正交空间调制系统的低复杂度检测算法

正交空间调制(quadrature spatial modulation,QSM)作为一种扩展的空间调制(spatial modulation,SM)传输方案,近年来受到业界的广泛关注.它通过在发送端将发送的复值符号的实部和虚部分开传输来提高频谱效率.由于正交空间调制系统的最大似然(maximum likelihood,ML)检测算法在整个搜索空间进行穷搜索,导致计算复杂度极高.针对QSM系统接收端检测算法复杂度较高的问题,利用QSM系统信号固有的稀疏特性,提出了一种QSM系统的压缩感知(compressed sensing,CS)检测算法.仿真结果表明,新的检测算法在误码性能上接近ML检测算法,复杂度约为ML的4.7％.     

一种混合调制的广义空间调制方案

为提高广义空间调制（generalised spatial modulation,GSM）多输入多输出通信系统中频谱利用率,提出一种混合调制的广义空间调制（HM GSM）方案。该方案利用激活的发射天线分别调制不同星座符号,其中部分星座符号直接地被调制在激活的天线上;部分星座符号被分成实部和虚部之后,分别调制在激活的天线上。与其他传统空间调制方案相比,HM GSM方案在相同频谱利用率情况下具有更大的发射符号之间的最小欧式距离值。在接收端确知信道状态信息和采用最大似然检测条件下,通过蒙特卡洛方法对多种技术方案进行MATLAB仿真。结果表明:在相同频谱利用率时,与其他传统技术方案相比,HM GSM方案可降低平均误比特率,进一步提高无线通信可靠性。     

采用幅度相移键控调制的分层空间调制算法

针对空间调制(SM)算法频谱效率较低的缺陷,提出了一种基于幅度相移键控(APSK)调制的分层SM(LSM)算法。该算法首先对发射天线进行分层,然后分别对每层发射天线进行SM映射,最后根据每层SM映射得到总的天线激活索引号和调制符号。为了进一步降低系统的误比特率,以系统误比特率上界为目标函数给出了APSK内外环幅度比选择准则。此外,为了实现低复杂度的最大似然译码,接收端对激活天线索引号和调制符号进行独立检测。理论分析和仿真结果表明:LSM算法对于任意发射天线数目都适用,并且可以灵活地调节激活天线个数;与分层空移键控算法相比,当频谱效率为8b/(s·Hz)时,2种算法的性能基本相似,但天线数量节省了12根,从而节约了硬件资源;与广义空间调制算法相比,当发射天线为3、5和6时,频谱效率提高了1b/(s·Hz)。     

低复杂度的正交空间调制检测算法

正交空间调制(quadrature spatial modulation,QSM)系统通过增加空间维来提高传统空间调制(spatial modulation,SM)的频谱利用率(频谱效率), 这在传统的多输入多输出 (multiple-input multiple-output,MIMO)技术中引起了极大的关注。虽然最大似然(maximum likelihood,ML)检测算法能够实现最优性能,但其穷尽搜索带来了极高的计算复杂度。而经典的线性检测算法最小均方误差(minimum mean square error,MMSE)和迫零(zero forcing,ZF) ,虽然在复杂度方面较最大似然ML最优检测低,但其误比特性能却比最大似然ML检测算法差很多。为了更好实现系统在计算复杂度和误比特性能之间的均衡,提出一种基于迫零的线性检测算法——增强型迫零(enhance zero forcing,EZF)。仿真结果表明,提出的检测算法不仅能够实现比传统检测算法(如迫零和最小均方误差)更好的性能,而且在复杂度方面较ML有明显的降低。     

基于动态因子图缩减的SCMA低复杂度检测算法

针对现有稀疏码分多址接入(sparse code multiple access, SCMA)上行链路系统的接收端采用基于遍历的消息传递算法(message passing algorithm, MPA)进行多用户检测,存在复杂度过高的问题,通过在原始MPA算法基础上提出一种基于动态因子图缩减的消息传递算法(dynamic factor graph reduction based MPA, DFGR-MPA)。该算法根据码字概率的收敛情况对变量节点进行分类,并将码字概率未达到目标收敛的变量节点以及与其相关的功能节点重构成新的因子图用于后续迭代。DFGR-MPA算法不仅能够减少参与消息迭代的节点个数还能降低消息迭代的平均迭代次数,从而降低迭代检测的复杂度。仿真结果表明,该算法在误比特率(bit error ratio, BER)性能与检测复杂度之间可以达到较好地平衡。     

一种改进的多模索引调制OFDM方案

为提高多模索引调制正交频分复用的能量效率,提出一种改进方案和相应的检测算法.该方案在不消耗能量的情况下能通过空载模式传递部分信息,还能通过改变空载模式与其他模式的比例来实现频谱效率和能量效率的兼顾.分析了空载模式对误比特率性能的影响,并据此对加入空载模式后的多模式星座进行优化;此外,提出改进的低复杂度最大似然检测算法,在不降低误比特率性能的前提下进一步降低多模方案的检测复杂度.仿真结果表明:在瑞利衰落信道下,当误比特率为1×10~(-5),频谱效率为1.75,2.00,3.00,4.00 bit/s/Hz时,所提方案分别取得了6.0,3.7,3.4,1.7 dB的信噪比增益.     

