一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制軟判決檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，簡稱ΜΙΜΟ)系統(tǒng) 中的空間調(diào)制技術(shù)，特別是一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制軟判決檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間調(diào)制（Spatial Modulation，簡稱SM)技術(shù)是一種單射頻MIMO技術(shù)，其核心 思想是在每個時隙激活一根天線用于傳輸傳統(tǒng)調(diào)制符號，同時該天線序號攜帶另外一部分 信息。因此，與傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)相比，SM技術(shù)可以獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜效率。 同時，與傳統(tǒng)M頂0系統(tǒng)相比，SM技術(shù)每次只激活一根天線，因此具有無信道間干擾，無需發(fā) 送天線同步等優(yōu)點，從而使得接收機的實現(xiàn)復(fù)雜度低。
[0003] 目前，空間調(diào)制技術(shù)主要集中在硬判決檢測和軟判決檢測算法的研究，其中空間 調(diào)制技術(shù)硬判決檢測方法主要有以下幾類：
[0004] (1)最大似然（Maximum Likelihood，簡稱 ML)檢測（J. Jeganathan，A. Ghrayeb,and L.Szczecinski, "Spatial modulation: Optimal detection and performance analysis, ''IEEE Commun. Lett. , vol. 12, no. 8, pp. 545 - 547, Aug. 2008.):該 方法對天線序號與調(diào)制符號進行聯(lián)合檢測，因此能夠獲得最優(yōu)的性能，但復(fù)雜度較高；
[0005] (2)匹配濾波器（Matched Filter，簡稱 MF)檢測（1?.￥.]\1681611，!1.]^&8，（1 ff. Ahn, and S.Yun, "Spatial modulation-Anew low complexity spectral efficiency enhancing technique, '，in Proc. IEEE Int. Conf. Commun. Netw. China, Oct. 2006.):該方 法將天線序號與調(diào)制符號分開進行檢測，復(fù)雜度較低，但性能較差；
[0006] (3)ML 與 MF 結(jié)合檢測（Q. Tang, Y. Xiao, P. Yang, Q. Yu, and S. Li, "Anew low complexity near-ML detection algorithm for spatial modulation, '，IEEE Wireless Commun. Lett.，vol. 2, no. 1，pp. 90-93, Feb. 2013.):為了能夠在性能與復(fù)雜度之間進行折 中，很多學(xué)者將ML檢測與MF檢測相結(jié)合，即先利用MF方法檢測天線序號，然后在一定的天 線列表中再利用ML檢測獲得最終的天線序號與調(diào)制符號。
[0007] (4)球形譯碼算法（A. Younis, M. Di Renzo, R. Y. Mesleh, and H. Haas, "Sphere decoding for spatial modulation, ''IEEE Int. Conf. Commun. , Kyoto, Japan, Jun. 2011.)： 球形譯碼算法能夠獲得與ML檢測相同的性能，但其復(fù)雜度是變化的，在信噪比較低的時候 其復(fù)雜度與ML檢測相當(dāng)。
[0008] 盡管SM系統(tǒng)的硬判決檢測算法研究較多，但SM系統(tǒng)的軟判決檢測方法研究相對 不足。目前，已有的軟判決檢測主要是最大后驗概率（Maximum a Posterior，簡稱MAP)檢 測（M. Koca and H. Sari, "Bit-interleaved coded spatial modulation, '，in Proc. IEEE pnroc，2012.)，但該檢測算法復(fù)雜度高，特別是當(dāng)發(fā)送天線數(shù)較多或調(diào)制階數(shù)太高時，導(dǎo)致 其在實際系統(tǒng)中實現(xiàn)代價過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種空間調(diào)制的軟判決檢測方法，使其能夠在獲得 Max-Log檢測性能的前提下，降低軟判決檢測的復(fù)雜度。
[0010] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種低復(fù)雜度的空間調(diào)制軟判決檢測方法， 步驟如下：
[0011] 步驟a，首先對接收信號進行迫零均衡
得到每根發(fā)送天線 上的迫零信號4?，…，&，其中4為MMO信道矩陣的第j列：
，（·，表示 共輒轉(zhuǎn)置，y為接收信號，Nt為發(fā)送天線的數(shù)目；
[0012] 步驟b，依據(jù)PSK或QAM星座圖特點，計算每根天線上對應(yīng)的調(diào)制符號的最大似然 估計%令集合
[0013] 步驟c，利用PSK或QAM星座圖中格雷碼標(biāo)號的特點，基于步驟b中獲 得的每個調(diào)制符號，找到與其第i個比特相反的隊個ML估計副本1"?V ' i = 1，2,…，Iog2(M)，其中g(shù)為對應(yīng)的ML估計副本在星座圖中的序號。結(jié)合 步驟b中得到的Nt個估計符號，采用PSK調(diào)制時，令2N t個備選符號集合為
