一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法，该方法是在协作多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统的基础上，结合差分空间调制(Differential Spatial Modulation,DSM)以及补码(Complementary‑Coded,CC)技术的一种通信系统方案。本发明专利技术方案在利用连续中继(Successive‑Relaying,SR)来避免系统的吞吐量损失的同时，造成了虚拟天线阵列(Virtual Antenna Array，VAA)和天线间的干扰，针对此干扰问题，将补码技术应用于差分空间调制协作系统，因此本发明专利技术是一种基于补码技术的差分空间调制协作系统方案。

An anti jamming method for differential spatial modulation cooperative system based on complement Technology

The invention discloses an anti-interference method for the differential space modulation cooperative system based on the complement technique, which is based on the cooperative multi input multiple output (Multiple Input Multiple Output, MIMO) system and combines the differential space modulation (Differential Spatial Modulation, DSM) and the complement (Complementary Coded Coded, CC) technology. A communication system scheme for the operation. In order to avoid the loss of the throughput of the system by using the continuous relay (Successive Relaying, SR), the invention causes the interference between the virtual antenna array (Virtual Antenna Array, VAA) and the antenna, and applies the complement technique to the differential space modulation cooperative system for the interference problem. Therefore, the invention is a base. The scheme of differential spatial modulation in cooperative system based on complement technology.

【技术实现步骤摘要】
一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及无线通线系统中继端信号的构造方法与接收端信号检测方法，具体地说是一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法。
技术介绍
传统MIMO系统中，通过在发射端和接收端安装多根天线，来提高系统容量和检测性能。然而，在实际应用中，多根天线就意味着更大的能耗和更高的复杂度，而且对信道间的干扰和同步也有着严格的要求。为了解决这些问题，提出了空间调制技术。SM每次只激活一根天线发射的方式，不仅可以降低功耗，而且还能避免传统MIMO系统信道间干扰和同步的问题。同时SM通过激活不同发射天线的方式来传输信息，提高了系统传输效率。MIMO系统主要有两大类，即集中式MIMO系统和协作MIMO系统。集中式MIMO系统即传统MIMO系统；协作MIMO系统即协作通信。本专利技术是将SM技术应用于协作多天线系统以提高通信的可靠性。但SM需要精确估计信道状态信息，而不论是传统MIMO系统还是协作MIMO系统，要精确估计信道状态信息都会是一个严峻的挑战。因此又提出了无需信道信息的差分空间调制技术。差分空间调制技术在协作通信系统中的应用，主要是在传统MIMO下差分空间调制技术特点以及协作通信系统中继模式的基础上进行研究。因此传统MIMO系统下差分空间调制技术的信号矩阵构造难、检测算法复杂度高等问题，在协作通信系统中也同样存在。不过除此之外，协作通信系统的中继模式也给差分空间调制技术带来了额外的难点，主要是信号矩阵的构造与不同协作系统模型有关。目前主要是双跳半双工正交信道模型，以及连续中继两种协作模式。其中，SR因能弥补半双工协作通信的流量损失，目前获得较广泛的应用。但SR协作系统非正交的模式，不仅对差分空间调制信号矩阵的构造提出了挑战，而且也造成了虚拟天线阵列间的干扰和中继间的干扰。针对干扰，目前利用直接序列码分多址(DirectSequence-CodeDivisionMultipleAccess,DS-CDMA)里扩频码的正交性来克服，但扩频码自相关函数的非零旁瓣特性会引起严重的多径干扰，互相关函数的非零特性会引起多址干扰。这些干扰造成SR协作通信系统在多用户多中继场景下性能大幅度下降。因此，在结合差分空间调制技术和SR协作通信系统优势的前提下，本专利技术采取以下方案：在SR协作系统模型下，从时间、空间(激活的中继数)和调制符号三维角度出发，构建具有稀疏结构的传输信号矩阵；根据SR协作系统干扰特性，研究利用补码替代传统近似正交扩频码来克服干扰的机制。正是基于以上背景，本专利技术提出了一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法，可以使得差分空间调制协作系统在传输效率、系统性能、能耗和复杂度之间达到平衡。
技术实现思路
本专利技术针对差分空间调制协作系统的干扰问题，提出了一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法。本专利技术提出一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法，主要包括下列步骤：1)首先假设信源端(SourceNode，SN)每次共发送b位信息，因为在中继端(RelayNode，RN)使用的是译码转发(DecodeandForward，DF)协议，因此先对源信息进行循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck，CRC)编码，以使RN能够检测潜在的解码错误，从而避免DF的错误传播到目的端(DestinationNode，DN)。经过CRC编码后，共有B位信息。2)接着进行L′-PSK/QAM调制，生成然后对其进行差分编码，得到符号：其中，S0＝I。3)最后将信息经过补码C＝{Cp,k(n)}(p＝1,2,…,P，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N)扩频之后通过无线信道发射,则信源端最终发射的信息为其中P为互补码的码群数目，K为每个互补码中的子码数目，N为每个子码的码长。经过SN到RN间的信道后，中继端接收到的信息为式中，m代表接收信息的为第m个中继，信源到第m个中继的信道系数服从复值高斯分布噪声向量服从复值高斯变量N0为噪声方差。4)根据协作系统中继特性，从时间和调制符号角度出发构建具有稀疏结构的传输信号矩阵。然而在这之前，需对应进行补码解码、差分解码和解调，并进行CRC的校验，如果校验不成功，则该中继不转发信息，信号直接传输到DN，则此时DN接收到的信息为式中，信源端到目的端的信道系数hsd服从复值高斯分布噪声向量Nd服从复值高斯变量否则，需构建传输信号矩阵,换句话说，就是进行差分空间调制；构建传输信号矩阵可以采用如下方法实现：校验成功的信息在串并转换(S/P)之后，解码后的b信息位经过串并转换分为log2Q和Ntlog2LM比特，前者被用来选择色散矩阵，后者用于不同LM进制的PSK调制，即前一路信号通过索引对构造色散矩阵集进行选择，设选择的色散矩阵为其中，令Q＝Nt，Q为色散矩阵的个数，Nt为发射天线数目；后一路信号进行Nt个不同LM进制的PSK调制，同时将得到的所有调制符号对角化得到然后将选择的色散矩阵aq与R相乘得到传输信号接着进行差分调制，即5)最后在发射之前，再次进行补码编码。则最后第m个RN上经过Nt个发射天线发送的信号为则对应的DN端的接收信号表示为这里，αm∈{1,0}表示被激活的第m个中继，αm＝0时，表示校验未通过，中继不转发；反之，αm＝1。另外，RN到DN的信道系数服从复值高斯分布噪声向量Nd′服从复值高斯变量6)在目的端为了降低检测的复杂度，在多个数据流最大比合并基础上引入分列差分检测算法，并通过与补码的解码算法结合，来抵抗不同信道间干扰。假设连续两块间的信道系数是不变的，即Hrd(i)＝Hrd(i-1)，则补码解码后第i-1个接收信号为Yrd(i-1)＝Hrd(i)Si-1+Nd′(i-1)，基于上述公式可得其中综上所述，我们可以给出最大似然检测算法(maximum-likelihood，ML)的公式为式中，分别表示第i时刻被激活的色散矩阵序号和候选调制符号，X为符号矩阵中的候选调制符号。本专利技术所用的分列差分检测算法是以上述的ML算法为基础，将在i-1时刻得到的接收信号Yrd(i-1)视为i时刻检测发射信号所需要的信道增益矩阵Hrd，则式(5)可化为式中，分别表示第j时刻被激活的色散矩阵序号和候选调制符号，Hrd(i,λ)表示第i时刻的第λ根发射天线对应的信道增益矩阵，λ＝1,2,…,Nt。分列差分检测算法在检测时利用分列检测的搜索方式，对接收信号矩阵Yrd(i)进行逐列检测。为便于理解此算法，以发射天线Nt＝4、接收天线Nr＝2，采用QPSK调制为例，进行算法检测。Yrd(i)＝Hrd(i)*X(7)如上述所示，首先式(9)将Yrd(i)的第一列取出，经过检测后得到对应的色散矩阵序号与调制符号后，信道矩阵缩小为2×3的矩阵，符号矩阵缩小为3×3的矩阵；式(10)再单独取出Yrd(i)的第二列进行下次检测，得到重复上述步骤直到色散矩阵序号与调制符号被全部检测出来为止。本专利技术中所涉及的补码均采用完全互补码来提高系统的抗干扰性能。本专利技术的有益效果为：1)该专利技术方案使用了协作系统模型，以便获得分集增益，改善移动通信系统的性能；2)使用了差分空间调制方案，以便避免信道间的干扰和同步问题，同时提高整个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法，其特征在于，它包括下列步骤：1)假设信源端(Source Node，SN)每次共发送b位信息，对源信息进行循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)编码，以使中继端(Relay Node，RN)能够检测潜在的解码错误，经过CRC编码后，共有B位信息；2)接着进行L′‑PSK/QAM调制，生成调制符号

