The invention provides a spatial modulation method combining array gain control and analog beam shaping, and a large-scale MIMO system based on the spatial modulation method. The method maps the spatial information bits to the transmission mode, and can effectively utilize the degree of freedom to improve the transmission rate of the system; the array gain control scheme for multiple adjacent antenna sub-arrays proposed by the invention effectively improves the diversity of channel gain of the antenna sub-arrays and reduces the channel correlation of the adjacent sub-arrays; the simulation proposed by the invention is based on the signal-to-noise ratio criterion. Beam shaping method can effectively reduce the number of radio frequency links used in multi-user large-scale MIMO systems, while reducing inter-user interference. The system proposed in the invention is not only suitable for large-scale MIMO system with single-user hybrid structure, but also suitable for large-scale MIMO downlink transmission system with multi-user hybrid structure.
【技术实现步骤摘要】
用于大规模MIMO系统的空间调制方法和大规模MIMO系统
本专利技术属于无线通信技术，具体涉及一种结合阵列增益控制和模拟波束赋形的空间调制方法，以及基于此空间调制方法的大规模MIMO系统。
技术介绍
大规模MIMO的天线数较传统MIMO增加了数个量级，具有很高的阵列增益，可有效地对抗路径损耗，提高系统的鲁棒性。但在传统的MIMO系统中，预编码通常在数字基带进行，并且需要为每根天线提供专用的基带和射频硬件。对于大规模MIMO系统，由于射频链路的成本和功率损耗高，很难实现全数字通信。使用模拟波束赋形技术可有效降低射频链路的使用数量，减少硬件实现成本，降低系统复杂度和功率损耗。在大规模MIMO下行多用户系统中，如果基站处的发射天线数目远远大于用户的接收天线数目，则基站与每个用户之间的信道接近正交。由于基站天线数目越大，用户间干扰越小，因此，大规模MIMO系统中用户间干扰趋于零。此时，可通过基于信漏噪比准则进行模拟波束赋形，使其最大化目标用户的功率并最小化泄漏到其他用户信道方向的功率，由此选择最优的波束赋形矢量，以减小用户间干扰。空间调制是一种获得多天线增益的方式。在基于...
【技术保护点】
1.一种用于大规模MIMO系统的空间调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对发送比特数据进行空间调制，将其分成两部分，一部分作为信息符号按照设定的调制方式进行调制，另一部分作为空间信息比特，其中，对发射天线进行分组，每组天线为一个天线子阵列，每个天线子阵列中包含多根发射天线，基站根据用户端对应的空间信息比特选定发射天线子阵列；(2)对某一用户对应的不同发射天线子阵列赋予不同的阵列增益；此外，每个天线子阵列对应的阵列增益在每一帧传输时间内保持不变，在不同帧的传输时间内不同，以此降低相邻天线子阵列的信道相关性；(3)用户端发射信号至基站，基站利用选定的天线子阵列接收信号，同...
【技术特征摘要】
1.一种用于大规模MIMO系统的空间调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对发送比特数据进行空间调制，将其分成两部分，一部分作为信息符号按照设定的调制方式进行调制，另一部分作为空间信息比特，其中，对发射天线进行分组，每组天线为一个天线子阵列，每个天线子阵列中包含多根发射天线，基站根据用户端对应的空间信息比特选定发射天线子阵列；(2)对某一用户对应的不同发射天线子阵列赋予不同的阵列增益；此外，每个天线子阵列对应的阵列增益在每一帧传输时间内保持不变，在不同帧的传输时间内不同，以此降低相邻天线子阵列的信道相关性；(3)用户端发射信号至基站，基站利用选定的天线子阵列接收信号，同时采用到达角估计算法估计出上行链路信号直达径的到达角，然后，根据信道上下行链路的互易性获得下行链路中信号的发射角，用以形成模拟波束赋形向量，从而对选定的天线子阵列进行波束赋形；(4)基站发射机通过空间调制确定的天线子阵列发射信号；(5)用户端根据接收信号估计信息符号，并计算误差向量，根据误差最小准则确定发射样式，进行空间信息解调。2.根据权利要求1所述的用于大规模MIMO系统的空间调制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，某一用户的第m个发射天线子阵列的阵列增益因子满足其中为在第t帧的传输时间内，对第m个发射天线子阵列赋予的阵列增益因子，T为总帧数。3.根据权利要求1所述的用于大规模MIMO系统的空间调制方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，第m个发射天线子阵列的模拟波束赋形向量表示为：其中下行链路中信号直达径的发射角为φ，j是虚常数，k0＝2π/λ，λ是载波波长，μ为发射天线子阵列中的天线数，T表示矩阵转置，d表示天线间距。4.根据权利要求3所述的用于大规模MIMO系统的空间调制方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，对于多用户场景，用户端分别发送相互正交的信号至基站。5.根据权利要求4所述的用于大规模MIMO系统的空间调制方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，对于多用户场景，对于活跃的天线子阵列，在获得各用户下行链路中信号的发射角后，基于最大化信漏噪比准则得到模拟波束赋形向量，其中，第k个用户端的信漏噪比表示为：其中，表示基站第k个用户端的发射天线子阵列到第k个用户端的直达径的发射角对应的导向矢量，表示基站第k个用户端的发射天线子阵列到第q个用户端的直达径的发射角对应的导向矢量，ρk,k和ρq,k分别表示相应的路径增益，为方差，分母中的项表示从目标用户端k的波束赋形方向泄漏到其他用户端的功率，通过最大化SLNRk，即得到第k个用户端的最优波束赋形向量fk。6.根据权利要求1所述的用于大规模MIMO系统的空间调制方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，根据误差最小准则确定发射样式，进行空间信息解调进一步包括接收机根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张在琛，沈怡婷，吴亮，党建，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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