專利名稱：用于mimo系統(tǒng)中的基于發(fā)射天線選擇的空間調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于空間調(diào)制的多輸入-多輸出系統(tǒng)(MIM0，Multiple-Input Mu 11 ip I e-0utput)的空間調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
空間調(diào)制(SM，Spatial Modulation)是多輸入-多輸出(MMO)系統(tǒng)中特有的一種調(diào)制方式。它的基本思想是將二維的星座信號(如振幅和相位調(diào)制)擴(kuò)展為三維，新增的一維為空間維數(shù)，即天線序號，空間維數(shù)的大小即發(fā)射天線的數(shù)目。空間調(diào)制中，每個(gè)時(shí)刻只有一根天線被激活用來發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入的數(shù)據(jù)可以映射為兩個(gè)部分激活天線的序號和激活的天線發(fā)射的聯(lián)合幅度/相位調(diào)制星座點(diǎn)。因此，使用空間調(diào)制方法可以有效地避免傳統(tǒng)MMO技術(shù)中的信道間干擾和信道間同步問題(IAS)，并且可以通過空間維攜帶信息提升系統(tǒng)的頻譜效率。此外，空間調(diào)制適用于任意數(shù)目發(fā)射天線和接收天線場景，尤其是發(fā)射天線數(shù)遠(yuǎn)大于接收天線數(shù)的不對稱MMO信道。具體可參考文獻(xiàn)R. Mesleh, H. Haas, S.Sinanovic, C. W. Ahnj S. Yunj Spatial modulation, IEEE Trans on Vehicular Technology,Vol57 (4), 2228-2241, 2008. 07。雖然空間調(diào)制具有如上的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)有文獻(xiàn)資料已經(jīng)證明，空間調(diào)制不能充分利用發(fā)射端搭載多天線所帶來的潛在的空間分集，因此其對抗信道衰落的能力較弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的基于空間調(diào)制的MMO系統(tǒng)的抗干擾的能力較弱的問題，提出了一種用于MIMO系統(tǒng)中的基于發(fā)射天線選擇的空間調(diào)制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于MMO系統(tǒng)中的基于發(fā)射天線選擇的空間調(diào)制方法，具體包括如下步驟步驟I :發(fā)射端根據(jù)接收端反饋的當(dāng)前信道下的最佳發(fā)射天線集合對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行空間調(diào)制映射，映射到對應(yīng)的發(fā)射天線單元，得到發(fā)射信號，進(jìn)行發(fā)射；所述最佳發(fā)射天線集合為用于進(jìn)行空間調(diào)制映射的發(fā)射天線集合，具體通過如下過程得到步驟31 :接收端獲取當(dāng)前信道狀態(tài)信息和發(fā)射端的備選天線集合，所述備選天線集合中的每一個(gè)元素均作為一個(gè)備選發(fā)射天線子集，即收發(fā)兩端共用同樣的備選發(fā)射天線子集；步驟32 :接收端根據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)信息，計(jì)算得到最佳發(fā)射天線集合，最佳發(fā)射天線集合從空集開始，每次從未被選擇的天線中選出符合要求的天線添加到最佳發(fā)射天線集合中；具體步驟如下步驟321 :在選擇第一條發(fā)射天線時(shí)采用信道Frobenius模值最大的方法,計(jì)算所有發(fā)射天線對應(yīng)的信道列向量的Frobenius模值,選出其中Frobenius模值最大的天線作為選擇的第一條發(fā)射天線，放入最佳發(fā)射天線集合中，更新最佳發(fā)射天線集合； 步驟322 :分別計(jì)算每條未被選擇天線對應(yīng)的信道列向量與最佳發(fā)射天線集合中各個(gè)已被選擇天線的信道列向量間的夾角，選取每條未被選擇天線得到的所有夾角中的最小值，將該最小值同與其對應(yīng)的未被選擇天線的信道列向量的Frobenius模值相乘，選取所有相乘的結(jié)果中的最大值，將該最大值對應(yīng)的天線放入最佳發(fā)射天線集合中，更新最佳發(fā)射天線集合；步驟323 :重復(fù)步驟322直至最佳發(fā)射天線集合中天線的個(gè)數(shù)達(dá)到備選發(fā)射天線子集中元素的個(gè)數(shù)。