多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)的低復(fù)雜度檢測算法

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1、多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)的低復(fù)雜度檢測算法摘要：針對多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)提出了一種低復(fù)雜度的檢測算法，該解調(diào)算法基于干擾消除的思想，不僅在原有的迫零檢測算法的基礎(chǔ)上進一步降低了解調(diào)誤碼率，同時也解決了迫零檢測算法在接收天線數(shù)小于發(fā)射天線數(shù)的情況下無法使用的問題，且復(fù)雜度基本與迫零算法相當。通過蒙特卡洛實驗對該解調(diào)算法的性能進行了分析和評價。關(guān)鍵詞：空間調(diào)制；多輸入多輸出；最小均方誤差0引言近年來，隨著發(fā)射和接收分集技術(shù)在新一代數(shù)字電視地面廣播傳輸標準中的應(yīng)用，多輸入多輸出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO

2、)技術(shù)己成為了學(xué)術(shù)界一個熱門的研宂方向。通過在發(fā)射端和接收端配置多根天線的方法，可以在傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進一步獲得可觀的分集增益和空間復(fù)用增益。舉例來說，文獻［1-2］提出的空時分組編碼的思想以MIMO為基礎(chǔ)冋時實現(xiàn)了發(fā)射和接收分集增益，提高了系統(tǒng)的可靠性和誤碼性能；文獻［3］中提出的V-Blast技術(shù)則是利用丫MIMO所能提供的多條信道的特點獲得了可觀的空間復(fù)用增益，大人提高了通信速率。然而盡管MIMO系統(tǒng)有諸多好處和優(yōu)點，由于在發(fā)射端有多根天線同時向外輻射信號，MIMO系統(tǒng)在多天線同步上有著嚴格的定時要求，而且由于多根天

3、線產(chǎn)生了嚴重的信道間干擾(InterChannelInterference，ICI),系統(tǒng)性能也會產(chǎn)生相應(yīng)的惡化。更重要的是，多根天線意味著多個射頻放人單元，相應(yīng)的基站能量消耗也會成比例上升，降低了通信的能量效率。為了解決傳統(tǒng)MIMO的這些問題，空間調(diào)制技術(shù)(SpatialModulation,SM)被提出［4］。在空間調(diào)制技術(shù)屮，每個符號周期只有一根發(fā)射天線在向外輻射信號，而其他天線保持關(guān)斷狀態(tài)，從而信息不僅僅承載在活躍天線所發(fā)射的符號上，還承載在了發(fā)射天線的序號上。最早在文獻［4］中提出的空間調(diào)制模型屮，每個符號周期的活躍天線數(shù)固定

4、為1，此時發(fā)射機上不需要任何天線同步措施，接收到的信號也不會有任何信道間的干擾。而在文獻［5］中提出的廣義空間調(diào)制(GeneralizedSpatialModulation，GSM)中，每個符號周期的活躍天線可以為Na根(Na>l),這樣在GSM的設(shè)定下系統(tǒng)的通信容量進一步得到了提高(可以選擇的天線模式數(shù)目顯著增加)，同時天線同步的要求和能量消耗也都相應(yīng)的提高了。更進一步，文獻［6］屮提出的多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)將空間復(fù)用和GSM進行了結(jié)合，即在不同的活躍天線上允許傳輸不同的符號，進一步提高了傳輸容量，缺點是帶來了一定的ICI。文

5、獻［6］中為MA-SM提出的迫零濾波器檢測算法將SM問題的檢測分成了兩步，第一步將天線模式(即所有發(fā)射天線的通斷狀態(tài))檢測出來，第二步冰將每個活躍天線上的符號解調(diào)岀來。盡管該方法被證明有著良好的性能，但在接收天線少于發(fā)射天線的情況下無法實現(xiàn)(此時信道矩陣的偽逆無法求得，因為并不滿秩)。為了解決這些問題，本文基于干擾消除的思想，為MA-SM提出了一個新的解調(diào)算法，不僅能夠在接收天線少子發(fā)射天線的情況下正常運行，而且進一步降低了誤碼率，M復(fù)雜度與迫零算法基本相當。1多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)定義一個NtXNr的MIMO系統(tǒng)為具有Nt根發(fā)射天線和

6、Nr根接收天線的多輸入多輸出系統(tǒng)，用矢量x表示待發(fā)送的信號，用矩陣H表示信道增益，表示為：2檢測算法2.1最大似然檢測根據(jù)式(2)和最大似然準則，可以推導(dǎo)出適用于MA-SM系統(tǒng)的最大似然檢測方法如下：盡管最大似然檢測的性能在理論上最優(yōu)，但其基于計算機的窮舉，且其循環(huán)比較的次數(shù)隨著數(shù)據(jù)率的上升將會以冪級數(shù)上升，對硬件實現(xiàn)而言是十分消耗資源的。為此，文獻［6】屮提出了一種基于迫零濾波器的線性檢測方法，極大地降低了檢測所需要的運算次數(shù)。2.2迫零檢測定義矩陣H的偽逆為：于是文獻［6］中提出的迫零檢測算法便是用矩陣的偽逆去左乘接收信號，從而得到

7、對原信號的估計。然而迫零算法在性能上宥顯著不足，主要表現(xiàn)為：(1)迫零濾波器有放人噪聲的可能，在一些特殊的信道條件下有可能引起性能惡化。(1)迫零檢測只適用于接收天線不少于發(fā)射天線的情形，否則偽逆步驟有可能因為HHH奇異的關(guān)系而無法進行。為此，本文提出了一種基于干擾消除(InterferenceCancellation,1C)的檢測算法，有效彌補了迫零算法的不足，改善了檢測算法的性能。同時相比較最大似然檢測算法，運算復(fù)雜度較小，實現(xiàn)了在性能和復(fù)雜度上的優(yōu)化。2.3基于干擾消除的檢測該算法基于干擾消除的原理，在每一次迭代中，首先采用一個M

8、MSE濾波器對接收信號進行線性濾波，然后基于濾波結(jié)果，估計出幅值最大的QAM符號（包括其位置），接下來將該天線所對應(yīng)的H中的列刪除，同時將該符號在接收信號中產(chǎn)生的分量刪除（即“干擾消除”）。算法流程如下：由