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。用和分別表示信道矩陣h前半部分的第列和第列用和分別表信道矩陣h后半部分的第列和第列即和其中，表示第i行，第列用于傳輸信號實部的信道的衰落值，表示第i行，第列用于傳輸信號虛部的信道的衰落值，表示第j行，第列用于傳輸信號實部的信道的衰落值，表示第j行，第列用于傳輸信號虛部的信道的衰落值。表示白噪聲，其服從均值為零、方差為n0的加性高斯白噪聲。那么，接收機的接收信號可以表示為：

其中es表示被發(fā)送符號的能量。

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)送的比特流為先將其分為[01]、和三部分。

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)在第1根到第4根天線中選擇發(fā)射天線。前2個比特[10]選擇第三根天線發(fā)送符號xr＝-1，后2個比特[11]選擇第4根天線發(fā)送符號jxs＝+j。(如果后2比特也為[10]，即選擇第3根天線，則兩個射頻鏈路分別同時通過第三根天線發(fā)送符號xr＝-1和jxs＝+j)。

4)第三部分數(shù)據(jù)在第5根天線到第8根天線中選擇發(fā)射天線。前2個比特[11]選擇第8根天線發(fā)送符號xr＝-1，后2個比特[01]選擇第5根天線發(fā)送符號jxs＝+j。因此，最后的發(fā)射向量為：

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。用和分別表示信道矩陣h前半部分的第列和第列用和分別表信道矩陣h后半部分的第列和第列即和其中，表示第i行，第列用于傳輸信號實部的信道的衰落值，表示第i行，第列用于傳輸信號虛部的信道的衰落值，表示第j行，第列用于傳輸信號實部的信道的衰落值，表示第j行，第列用于傳輸信號虛部的信道的衰落值。表示白噪聲，其服從均值為零、方差為n0的加性高斯白噪聲。那么，接收機的接收信號可以表示為：

其中es表示被發(fā)送符號的能量。

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)送的比特流為先將其分為[01]、和三部分。

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)在第1根到第4根天線中選擇發(fā)射天線。前2個比特[10]選擇第三根天線發(fā)送符號xr＝-1，后2個比特[11]選擇第4根天線發(fā)送符號jxs＝+j。(如果后2比特也為[10]，即選擇第3根天線，則兩個射頻鏈路分別同時通過第三根天線發(fā)送符號xr＝-1和jxs＝+j)。

4)第三部分數(shù)據(jù)在第5根天線到第8根天線中選擇發(fā)射天線。前2個比特[11]選擇第8根天線發(fā)送符號xr＝-1，后2個比特[01]選擇第5根天線發(fā)送符號jxs＝+j。因此，最后的發(fā)射向量為：

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。