一种自适应广义空间调制及其低复杂度算法

针对广义空间调制(GSM)算法不能充分地利用信道状态信息的缺陷,提出了一种适用于GSM系统的自适应调制算法(AGSM),该算法利用已知信道状态信息,通过最大化空间调制星座点的最小欧氏距离,实现天线组合和符号调制星座的联合优化。进一步提出了一种低复杂度AGSM算法(LA-GSM),通过减少可选符号调制星座数量,并在传统天线组合集合与剩余天线组合集合中分别自适应选择相同符号调制星座,实现较低复杂度的天线组合和符号调制星座的联合优化,同时兼顾系统空间分集增益。仿真结果表明:在相同系统频谱效率5b/(s·Hz)和6根发射天线条件下,所提的AGSM和LA-GSM算法以一定的算法复杂度为代价,均获得了相比于传统GSM算法更低的误码率性能,特别是在较高信噪比时AGSM算法和LA-GSM算法的误码率分别近似为GSM算法误码率的1/10和1/3;同时,LA-GSM算法获得了低误码率性能与低算法复杂度的较好折中。     

基于发射天线分组的广义空间调制系统研究与仿真

为了提高广义空间调制(Generalized Spatial Modulation,GSM)方案携带额外索引信息的能力,提出了一种基于发射天线分组的GSM(AG-GSM)方案。在AG-GSM方案中,首先,给定的发射天线数目被分为多个天线分组,且每个分组的天线数目与2成次幂关系;其次,设计一个状态选择器,用于调制一个PAM符号在正交或同相维度上,形成一个复发射符号。进一步,通过天线索引矢量,激活天线分组中一根天线,用于调制这个复发射符号,并进行发射;最后,在理想瑞丽信道条件下,与其他技术方案相比较,通过蒙特卡罗方法对AG-GSM方案进行了仿真分析。仿真结果表明,在相同频谱利用率情况下,本文提出的AG-GSM方案具有平均误码率低的特点,优于其他空间调制方案的误码率性能,进一步提高了无线通信的可靠性。     

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)。     

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。     

采用星座旋转的高速率空时分组码空间调制算法

针对空时分组码空间调制(STBC-SM)算法中由空间维度调制所能提供的频谱效率较低的问题,提出了一种采用星座旋转的高速率空时分组码空间调制(CR-STBC-SM)算法。该算法首先从所有有效天线组合中选择2根天线,然后从M-PSK/QAM星座图中选择一组符号对,最后以Alamouti编码或其对应的星座旋转编码的形式将符号传输出去,并且为了最大化发射分集增益与编码增益,进一步对旋转角度进行了优化。此外,CR-STBC-SM算法还利用Alamouti码的正交性来实现低复杂度的最大似然译码。仿真结果表明:与STBC-SM算法相比,在发射天线数相同时,CR-STBC-SM算法可以获得额外0.5b/(s·Hz)的频谱效率;当频谱效率为4b/(s·Hz)时,2种算法的性能非常接近,但是CR-STBC-SM算法可以节省3根发射天线,从而节约了硬件资源。     

基于子空间追踪的广义空间调制系统检测算法

广义空间调制(Generalized spatial modulation,简称GSM)技术在通信领域内受到了广泛的关注。在多输入多输出天线系统中,该技术仅激活部分天线,利用激活天线索引序号和天线上调制符号组合共同传输数据。众所周知,最大似然(Maximum Likelihood,简称ML)检测算法能够实现最优的检测性能。然而,随着发射天线数目的增加或者采用高阶调制方式,ML检测需要极高的计算复杂度,导致其无法在实际中应用。考虑到GSM信号的稀疏特性,文章将压缩感知理论应用于GSM系统的信号检测中,提出了一种低复杂度的基于子空间追踪的广义空间调制系统(SP-based)检测算法。仿真结果表明,所提出的检测算法较ML算法能够极大的降低计算复杂度,并实现较好的检测性能。     

