[发明专利]一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法

说明书

本发明涉及一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法，属于无线通信技术领域。本发明结合波束切换的思想，借助预编码技术，将信息比特映射到波束空间中的空‑时发送块。首先设定差分波束空间调制发送块矩阵的列数等于发送信号矢量的维数，然后依据差分传输的集合封闭性要求，构造波束空间的空时发送块总集合和差分波束空间调制发送块映射集合，接下来基于奇异值分解的方式构造预编码矩阵，并将其用于发射端差分波束空间调制传输，最后接收端进行差分波束空间调制信号盲检测。本发明所设计的差分波束空间调制方法，具有良好的抗噪声性能，有效提升了通信系统差分传输的可靠性，具有实用性。

技术领域

本发明涉及一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

空间调制是一种基于切换机制的新型多天线技术，通过在不同时隙激活不同的天线或波束，利用空间域和幅度/相位域同时传输信息。与传统多天线技术相比，空间调制仅使用少量射频链路，具有硬件成本低、能量效率高以及系统复杂度低的优势，在未来通信系统中非常具有应用前景[R.Y.Mesleh,H.Haas,S.Sinanovic,C.W.Ahn and S.Yun,SpatialModulation,IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol.57,no.4,pp.2228-2241,2008.]。信号检测的性能直接影响通信系统的性能，是整个通信过程中非常重要的一个环节。经典的空间调制信号检测算法，如匹配滤波检测、最大似然检测等，均依赖于接收机信道状态信息。但是，在实际通信场景中要获得精确的信道状态信息的估计，需要较大的导频开销，这降低了系统的频谱效率和能量效率。尤其是在物联网或无线传感器网络中的上行传输场景下，较大的导频开销是能量受限的通信节点无法承受的。

Y.Bian等人通过在基于天线切换的空间调制系统中引入差分机制，提出了差分空间调制传输与盲检测方法[Y.Bian,X.Cheng,M.Wen,L.Yang,H.V.Poor and B.Jiao,Differential Spatial Modulation,IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol.64,no.7,pp.3262-3268,2015.]。接收端通过差分检测实现发送信号恢复，无需进行信道状态信息估计。虽然基于差分机制可以实现空间调制信号盲检测，但是与传统空间调制传输方案相比，差分空间调制盲检测的误比特率性能损失较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法，该方法适用于时分双工多天线系统，本发明首先设定差分波束空间调制发送块矩阵S_t的列数为发送信号矢量的维数，然后依据差分传输的集合封闭性要求构造波束空间的空时发送块集合，接下来基于奇异值分解的方式构造最优波束空间，最后发射端和接收端分别进行差分波束空间调制传输与盲检测。在上行传输时，能量受限的通信节点在完成预编码之后，直接发送通信数据而无需发送导频，基站作为接收端进行盲检测，节省了能量受限节点的导频发送功率和导频发送时间，降低了上行传输的误比特率，提升了通信系统的可靠性。

本发明的技术方案为：

一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法，用于时分双工通信系统，该通信系统配备有N_a根发射端天线和N_b根接收天线，发射端第t个发送块内的第j个时隙发送的波束空间调制信号矢量为N_s表示第t个发送块内时隙的个数，上标T表示转置，s_tj中仅有第i个元素非零，表示发射端第t个发送块内的第j个时隙激活第i个波束，1≤i≤N_s，非零元素s_ij选自M_j阶幅度/相位调制(Amplitude/Phase Modulation,APM)星座符号集合该方法的具体步骤包括：