進(jìn)一步的，還包括 步驟2 :為每個(gè)備選發(fā)射天線子集規(guī)定固定的索引值，即建立與最佳發(fā)射天線集合中元素--對應(yīng)的索引表。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的空間調(diào)制方法充分考慮了各發(fā)射天線對應(yīng)信道的差異和空間調(diào)制的特點(diǎn)，根據(jù)信道的狀態(tài)來調(diào)整傳輸數(shù)據(jù)所用的發(fā)射天線集合；本發(fā)明的方法通過有限反饋開銷和低復(fù)雜度的發(fā)射天線選擇能夠充分利用無線信道的自由度，抵抗信道衰落，降低系統(tǒng)誤碼率，同時(shí)能夠保證空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射端只需一個(gè)射頻單元以及其帶來的其它優(yōu)勢。本發(fā)明的方法通過將發(fā)射天線選擇引入到空間調(diào)制系統(tǒng)中，能夠更有效對抗發(fā)射-接收信道衰落的影響，降低空間調(diào)制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。


圖I是本發(fā)明的用于MMO系統(tǒng)中的基于發(fā)射天線選擇的空間調(diào)制方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。天線選擇(Antenna Selection)是一種MIMO系統(tǒng)中普遍采用的技術(shù)。天線選擇的思想是收發(fā)端采用多個(gè)天線，搭配少量的射頻鏈路，按照一定的性能準(zhǔn)則每個(gè)時(shí)刻激活一組最優(yōu)的天線子集來實(shí)現(xiàn)通信。天線選擇在保持了多天線有效的空間自由度的基礎(chǔ)上，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，研究表明對于某些特殊情況，例如信道為低階矩陣，天線選擇甚至可以獲得比全天線系統(tǒng)更好的性能，因此，天線選擇作為一種性價(jià)比很高的技術(shù)被人們廣泛關(guān)注。因此可以考慮，將天線選擇應(yīng)用到空間調(diào)制中。為了方便地描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對用到的術(shù)語作如下說明(I)空間調(diào)制是指利用多輸入-多輸出系統(tǒng)的天線索引和幅度相位調(diào)制作為數(shù)據(jù)信息攜帶載體的調(diào)制方式，在空間調(diào)制中，傳輸數(shù)據(jù)被分割成天線索引部分和幅度相位調(diào)制部分，每個(gè)傳輸時(shí)刻只有一根對應(yīng)索引的天線被激活，并且激活的天線傳輸幅度相位調(diào)制信號。具體可參考文獻(xiàn)R. Mesleh、H. Haas, S. Sinanovic, C. ff. Ahn, S. Yun, Spatialmodulation, IEEE Trans on Vehicular Technology, Vol 57 (4)，2228-2241，2008. 07。(2)多輸入-多輸出系統(tǒng)是指發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，信號通過發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線傳送和接收。(3)Frobenius 模值,也叫 2_ 模值,若向量 X=Iix1, X2, , xn],那么其 Frobenius 模值為I X I F=Ux1 |2+|x2|2+...+|xn|2) 其中，Ix11 表示求 X1 的絕對值大小。(4)內(nèi)積是一種矢量運(yùn)算，假設(shè)矢量A=La1, a2, . . . , an], B=Lb1, b2, . . . , bn]，則矢量的內(nèi)積表示為
