一种分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法技术方案

本发明专利技术请求保护一种采用分层叠加编码的广义空间调制(SCM‑GSM)系统，属于无线通信技术领域，通过在星座点映射上采用分层编码调制(SCM)技术，满足了同一传输时隙上不同数据业务的不同服务质量(QoS)要求，更加灵活的满足未来5G系统的多种业务需求。基于SCM的星座调制原理，接收端提出了一种迭代的分层检测(ILD)算法，该方法有效降低信号检测的搜索次数，且系统误比特率(BER)性能近似最优的最大似然(ML)检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，尤其涉及分层叠加技术在广义空间调制系统中的应用。
技术介绍
空间调制(Spatial Modulation,SM)作为一种新颖的多天线传输方案，独创性地将输入比特与发射天线序号构成一种映射关系，来承载一定的发送信息，并在无线通信领域中获得了广泛的关注。但由于传统的SM技术都是通过激活一根发送天线传输数据，其传输速率明显低于传统MIMO系统中的空间复用技术。为了满足未来高速率的需求，广义空间调制(Generalized Spatial Modulation,GSM)技术被提了出来。作为SM技术的扩展，GSM方案的核心思想是，任一发送时刻激活多根发射天线发送比特信息，其中一部分比特信息映射到星座调制图上，其余比特映射到天线索引号构成的空间维上。相比于SM技术，GSM可以进一步提高频谱效率。目前GSM技术主要有两种不同的实施方案：第一种方案为单数据流传输，即多根激活天线上传输相同的符号；第二种为多数据流传输方案，即多根激活天线上传输不同的符号。前者是一种分集技术，可用于提升系统的误比特率(Bit Error Ratio,BER)性能，而后者则是空间复用与SM技术的结合，能够提高系统的频谱效率。所以，GSM技术可以很好的在频谱效率和BER性能之间进行折中，与SM技术相比，具有更好的灵活性。但GSM系统中，每个激活天线发送的比特信息都是通过单层调制模式将比特信息均匀地映射在MPSK，或者MQAM星座图上。这些星座图中的信号点等间隔等概率分布，从容量优化的角度来看这种模式并不是最优的，一定程度地限制了系统性能。同时，编码调制是通过信号星座图扩展来获得更高传输性能，但在高速率系统中，系统译码复杂度也是一个重要的考虑因素。GSM系统发送端采用M进制非线性比特符号调制，接收端采用性能最优的最大似然算法(Maximum Likelihood,ML)进行信号检测，其系统译码复杂度为随着M的增加，计算复杂度呈指数递增。因此，在GSM系统采用高阶的调制方案非常困难。1997年由Duan等人提出了一种新的编码调制方案：分层叠加编码方案(Superposition Coded Modulation,SCM)由于其优秀的性能表现和低廉的系统开销，该技术一经提出立即受到各界的广泛关注。SCM技术极大的简化了可用码子的构成，并且由于编码过程是线性的，接收端的译码复杂度也会相对较低。特别是在需要同时传输数据、语音、视频信息的多媒体业务传输中，分层编码能够为系统提供最佳资源分配方式以及最优的传输速率。如在MIMO系统中，通过分层编码调制可以根据发送信息的重要程度提供不同的数据传输质量。同时，SCM技术能够挖掘出系统资源的最佳利用率，因此它作为一种功率节约型的“绿色”编码方案，正被广泛地应用于无线通信技术的各个研究领域中。随着研究的深入，SCM技术也逐渐被应用于SM领域，同时接收端各种检测算法也被提出，如基于迭代的线性最小均方误差(Linear minimum mean square error,LMMSE)检测以及改进的球译码(Improved sphere decoding,ISD)检测等。这种线性的调制编码结构，不仅灵活的满足未来5G系统多种业务的需要，而且通过分层的译码方式能有效降低接收端译码复杂度。但目前SCM技术大多都是基于SM系统的，还少有研究将SCM技术应用到GSM系统中；特别地，接收端相应的信号检测方案更是无人涉及。特别说明，信道模型的参数如下：在一个具有Nt根发射天线、Nr根接收天线的传统GSM-MIMO系统中，假设发送时刻激活Na根天线传输调制符号，则此时系统共有种候选的天线组合。而根据GSM系统的比特映射方案，发送端的输入的比特信息分为两个部分，第一部比特分用于MPSK/MQAM星座调制，另一部比特用来决定选择哪组天线组合，其中Nc表示比特映射所需天线组合数。为了方便比特映射，在GSM系统中将只需种天线组合，而剩余N-Nc种天线组合未被使用。现有的ML最优检测算法需要进行全搜索码本，其检测复杂度极高。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种有效地减少了系统复杂度，也提供很好的系统性能的分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法。本专利技术的技术方案如下：一种分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法，其包括以下步骤：101、首先在发送端采用SCM-GSM系统，并将待传输的比特信息经过串并转换成星座点调制和空间调制两部分，空间索引调制仍然用于选择发送天线索引的组合，但星座点调制部分将采用SCM技术；102、在接收端，提出了一种迭代的分层检测ILD算法，主要是通过逐层运用干扰消除方法进行信号译码。进一步的，所述SCM-GSM系统发送端采用的信道模型参数为：具有Nt根发射天线、Nr根接收天线，假设发送时刻激活Na根天线传输调制符号，则此时系统共有种候选的天线组合。