一种用于增强型空间调制系统的功率分配方法技术方案

本发明专利技术属于通信抗干扰技术领域，具体的说涉及一种用于增强型空间调制系统的功率分配方法。本发明专利技术将功率分配算法用于增强型空间调制系统中，与传统的增强型空间调制系统模型相比，本发明专利技术的方案主要是利用有限反馈链路在发射端增加了一个功率分配模块，利用当前信道信息合理分配发射功率，使性能达到最优。在发射功率相同的情况下，与传统增强型空间调制系统相比，本发明专利技术能获得较大的BER性能提升。

【技术实现步骤摘要】
一种用于增强型空间调制系统的功率分配方法
本专利技术属于通信抗干扰
，涉及增强型空间调制(EnhancedSpatialModulation,ESM)技术，功率分配(PowerAllocation,PA)技术，以及多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技术。
技术介绍
随着移动用户对通信需求的飞速增长，迫切需要更高的数据速率，更高的频谱利用率和更低的实现复杂度的宽带通信技术来满足无线通信的需求。多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技术可以实现更高频谱利用率的宽带无线通信，但在实际应用中也存在信道间干扰、天线间同步、多射频链路、系统功耗高等问题。空间调制(SpatialModulation，SM)技术作为一种新型的多天线技术，可以缓解传统MIMO传输方案中的上述缺陷，成为目前无线通信研究的热点问题。增强型空间调制(EnhancedSpatialModulation，ESM)作为一种改进的SM方案，通过天线索引的组合以及传统的幅度相位调制(AmplitudeandPhaseModulation，APM)来传送信息比特。与SM不同的是，ESM的APM星座集合包括主星座和二级星座两种，且每个时隙有一根或者两根发射天线激活，因此相同配置下，ESM系统的传输速率高于SM系统且能保持较好的系统性能。功率分配(PowerAllocation，PA)技术能通过有限反馈链路来调整发射功率的分配以对抗时变信道衰落的影响，从而提高系统的性能。自适应功率分配算法不改变发射天线的调制模式，仅缩放调制后信号功率的大小。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是将功率分配技术应用到增强型空间调制系统中，以获得系统的BER性能增益。本专利技术的技术方案如下：考虑一个Nt(2的幂次方)根发射天线，Nr根接收天线的MIMO无线传输系统，且主星座的调制阶数为M，二级星座的调制阶数为N(一般N＝M/2)。与传统空间调制系统类似，增强型空间调制的数据传输与接收端检测可以分为如下步骤：1)发射端首先将待传输的比特流送入串并转换模块，经过模块后的比特流转变成信息比特块，即比特数据矩阵的形式。值得注意的是，此时矩阵每一列对应相应的发送时隙内所传送的信息比特，该列向量b的维度等于系统的传输速率m。2)将信息比特向量b送入接收空间调制模块并将b分为b＝[b1,b2]两个部分，一部分比特用于选择一个接收天线组合C，剩余的比特通过传统的幅度相位调制映射成星座点sn。3)对ESM系统映射后的传输向量进行功率分配，即乘上功率分配矩阵P。实际上，也是对发射天线进行功率分配。4)接收端根据接收到的信号在所有可能的发射信号空间中进行遍历搜索和判决，最后通过并/串转换模块恢复出原始发送比特向量。在每一个时隙，前b1＝log2(N),比特用于从集合Sspatial中选取一个空间星座点其中可以表示为也就是说，ESM系统在每一个时隙有一根或者两根发射天线发送信息，其余天线静默。后b2＝log2(M)比特用于传统APM符号映射，且APM符号集合为Ssignal＝{S1,S2}，其中S1,S2分别为主星座符号集合和二级星座符号集合，可表示为：S1＝{s1,s2,...,si,...,sM}其中θi(i＝1,2,...,V)表示旋转角且V＝log2(M)-1。功率分配辅助的增强型空间调制系统的接收信号为y＝HPCs+n＝HPx+n其中是接收信号向量，是平坦瑞利衰落信道矩阵，是发射信号向量，为高斯白噪声向量，功率分配矩阵为且可表示为P＝diag(p)其中表示功率分配权重向量，其元素满足(PT为整体发射功率)。在接收端，最大似然检测机可表示为功率分配辅助的ESM系统基于最大似然检测的成对差错概率为其中Q(·)为Q函数，λ为接收端收到的星座中具有最小欧氏距离dmin的最近邻个数。