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一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法

阅读:1045发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于移动通信技术领域,具体为一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,该方法包括:在发射端将传输的比特 块 划分为发射天线组合选择比特和幅度 相位 调制比特,且幅度相位调制比特由发射天线组合选择比特发送给接收端;接收端接收到幅度相位调制比特后采用迫零的权重因子对发射天线组合进行排序;采用球形译码 算法 依次对发射天线组合进行搜索,对每一组发射天线组合估计出的调制符号向量进行可靠性判断,若判断为可靠,则终止检测,否则将继续搜索;若所有的搜索结果均不满足可靠性判断,则取所有搜索中最优的结果为最终的检测结果;本发明相比于传统的球形译码检测复杂度降低75%左右,并且其系统性能更好。,下面是一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法专利的具体信息内容。

1.一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,包括:
S1:在发射端将每个时隙传输的比特划分为发射天线组合选择比特和幅度相位调制比特;
S2:根据发射天线组合选择比特选择发射天线组合;
S3:将幅度相位调制比特调制成传输符号,由选择的发射天线组合承载传输到接收端;
S4:接收端在接收到传输符号后,在检测之前采用基于迫零的权重因子对发射天线组合进行排序;
S5:根据排序结果采用球形译码算法对发射天线组合依次进行检测,并对每种发射天线组合所估计出的调制符号向量进行可靠性判断;
若判断为可靠,则终止检测,否则继续对未搜索的发射天线组合进行搜索;
S6:若所有的发射天线组合均不满足可靠性判断表达式,取所有搜索中最优的结果为检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,接收端接收到的信号表达式为:
y=Hs+n
其中, 为接收端接收到的信号, 为信道矩阵, 为
发射信号矢量, 为噪声矢量,矢量n中的各项满足均值为0和方差为 的复高斯分布,Nr表示接收天线数,Nt表示发射天线数。
3.根据权利要求1所述的一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,对接收端接收的信号采用球形译码算法对信号进行检测时,其表达式为:
其中,表示通过检测得到的最优结果,S表示发射信号矢量集合,s表示发射信号矢量,y表示接收端接收到的信号,H表示信道矩阵,R表示球体初始半径,arg min表示求得检测结果中的最小值。
4.根据权利要求1所述的一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,发射天线组合进行排序过程包括:
S41:接收端接收到由发射端传输的符号;
S42:根据传输的符号计算ZF的权重因子;
S43:根据ZF的权重因子确定权重因子向量w;
S44:根据获取的权重因子向量对发射天线组合进行排序;
其中,ZF表示迫零。
5.根据权利要求4所述的一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,ZF的权重因子表达式为:
其中,wl表示权重因子,l=[1,2,…,Nc],Nc表示发射天线组合数,Na表示激活天线个数;
表示表示第n个激活发射天线所对应的ZF权重因子, 表示在
中第l组发射天线组合中值1的索引; 表示布尔矩阵,在布尔矩阵中,每列中发射天线索引对应值为1则表示该发射天线为激活天线,值为0则表示该发射天线未激活;
由于GSM系统的发射端采用Nc个有效的发射天线组合进行映射,则权重因子向量为其中,GSM表示广义空间调制, 表示第Nc组天线组合的权重因子;T表示向量的转置。
6.根据权利要求4所述的一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,发射天线组合进行排序的结果为:
其中,sort(.)表示将向量元素值进行从大到小的排序操作,p1和 分别为w中的最大值和最小值所在的位置,Nc表示发射天线组合数。
7.根据权利要求1所述的一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,步骤S5的判断过程包括:
S51:据排序结果采用球形译码算法对发射天线组合依次进行检测;
S52:对每种发射天线组合所估计出的调制符号向量进行可靠性判断;
若在该天线组合下搜索到的调制符号向量满足排序结果,则检测结束,否则接着进行下一发射天线组合的搜索。
8.根据权利要求7所述的一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,其特征在于,可靠性判断表达式为:
根据可信度判断规则在系统接收机中引入限值T=Nrσ2,T表示门限值,Nr表示接收天线数,表示通过检测得到的最优结果,y表示接收端接收到的信号,σ2表示复高白噪声方差,F表示求矩阵中每个元素的平方和;若在该天线组合下搜索到的调制符号向量满足可靠性判断表达式,则检测结束,否则接着进行下一发射天线组合的搜索。

说明书全文

一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于移动通信技术领域,具体涉及到一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法。