发送端的输入的比特信息分为两个部分，第一部比特分用于MPSK/MQAM星座调制，另一部比特用来决定选择哪组天线组合，其中Nc表示比特映射所需天线组合数。进一步的，所述步骤101的发送端星座调制部分采用SCM技术具体包括：将不同QoS要求的比特信息进行分层，QoS要求高或者优先级高的比特信息在上层进行独立编码调制，QoS要求低或者优先级低的信息在低层进行独立编码调制。进一步的，所述步骤101将待传输的比特信息经过串并转换成星座点调制和空间索引调制两部分，空间索引调制仍然用于选择发送天线索引的组合，但星座点调制部分将采用SCM技术，具体包括：将每根激活天线上用于星座调制的比特再通过串并转换，得到L路比特信息，其中每一路比特信息相当于一个调制层，每一层的信息通过相同编码器编码，输出序列为ci，ci经过交织器后得到bi，且每一层交织方式不同；最后，bi通过相应调制方式进行星座映射，得到调制符号si，其中i表示第i层；最后每根激活天线发射的信息由各层调制符号加权后线性叠加， x j = Σ i = 1 L ρ i j s i j , ( j = 0 , ... , N a ) - - - ( 1 ) ]]>其中，其中j表示第j根激活天线，L为层数，si是调制后的符号，ρi是第i层加权系数，取值如下式所示 ρ i = 2 L - l Σ i 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：101、首先在发送端采用SCM‑GSM系统，并将待传输的比特信息经过串并转换成星座点调制和空间调制两部分，空间调制部分仍然用于选择发送天线索引的组合，但星座点调制部分将采用SCM技术；102、在接收端，提出了一种迭代的分层检测ILD算法，主要是通过逐层运用干扰消除方法进行信号译码。

【技术特征摘要】
1.一种分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：101、首先在发送端采用SCM-GSM系统，并将待传输的比特信息经过串并转换成星座点调制和空间调制两部分，空间调制部分仍然用于选择发送天线索引的组合，但星座点调制部分将采用SCM技术；102、在接收端，提出了一种迭代的分层检测ILD算法，主要是通过逐层运用干扰消除方法进行信号译码。2.根据权利要求1所述的分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法，其特征在于，所述SCM-GSM系统发送端采用的信道模型参数为：具有Nt根发射天线、Nr根接收天线，假设发送时刻激活Na根天线传输调制符号，则此时系统共有种候选的天线组合。发送端的输入的比特信息分为两个部分，第一部比特分用于MPSK/MQAM星座调制，另一部比特用来决定选择哪组天线组合，其中Nc表示比特映射所需天线组合数。3.根据权利要求1或2所述的分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法，其特征在于，所述步骤101的发送端星座调制部分采用SCM技术具体包括：将不同QoS要求的比特信息进行分层，QoS要求高或者优先级高的比特信息在上层进行独立编码调制，QoS要求低或者优先级低的信息在低层进行独立编码调制。4.根据权利要求3所述的分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法，其特征在于，所述步骤101将待传输的比特信息经过串并转换成星座点调制和空间调制两部分，空间调制仍然用于选择发送天线索引的组合，但星座点调制部分将采用SCM技术，具体包括：将每根激活天线上用于星座调制的比特再通过串并转换，得到L路比特信息，其中每一路比特信息相当于一个调制层，每一层的信息通过相同编码器编码，输出序列为ci，ci经过交织器后得到bi，且每一层交织方式不同；最后，bi通过相应调制方式进行星座映射，得到调制符号si，其中i表示第i层；最后每根激活天线发射的信息由各层调制符号加权后线性叠加， x j = Σ i = 1 L ρ i j s i j , ( j = 0 , ... , N a ) - - - ( 1 ) ]]>其中，其中j表示第j根激活天线，L为层数，si是调制后的符号，ρi是第i层加权系数，取值如下式所示 ρ i = 2 L - l Σ i = 1 L ( 2 i - 1 ) 2 - - - ( 2 ) ]]>最后，经过Nt×Nr维的无线信道Η传输，且Η的每个元素都服从方差为1、均值为0的复高斯分布，接收信号模型可以表示为y＝Hx+n (3)式中y∈Nr×1的接收信号向量，n∈Nr×1，且均值为0、方差为δ2的复高斯加性白噪声向量，x∈Nt×1，表示发送符号向量。5.根据权利要求4所述的分层叠加编码广义空间调制系统下的检测方法，其特征在于，所述步骤102接收端迭代的分层检测ILD算法具体包括：假设第k(k<Nc)种天线组合被用来传输调制符号，则Η可以等效为Nr×Na维的信道矩阵Ηk，Ηk包含矩阵Η中激活天线对应的Na列，所以接收信号模型可以简化为 y = H k x + n = Σ j = 1 N a h k , j x j + n - - - ( 4 ) ]]>并带入(1)展开得到 y = Σ j = 1 N a h k , j ( ρ 1 j x 1 j + ... + ρ i j x i j + ... + ρ L j x L j ) + n - - - ( 7 ) ]]>根据(2)式可知，各层加权系数满足ρ1>…>ρl>…>ρL；将(7)式输入到第一层信号检测器中，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈发堂，张丁全，李小文，王丹，王华华，刘宇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50