[发明专利]低复杂度的空间调制接收端天线选择方法

说明书

本发明提供了低复杂度的空间调制接收端天线选择方法。该方法需要在发射端已知期望用户与窃听者信道状态信息的情况下。假设期望接收端总共有N_b根天线，从中选择N_t根天线接收数据，然后将此选择模式反馈给发射端。发射机将发送的信息比特中的一部分映射为天线索引，另一部分映射为传统的幅度相位调。同时做预编码和人为噪声投影，发射机发送信号，接收端根据检测到的天线序号和调制符号可以完整的恢复发送信息。本发明与传统的天线选择技术相比安全速率得到了极大的提升，并且期望用户能够很好的解调出有用信号，在非法窃听端难以恢复出有用信号，从而能够更好地提升系统的安全性能。

技术领域

本发明专利技术属于涉及无线通信技术领域，特别涉及低复杂度的空间调制系统中接收天线的选择方法

背景技术

空间调制技术的传输原理是将发送的信息比特中的一部分映射为天线索引，另一部分映射为传统的幅度相位调制符号。空间调制技术是介于贝尔实验室空时分结构与空时分组码之间的中间路线，能够实现空间复用与空间分集的良好平衡。作为一种新型多天线技术，由于其在每个时隙仅激活一根发射或接收天线,能有效地避免信道间干扰和多天线发射的同步问题。

无线通信通常因其广播特性而容易受到窃听和主动恶意攻击。安全的空间调制作为增强空间调制的安全能力，由于其高能源效率，吸引了学术和行业中越来越多的研究兴趣。接收端空间调制即是发射机通过设计预编码将发送信息比特的一部分映射到接收端的天线索引，另一部分映射为传统的幅度相位信号，其利用了无线信道的差异性，使得期望的接收机能根据检测天线序号和调制符号正确解调出发射端发送的信息，而窃听用户在接收端接收到的信号形式和期望用户不相同，同时额外受到人为噪声的干扰导致其无法或者难以解调出发送信息，以此增强了空间调制的安全性。除此以外期望用户的信号检测复杂度很低，它适用于诸如物联网和无线传感器网络等低功耗场景。当前虽然有研究安全的接收端空间调制的文献，但到目前为止并没有研究接收端天线选择对安全速率的影响。本文对此进行了研究，导出其上界，即直接最大化安全速率，但是其复杂度较高，从而提出低复杂度的空间调制接收端天线选择方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供低复杂度的空间调制接收端天线选择方法，其利用截止速率替换互信息量，同时利用空间调制特殊的符号映射方式，对安全速率做近似，该方法以低复杂度的方式实现了接收端天线选择，但是获得了接近最优的安全速率，提高系统的安全性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体过程包括：S1.低复杂度的空间调制接收端天线选择中，发射端配备N_a根天线，期望接收端配备N_b根天线。窃听用户配备N_e根天线。发射端发射训练序列，同时对信道进行信道估计。由于采用最大化安全速率的准则选择天线的复杂度过高，先采用基于截止速率公式的可达速率替换平均安全速率，在此基础上考虑空间调制符号的特殊映射方式，即每个时刻只有一个天线索引是激活的，进一步的将优化问题转化为基于近似安全速率最大化的天线选择问题期望用户在获得信道状态信息的情况下根据基于近似安全速率最大化的低复杂度的接收端天线选择方法选择一组天线模式。S2.期望用户将此模式反馈给发射机，发射机将发送的信息比特中的一部分映射为天线索引，另一部分映射为传统的幅度相位调，且发射信号中添加了人工噪声，因此需要设计预编码矩阵以及人工噪声波束成形。发射机做比特流映射、预编码和人工噪声后的发射信号表示为S3.期望用户接收端接收信号，接收端根据接收到的天线序号和调制符号可以完整的恢复源信息。

通过本发明提出的方法能够使期望用户正确的解调出源信息，而由于信道的差异性以及人工噪声的影响，窃听者难以检测出发射信号。所提出的低复杂度的接收端天线选择方法可以得到较高的安全速率，提升系统的安全传输性能。其平均安全速率性能远远超过随机天线选择，接近理论上界，即直接最大化安全速率的方法的性能，但是其复杂度远比直接最大化安全速率的方法低。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明