(A)B^a1Xb1 + a2Xb2 H-----h anXbn(5) acos ( )反余弦函數(shù)。(6)afg_x/ 表示使得函數(shù)f (X)取得最大值時(shí)變量X的值，Wgmk/￠1)表示使
A'X
得函數(shù)f(x)取得最小值時(shí)變量X的值。如圖I所示，本發(fā)明的用于MMO系統(tǒng)中的基于發(fā)射天線選擇的空間調(diào)制方法，具體包括如下步驟步驟(I):發(fā)射端根據(jù)接收端反饋的當(dāng)前信道下的最佳發(fā)射天線集合對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行空間調(diào)制映射，映射到對應(yīng)的發(fā)射天線單元，得到發(fā)射信號，進(jìn)行發(fā)射；所述最佳發(fā)射 天線集合為用于進(jìn)行空間調(diào)制映射的發(fā)射天線集合，具體通過如下過程得到步驟(31):接收端獲取當(dāng)前信道狀態(tài)信息和發(fā)射端備選天線子集；即收發(fā)兩端共用同樣的備選天線子集；步驟(32):接收端根據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)信息，計(jì)算得到最佳發(fā)射天線集合，最佳發(fā)射天線集合從空集開始，每次從未被選擇的天線中選出符合要求的天線添加到最佳發(fā)射天線集合中；具體步驟如下步驟(321):在選擇第一條發(fā)射天線時(shí)采用信道Frobenius模值最大的方法,計(jì)算所有發(fā)射天線對應(yīng)的信道列向量的Frobenius模值,選出其中Frobenius模值最大的天線作為選擇的第一條發(fā)射天線，放入最佳發(fā)射天線集合中，更新最佳發(fā)射天線集合；步驟(322):分別計(jì)算每條未被選擇天線對應(yīng)的信道列向量與最佳發(fā)射天線集合中各個(gè)已被選擇天線的信道列向量間的夾角，選取每條未被選擇天線得到的所有夾角中的最小值，將該最小值同與其對應(yīng)的未被選擇天線的信道列向量的Frobenius模值相乘，選取所有相乘的結(jié)果中的最大值，將該最大值對應(yīng)的天線放入最佳發(fā)射天線集合中，更新最佳發(fā)射天線集合； 步驟(323):重復(fù)步驟(322)直至最佳發(fā)射天線集合中天線的個(gè)數(shù)達(dá)到系統(tǒng)要求。步驟(321)、(322)和(323)的發(fā)射天線選擇過程可以詳細(xì)描述如下I)計(jì)算信道矩陣的每個(gè)列向量Iii (i = 1，…，M)的Frobenius模值,其中，M表示發(fā)射端可供選擇的天線個(gè)數(shù)；令備選天線子集S={1，2，…，M}，最佳發(fā)射天線集合A為空集，即=0o2)選取H中Frobenius模值最大的列向量hk⑴，將其下標(biāo)k(l)從集合S中去除，并添加到集合A中。3)取集合S所對應(yīng)的每一列Iii (i G S)，計(jì)算它與集合A中的每一列的夾角 ! = ^cos--——|-e /I，然后計(jì)算 9 i=argmink(n) G A 9 k(n),丨，接著進(jìn)行
' WL.IV) f
fi= I I h I IF2 0 /的運(yùn)算，最后對所有的A (i G S)取其最小值對應(yīng)的下標(biāo)，將該下標(biāo)從集合S中去除，添加到集合A中。繼續(xù)該循環(huán)，直到集合A的元素個(gè)數(shù)達(dá)到備選發(fā)射天線子集中元素的個(gè)數(shù)L個(gè)為止，可以看出，L為備選發(fā)射天線子集中元素的個(gè)數(shù)，也即是最終進(jìn)行空間調(diào)制映射的天線個(gè)數(shù)，由系統(tǒng)要求確定，可以預(yù)先設(shè)置，一般情況下，L通過如下形式取值L=2XM，其中，c取值為大于0的整數(shù)。上述本發(fā)明的發(fā)射天線選擇過程利用偽代碼可以描述如下
