空频域调制的一种差分调制和解调方法技术

本发明专利技术提供了一种应用于空频域调制系统的差分调制和解调方法，包括：S1：根据天线域、载波域和符号调制映射规则得到空时信号矩阵

A Differential Modulation and Demodulation Method for Space-Frequency Domain Modulation

【技术实现步骤摘要】
空频域调制的一种差分调制和解调方法
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种应用于空频域调制系统的差分调制和解调方法。
技术介绍
随着多天线技术研究的深入，与索引调制(IndexModulation,IM)相结合的多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)系统已经得到广泛的应用。空间调制(SpatialModulation,SM)作为一种高传输速率、低复杂度的先进技术，将发射天线的序号作为新的映射资源，通过建立不同的输入比特与天线序号的映射关系，在发射机每个时隙只激活一根发射天线，达到空间调制的目的。一方面，简化了发射端的结构，大大降低了功率放大器的功耗；另一方面，避免了天线同步(Inter-AntennaSynchronization,IAS)和信道间干扰(Inter-ChannelInterference,ICI)问题，简化了接收端的检测，同时也降低了信号处理的功耗。然而，SM的检测需要准确的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)估计，这使得SM系统因信道估计存在误差而性能受损。基于此，有学者提出了差分空间调制(DifferentialSpatialModulation,DSM)，通过引入时间域，在时域上做差分，保留了SM每时隙只激活一根发射天线的优势，同时也完美的避开了信道估计这个难题。针对DSM分集复用的权衡，星座图设计，性能分析等问题近几年受到学术界的广泛关注和研究。随着空间调制技术在大规模多发多收系统中的良好表现，很多研究将该技术应用在多载波系统中。研究较多的是对正交子载波进行索引调制，即索引调制正交频分复用技术(SubcarrierIndexModulation,SIM)。作为一种新型传输技术，其结构优化与改进也备受关注。尽管SIM技术被广泛研究，但同样存在类似SM的信道估计问题，故有学者提出了单输入单输出差分载波索引系统(DifferentialSIM,DSIM)。针对单一天线，引入频域，在发射端设计时频传输矩阵进行差分传输，在接收端进行非相干检测，同样避免了信道估计。显然，上述提及的DSM系统和DSIM系统，完全绕过发射端到接收端的任何信道估计。但都是使用了单一域资源，其中DSM引入的是空间域资源，DSIM引入的是频域资源。为了更有效的同时利用空间域和频域资源，以此提升差错性能。有学者提出基于正交频分复用的空间调制载波索引调制(SM-OFDMwithSubcarrierIndexModulation,ISM-OFDM)系统，在激活的子载波上通过设计激活不同的天线发送调制信息。但其假设的前提是在接收端获取完美的CSI，实际上同样需要消耗额外资源来进行CSI的估计。所以既能充分地利用空时频域资源，并在接收端避免信道估计，这是空频域调制系统差分调制和解调的目的。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种空频域调制系统中的差分调制和解调方法，系统中在发射端设计空时传输块和时频传输块的差分编码调制，并利用克罗内克积进行三域信息的融合，避免了空频域调制系统中的信道估计问题。第一方面，本专利技术一种空频域调制系统中的差分调制和解调方法，所述方法包括：S1：根据发射天线，对子载波进行分组，然后根据天线域、载波域和符号调制映射规则得到空时信号矩阵和时频信号矩阵S2：发送端将二维空时信号矩阵和时频信号矩阵分别经过差分编码设计得到空时传输矩阵和时频传输矩阵S3：将包含空域、时域和频域三维信息在内的空时传输矩阵和时频传输矩阵利用克罗内克积融合为一个二维传输矩阵S4：利用二维信息的性质设计包含频域、发射天线和接收天线在内的信道矩阵并进行信号矩阵的传输，得到接收信号矩阵S5：利用克罗内克积性质，以及发射端空时传输矩阵和时频传输矩阵的差分传输特性，推导得出相应的差分检测式，通过穷举搜索法，检测出发射空时信号矩阵和时频信号矩阵S6：基于天线域、载波域以及符号映射等规则逆映射得到检测矩阵和对应的比特序列。优选地，所述步骤S1具体包括：S11:根据发射天线Nt，对子载波数L进行分组，共G组，每组子载波数N＝L/G＝Nt，对于第g个子载波组，包含Nt个时隙的第t个传输块：首先，比特信息用来确定Nt个时隙的天线激活顺序，得到空时索引矩阵其次，比特信息用来确定包含N个时隙的载波激活顺序，得到时频索引矩阵最后，b3＝Nlog2(M)比特信息映射成N个M-PSK调制符号，决定中N个符号。S22:空时传输矩阵和时频传输矩阵分别为：优选地，所述步骤S2具体包括：设置初始的空时传输矩阵和时频传输矩阵分别为其中为N×N维的单位矩阵。其中和可以为任意一个属于发射调制空间的发射信号矩阵，且发射和不传达任何比特信息。则发射端经差分传输可得到第g个载波组的第t个空时传输矩阵和时频传输矩阵优选地，所述步骤S3具体包括：将包含空域、时域和频域三维信息在内的空时传输矩阵和时频传输矩阵利用克罗内克积融合为一个二维传输矩阵其中为克罗内克积。优选地，所述步骤S4具体包括：利用二维传输矩阵特征设计包含频域、发射天线和接收天线在内的信道矩阵并进行信号矩阵的传输，得到接收信号矩阵其中为第g个子载波组的信道矩阵。优选地，步骤S5具体包括：利用克罗内克积性质，以及发射端空时传输矩阵和时频传输矩阵的差分传输特性，推导得出相应的差分检测式，通过穷举搜索法，检测出发射空时信号矩阵和时频信号矩阵检测式如下：其中ψs和ψf分别代表和所有可能的信号矩阵。优选地，所述步骤S6具体包括：基于天线域、载波域以及符号映射等规则逆映射得到检测矩阵和对应的比特序列。由上述技术方案可知，通过本专利技术提供的一种空频域调制系统中的差分调制和解调方法，对于每一个子载波组g，在发射端利用克罗内克积将差分后的空时块和时频块融合为一个二维传输矩阵进行信号传输，在接收端利用相应的克罗内克积性质推导出差分检测。通过接收端第t个接收块和第(t-1)个接收块穷举搜索，检测出发射空时信号矩阵和时频信号矩阵避免了信道估计问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种空频域调制系统中的差分调制和解调方法的流程示意图；图2是发射端空时信号矩阵比特位映射示意图；图3是发射端时频信号矩阵比特位映射示意图；图4是本专利技术提供的利用克罗内克积从而避免信道估计的系统示意图；图5是在接收天线分别为1和2，且子载波L＝2情况下，本专利技术与DSM系统在频谱效率为1.5bps/Hz下的仿真对比图。图6是在接收天线分别为3和4，且子载波L＝64情况下，本专利技术的两个实例子方案与ISM-OFDM系统在频谱效率为2.5bps/Hz下的仿真对比图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.空频域调制的一种差分调制和解调方法，其特征在于，所述方法包括：S1：根据发射天线，对子载波进行分组，然后根据天线域、载波域和符号调制映射规则得到空时信号矩阵

