论文研究-基于空间调制的低复杂度通用技术 .pdf

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基于空间调制的低复杂度通用技术,贾淑芸,王劲涛,本文提出了一种通用的空间调制技术(GM-SM)。在多天线的传输系统中,该调制技术使用复平面和天线的空间维度复合组成的三维空间进�
国武技论文在线 Spatial Modulator set Detecto Serial Modulator1 Demap per 1 Parallel to Parallel H Modulator Demappe N 图1系统框图 首先考虑由个发射天线和个接受天线组成的系统。该系统共有×个传 输信道。假设信道之间相互独立并且都服从相同的端利分布,每个信道都被独立的加性扃斯 白噪声所干扰。具体的信道模型见图信息比特从其中的个发射天线发出,每个天线 上的发射信号都是阶符号。使用ρ表示接收端的信噪比,使用表示×的 信道矩阵,使用表示加性白噪声。和都服从复高斯分布 用表示星 座的符号集合,则整个传输过程可以数学建模为式所示的形式。其中 代衣所选择 的天线坐标。为了简单,我们将矢量 写作= 例如在 的系统中,所有可能的天线选择组合有 其中 ∈ ()式可以被进一步化简为()式,其中代表信道矩阵的第列。 由于该方法是从个天线中选择个发射天线,因而可以额外获得 比 特的传输增益。在高信噪比下,该调制方法能够获得信道容量近似为 国武技论文在线 接收机设计 在 系统中,接收机需要在 种可能的选择中正确解调。理想的最 大似然接收机()使用穷举搜索的方法,但该方法的时间复杂度随着传输符号和天线数 目的增加以 的速度增长。这种复杂度是大多数接收机所无法接受的。木文将提出 种低复杂度但接近理想性能的接收机。 进一步简化()式的表达,只考虑个发射天线,我们可以将表达式化简为 该式表达了该接收到的信号具有线性的结构,是信道向量的线性组合。如果忽略噪 声的影响,接收信号恰在信道向量 张成的线性空间里。设的秩为,可 以通过将接收向量冋空间做投影,计算向量到空间的距离来判断向量是否在空问 中。由于投影操作也是一个线性操作,因此可以将该判决过程表述为用一个×算子 进行矩阵操作。该算子矩阵的基向量就是的列向量。投影之后的距离运算可以表述为 根据的理论,这种解调方法中的投影算子就是信道矩阵的伪逆的第列。 其中的伪逆为 天线组的检测可以写作 只有当是满秩的时候,这种检测方法才能奏效。这就要求的任何一列都不能是其 他列的线性组合。因此在本文中,我们始终假设接收天线的个数大于发射天线的个数 在成功检测了发射天线组合之后,成功的译码还需要检测每个天线发射的星座符号。观 察第个发射天线,该问题可以变形为 该检测问题被化简为一个过定问题。需要通过向量中得个分量确定个未知系 数。解决该问题的方法之一就是投影。将接收到的信道投影到向量 张 成的空间中。假设的秩为,类似的,该投影算法可以用一个×的矩阵来 表示。投影过程可以表述为 投影之后,最优的解调方法可以通过一个匹配滤波来最终完成。这个匹配滤波的系数为 国武技论文在线 复杂度分析 该小节将详细讨论本文所提出的 技术的复杂度。公平起见,完整的 译 码器的复杂度均将被计算在内。本文使用完成泽码所需要的运算次数来估计每个算法的复杂 度。 首先考虑大线数量带来的复杂度。在传统的调制技术中,为了达到一定的传输效率, 需要大量增加发射大线的个数。例如,在 的传输中,如果使用 那么 调制技术至少需要个发射天线,而 技术只需要个发射天线 所有的算法都是由乘法和加法运算组成的。由于乘法运算在硬件实现中具有更高的复杂 度,占据更多的资源,因而本文主要考虑算法所需要的乘法次数。 考虑理想的最大似然译码器,若采用穷举搜索的方法 需要 次的乘法运算。但在本文提出的译码方法中,假设用髙斯消去法 进行矩阵求逆运算 那么总的乘法数量为 其中是传统的解映射所需 要的乘法次数,大多数情况下, 理论分析 本节将详细分析前文提出的 解调器的误码性能。为了简单,所有的分析都在非 编码系统中进行,并且伐改使用调制。理论分析的结果可以很容易地扩展到其他任何 调制中去。简单起见,假改所有的发射符号已经被能量归一化,并且各个接收天线端 的髙斯噪声都具有相同的功率σ。改写系统数学模型如下 误判会发生在两种情形下:天线组合判决错误和传统星座点解映射错误。设天线组合判 决错误的概率为,传统星座点解映射判决错误的慨率为,则系统的总错误概率可 以写为: 由于天线组合检测判决算法是一个线性投影算子,针对第个天线的判决可以被看做 的第列(记为)和接收向量的内积。因此第个判决变量λ的分布与接收向量的 分布具有相同的性质,只是做了功率上的变化。第个判决变量可以写作 因此A的分布满足 时,在独立假设下,的条件概率可以推导如下 国武技论文在线 <->λ>元>A元>A 而信道向量+合 分布,其分布参数中得自由度为 据此可推导错误概率如下: to 凵知在瑞利哀落卜, 的解调错误率 ,则总的错误概 率可以表述为 数值仿真结果 木节将给出针对 调制系统的数值仿真结果。为了更清梵地看到结果,使用 和 的数值仿真结果作为参考对照。所有的误比特率()都是使用 仿貞方法得到。公平起见,所有的对比和参照都是在相同的频谱利用率下得到。传统的 调制系统使用理想的最大似然译码器, 使用中提出的译码算法, 使 用线性解相关器, 使用理想的译码器。 相比于 和 的优势在于更高的传输效率和复用增益,但无法 获得发射分集增益。图给出了在 的传输效率下 和 的 对比。 使用 和 同安排在建瓯方法。 使用 和 调制, 使用 和 调制。所有的调制方法都使用个接收天线。 从图中可以看出,相比」 在处具有的增益,相比 只在低信噪比下才有优势。由于无法荻得发射分集增益,在高信噪 比下, 较之无法获得增益。但事实上,大多数的应用都无法获得很扃的信噪 比,而左右的信噪比是典型应用。在这一信噪比范围内, 占据明显的优势。 国武技论文在线 1_⊥___L二_二 1二二二二 -e- GM-SM, 8QAM 8101214161820 SNR/dB 图2 的性能对比( 图给出了 和 的对比。在 的传输效率下, 能够 获得优于 的性能。由于 和 都无法获得发射分集增益,因此在 高信噪比下, 仍然能够保持其性能优势。在图中的仿真中, 使用 调制, 使用 和 调制 么 -++ 一=二 -+V-BLAST, 32QAM,N E至 1o H-e-GMSM.16QAM,N4, Np= 01214161820 SNR/dB 图 性能对比( 为了更进一步证明 的有效性,图给出了 和和 的性能对比。 和 都采用 =的工作模式,为了达到相同的 的传输效 率,采用 的传输。从图中可以看出,相比」和 能够获得更 好的传输性能。 国武技论文在线 10 三三三彐三三三三三E -O GSM GM-SM SM 三== SNR/dB 和 的性能对比 结论 本文提出了一种新的空间调制技术,使用该技术,能够较好地开发 系统的信道 容量。在保证传输质量和性能的前提下更为灵活地提髙系统的传输能力。理论推导和实际数 值仿真验证了该算法的实用性和鲁棒性。作为一种低复杂度的 应用技术, 技 术在移动手持无线通信中具有较好的应用前景 参考文献

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