I.初始化①計(jì)算信道H的每一列hi (i = I, 2，…，M)的范數(shù)②令S={1，2，…，M}，加 02.選出 IiiQ = I, 2,, M)的范數(shù)最大的那一列，即 Wzargmaxi es I IhiI |F3. for n=2: LA=A+{w}(將選出來的天線序號放入A中)S=S-{w}(將選出來的天線序號從S中剔除)for all i G Sfor all j G A
權(quán)利要求
1.一種用于MIMO系統(tǒng)中的基于發(fā)射天線選擇的空間調(diào)制方法，其特征在于，具體包括如下步驟 步驟I :發(fā)射端根據(jù)接收端反饋的當(dāng)前信道下的最佳發(fā)射天線集合對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行空間調(diào)制映射，映射到對應(yīng)的發(fā)射天線單元，得到發(fā)射信號，進(jìn)行發(fā)射，進(jìn)行發(fā)射；所述最佳發(fā)射天線集合為用于進(jìn)行空間調(diào)制映射的發(fā)射天線集合，具體通過如下過程得到 步驟31 :接收端獲取當(dāng)前信道狀態(tài)信息和發(fā)射端備選天線集合，所述備選天線集合中的每一個(gè)元素均作為一個(gè)備選發(fā)射天線子集，即收發(fā)兩端共用同樣的備選發(fā)射天線子集； 步驟32 :接收端根據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)信息，計(jì)算得到最佳發(fā)射天線集合，最佳發(fā)射天線集合從空集開始，每次從未被選擇的天線中選出符合要求的天線添加到最佳發(fā)射天線集合中；具體分步驟如下 步驟321 :在選擇第一條發(fā)射天線時(shí)采用信道Frobenius模值最大的方法，計(jì)算所有發(fā)射天線對應(yīng)的信道列向量的Frobenius模值,選出其中Frobenius模值最大的天線作為選擇的第一條發(fā)射天線，放入最佳發(fā)射天線集合中，更新最佳發(fā)射天線集合； 步驟322 :分別計(jì)算每條未被選擇天線對應(yīng)的信道列向量與最佳發(fā)射天線集合中各個(gè)已被選擇天線的信道列向量間的夾角，選取每條未被選擇天線得到的所有夾角中的最小值，將該最小值同與其對應(yīng)的未被選擇天線的信道列向量的Frobenius模值相乘，選取所有相乘的結(jié)果中的最大值，將該最大值對應(yīng)的天線放入最佳發(fā)射天線集合中，更新最佳發(fā)射天線集合； 步驟323 :重復(fù)步驟322直至最佳發(fā)射天線集合中天線的個(gè)數(shù)達(dá)到系統(tǒng)要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間調(diào)制方法，其特征在于，還包括步驟2:為每個(gè)備選發(fā)射天線子集規(guī)定固定的索引值，即建立與最佳發(fā)射天線集合中元素一一對應(yīng)的索引表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于MIMO系統(tǒng)中的基于發(fā)射天線選擇的空間調(diào)制方法。針對現(xiàn)有的基于空間調(diào)制的多輸入多輸出系統(tǒng)的抗干擾能力較弱的問題，本發(fā)明的空間調(diào)制方法充分考慮了各發(fā)射天線對應(yīng)信道的差異和空間調(diào)制的特點(diǎn)，根據(jù)信道的狀態(tài)來調(diào)整傳輸數(shù)據(jù)所用的發(fā)射天線集合；本發(fā)明的方法通過有限反饋開銷和低復(fù)雜度的發(fā)射天線選擇能夠充分利用無線信道的自由度，抵抗信道衰落，降低系統(tǒng)誤碼率，同時(shí)能夠保證空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射端只需一個(gè)射頻單元。本發(fā)明的方法通過將發(fā)射天線選擇引入到空間調(diào)制系統(tǒng)中，能夠更有效對抗發(fā)射-接收信道衰落的影響，降低空間調(diào)制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。
文檔編號H04B7/06GK102710394SQ20121017949
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者李偉鋒, 李少謙, 李磊, 肖悅 申請人:電子科技大學(xué)