【技术特征摘要】
1.空频域调制的一种差分调制和解调方法，其特征在于，所述方法包括：S1：根据发射天线，对子载波进行分组，然后根据天线域、载波域和符号调制映射规则得到空时信号矩阵和时频信号矩阵S2：发送端将二维空时信号矩阵和时频信号矩阵分别经过差分编码设计得到空时传输矩阵和时频传输矩阵S3：将包含空域、时域和频域三维信息在内的空时传输矩阵和时频传输矩阵利用克罗内克积融合为一个二维传输矩阵S4：利用二维信息的性质设计包含频域、发射天线和接收天线在内的信道矩阵并进行信号矩阵的传输，得到接收信号矩阵S5：利用克罗内克积性质，以及发射端空时传输矩阵和时频传输矩阵的差分传输特性，推导得出相应的差分检测式，通过穷举搜索法，检测出发射空时信号矩阵和时频信号矩阵S6：基于天线域、载波域以及符号映射等规则逆映射得到检测矩阵和对应的比特序列。2.根据权利要求1所述的一种空频域调制系统中的差分调制和解调方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11:根据发射天线Nt，对子载波数L进行分组，共G组，每组子载波数N＝L/G＝Nt，对于第g个子载波组，包含Nt个时隙的第t个传输块：首先，比特信息用来确定Nt个时隙的天线激活顺序，得到空时索引矩阵其次，比特信息用来确定包含N个时隙的载波激活顺序，得到时频索引矩阵最后，b3＝Nlog2(M)比特信息映射成N个M-PSK调制符号，决定中N个符号。S22:空时传输矩阵和时频传输矩阵分别为：3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范亚君，贾元启，王宁，韩刚涛，李双志，朱政宇，穆晓敏，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41