从上式可以看出，成对差错概率Pe随着dmin(p)的增大而减少，且因此，可以得到如下的优化模型P1，(P1)s.t.||p||2≤PT显然，优化问题P1是一个非凸优化问题，很难直接求解，因此，引入一个辅助标量变量t，则优化问题P1可以写成以下的等效形式P2，(P2)其中Rij＝HHH⊙[(xi-xj)(xi-xj)H]。算法流程如下：步骤1，线性化pHRijp，即将pHRijp近似为步骤2，将实值化为步骤3，将优化问题P2改写为凸优化问题P3(P3)步骤4，利用凸优化工具或者内点法求解凸优化问题P3，从而得到功率分配矩阵P。本专利技术的有益效果为，与传统的增强型空间调制系统模型相比，本专利技术的方案主要是利用有限反馈链路在发射端增加了一个功率分配模块，利用当前信道信息合理分配发射功率，使性能达到最优。在发射功率相同的情况下，与传统增强型空间调制系统相比，本专利技术能获得较大的BER性能提升。附图说明图1是本专利技术功率分配辅助的增强型空间调制传输结构示意图。图2是本专利技术功率分配辅助的增强型空间调制系统的BER性能仿真图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细的描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例如图1所示，本例简要展示了功率分配辅助的增强型空间调制传输结构的基本框架，可以看到与传统的增强型空间调制系统模型相比，该模型在发射端增加了一个功率分配模块，利用有限反馈链路来调整功率分配因子以应对时变信道衰落，该结构能有效地提高系统的传输速率。本例为一个4发2收的功率分配辅助的增强型空间调制MIMO通信系统，主星座的调制方式为QPSK，二级星座的调制方式为BPSK，则该系统的传输速率为m＝6(bits/symbol)，传输信息比特分为两个部分：前b1＝4比特用于天线组合选择，后b2＝2比特用于APM符号映射。更具体的，4发2收的功率分配辅助的增强型空间调制映射规则详见表1。此时，功率分配辅助的增强型空间调制系统响应为：y＝HPx+n其中，H为信道矩阵，x为发射信号向量，n为高斯白噪声，且P为功率分配矩阵。表1.4发2收的功率分配辅助的增强型空间调制映射表天线1天线2天线3天线4C1QPSK000C20QPSK00C300QPSK0C4000QPSKC5BPSK0BPSK000C6BPSK00BPSK00C7BPSK000BPSK0C80BPSK0BPSK00C90BPSK00BPSK0C1000BPSK0BPSK0C11BPSK1BPSK100C12BPSK10BPSK10C13BPSK100BPSK1C140BPSK1BPSK10C150BPSK10BPSK1C1600BPSK1BPSK1在接收端，最大似然检测机可表示为功率分配辅助的ESM系统基于最大似然检测的成对差错概率为其中Q(·)为Q函数，λ为接收端收到的星座中具有最小欧氏距离dmin的最近邻个数。从上式可以看出，成对差错概率Pe随着dmin(p)的增大而减少，且因此，可以得到如下的优化模型P1，(P1)s.t.||p||2≤PT显然，优化问题P1是一个非凸优化问题，很难直接求解，因此，引入一个辅助标量变量t，则优化问题P1可以写成以下的等效形式P2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增强型空间调制系统的功率分配方法，所述增强型空间调制系统具有Nt根发射天线，Nr根接收天线，主星座的调制阶数为M，二级星座的调制阶数为N，则传输的信息比特为

【技术特征摘要】
1.一种用于增强型空间调制系统的功率分配方法，所述增强型空间调制系统具有Nt根发射天线，Nr根接收天线，主星座的调制阶数为M，二级星座的调制阶数为N，则传输的信息比特为其中Nt为2的幂次方；其特征在于，所述功率分配方法包括以下步骤：S1、增强型空间调制映射：将传输的比特信息分为两个部分，前比特用于空间符号映射，且码本为：其中Ci表示为后log2(M)比特用于APM符号映射，码本为Ssignal＝{S1,S2}，其中S1,S2分别为主星座符号集合和二级星座符号集合，表示为：S1＝{s1,s2,...,si,...,sM}其中θi表示旋转角且V＝log2(M)-1，i＝1,2,...,V；从而可以得到发射向量x＝Cs；建立系统响...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱静，杨平，肖悦，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51