采用QAM調(diào)制時，當(dāng)該比特決定QAM符號實部時，該集合表示為
，當(dāng)該比特決定QAM符號虛部時，該集合表
其中翁(...)表不取符號實部，.復(fù)(，）表 示取符號虛部；
[0014] 步驟d，經(jīng)過步驟b和步驟c，利用已得到Nt個備選符號集合以計算天線序號攜帶 比特的對數(shù)似然比，以及利用2N t個備選符號集合枚:計算調(diào)制符號攜帶比特的對數(shù)似然 比八:^
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：（1)本發(fā)明在步驟b中獲得每根天線上發(fā) 送符號的最大似然估計時利用了 PSK以及QAM星座圖中各個星座點之間的位置及大小關(guān) 系，不需要計算每個符號到接收信號的歐式距離，僅通過極少的加法乘法即可實現(xiàn)，大大降 低了復(fù)雜度。（2)本發(fā)明在步驟c尋找ML估計副本的時候，充分利用PSK以及QAM星座圖 格雷碼映射關(guān)系，不需要計算符號與接收信號的歐式距離以及比較，僅需知道ML檢測符號 的格雷碼二進制表示以及在星座圖中的序號的自然二進制表示，然后通過少量加法即可獲 得，因此相比于Max-Log檢測方法又進一步降低了檢測復(fù)雜度。（3)本發(fā)明在步驟d中計 算調(diào)制符號所攜帶的比特對數(shù)似然比時，不僅利用了 ML估計符號，而且考慮到對應(yīng)每個比 特相反的ML估計副本符號，因此保證了其可以在低于Max-Log檢測復(fù)雜度的前提下達到 Max-Log檢測算法的性能。
[0016] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0017] 圖1為編碼SM系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端模型圖。
[0018] 圖2為PSK星座圖標(biāo)識以及基于PSK星座圖的簡化軟判決檢測方法示意圖。
[0019] 圖3為PAM星座圖標(biāo)識以及基于QAM星座圖的fg]化軟判決檢測方法不意圖。
[0020] 圖4為QPSK和8-PSK調(diào)制下，發(fā)送天線數(shù)目為4,接收天線數(shù)目為2時最優(yōu)MP算 法，傳統(tǒng)Max-Log算法和本發(fā)明所提算法的性能對比曲線圖。
[0021 ] 圖5為16-QAM和64-QAM調(diào)制下，發(fā)送天線數(shù)目為4,接收天線數(shù)目為2時最優(yōu)MP 算法，傳統(tǒng)Max-Log算法和本發(fā)明所提算法的性能對比曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明采用圖1所示的編碼SM系統(tǒng)模型，其中發(fā)射天線數(shù)目為Nt，接收天線數(shù)目 為隊，調(diào)制階數(shù)為M，采用的信道編碼的碼率為R。定義空間星座圖為《5 = {I.2.···，#,}，調(diào)制 符號星座圖為如=和。，，令Q1= l〇g2(Nt)，Q2= Iog2(M),則系統(tǒng)的頻譜效率為η = Rlog2(NtM) =R(Q^Q2)0考慮到SM系統(tǒng)在每一個時隙僅有一根天線發(fā)送信息，因此發(fā)送 信號矢量可以表不為：X = [0,…，Sq,…，0]τ，其中Sq為調(diào)制符號，q = 0, 1，…，M-ι。假設(shè) 信道為瑞利平坦衰落信道，則接收信號可以表示為：
[0023] y = Hx+n = hjSq+n
[0024] 其中，ne(CVfXl為加性高斯白噪聲，其噪聲方差為?
表示單位 陣，（*，表示共輒轉(zhuǎn)置，10表示求期望。
為MMO信道矩陣，其中卜表 示MMO信道矩陣H的第j列。
[0025] 如圖2以及圖3所示，本發(fā)明低復(fù)雜度的空間調(diào)制軟判決檢測方法，包括天線序號 攜帶的比特軟值信息和調(diào)制符號攜帶的比特軟值信息的提取，具體步驟如下：
[0026] 步驟1，首先對接收端各個接收天線上的接收信號進行迫零均衡^ = h>'，j = 1，2，*"，隊，得到每根發(fā)送天線上迫零之后的信號^'_'\6:其中，11]為1頂0信道矩陣的第
(·，表示共輒轉(zhuǎn)置，y為接收信號，N t為發(fā)送天線的數(shù)目。
[0027] 步驟2,依據(jù)PSK或QAM星座圖中各星座點之間的位置關(guān)系和大小關(guān)系，找到每根 天線上對應(yīng)的調(diào)制符號的最大似然估討
[0028] 具體地，當(dāng)采用PSK調(diào)制時
> 其中，#表示第j根天 線上估計的調(diào)制符號在星座圖中的序號，mod(·)表示取余操作，round(·)表示取整操作， θ 為濾波信號r ,的相位，夂為PSK星座圖的初始相位。因此每根天線上估計的符號可以
[0029] 當(dāng)采用QAM調(diào)制時，首先將QAM星座圖實部和虛部分解為兩個PAM星座圖，分別表 示為N 1-PAM和N2-PAM。由于同一 QAM調(diào)制符號的實部與虛部相互正交，因此調(diào)制符號實部 和虛部可以分開進行ML檢測，則實部ML估計符號為

，其中《(·)表示符號實部，Ι(·)表 示符號虛部。因此，每個天線上估計出的調(diào)制符號為
[0030] 步驟3,利用PSK或QAM星座圖中格雷碼映射特點，針對每個在步驟2中獲得的 調(diào)制符號，對于每個比特找到對應(yīng)比特相反的ML估計副本。在本發(fā)明步驟2中已得到了 每一根天線上的ML估計的調(diào)制符號，但是該符號只能實現(xiàn)Max-Log計算似然比公式中的 一個最小項，因此在該步中需要找到對應(yīng)于另外一個最小項的ML估計副本，使第i，i = 1，2,…，Iog2(M)個比特與步驟2中ML估計出的符號的第i個比特相反。
[0031] 針對每