一种基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统，该系统采用了一种新的功率分配概念，将传输数据帧分为一个参考块和K个正常块，参考块为帧中的正常块提供信道估计，正常块用于传达信息，采用功率分配方法使分配给参考块的功率大于正常块的功率；该方法可有效解决非相干空间调制系统(Non‑Coherent Spatial Modulation,NCSM)消除CSI的限制会产生大约3dB损失的问题。且仿真结果证明，本发明专利技术所提出的新APSK功率分配非相干空间调制系统方案(Power‑NCSM,P‑NCSM)的误码率性能优于传统的基于APSK的非相干空间调制系统。

A power allocation incoherent space modulation system based on APSK modulation

【技术实现步骤摘要】
一种基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统
本专利技术涉及通信
，尤其涉及无线通线系统接收端的信号检测方法，具体地说是一种基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统。
技术介绍
差分空间调制(DifferentialSpatialModulation,DSM)是一种新型的多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)无线通信技术，具有单导频结构且无需信道状态信息。因此，DSM是相干空间调制(SpatialModulation,SM)的有力替代方案，在理论研究和实际应用方面，它被认为是用于大规模MIMO系统的一种很有前景的传输技术。PSK调制对于所有星座点具有相等的幅度，因此DSM在大多数情况下采用PSK调制以满足传输块必须的差分调制机制的封闭属性，但其频谱效率利用率较低且抗干扰性能较差。为了获得更高的吞吐量和更好的性能，提出了APSK辅助DSM方案。首先提出了具有双环APSK的DSM，表明APSK可以被认为是DSM的有效调制方案。然后，进行了进一步的研究，即，星座的环数被扩展到任意值，并且还研究了相邻环之间的半径比的最佳值。对于提出的这些方案中的多环APSK星座，发射机的差分操作是必须的，这就要求多环APSK星座设计有一些限制：a)每个圆圈星座点的数量必须是2的幂；b)两个相邻圆之间的半径比必须相等。只有上述两个条件都满足时，差分后的发射矩阵才满足封闭性，从而在接收机处进行差分检测。但这些条件实际上限制了星座设计的灵活性，特别是对于高维星座而言，其中星座点在内圆上是密集的并且散布在外圆上，这种结构在接收机处检测时会造成高误差。为了突破这一局限，提出了一种新的非相干空间调制(Non-CoherentSpatialModulation,NCSM)方案，在接收机上进行非相干检测，其中检测仅依赖于前一个传输块，而不是差分操作。然而，与相干检测相比，NCSM系统利用先验传输块的估计来消除CSI的限制会产生大约3dB的损失。针对这个问题，本专利技术提出一种新的功率分配概念(PowerAllocationConcept,PAC)并将其应用于基于APSK调制的NCSM系统，以减少差分检测容易受到的3dB损失。仿真结果证明，所提出的新APSK功率分配非相干空间调制系统方案(Power-NCSM,P-NCSM)的误码率性能优于传统的基于APSK的非相干空间调制系统。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题,提出了一种基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统(Power-NCSM,简称P-NCSM)。本专利技术的技术方案如下：一种基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统,该系统具有Nt根发射天线和Nr根接收天线，是数字调制方式采用M阶APSK的非相干空间调制系统，在发射端，输入信息比特流被分为两部分，即用于选择天线索引矩阵k1比特和经过APSK调制映射为调制符号的k2比特，则每块的总比特数为经过M-APSK映射的调制符号在接收端，第d块的接收矩阵为：Yd＝HdSd+Nd(1)其中，是一个发射矩阵且Sd中任一行任一列有且只有一个非零元素，满足不同时隙激活不同天线发射单一符号的要求,和表示信道矩阵和噪声矩阵，其元素分别服从复数高斯分布CN(0,1)和CN(0,σ2),σ2为噪声功率；非相干ML检测算法公式为：其中，表示Frobenius范数,表示Sd-1的预估矩阵,是传输矩阵的候选矩阵。