【技术特征摘要】
1.一种基于补码技术的差分空间调制协作系统抗干扰方法，其特征在于，它包括下列步骤：1)假设信源端(SourceNode，SN)每次共发送b位信息，对源信息进行循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck，CRC)编码，以使中继端(RelayNode，RN)能够检测潜在的解码错误，经过CRC编码后，共有B位信息；2)接着进行L′-PSK/QAM调制，生成调制符号再进行差分编码，得到符号其中，S0＝I；3)最后将信息经过补码C＝Cp,k(n)(p＝1,2,…,P，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N)扩频之后通过无线信道发射,则信源端最终发射的信息为其中P为互补码的码群数目，K为每个互补码中的子码数目，N为每个子码的码长；经过SN到RN间的信道后，中继端接收到的信息为式中，m代表接收信息的为第m个中继，信源到第m个中继的信道系数服从复值高斯分布噪声向量服从复值高斯变量N0为噪声方差；4)对中继端接收到的信息进行补码解码、差分解码和解调，并进行CRC的校验，如果校验不成功，则该中继不转发信息，信号直接传输到目的端(DestinationNode，DN)，则此时DN接收到的信息为式中，信源端SN到目的端DN的信道系数hsd服从复值高斯分布噪声向量Nd服从复值高斯变量如果校验成功，则需构建传输信号矩阵,即进行差分空间调制得到Si；5)在发射之前对信号再次进行补码编码，则最后第m个RN上经过Nt个发射天线发送的信号为其中Q为色散矩阵的个数，令Q＝Nt，Nt为发射天线数目；则对应的DN端的接收信号表示为αm∈{1,0}表示被激活的第m个中继，αm＝0时，表示校验未通过，中继不转发；反之，αm＝1；另外，RN到DN的信道系数服从复值高斯分布噪声向量Nd′服从复值高斯变量6)在目的端，在多个数据流最大比合并基础上引入分列差分检测算法，以降低检测的复杂度，并通过与补码的解码算法结合，抵抗不同信道间干扰：假设连续两个时刻的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：金小萍，李倩，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33