一种空间移位键控反射调制方法技术

本申请提供了一种空间移位键控反射调制方法，通过将空间移位键控调制应用在收发端，结合发射天线索引设计相应反射星座点以解决IRS

【技术实现步骤摘要】
一种空间移位键控反射调制方法


[0001]本申请涉及调制
，尤其涉及一种空间移位键控反射调制方法。

技术介绍

[0002]随着人们对无线通信的要求越来越高，无线网络向着更大规模、更高频段发展，各种创新的无线通信技术不断出现，以满足不断增长的更高传输速率需求，例如毫米波(mmWave)通信、多输入多输出(MIMO)系统、索引调制(IM)等技术，但它们却承受着高昂的硬件成本和功率消耗，这使得它们在第六代移动通信系统(6G)的开发中处于竞争劣势。
[0003]在过去十几年中，空间调制(SM)作为MIMO系统中的一种空间复用技术已被广泛使用，通过激活一个射频链传输一个星座符号并利用有源天线的索引在每个时隙进行信息传输，具有高传输效率和低功耗特性。近年来，智能反射表面(IRS)受到了通信界的广泛关注，IRS由大量低成本、无源的反射单元构成，它可以以特定的反射系数对入射信号进行反射并改变入射信号的幅度、相位等来提高接收信号的质量，这使得一种更加绿色的方式提升通信性能成为可能。
[0004]受SM和IRS启发，Basar等人首先将空间调制技术与IRS相结合提出了IRS辅助接收端空间调制(IRS
‑
RSM)的调制方法，由于每一次只能通过一根接收天线映射比特信息，使得系统频谱效率较低。随后，Ma等人在收发端都考虑应用空间调制技术提出了IRS辅助的收发端空间调制(IRS
‑
TSM)，但由于发送端到IRS间信道链路间的高相关性使得接收端在正确检测出星座符号和接收天线的情况下，很难正确检测出接收天线索引，从而导致IRS
‑
TSM的性能下降。IRS具有实现SM的天然优势，最近，Sanila等人提出了IRS辅助收发端正交空间调制(IRS
‑
TQSM)，将IRS划分为两块分别用于反射信号的实部和信号的虚部到期望的两根接收天线上，虽然IRS
‑
TQSM相比IRS
‑
TSM提高了频谱效率，但值得注意的是，当收发天线的索引为同一根天线时，IRS
‑
TSM是IRS
‑
TQSM的一种特殊情况。因此，IRS
‑
TQSM中仍存在IRS
‑
TSM中的问题，导致IRS
‑
TQSM的性能提升有限。另外，上述的研究中，收发天线的个数必须为2的整数次幂，这使得系统在不是2的整数次幂时，导致天线资源的利用率下降和资源浪费。近期，Zhang等人提出了IRS辅助接收端的广义空间移位键控(IRS
‑
RGSSK)，通过同时激活多个接收天线来传输信息，IRS
‑
RGSSK虽然摆脱了接收端天线数必须为2的整数次幂限制，但由于空间移位键控只能通过天线索引来传输信息且需要大量IRS元件来优化相位，使得IRS
‑
RGSSK的频谱效率和性能下降。IRS使系统能够携带更多的信息位，然而随着比特位数的增加，对接收机信息的解码和接收机对信道状态信息的获取也是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中存在的缺陷，本申请提供一种基于智能反射表面辅助联合收发端空间移位键控反射调制方法。该方法将空间移位键控调制应用在收发端，结合发射天线索引设计相应反射星座点以解决IRS
‑
TSM和IRS
‑
TQSM中存在的问题，将发射天线索引、接收天线索引、反射星座点索引进行联合映射以摆脱了收发天线个数必须满足2的整数次幂
限制并改善系统误码率性能。然后，基于能量贪婪检测设计接收端非相干检测方法，接收端可以在较低计算复杂度和不获取信道状态信息的情况下对信号进行检测，最终得到基于IRS辅助联合收发端空间移位键控反射调制方法。本申请采用如下技术方案：
[0006]一种空间移位键控反射调制方法，该方法包括如下步骤：
[0007]步骤1、对每一个时隙下输入的信息比特流进行分组；
[0008]步骤2、使用JTSSK
‑
RM联合映射表进行索引映射；
[0009]步骤3、将IRS部署在发射端附近以反射来自发射端的未调制载波信号，完成发射端至IRS之间、IRS至接收端之间的链路建模；
[0010]步骤4、进行发射天线选择，并根据所选择的发射天线进行IRS反射星座点选择，然后对接收天线进行选择；
[0011]步骤5、接收端的接收天线通过信道估计获取信道状态信息；
[0012]步骤6、接收机根据接收信号还原比特信息，并利用非相干能量检测方法还原比特信息。
[0013]进一步的，在步骤1中，所述信息比特流进行分组，包括：每组包括B位比特，将二进制比特B转化为相应的十进制索引m，m＝1,2,...,2
B
；
[0014]所述B位比特满足如下关系式：
[0015][0016]其中，L表示每一根发射天线所对应反射调制星座点的个数，表示向下取整。
[0017]进一步的，在步骤2中，所述十进制索引m用于索引联合映射组合(i,k,l)，其中i表示激活发射天线索引，k表示接收天线索引，l表示IRS反射调制星座点索引；发送端矢量由0和1构成，表示为其第i个元素为1表示第i个发射天线已被激活，剩下N