采用二重天线激活矩阵的差分空间调制算法

针对传统差分空间调制算法(DSM)不能获取发射分集的问题,提出了一种采用二重天线激活矩阵的差分空间调制算法,简称TA-DSM算法。该算法对天线激活矩阵集合中的元素进行了两次独立选择,得到两个天线激活矩阵。再将这两个矩阵分别和P个Alamouti矩阵的第1行和第2行相乘,以此获得TA-DSM发送信号。由于该算法使用了两个天线激活矩阵,所以与现有的空时编码DSM(STBC-DSM)相比,TA-DSM可以传递更多的比特数,从而获得更高的频谱效率。因此,在频谱效率相同的情况下,TA-DSM可以拥有更好的误码性能。同时,文中系统地提出了构造天线激活矩阵的简单方法,使TA-DSM可以获得二阶发射分集。最后,针对TA-DSM提出了低复杂度解码算法。仿真结果表明,TA-DSM方案比现有的STBC-DSM具有更好的误码性能,当频谱效率为1.33b/(s·Hz)时,相比STBC-DSM,TA-DSM可以获得约4dB的性能增益;当频谱效率为2b/(s·Hz)时,TA-DSM可以获得约1.5dB的性能增益。     

广义空间调制系统分层叠加编码的迭代检测

在广义空间调制(generalized spatial modulation, GSM)系统中,接收端信号检测方案的误比特率性能与复杂度是重要衡量指标。将发送端的星座调制与分层叠加编码(superposition coded modulation, SCM)方案结合,接收端分层检测时各层的码本搜索空间大小仅与该层的调制方式有关,有效降低算法的搜索次数。为获得更好误比特率性能,引入迭代的思想,即迭代分层检测(iterative layered detection, ILD),通过在解调第1层符号信息时选出ite个候选组合集,分别进行第2层到第L层的循环迭代,最后选取第L层调制符号与对应码本间欧式距离最小的迭代次数,作为最优检测符号。仿真结果表明,其误比特率性能接近最大似然(maximum likelihood, ML)检测,且计算复杂度降低了81.25%。     

面向6G系统采用智能反射表面辅助的空时空间调制方案

针对现有的近场智能反射表面(IRS)辅助的空间调制(SM)方案频谱效率较低的问题,提出了面向6G系统采用IRS辅助的空时空间调制方案。首先,根据发射天线维度对SSB码字进行堆叠,构建堆叠SSB(SSSB)码字,并通过对SSSB码字基矩阵进行线性组合得到SM矩阵;然后针对SM矩阵设计近场IRS调制技术的信道状态激活方式,将SM矩阵与信道状态激活方式结合生成SSSB-IRS发送端信号矩阵;最后,推导了SSSB-IRS的最大似然译码公式和平均误码率的理论公式。由于采用了灵活的编码和天线激活机制,该方案比现有的典型近场IRS调制方案具有更高的频谱效率,并且可以提供二阶发射分集来对抗信道衰落。仿真结果表明：所提SSSB-IRS方案比现有的近场IRS调制技术方案具有更好的误比特率性能,在频谱效率为6.5 b/(s·Hz)、误比特率达到10^-5时,所提方案的信噪比增益比坐标交织正交设计的近场IRS方案提升了约4.3 dB。     

基于正交星座调制的速率为2的空时分组码

Alamouti空时分组码是2发射天线的全分集全速率的空时分组码。提出一种基于复信号星座的正交星座调制（OCM）方案，采用这种方案的编码效率为2，它是Alamouti码的2倍。仿真结果显示，功率归一化的OCM误码性能和BPSK信号星座调制的Alamouti码性能相近，但OCM的性能比QPSK调制的Alamouti码的性能要好。     

