nt/2的發(fā)射天線中選出編號與所述第一目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第一發(fā)射天線發(fā)送xr符號。類似地,可以以所述第二數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第二子數(shù)據(jù)流的比特值作為第二目標(biāo)編號num12;從編號為1至nt/2的發(fā)射天線中選出編號與所述第二目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第二發(fā)射天線發(fā)送符號jxs。對于第三數(shù)據(jù)流,可以以所述第三數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第一子數(shù)據(jù)流的比特值與nt/2的和作為第三目標(biāo)編號num21;從編號為nt/2+1至nt的發(fā)射天線中選出編號與所述第三目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第一發(fā)射天線發(fā)送xr符號。類似地,可以以所述第三數(shù)據(jù)流對應(yīng)的第二子數(shù)據(jù)流的比特值與nt/2的和作為第四目標(biāo)編號num22;從編號為nt/2+1至nt的發(fā)射天線中選出編號與所述第四目標(biāo)編號相同的發(fā)射天線作為第二發(fā)射天線發(fā)送符號jxs。
進一步地,假設(shè)第二數(shù)據(jù)流和第三數(shù)據(jù)流的長度均為2log2(nt/2),可以將第二部分的2log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)流分為相等的兩部分,也就是每部分比特數(shù)為log2(nt/2)。前l(fā)og2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)在天線指數(shù)為1到nt/2中選擇一根天線發(fā)送xr符號,后log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)同樣在1到nt/2天線中選擇一個天線,但發(fā)送符號jxs。還可以將剩下的2log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)流同樣分為相等的兩部分,也就是每部分比特數(shù)為log2(nt/2)。前l(fā)og2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)在天線指數(shù)為nt/2+1到nt中選擇一根天線發(fā)送xr符號,后log2(nt/2)個比特數(shù)據(jù)同樣在nt/2+1到nt天線中選擇一個天線,但發(fā)送符號jxs。本實施例的空間調(diào)制系統(tǒng)模型圖如圖2所示。本實施例具有以下優(yōu)點:
(1)將天線分為相等的兩部分,然后分別對其進行天線選擇,從而提高了頻譜效率。
(2)在正交空間調(diào)制的基礎(chǔ)上,將一個qam符號的虛實兩部分,在第一部分天線為虛實兩部分信號選擇天線進行發(fā)射,同時也在第二部分天線為虛實兩部分信號的副本選擇天線進行發(fā)射,也就是同一時刻發(fā)射兩個相同qam符號,從而獲得發(fā)射分集增益。
采用本實施例生成的空間調(diào)制信號可根據(jù)以下方式進行解調(diào):
假設(shè)mimo系統(tǒng)的nr×nt維信道矩陣h服從瑞利衰落信道。也就是說,h的第(i,j)個元素hm,n表示第從n(1≤n≤nt)根發(fā)射天線到第m(1≤m≤nr)根接收天線的復(fù)信道增益,hm,n服從均值為零,方差為σ的相互獨立的高斯分布。用
其中
假設(shè)接收機獲得了理想的信道狀態(tài)信息,利用最大似然法則對接收信號進行解調(diào)。那么,解調(diào)后的信號可以表示為:
其中h表示共軛轉(zhuǎn)置,||||表示范數(shù),且g定義為
與常規(guī)的單天線空間調(diào)制和兩天線正交空間調(diào)制相比較,本發(fā)明的雙正交空間調(diào)制在同一個時刻能多發(fā)送一個符號副本,因此能夠獲得額外的空間發(fā)射分集增益,使得系統(tǒng)可以獲得更優(yōu)的可靠性能。
傳統(tǒng)單天線空間調(diào)制的頻譜效率為log2m+log2nt;傳統(tǒng)兩天線正交空間調(diào)制的頻譜效率為log2m+2log2nt。本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制頻譜效率為log2m+4log2(nt/2)。為了更清楚地顯示本方案的頻譜效率優(yōu)勢,假設(shè)都采用4-qam星座圖(m=4),表1列出了在不同發(fā)射天線數(shù)時各調(diào)制方案的頻譜效率:
表1不同調(diào)制方案頻譜效率比較
