空移键控系统中基于K-Means聚类算法的盲检测研究

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空移键控(SpaceShiftKeying,SSK)作为一种新型多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术,近年来受到人们的广泛关注。相 比传统MIMO 需要传输幅值相位调制(Amplitude/Phase Modulation,APM)星座,SSK系统仅以激活的单一发射天线索引作为信息传递的载体,其主要优点是发射机结构简单且能效高。与此同时,仅激活单一发射天线可以避免传统MIMO复用技术中天线间干扰(Inter-Antenna Interference,IAI)和天线间同步(Inter-Antenna Synchronization,IAS)的问题。对于SSK系统接收端检测技术,相比理想信道状态信息(Channel State Information,CSI)下的检测算法,在未知CSI的情况下,基于K-均值聚类(K-Means Clustering,KMC)的盲检测算法可以有效降低检测的复杂度。在块衰落信道模型下,KMC算法和基于聚类结果的穷举解映射均与发送序列长度成正比。因此,本文主要针对如何降低KMC盲检测算法的计算复杂度方面展开研究,重点讨论了 KMC算法盲估计CSI和基于聚类结果的穷举解映射。首先,论文分析了 SSK系统模型和信号模型。针对SSK系统盲检测器,结合数据挖掘领域中的聚类算法,分析了 KMC算法与接收端检测技术之间的联系与转换,并给出了数学推导。对KMC算法的聚类结果解映射为信息比特,借助信道编码的纠检错能力进行穷举解映射。其次,从提高系统误码率性能的角度考虑,对KMC算法初始质心的选取进行改进,将随机初始化质心改进为优化初始化质心。从降低KMC盲检测算法计算复杂度的角度考虑,用截断序列代替原发送序列,通过KMC聚类算法盲估计出系统的CSI,以盲估计的CSI直接对接收信号进行分簇。算法复杂度分析表明:基于KMC算法盲估计CSI的检测算法的计算复杂度由原本与发送序列长度成正比降低到与发送序列长度无关。仿真实验对比了随机初始化质心算法和优化初始化质心算法的系统误码率性能,并验证了 KMC盲检测算法和基于KMC算法盲估计CSI的检测算法的系统误码率性能。最后,分析了基于KMC算法聚类结果的穷举解映射算法,对穷举解映射算法借助信道编码辅助解映射进行改进,从原本将整个接收序列直接进行检错改为根据差错间隔对接收序列进行选择性的检错。算法复杂度分析表明:原本的整体解映射算法的计算复杂度与发送序列长度成正比,改进的局部解映射算法的计算复杂度降低,并与发送序列长度无关。仿真实验验证了整体解映射算法和局部解映射算法的系统误码率性能。
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