移动衰落信道中的自适应OFDM调制

在宽带移动OFDM(正交频分复用)系统中,不同的子信道经受不同的信道衰落,具有不同的传输能力。若采用固定速率调制方案,信道容量和发送功率未能获得充分应用。自适应调制技术能充分利用信道容量和信号功率,满足不同传输速率和服务质量的要求。研究了一种适用于宽带移动OFDM系统的自适应算法。在平均发送功率不变条件下,算法根据子信道的衰落特性,自适应地分配子信道中数据比特,选择不同的信号星座和发送功率,使得系统的功率和频谱效率达到最佳。首先推导了在平均发送功率受限条件下,瑞利衰落信道中最大频谱效率;其次,分析了在给定误比特率(BER)条件下,采用连续功率、连续星座MQAM(多进制正交幅度调制信号)调制的最大功率频谱效率,在此基础上提出适用于实际系统的离散功率、离散星座MQAM调制算法;最后进一步优化系统的功率密度谱。计算机模拟表明:该算法能明显地提高移动OFDM系统的频谱效率。     

非理想相干解调时网格编码调制系统的性能分析

在理想相干检测的情况下,8相相移键控(8-PSK)方式的网格编码调制(TCM)与QPSK方式相比,可以得到较高的编码功率增益,且不会增加系统所需的带宽.然而,就相同的载噪比C/N,8-PSK方式对于相干载波相位偏移的灵敏度要比QPSK方式大得多,将会引入较多的误码.为了分析非理想相干检测的影响,首先导出相干载波相移θ时上述两系统信码判决间的等效距离.然后分别用系统模拟和解析方法求出在给定各种条件下的事件错误率及其上限.显然,编码功率增益将随相干载波相位偏移的上升而下降.最后给出在不同载噪比时上述两系统平均事件错误率和平均信息比特错误率的求解方法及其计算结果.从所得的计算结果中可以看出,要得到较高的TCM编码功率增益,降需要一对载噪比较高的相干载波.在一般情况下,这个条件较难满足.     

采用数据扩展技术的OFDM自适应调制算法

在传统的OFDM系统中,实现自适应调制需要传输大量的有关子载波调制参数信息,致使传输效率下降.文中分析了采用数据扩展技术的自适应调制OFDM系统的特征,发现最优算法就是在原始数据符号之间平均分配比特和功率,在此基础上提出了以用户需求为目标的最小化总功率的自适应调制算法.此算法的原始数据符号最多采用两种调制阶数,并且可以在原始数据符号之间按顺序分配,这样不仅降低了算法复杂度,而且大大减少了有关调制参数信息的传输.仿真结果表明该算法具有良好的性能,在复杂度相近的前提下,该算法比采用自适应功率控制的传统OFDM系统节省功率(用子载波的平均信噪比表示)约2 dB.     

CoMP系统的SFN预编码改进算法

为提高LTE-Advanced系统小区边缘用户的吞吐量和用户体验,在现有协作多点传输(Coordinated Multi-Point,CoMP)方案基础上提出了两种CoMP系统的单频网(Sin-gle Frequency Network,SFN)预编码改进算法,以改善传统SFN预编码中信道合并的不确定性问题.第一种改进算法在发射端的部分传输节点处引入一个便于信道合并的相位参数,并按照合并后信道增益最大的准则确定相位参数的取值;第二种改进算法令部分传输节点的发射数据映射到天线时进行交换操作,同样按照信道增益最大准则确定交换方式.仿真结果表明,两种改进算法能有效提高小区边缘用户的谱效率,且能适用于相干/非相干信道及低/高秩信道的情况.     

跳时M元双正交脉冲位置调制超宽带通信性能研究

针对目前超宽带（UWB）通信调制方式传输效率低下、误码率过高的问题，提出了采用跳时M元双正交脉冲位置调制（TH—MBPPM）改善系统性能的方法．TH—MBPPM方法将需要传送的多个信息比特分别调制到信号的幅度和位置上，同时在信号中加入伪随机跳时码，解调端采用概率密度函数的方法对各匹配滤波器输出端的多址干扰成分进行精确的计算，将所有干扰信号建模为高斯白噪声并根据最大似然准则对接收的信号进行判断，得到了系统误符号率的封闭表达式及其简化的计算表达式，该表达式精确地反映了系统的误符号率性能且计算复杂度较低．与跳时M元正交脉冲位置调制UWB通信系统相比，TH-MBPPM方法误符号率更低，且系统复杂度降低了50％。     

