MIMO系统中自适应空间调制与天线选择技术的研究

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近年来,无线通信是当今世界最热门的通信科研领域之一。它突破了传统有信通信对物理信道的依赖,使得任何有电磁波存在的地方都能进行通信。然而,随着各种无线通信技术的发展,人们对数据传输速率和系统容量的要求也与日俱增。同时,无线通信领域的频带资源和发射功率的有限性也限制了其发展。此时,一种不需要增加额外的频带资源和发射功率的新技术进入了人们的视野,那就是MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出)无线通信技术。MIMO技术突破了传统通信中对收发端天线数目的限制,使发射端和接收端可以设立任意根天线。而空间调制(SM)技术作为一种新型的MIMO技术,白提出以来便成为学者们研究的热点。在传统空间调制技术中,每时隙只有一根发射天线处于工作状态,其余发射天线不发送数据或传输功率为零的数据,输入的信息比特一部分映射到传统的数字调制星座图上,其余的比特映射到空间域的天线序号上。从而,SM完全避免了信道间干扰,也不需要发射天线间的同步性,且通过天线序号携带一部分信息,提高了系统的频谱利用率。但传统的SM技术必须保证发射天线数是2的幂数,这导致了当系统频谱效率增大时,发射天线数目要成对数增长,对硬件的复杂度的要求也相应增大。为了解决以上问题,J.M. Luna-Rivera等人提出一种扩展的空间调制技术(ESM),该技术允许所有天线在同一时隙都能用来发送数据,使发送天线总数与频谱效率间呈线性关系,大大降低了对发送天线数目的要求。但同时,由于多根天线同时发送数据,势必会造成天线间的干扰。本文正是针对以上两种空间调制方案的缺点,提出了一种新型的自适应空间调制方案-混合空间调制(HSM),它结合了最近的自适应技术,同时吸取了SM避免天线间干扰与ESM发送天线数可以为任意整数的优点,因此能更好地适应信道的不断变化。另外,本文将该混合空间调制方法与两种天线选择算法(EDAS与COAS)相结合,进一步降低HSM系统的误比特率。仿真结果表明,HSM分别比SM与后ESM获得1 dB与2 dB的信噪比增益。而将基于欧式距离的天线选择算法(EDAS算法)应用到HSM(即HSM-EDAS方案)后,比HSM方案获得2dB的信噪比增益。本文随后提出一种基于QR分解的欧氏距离混合空间调制方法(RC-HSM-EDAS)保持了穷搜索算法低误比特率的优点,且降低了算法时间复杂度。而将基于容量的天线选择算法(COAS)与HSM方案相结合(即HSM-COAS方案)牺牲了一定程度的系统性能,却大大降低了算法的时间复杂度。
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