采用Alamouti码构造的正交空间调制及低复杂度解码算法

针对空间调制(SM)频谱效率较低以及不能获取发射分集的缺陷,提出了一种基于Alamouti码的正交空间调制(AL-QSM)算法。首先将传统QSM算法中的单调制符号扩展至P个Alamouti调制符号矩阵,从而携带更多的调制信息;同时利用传统的二阶单位矩阵构造天线选择矩阵;然后通过激活两组天线选择矩阵分别对P个Alamouti编码的实部和虚部进行调制,相加后生成传输码字矩阵;最后,将携带信息的码字矩阵经由天线发射并在接收端进行解码。理论分析表明:AL-QSM算法在任何参数配置下均可获取二阶发射分集;同时得益于Alamouti矩阵的两列间正交特性,在接收端可以实现低复杂度解码。仿真实验结果表明:与现有的经典算法相比,所提AL-QSM算法拥有更好的误比特率性能;当频谱效率为4 b/(s·Hz)时,AL-QSM算法相比STBC-SM算法获得了约2 dB的性能增益;当频谱效率为8 b/(s·Hz)时,AL-QSM算法相比SM-OSTBC算法获得了约3 dB的性能增益。     

空间调制信号的改进M-ML检测算法

空间调制(SM)系统的最大似然(ML)最优检测算法的计算复杂度很高,具有较低计算复杂度的M-ML检测算法受到了人们的关注.M-ML算法按照接收天线序号由小到大的顺序进行检测,从误比特率性能角度考虑并不是最佳的.通过研究不同检测顺序对算法性能的影响,提出了两个改进的M-ML算法,仿真结果表明改进的M-ML算法在误比特率性能上优于M-ML算法.由于M-ML算法在不同的信噪比下每层保留固定的节点数M,尤其在高信噪比时会造成计算资源的浪费,因此提出一种动态M-ML算法,即通过门限值自适应选择每层保留的节点数.仿真结果表明动态M-ML算法降低了M-ML算法的计算复杂度,同时性能逼近M-ML算法.     

TH-PPM与TH-PAM超宽带系统的性能分析和比较

采用基于软判决和硬判决的方法,对跳时脉冲位置调制(time hopping-pulse position modulation,TH-PPM)和跳时脉冲幅度调制(time hopping-pulse amplitude modulation,TH-PAM)超宽带系统的误比特率性能进行了分析和比较.在加性高斯白噪声(additive white Gausses noise,AWGN)信道下,研究了TH-PPM和TH-PAM超宽带单用户系统接收端信号进行软判决和硬判决时的性能,同时分析比较系统在两种调制方式下采用不同脉冲重复次数时的件能差异.仿真结果表明,在AWGN信道下,TH-PPM和TH-PAM的系统性能均随脉冲重复次数的增加而明显改善,并且后者优于前者.此外,采用软判决时的系统性能优于采用硬判决时的系统性能.     

空间调制信号的QRD-M检测算法及其改进

针对空间调制(spatial modulation,SM)系统中最优检测算法,即最大似然(maximum likelihood,ML)算法存在的高复杂度问题,提出了基于QRD-M(QR-decomposition with M-algorithm,QRD-M)算法的空间调制信号检测算法.该算法运用M算法树搜索策略,每层只计算最优的M个分支,其性能近似最优且运算量较低,有利于硬件实现.但随着发收天线数增多,传统QRD-M算法的检测性能会下降并需要较长的算法执行时间.因此,采用并行检测的思想,提出了PQRD-M(parallel QRD-M,PQRD-M)检测算法.该算法在各个分支上分别独立地进行搜索,提高了执行效率.对所提出的算法进行了复杂度分析,并在不同天线数目和不同保留节点数下对其误码性能进行了仿真,结果表明,相比于QRD-M算法,PQRD-M算法以增加一定的计算量为代价,能显著地改善空间调制信号检测性能,同时还能节约硬件资源.     

一种基于M准则的低复杂度空间调制信号检测算法

针对空间调制技术提出一种基于M准则的次最优检测算法（M-ML）,该算法通过缩小最大似然检测中发送符号搜索空间来降低复杂度.仿真结果显示,在发送天线相关性较高的场景下,M-ML算法可以获得与最大似然检测相当的误码率性能.同时,通过将M-ML算法和最大似然算法进行复杂度比较发现,随着调制阶数与发送天线数的提升,M-ML算法复杂度将不断降低.     