迭代检测算法在比特交织编码调制系统中的比较研究

迭代检测技术不仅局限于在传统的级联码系统中的应用,还可用于解决现代数字通信中的许多检测/译码问题.随着Turbo码的出现,人们对迭代译码算法进行深入研究,并提出一些简化译码算法.比特交织编码调制及迭代检测(bit-interleaved coded modulation with iterative decoding, BICM-ID)是一种高效数据传输系统.比特交织和迭代译码是BICM-ID系统具有卓越性能的关键因素,译码算法的选择不仅影响接收机的性能,也决定了系统的复杂度.文中研究迭代译码算法对BICM-ID系统性能的影响,分析各种译码算法的计算复杂度.仿真结果表明log-APP算法有好的性能同时复杂度也高,简化的译码算法能降低译码器的复杂度,但会带来一定的性能损失;随着信道条件的改善,算法简化带来的性能损失也随之减小.     

一种多输入多输出系统下基于最小发射功率的自适应算法

针对多输入多输出(MIMO)系统提出了一种新的自适应调制算法.传统的自适应调制方法以容量最大化为目标,在发射功率一定的条件下,为空间子信道分配比特和功率.实际的通信系统一般要求传输速率和误码率一定,提出的算法就以最小化发射功率为目标,在发射端自适应根据MIMO系统各个空间子信道的增益来分配传输比特、发射功率,最终获得好的频谱效率,并在满足通信系统要求的前提下,降低发射功率.仿真结果表明,提出的方法可以用低的发射功率达到用户传输速率和误码率要求.     

OFDM-IJF-OQPSK调制体制

 针对正交频分复用（OFDM）信号带外衰减小的缺点,用功率谱密度分布更为集中的无码间干扰和抖动-交错正交相移键控（IJF-OQPSK）调制代替传统的多进制数字相位调制（MPSK）或多进制正交幅度调制（MQAM）对子载波进行调制,形成了OFDM-IJF-OQPSK调制体制。在分析OFDM及IJF-OQPSK原理的基础上,给出了OFDM-IJF-OQPSK调制方案,推导了该调制信号的功率谱密度,得知其功率谱密度为IJF-OQPSK基带功率谱以子载波间隔平移并相加所得。最后,进行了仿真分析,证明该调制体制带外衰减很快,降低了带外辐射。     

基于逐比特MAP算法的Turbo编码调制方式

给出了一种基于逐比特MAP算法的Turbo编码与多元调制相结合的编码调制方式。该编码调制方式通过删截Turbo码的校验位以获得高编码效率，将复用后的编码输出以Gray映射方式与多元调制结合从而获得高频带利用率，并采用逐比特MAP算法进行迭代译码。仿真结果表明，将Turbo码的高编码增益与多元调制的高频谱利用率有效地结合在一起，是一种功率和频谱高效的编码调制方式，它比传统的网格编码调制(TCM)方式有着更好的性能。     

伪随机调制序列的CP-EBPSK通信系统

为了紧缩通信系统的信号频谱,减少其线谱能量,引入了一种伪随机序列调制方法.该方法通过对连续相位扩展的二元相移键控(CP-EBPSK)通信系统进行改进,使发射端键控调制时段的相位变化受控于伪随机序列,从而使CP-EBPSK调制指数的符号随机化,同时保持CP-EB-PSK通信系统其他组成部分不变.仿真结果表明,该方法可使调制信号占用的带宽仅为CP-EB-PSK通信系统带宽的一半,显著提高了频谱的利用率.即使在-60 dB带宽的苛刻要求下,当信号载频分别为30 MHz和2.4 GHz时,伪随机序列调制的CP-EBPSK通信系统以约35 dB的信噪比为代价,获得超过200 bit/(s.Hz)的频谱利用率,大幅度紧缩了频谱,提高了系统整体性能.同时,接收机冲击滤波器的特殊滤波效果导致解调器可不受调制符号随机化的影响,从而使得解调器的解调性能基本不变.