背景技术

[0002] 空间调制(Spatial Modulation,SM)是一种低复杂度的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)传输技术,一次只能激活一个发射天线。除了发射的调制符号之外,该技术还利用激活的发射天线的索引将信息传输到接收端。由于每次仅激活一个发射天线,因此仅需要一个射频链路,从而大大降低了能耗和实现复杂度。与同时从多个发射天线发射多个符号的空间复用(Spatial Multiplexing,SMX)系统相比,采用这种技术的系统的频谱利用率相对较低。
[0003] 为了提高SM的频谱效率,提出了广义空间调制(Generalized  Spatial Modulation,GSM),广义空间调制通过激活多根天线的方式显著提升了频谱利用率和数据的传输速率。在GSM系统接收端,最大似然(Maximum Likelihood,ML)检测可以实现最优的误码率(Bit Error Rate,BER)性能。为了降低ML检测算法的复杂度,提出了球形译码(Sphere Decoding,SD)检测算法,SD检测算法的目标也是寻找具有最小ML度量的发射符号向量。SD的思想是在给定半径的多维球体内,依靠搜索半径对搜索范围进行限制,以寻找具有最小ML度量的发射符号向量;从而降低复杂度。
[0004] 但是ML检测算法需要对所有的可能穷举搜索,其复杂度随着发射天线组合和调制阶数呈指数型增长,在发射天线组合较多或调制阶数较高的情况下,ML检测算法将难以应用于实际的通信系统;虽然,SD检测算法相比于ML检测算法可以大大降低复杂度,但是如何确定一个合适的初始半径,对于天线配置数量较多、调制阶数高的通信系统中,SD算法复杂度仍较高,特别是在低信噪比时该问题更加严峻。

发明内容

[0005] 为解决以上现有技术问题,本发明提出了一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,包括:
[0006] S1:在发射端将每个时隙传输的比特划分为发射天线组合选择比特和幅度相位调制比特;
[0007] S2:根据发射天线组合选择比特选择发射天线组合;
[0008] S3:将幅度相位调制比特调制成传输符号,由选择的发射天线组合承载传输到接收端;
[0009] S4:接收端在接收到传输符号后,在检测之前采用基于迫零的权重因子对发射天线组合进行排序;
[0010] S5:根据排序结果采用球形译码算法对发射天线组合依次进行检测,并对每种发射天线组合所估计出的调制符号向量进行可靠性判断;
[0011] 若判断为可靠,则终止检测,否则继续对未搜索的发射天线组合进行搜索;
[0012] S6:若所有的发射天线组合均不满足可靠性判断表达式,取所有搜索中最优的结果为检测结果。
[0013] 优选的,接收端接收到的信号为:
[0014] y=Hs+n
[0015] 其中, 为接收端接收到的信号, 为信道矩阵,为发射信号矢量, 为噪声矢量,矢量n中的各项满足均值为0和方
差为 的复高斯分布,Nr表示接收天线数,Nt表示发射天线数。
[0016] 优选的,信号采用球形译码算法对信号进行检测表达式为:
[0017]
[0018] 其中,表示通过检测得到的最优结果,S是发射信号矢量集合,s表示单个时隙的发射信号矢量,R表示球体初始半径,argmin表示求得检测结果中的最小值。
[0019] 优选的,发射天线组合进行排序过程包括:
[0020] S41:接收端接收到由发射端传输的符号;
[0021] S42:根据传输的符号计算ZF的权重因子;
[0022] S43:根据ZF的权重因子确定权重因子向量w;
[0023] S44:根据获取的权重因子向量对发射天线组合进行排序。
[0024] 进一步的,ZF的权重因子表达式为:
[0025]
[0026] 由于GSM系统的发射端采用Nc个有效的发射天线组合进行映射,则权重因子向量为
[0027] 优选的,进行可靠性判断的过程包括:
[0028] 步骤1:据排序结果采用球形译码算法对发射天线组合依次进行检测;
[0029] 步骤2:对每种发射天线组合所估计出的调制符号向量进行可靠性判断;
[0030] 若在该天线组合下搜索到的调制符号向量满足排序结果,则检测结束,否则接着进行下一发射天线组合的搜索。
[0031] 优选的,可靠性判断表达式为:
[0032]
[0033] 进一步的,若对所有的发射天线组合搜索得到的调制符号向量均不满足可靠性判断条件,则取所有搜索中α最小值所对应的发射天线组合索引和搜索到的调制符号向量即为检测结果。
[0034] 本发明综通过使用ZF的权重因子对发射天线组合进行排序,在球形译码检测过程中依据排序结果进行检测,减少了检测的时间;在进行检测时充分利用上一组天线组合中搜索到的最小球体半径,更加快速的收敛搜索半径,进一步降低检测的复杂度。附图说明
[0035] 图1为本发明采用的4发4收,两根激活天线,采用BPSK的GSM系统模型图;
[0036] 图2为发射天线组合排序流程图
[0037] 图3为本发明在GSM系统中,在瑞利衰落信道中,采用16/64QAM调制,8发8收,激活天线数为2/4不同方案的性能比较图。