降低FBMC-OQAM峰均值比方法的研究

针对滤波器组多载波/正交幅度调制(filter bank multi-carrier/offset quadrature amplitude modulation,FBMC-OQAM)系统峰均值比(peak to average power ratio,PAPR)过高的问题,提出一种应用在FBMC-OQAM系统中的双层迭代部分传输算法.所提算法在传统迭代部分传输序列(iterative partial transmit sequence algorithm,IPTS)算法的基础上,改进搜索方式,将相位因子向量分为奇偶分别进行迭代,扩大了搜索范围.再结合FBMC-OQAM系统的重叠特性,对数据块之间的重叠部分加以利用,将使得当前符号块加权后的信号与寄存窗中的信号之和的PAPR最小的相位因子向量作为最优相位因子向量,从而在不增加过多计算量的基础上提高了抑制PAPR的性能.仿真结果表示,改进的双层迭代部分传输序列(partial transmit sequence algorithm,PTS)算法的PAPR抑制效果显著优于传统算法,误码率低于传统算法,且计算复杂度显著低于PTS算法.     

结合GFDM的空间调制技术及其检测算法研究

针对SM-OFDM系统不能很好适应未来5G通信系统的问题,提出了结合广义频分复用(generalized frequency division multiplexing, GFDM)的空间调制(spatial modulation, SM)系统SM-GFDM。利用矩阵的稀疏性,研究了一种低复杂度的SM-GFDM系统检测算法,对比了在GFDM接收端分别采用基于矩阵稀疏性的MF(matched filtering),ZF(zero-forcing),MMSE(minimum mean-square error)检测算法时的系统误码率。仿真结果表明,在SM端采用ML(maximum likelihood)检测的前提下,GFDM端采用基于矩阵稀疏性的MMSE检测算法时可获得较低的误码率,与传统的MMSE检测算法相比,其复杂度有所降低。同时进一步仿真对比了SM-GFDM系统、SM-OFDM系统以及V-BLAST GFDM系统的BER曲线,结果表明,SM-GFDM系统与SM-OFDM系统相比误码率略有上升,但却优于V-BLAST GFDM系统。结合SM技术的特点,SM-GFDM系统可以很好地适用于未来5G系统。     

贝尔实验室垂直分层空时系统中的混合顺序检测算法

为了提高系统频谱效率，提出了一种新的混合顺序检测算法．该算法针对自适应调制的特点，在平均信噪比较低时采用逆序检测，经多次迭代干扰抵消后将无效信道变为有效信道，而在信噪比较高时采用正序检测，经多次迭代检测后将未饱和信道变为饱和信道．混合顺序检测算法在少量增加复杂度的同时，其频谱效率优于单纯的正序或逆序检测算法．仿真结果表明，在发射天线数与接收天线数均为4、目标误码率为10^-3的贝尔实验室垂直分层空时系统中，当信噪比为10dB时，混合检测的频谱效率比正序检测提高了8％，当信噪比为30dB时，其频谱效率比逆序检测提高了6％。     

一种降低垂直分层空时码球解码复杂度的自适应调制

针对垂直分层空时码球解码算法复杂度高的问题，提出了一种新的基于部分信息反馈的自适应调制算法．该算法首先根据每个发送天线总功率增益，选择该天线所用星座图大小，保持每次传输的总码率恒定，然后调整码元解码顺序，减少球解码总的搜索结点数，对于不同调制方式的复信号点球解码算法，给出了不同的结点搜索方法．由于球解码查找树根结点的减少，避免了低自由度信道系数引起的额外搜索，因此降低了迭代搜索次数．仿真结果表明，对于3天线垂直分层码，3bit反馈信息使球解码的迭代次数降低了50％，而且提高了系统性能．     

基于改进梯度投影法的MIMO-NOMA系统迭代信号检测算法

针对多输入多输出-非正交多址(multiple-input multiple-output non-orthogonal multiple access,MIMO-NOMA)系统信号检测问题,基于改进梯度投影(improved gradient projection,IGP)方法,提出一种适用于多用户MIMO-NOMA系统的上行链路的迭代信号检测算法。在该算法中,利用MIMO-NOMA系统中活跃用户的稀疏特性,基于IGP方法实现对发送信号的迭代恢复;在每次迭代后,先对所得估计解向量进行预处理,以得到更为接近真实值的估计值,接着再对活跃用户支撑集进行更新,以便于下次迭代操作。仿真结果表明,与经典的基于压缩感知的信号检测算法相比,基于IGP的迭代算法具有更低的误比特率(bit error rate,BER),在计算复杂度基本相同的条件下,可取得更佳的BER性能。     

码复用差分混沌键控性能分析与同步算法

码复用差分混沌键控(code-shifted differential chaos shift keying,CS-DCSK)是一种具有优良抗多径衰落能力的非相干混沌调制技术,虽然非相干混沌调制技术不需要在接收端恢复混沌载波,但准确的符号同步是保证系统性能的前提.介绍了CS-DCSK系统的结构模型,包括发射机和接收机原理以及CS-DCSK独特的信号帧结构,然后采用高斯近似法(Gaussian approximation,GA)分析了高斯信道和Nakagami-m衰落信道下符号同步误差对CS-DC-SK误码性能的影响,最后提出一种符号同步算法,该算法通过发送训练序列首先完成帧间的粗同步,在粗同步的基础上完成帧内的细同步.仿真结果表明,在高斯信道和Nakagami-m衰落信道下,仿真结果与理论分析基本一致.通过与理想同步情况下的误码率性能比较,提出的同步算法存在2 dB左右的性能损失.