由表1可見,在激活天線數(shù)最多為4的時候,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制與常規(guī)的兩天線正交空間調(diào)制的頻譜效率相同,但是,本發(fā)明的方案可以獲得額外的發(fā)射分集增益。另一方面,隨著發(fā)射天線數(shù)的增加,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制的頻譜效率相對傳統(tǒng)單天線空間調(diào)制或者兩天線正交空間調(diào)制都有明顯的提高。所以,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制技術(shù)更適用于大規(guī)模天線陣列。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(1)將天線分為多組,然后分別對各組天線進行天線選擇,從而提高了頻譜效率。
(2)在正交空間調(diào)制的基礎(chǔ)上,將一個調(diào)制信號分為虛實兩部分,每組天線為虛實兩部分信號選擇天線進行發(fā)射,也就是同一時刻發(fā)射多個相同的調(diào)制信號,從而獲得發(fā)射分集增益。
下面結(jié)合一個具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。
假設(shè)一個mimo系統(tǒng)配為(nt,nr)=(8,8),采用4-qam調(diào)制,即調(diào)制階數(shù)m=4,本實施例的空間調(diào)制系統(tǒng)模型如圖2所示。
1)假設(shè)將要發(fā)送的比特流為
2)第一部分比特數(shù)據(jù)[01]從4-qam調(diào)制中選擇符號x=-1+j。將x分為實部xr=-1和虛部jxs=+j兩部分。
3)第二部分數(shù)據(jù)
4)第三部分數(shù)據(jù)
s=[00-1+j+j00-1]t。
假設(shè)傳輸信道服從瑞利衰落,加性高斯白噪聲的均值為零、方差為1。對本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制(doublequadraturespatialmodulation,dqsm)方案和常規(guī)正交空間調(diào)制(quadraturespatialmodulation,qsm)方案在相同頻譜效率的情況下的錯誤比特率性能進行仿真試驗,結(jié)果如下面的圖3和圖4所示。
如圖3所示,當(dāng)(nt,nr)=(8,8),為了到達同樣的頻譜效率,即10bps/hz,常規(guī)qsm調(diào)制需要采用16-qam星座圖(m=16),而本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案只需要采用4-qam調(diào)制(m=4)。從圖3可見,當(dāng)誤比特率為10-3時,本發(fā)明提出的方案相對常規(guī)qsm有大約4db的snr增益。
如圖4所示,當(dāng)(nt,nr)=(16,16),為了到達同樣的頻譜效率,即14bps/hz,常規(guī)qsm調(diào)制需要采用64-qam星座圖(m=64),而本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案只需要采用4-qam調(diào)制((nt,nr)=(16,16))。從圖4可見,當(dāng)誤碼率為10-3時,本發(fā)明提出的方案相對常規(guī)qsm有大約10db的snr增益。
相對常規(guī)正交調(diào)制方案,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案在相同頻譜效率的時,能夠獲得更優(yōu)的誤碼性能,其主要原因在于常規(guī)方案需要采用更高階的星座圖,而調(diào)制階數(shù)越高,意味著星座點之間的距離越小,這就會導(dǎo)致整個傳輸系統(tǒng)的誤碼性能越差。我們可以預(yù)見:隨著發(fā)射天線數(shù)的進一步增大,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案相對于常規(guī)正交調(diào)制方案的誤碼性能增益會越來越大。因此,本發(fā)明提出的雙正交空間調(diào)制方案更適合應(yīng)用于大規(guī)模的天線陣列當(dāng)中。
本發(fā)明的空間調(diào)制系統(tǒng)與本發(fā)明的空間調(diào)制方法一一對應(yīng),在上述空間調(diào)制方法的實施例闡述的技術(shù)特征及其有益效果均適用于空間調(diào)制系統(tǒng)的實施例中,特此聲明。
以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合,為使描述簡潔,未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述,然而,只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾,都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式,其描述較為具體和詳細,但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進,這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此,本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。