一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法技术

本发明专利技术公开了一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法，该方法中空间星座定义为包含所有可能的激活天线的组合，根据空间星座中的一个特定的SC码字，将堆叠式编码中的对应符号激活，形成SA‑SM发送信号进行发送。本发明专利技术适合于任意偶数根发射天线，适合于间的任意根激活天线；本发明专利技术在激活天线数相同的情况下，所提出的SA‑SM方案由于比空间调制正交空时编码方案携带更多的符号数因而可以获得更高的频谱效率；本发明专利技术SA‑SM方案在无需作任何参数或者矩阵优化的情况下具有永不消失的行列式特性，该特性可以保证SA‑SM方案获得二阶发射分集；最后，本发明专利技术SA‑SM方案在编码结构上具有分块正交结构，因而可以采用低复杂度的QRDM检测方法进行译码，具有很低的译码复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法
本专利技术属于多天线无线通信系统中的一种发射分集传输
，特别涉及一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法。
技术介绍
空间调制(SpatialModulation,SM)(R.Mesleh,H.Haas,S.Sinanovic,etal.,“Spatialmodulation,”IEEETrans.Veh.Technol.,vol.57,no.4,pp.2228-2241,July2008.)和空移键控调制(SpaceShiftKeying,SSK)(J.Jeganathan,A.Ghrayeb,L.Szczecinski,etal.,“SpaceshiftkeyingmodulationforMIMOchannels,”IEEETrans.WirelessCommun.,vol.8,no.7,pp.3692-3703,July2009.)利用空间维度来传输信息，较传统的MIMO方案可以获得额外的频谱效率。因此近年来，SM和SSK作为一种新颖的MIMO传输技术受到了广泛的关注。然而，SM和SSK在每次传输时只激活一根天线，所以它们不能获得发射分集，只能依赖接收分集来对抗信道衰落。针对SM和SSK无法获得发射分集的缺陷，学者们提出了多种解决方法。例如，文献“Coherentanddifferentialspace-timeshiftkeying:adispersionmatrixapproach”(S.Sugiura,S.Chen,andL.Hanzo,“Coherentanddifferentialspace-timeshiftkeying:adispersionmatrixapproach,”IEEETrans.Commun.,vol.78,no.11,pp.3219-3230,Nov.2010.)将SM的概念推广到空间和时间的维度，进而提出了可获得发射分集的空时移键控调制(Space-TimeShiftKeying,STSK)方法。然而STSK的传输速率随着传输时隙数的增加而线性减少，且其最优的散射矩阵集需要用计算机做最优搜索。为了进一步提高STSK的频谱效率，在文献“Generalizedspace-timeshiftkeyingdesignedforflexiblediversity,multiplexing-andcomplexity-tradeo_s”(S.Sugiura,S.Chen,andL.Hanzo,“Generalizedspace-timeshiftkeyingdesignedforflexiblediversity,multiplexing-andcomplexity-tradeo_s,”IEEETrans.WirelessCommun.,vol.10,no.4,pp.1144-1153,Apr.2011.)中，Sugiura等人通过在一个GSTSK信号传输时隙内激活多个散射矩阵，提出了广义空时移键控调制方案(GeneralizedSpace-timeShiftKeying,GSTSK)。文献“Space-timeblockcodedspatialmodulation”(E.Basar,U¨.Aygo¨lu¨,E.Panayirci,andH.V.Poor,“Space-timeblockcodedspatialmodulation,”IEEETrans.Commun.,vol.59,no.3,pp.823-832,Mar.2011.)将空时编码和SM结合起来提出了空时分组码空间调制方案(Space-TimeBlockCodedSpatialModulation,STBC-SM)。利用Alamouti空时编码的正交性，该方案可以实现低复杂度的最大似然译码(MaximumLikelihood,ML)。但是在STBC-SM方案中，为了取得二阶的发射分集，需要对旋转角度进行优化，同时空间维度调制所提供的频谱效率较低。为了提高STBC-SM方案的频谱效率，文献“HighRateSpace-TimeBlockCodedSpatialModulationwithCyclicStructure”(X.-F.LiandL.Wang,“HighRateSpace-TimeBlockCodedSpatialModulationwithCyclicStructure,”IEEECommun.Lett.,vol.18,no.4,pp.532-535,Apr.2014.)提出了一种基于循环结构的STBC-SM方法(STBC-CSM)。尽管STBC-CSM较STBC-SM系统的频谱效率有所提高，但需要优化的角度个数也相应地增多了。显然文献“Coherentanddifferentialspace-timeshiftkeying:adispersionmatrixapproach”和“Generalizedspace-timeshiftkeyingdesignedforflexiblediversity,multiplexing-andcomplexity-tradeo_s”中的散射矩阵的最优搜索和文献“Space-timeblockcodedspatialmodulation”和“HighRateSpace-TimeBlockCodedSpatialModulationwithCyclicStructure”中的角度优化都增加了MIMO系统的设计复杂度。