差分检测器被认为具有估计检测结构,这意味着先前接收的块Y(d-1)被用作对衰落信道矩阵H(d)的估计，以便相干地检测在当前接收的块中传送的信息Y(d)。利用此特性提出了新的基于APSK调制的非相干空间调制系统方案。假设每帧包含(K+1)个块，其中传达信息的正常块有K块，在帧中发送的第一个块(即参考块)将用作帧中后续K个正常块的参考。正常块和参考块以不相等的功率传输，更多功率分配给参考块。在帧中发送的参考(第一)块经过信道后为：Yref＝HrefXref+Nref(3)其中,Nref服从的复高斯分布。因此，参考块的平均SNR为该块为帧中的剩余K块提供信道估计。剩余的K个正常块经过信道后有：Ynorm(d)＝Hnorm(d)Xnorm(d)+Nnorm(d),1≤d≤K(4)其中Xnorm(d)＝S(d)。Nnorm(d)也是服从的复高斯分布。因此，正常块的平均SNR为对于准静态衰落，假设Href＝Hnorm(d),1≤d≤K可以将式(4)中的接收信号重写为：Ynorm(d)＝YrefS(d)-NrefS(d)+Nnorm(d)(5)ML检测器现在可以在式(5)之后导出为：其中，Ψ为种发射矩阵S的信号集。如上所述，为NCSM系统引入了功率分配定义。根据系统的平均信噪比来定义的平均发射功率约束式，对于所提出的方案可以得到：接着，采用一种新的功率分配方案。首先，从帧中的每个正常块中移除一小部分幂，表示为α。就系统的平均信噪比而言，数学表示式为然后，将来自所有K个正常块的这部分功率重新分配给参考块，即可以看出，分配给参考块的功率大于正常块的功率，以便改善信道估计并因此减少误差。所提出的方案不需要关于系统统计的任何信息，因此可以应用于任何差分调制方案。还探讨了所提出的NCSM方案的最佳功率分配。按照上述定义的正常和参考SNR，将噪声方差作为公式的主体，得到：如果在式(5)中分析接收信号，很明显该信号包含两个不同方差的两个噪声元素。式(5)的有效或总噪声方差可以计算为：可以通过最小化有效噪声方差来找到最优α，即取相对于α的式(8)的导数并将其等于0。经过一些代数操作后，得到：当选择K值时，应注意所需的峰值平均功率比(PeakAveragePowerRatio,PAPR)大小以及信道保持不变的块持续时间，因为快速衰落信道中会产生严重的误码率性能损失。本专利技术的优点及有益效果为：本专利技术将一种新的功率分配概念应用于非相干空间调制系统，提出了一种全新的基于APSK的功率分配非相干空间调制系统方案，仿真结果证明，改方案的误码率性能优于传统的基于APSK的非相干空间调制系统。附图说明图1是常规的APSK-NCSM系统模型；图2是APSK-NCSM与P-NCSM系统的理论和仿真误码率性能对比；图3是P-NCSM系统在不同帧长度下的误码率性能对比；具体实施方式下面对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。本专利技术采用的一种基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统方案为：对于一个具有Nt根发射天线和Nr根接收天线，数字调制方式采用M阶APSK的非相干空间调制系统，在发射端，输入信息比特流被分为两部分，即用于选择天线索引矩阵k1比特和经过APSK调制映射为调制符号的k2比特，则每块的总比特数为经过M-APSK映射的调制符号在接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统,其特征在于，该系统具有N

【技术特征摘要】
1.基于APSK调制的功率分配非相干空间调制系统,其特征在于，该系统具有Nt根发射天线和Nr根接收天线，是采用M阶APSK的非相干空间调制系统，在发射端，输入信息比特流被分为两部分，即用于选择天线索引矩阵k1比特和经过APSK调制映射为调制符号的k2比特，假设每数据帧包含(K+1)个传输块，所发送的第一块为参考块，其余K块为传达信息的正常块；参考块经信道后为：
Yref＝HrefXref+Nref(1)
其中,Nref服从的复高斯分布，因此，参考块的平均SNR为该块为帧中的剩余K块提供信道估计；
第d个正常块经过信道后有：
Ynorm(d)＝Hnorm(d)Xnorm(d)+Nnorm(d),1≤d≤K(2)
其中Xnorm(d)＝S(d)，Nnorm(d)服从的复高斯分布，因此，正常块的平均SNR为
...

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