论文部分内容阅读
多天线空间调制(Spatial Modulation,SM)是近几年在多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)传输技术的基础上提出的一种新技术,该技术在每一发送时隙只激活一根发送天线用于发送数据,一部分输入信息比特映射到激活天线位置所对应的空间维度,其余比特被调制成激活天线上传输的传统幅度相位调制(Amplitude Phase Modulation,APM)符号,利用天线的激活位置状态作为一部分传输信息的载体,有效避免了传统MIMO技术中信道间干扰(Inter Channel Interference,ICI)、天线间同步(Inter-Antenna Synchronization,IAS)以及射频(Radio Frequency,RF)链路代价等问题,具有很好的应用前景。本文基于多天线空间调制技术展开研究,主要工作和创新点如下:1.对MIMO-SM技术的基础理论进行了阐述。一是分别对MIMO系统和SM系统的原理进行了分析和对比,指出了SM技术相对于MIMO技术的优势;二是对自适应空间调制(Adaptive Spatial Modulation,ASM)系统中的链路自适应技术进行了介绍,并分析了用于选择最佳ASM候选调制方案的最优自适应算法的原理;三是对SM信号检测算法进行了介绍,主要分析了SM信号解调的特点,并介绍了4种传统的SM信号检测算法。2.针对最优ASM自适应算法高昂的计算复杂度代价和大量的计算冗余问题,本文提出了一种适用于多进制相移键控(M-ary Phase Shift Keying,MPSK)调制的改进自适应算法,称为MPSK-EAQ算法,该算法利用恒包络调制的等幅特性,结合等幅和量化(Equal Amplitude and Quantizition,EAQ)算法的思想,对最优算法进行公式简化和等价替换,将对最小欧式距离的计算转化为对调制相位的计算,进一步转化为对调制星座点序号的计算,以此减少了大量的复数乘法运算,并能很好地避免最优算法的计算冗余问题。对算法的计算复杂度进行了分析,并在不同发收天线数和传输速率条件下对算法的误比特率(Bit Error Rate,BER)性能进行了仿真,结果表明,MPSK-EAQ算法在不同条件下的性能皆与最优算法基本一致,而复杂度开销远远低于最优算法,在2?2系统且m=2bit/符号时,改进算法复杂度仅为最优算法的20.5%。3.针对SM系统中最优检测算法ML算法存在的高复杂度问题,本文提出了一种采用QRD-M(QR-Decomposition with M-algorithm,QRD-M)算法的低复杂度改进检测算法,该算法结合QR分解,运用M算法树搜索策略,每层只计算最优的M个分支,避免了对所有节点进行搜索,不仅能降低计算复杂度,还有利于硬件实现。对算法的复杂度进行了分析,并在不同M值情况下对算法的BER性能进行了仿真,结果表明,QRD-M算法能够以较低的计算复杂度开销达到接近ML算法的性能。在采用4阶正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)的4?4 MIMO下,当M=4,BER=10-2时,QRD-M算法性能与ML算法相差8dB,而计算复杂度相比ML算法降低了75%;当M=8,BER=10-2时,QRD-M算法性能与ML算法仅相差3.5dB,而计算复杂度相比ML算法降低了19%。4.针对QRD-M检测算法的执行时间和检测性能受发收天线数影响的问题,本文进一步采用并行检测的思想,提出了一种QRD-M检测算法的改进算法,称为PQRD-M(Parallel QRD-M,PQRD-M)检测算法。该算法将树分解成M个子树,再采用QRD-M算法对各个子树同时独立地进行并行搜索,不仅能有效利用硬件资源,节约算法执行时间,还能降低最优点误删的可能性。对算法进行了复杂度分析,并在不同天线数目情况下对其进行了BER性能仿真,结果表明,PQRD-M算法以增加极少的计算量为代价,能显著改善QRD-M算法的检测性能。在采用4QAM调制的系统下,当Nt?Nr=4?4,M=4,BER=10-2时,PQRD-M算法相比于QRD-M算法有3dB性能的上升;当Nt?Nr=8?8,M=8,BER=10-2时,PQRD-M算法相比于QRD-M算法有7dB性能的上升。