随后，文献“SpatiallyModulatedOrthogonalSpace-TimeBlockCodeswithNon-VanishingDeterminants”(M.T.Le,V.D.Ngo,H.A.Mai,etal.,“SpatiallyModulatedOrthogonalSpace-TimeBlockCodeswithNon-VanishingDeterminants,”IEEETrans.Commun.,vol.62,no.1,pp.85-99,Jan.2014.)通过引入空间星座(SC)矩阵的概念，提出了一种高速率的正交STBC-SM方案，称为SM-OSTBC。SM-OSTBC方法可以取得二阶的发射分集而不需要任何最优搜索和角度的优化。不过，SM-OSTBC方法仅仅适用于偶数根发射天线和射频(RF)链路的MIMO系统，同时发射端至少需要配置4根射频链路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法,该方法采用了堆叠式Alamouti编码作为发送信号矩阵因而被命名为SA-SM(StackedAlamoutibasedSpatialModulation)方案。在该方案中，空间星座(SpatialConstellation,SC)定义为包含所有可能的激活天线的组合，根据空间星座中的一个特定的SC码字，将堆叠式Alamouti编码中的对应符号激活，形成SA-SM发送信号进行发送。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法，包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：SA‑SM调制方法在一个具有nT根发射天线的MIMO系统中，假定在每个时隙从nT根发射天线中激活nA根天线来发送数据，将空间星座(SC)定义为所有可能的激活天线的组合：

【技术特征摘要】
1.一种采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：SA-SM调制方法在一个具有nT根发射天线的MIMO系统中，假定在每个时隙从nT根发射天线中激活nA根天线来发送数据，将空间星座(SC)定义为所有可能的激活天线的组合：其中，表示SC的尺寸，1×nA维向量lq称为第q个SC码字，l(i)(i＝1,…,nA)是第i个激活天线的序号；为了表述简单起见，将具有nT根发射天线、nR根发射天线和激活nA根天线的SA-SM方案简称为SA-SM(nT,nR,nA)；步骤2：SA-SM的频谱效率在SA-SM方案中，Q个SC码字能够传输log2Q个比特，每个SA-SM信号中的nA个符号能够传输nAlog2M个比特，因而SA-SM方案的频谱效率为：步骤3：SA-SM的分集和编码增益根据空时编码的设计准则，对于任意两个不同的空时码字X和编码增益定义为：考虑两个不同的SA-SM信号Xq和其SC码字分别为lq＝[l(1),l(2),…,l(nA)]和将两个信号Xq和之差定义为对于SA-SM信号，很显然ΔX＝X(Δs)，其中此外，还能够得到：(ΔX)H(ΔX)＝(X(Δs))H(X(Δs))＝‖Δs‖2I2(2)；步骤4：SA-SM的信号检测在一个nT×nR的MIMO系统中，假定信道为准静态Rayleigh衰落，当发射nT×2维的SA-SM信号时，nR×2维的接收信号能够表示为：其中，H和N分别为nR×nT维和nR×2维的信道矩阵和噪声矩阵，且假定接收端具有准确信道参数H的信息，而发射端未知H；对式(3)两边同时作按列拉直运算vec(·)和实数化运算(·)，能够得到一个等价的实的接收信号：其中，对于复向量x＝[x1,x2,…,xn]T，运算(·)表示4nR×1维实接收向量和噪声向量分别为y＝vec(Y)和n＝vec(N)，是与第q个SC码字lq相对应的实符号向量，4nR×2nA维等价的实信道矩阵为：其中，4nT×2nA维的生成矩阵对等价信道矩阵作QR分解，得到其中Qq和Rq分别为正交阵和上三角阵，对式(4)两边同时左乘后能够得到：又因为则与第q个SC码字lq相对应的最大似然译码度量能够表示为：对于(7)式，能够利用球形或者QRDM检测方法对SA-SM方案进行检测；步骤5：SA-SM的分块正交结构假定矩阵R是对一个空时编码的等价信道矩阵作QR分解后得到的上三角矩阵，若R具有如下的结构，则称该空时编码为分块正交空时码：其中每个子块Dγ是一个对角阵，γ＝1,…,Γ；它具有kγ个非零的对角元素且Γ是R中子块Dγ的个数，Eij表示具有任意值的非零矩阵，i＝1,…,Γ-1,j＝2,…,Γ；用1×Γ维向量来描述该BOSTC的分块正交结构，因此将k称为分块正交参数；步骤6：SA-SM的QRDM译码方法在每一层QRDM解码器都保留欧氏度量最小的Mc个分支而丢弃其余的分支，Mc因此也被称为幸存分支数；利用分块正交结构，能够将幸存分支数Mc减小为因而将称为等价幸存分支数。2.根据权利要求1所述的采用堆叠式Alamouti编码映射的空间调制方法，其特征在于，步骤1中具体的SA-SM(nT,nR,nA)调制方法包括以下步骤：步骤1.1：总共B＝log2Q+nAlog2M个比特进入发射机，首先对B个比特进行串并转换，其中B1＝log2Q个比特用于从nT根发射天线中激活nA根天线，此时对应地是在SC中选择了一个SC码字，该SC码字为lq＝[l(1),l(2),…,l(nA)]；步骤1.2：根据步骤1.1中选择的SC码字lq，1×nT维信号向量中的第l(i)个符号被激活，则s中共有nA个符号被激活，被激活的nA个符号根据B2＝nAlog2M个比特从M-PSK或者M-QAM星座中进行选择，s中剩余的(nT-nA)个分量置为零；相应地，将根据SC码字lq得到的信号向量表示为sq；步骤1.3：用如下的堆叠式Alamouti编码将上述的信号向量sq映射为一个nT×2维的SA-SM信号Xq在两个符号周期内从nT根发射天线上发出；即Xq＝X(sq)，q＝1,…,Q；对于上述步骤以SA-SM(4,nR,2)为例说明SA-SM码字的生成过程：首先，对于nT＝4和nA＝2，有四...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，陈志刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61