具体实施方式

[0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
[0039] 一种低复杂度的广义空间调制球形译码检测方法,包括:
[0040] S1:在发射端将每个时隙传输的比特块划分为发射天线组合选择比特和幅度相位调制比特;
[0041] S2:根据发射天线组合选择比特选择发射天线组合;
[0042] S3:将幅度相位调制比特调制成传输符号,由选择的发射天线组合承载传输到接收端;
[0043] S4:接收端在接收到传输符号后,在检测之前采用基于迫零的权重因子对发射天线组合进行排序;
[0044] S5:根据排序结果采用球形译码算法对发射天线组合依次进行检测,并对每种发射天线组合所估计出的调制符号向量进行可靠性判断;
[0045] 若判断为可靠,则终止检测,否则继续对未搜索的发射天线组合进行搜索;
[0046] S6:若所有的发射天线组合均不满足可靠性判断表达式,取所有搜索中最优的结果为检测结果。
[0047] 接收端接收到的信号表达式为:
[0048] y=Hs+n
[0049] 其中, 为接收端接收到的信号, 为信道矩阵,为发射信号矢量, 为噪声矢量,矢量n中的各项满足均值为0和方
差为 的复高斯分布,Nr表示接收天线数,Nt表示发射天线数。
[0050] 进一步的,对接收端接收的信号采用球形译码算法对信号进行检测时,其表达式为:
[0051]
[0052] 其中,表示通过检测得到的最优结果,S是发射信号矢量集合,s表示单个时隙的发射信号矢量,R表示球体初始半径,argmin表示求得检测结果中的最小值。且||y-Hs||2≤R2表示球体的约束条件,该约束条件可进一步表示为:
[0053]
[0054] 式中,U通过格拉姆矩阵G=HHH的平方根法获得的上三矩阵,且在矩阵中 可表示为:
[0055]
[0056] 根据 的表达式可知,其是基于ZF检测后的结果,因此可以进一步将上式表示为:
[0057]
[0058]
[0059] 其中,β为常数, 表示高斯白噪声的方差,U表示上三角矩阵,G表示格拉姆矩阵,H表示信道矩阵,(·)H表示共轭转置操作,(·)-1表示对矩阵求逆, 表示基于ZF检测后得到的最优结果。
[0060] 如图2所示,发射天线组合进行排序过程包括:
[0061] S41:接收端接收到由发射端传输的符号;
[0062] S42:根据传输的符号计算ZF的权重因子;权重因子的表达式为:
[0063]
[0064] 其中,l=[1,2,…,Nc],Nc表示发射天线组合数,Na表示激活天线个数; 表示表示第n个激活发射天线所对应的ZF权重因子, 表示在 中第l组发射天线组合中值1的索引; 表示布尔矩阵,在布尔矩阵中,每列中发射天线索引对应值为1则表示该发射天线为激活天线,值为0则表示该发射天线未激活;ZF表示迫零[0065] S43:根据ZF的权重因子确定权重因子向量w;
[0066] 由于GSM系统的发射端采用Nc个有效的发射天线组合进行映射,则权重因子向量为
[0067] 其中,GSM表示广义空间调制, 表示第Nc组天线组合的权重因子;T表示向量的转置。
[0068] S44:根据获取的权重因子向量对发射天线组合进行排序;排序的结果为:
[0069]
[0070] 其中,sort(.)表示将向量元素值进行从大到小的排序操作,p1和 分别为w中的最大值和最小值所在的位置
[0071] 步骤S5的判断过程包括:
[0072] S51:据排序结果采用球形译码算法对发射天线组合依次进行检测;
[0073] S52:对每种发射天线组合所估计出的调制符号向量进行可靠性判断;
[0074] 若在该天线组合下搜索到的调制符号向量满足排序结果,则检测结束,否则接着进行下一发射天线组合的搜索。
[0075] 可靠性判断表达式为:
[0076]
[0077] 根据可信度判断规则(Reliability Judge Rule,RJR)在系统接收机中引入限值T=Nrσ2,若在该天线组合下搜索到的调制符号向量满足可靠性判断表达式,则检测结束,否则接着进行下一发射天线组合的搜索。
[0078] 其中,T表示门限值,Nr表示接收天线数,表示通过检测得到的最优结果,y表示接收端接收到的信号,σ2表示复高白噪声方差,F表示求矩阵中每个元素的平方和。
[0079] 若所有的发射天线组合均不满足可靠性判断表达式,则取所有搜索中α最小值所对应的发射天线组合索引和搜索到的调制符号向量即为检测结果。
[0080] 如图1所示的系统框图,包括在GSM发射端,广义空间调制系统中传输比特可分为两个部分,即发射天线组合索引比特和幅度相位调制比特。在GSM接收端,根据设计的低复杂度球形译码算法对接收到的信号进行检测。
[0081] 如图3所示,在不同的信噪比情况下对不同方法进行了仿真。例如在发射天线Nt=8,接收天线Nr=8和激活天线Na=4,采用16QAM,当SNR=10dB时,所提出的方法相比于OB-MMSE系统性能提升7.8dB;相比于SD,所提出的方法与SD系统性能相当,并且降低了复杂度;
相比于ML,所提出的方法与ML系统性能相当的同时大大降低了复杂度。
[0082] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:ROM、RAM、磁盘或光盘等。
[0083] 以上所举实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明,所应理解的是,以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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