t
‑
1个元素为0表示发射天线未被激活。
[0018]进一步的，在步骤3中，将发射端至IRS之间的链路建模为具有确定性直视Los分量的莱斯衰落信道，将IRS至接收端之间的链路建模为瑞利衰落信道。
[0019]进一步的，所述莱斯衰落信道满足如下关系式：
[0020][0021]其中，κ表示莱斯因子，表示直视路径，其计算公式如下：
[0022][0023]其中λ表示波长，d表示相邻两个IRS元件的间距，IRS元件之间没有耦合，并且ψ
AoA
表示到达角度；表示非直视路径，h
NLos
与IRS到接收端信道矩阵的元素都具有零均值和独立的单位方差，且服从复高斯分布CN(0，1)；
[0024]发射端至IRS的链路信道矩阵的元素表示为IRS至接收端的链路信
道矩阵的元素表示为其中n＝1，2，...，N、i＝1，2，...，N
t
、k＝1，2，...，N
r
。
[0025]进一步的，在步骤4中，IRS反射星座点的个数共有L
·
N
t
个，每一根发射天线索引i都会对应一组星座点每一个星座点满足如下关系式：
[0026][0027]其中，i＝1,2,...,N
t
、l＝1,2,...,L。
[0028]进一步的，在步骤4中，进行发射天线索引选择，包括：
[0029]第根发射天线所对应的星座点通过第i根发射天线所对应的星座点进行相位旋转得到，其中，
[0030]IRS反射系数矩阵表示为IRS反射系数矩阵由第k个接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间移位键控反射调制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1、对每一个时隙下输入的信息比特流进行分组；步骤2、使用JTSSK
‑
RM联合映射表进行索引映射；步骤3、将IRS部署在发射端附近以反射来自发射端的未调制载波信号，完成发射端至IRS之间、IRS至接收端之间的链路建模；步骤4、进行发射天线选择，并根据所选择的发射天线进行IRS反射星座点选择，然后对接收天线进行选择；步骤5、接收端的接收天线通过信道估计获取信道状态信息；步骤6、接收机根据接收信号还原比特信息，并利用非相干能量检测方法还原比特信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述信息比特流进行分组，包括：每组包括B位比特，将二进制比特B转化为相应的十进制索引m，m＝1,2,...,2
B
；所述B位比特满足如下关系式：其中，L表示每一根发射天线所对应反射调制星座点的个数，表示向下取整。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述十进制索引m用于索引联合映射组合(i,k,l)，其中i表示激活发射天线索引，k表示接收天线索引，l表示IRS反射调制星座点索引；发送端矢量由0和1构成，表示为其第i个元素为1表示第i个发射天线已被激活，剩下N
t
‑
1个元素为0表示发射天线未被激活。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，将发射端至IRS之间的链路建模为具有确定性直视Los分量的莱斯衰落信道，将IRS至接收端之间的链路建模为瑞利衰落信道。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述莱斯衰落信道满足如下关系式：其中，κ表示莱斯因子，表示直视路径，其计算公式如下：其中λ表示波长，d表示相邻两个IRS元件的间距，IRS元件之间没有耦合，并且ψ
AoA
表示到达角度；表示非直视路径，h
NLos
与IRS到接收端信道矩阵的元素都具有零均值和独立的单位方差，且服从复高斯分布CN(0，1)；发射端至IRS的链路信道矩阵的元素表示为IRS至接收端的链路信道矩
阵的元素表示为其中n＝1，2，...，N、i＝1，2，...，N
t
、k＝1，2，...，N
r
。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，IRS反射星座点的个数共有L
·
N
t
个，每一根发射天线索引i都会对应一组星座点每一个星座点满足如下关系式：其中，i＝1,2,...,N
t
、l＝1,2,...,L。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，进行发射天线索引选择，包括：第根发射天线所对应的星座点通过第i根发射天线所对应的星座点进行相位旋转得到，其中，IRS反射系数矩阵表示为IRS反射系数矩阵由第k个接收天线的波束形成矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇，王仁丁，王亮，金小萍，李兴池，
申请(专利权)人：浙江香农通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：