一种用于多维调制的空时键控最优坐标组合搜索方法
【技术领域】
[0001] 本发明面向无线通信多天线技术领域，提出了一种搜索方法，用于优化采用基于 坐标组合实现的多维调制的空时键控系统，可有效提升其误码率性能。
【背景技术】
[0002] 空时键控（Space Time Shift Keying，STSK) [1]是一种新型的多输入多输出 (Multiple Input Multiple Output，ΜΙΜΟ)调制方案，其发射机结构如图1[1]所示。
[0003] 具体来说，信源生成串行的B = BJB2比特，经过串/并转换，根据上支路的B 2个 比特从大小为Q的离散矩阵集合中选出一个离散矩阵Aq，根据下支路的队个比特从L-PSK/ QAM中选择一个信息符号S1。接着信息符号标量与离散矩阵相乘后被分散在时间和空间两 个维度，从而得到STSK码字。最后，通过空时映射器将STSK码字发送出去。由于STSK - 次只发送一个符号，多个物理信道间不会产生信道间干扰（Inter Channel Interference， ICI)，接收端可以采用基于单数据流的低复杂度最大似然检测器解调。STSK能够利用空间 和时间维度，可以通过调节STSK的参数在最大可达的分集阶数和吞吐量间达到一个平衡， 进而实现系统整体性能上的提升。
[0004] 和相同大小（即包含相同星座点数量）的低维星座图相比，多维星座图拥有较大 的最小欧式距离（Minimum Euclidean Distance，MED)，因此在STSK中采用多维星座图可 以进一步提升系统的性能。而多维星座图的具体实现有多种，其中文献[2]提供了一种坐 标组合的方法，该方法适用于三维信号，将表示两个多维星座点的坐标通过坐标组合的方 式形成三个可以在传统信道上传输的二维（2-D，2-Dimensional)复数信号。但这种方法并 不适用于STSK，因为，假设每个坐标点的取值集合相同且大小均为M，那么采用该方法组合 后的2-D符号所在的星座图大小为M 2。如果取值集合不同的话，组合的总数将会更多，从而 可能会导致需要在一个比原星座图更高阶的等效星座图中解调的问题，即增加了解调的复 杂度。此外，由于星座点可能包含坐标0,即可能会出现复数信号为0的情况，这样和离散矩 阵相乘后，得出的STSK码字为零矩阵，将无法有效利用分集效应，接收端也无法确定使用 的是哪个离散矩阵，会产生误码率平底。
[0005] 基于上述考虑，本发明针对基于多维调制的STSK系统，采用了符号内的坐标组合 实现，即将表示一个多维符号的坐标两两组合，形成的多个复数符号经过离散矩阵作用后 而形成基于多维调制的STSK码字。值得注意的是，一个多维符号的坐标组合不是唯一的。 以三维符号（X，y, z)为例，其可能的坐标组合有（x+jy, z)、（y+jx, z)、（x+jz, y)、（z+jx, y)、 (z+jy，x)、（y+jz，x)等6种。基于不同的坐标组合会形成具有不同MED取值的信号集合， 在STSK架构中使用这些信号集合会对性能造成不同的影响。
[0006] 本发明通过寻找最优坐标组合的方法，找出能够获得最好误码率性能的坐标组 合，使得使用该最优坐标组合实现的多维调制STSK系统能够充分利用多维星座图提供的 性能优势，和没有采用最优坐标组合的原STSK系统相比，可获得性能方面的提升。
【发明内容】
[0007] 本发明提供的组合搜索方法能够最大程度地降低空时码字的成对错误概率的上 界，进而获取更优的误码率性能。
[0008] 为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
[0009] -种用于多维调制的空时键控最优坐标组合搜索方法，适用于从使用坐标组合的 多维调制STSK系统中寻找最优组合方案，该方法利用两个不同的多维空时码字S rv、Sliq 之差所形成的差矩阵的非零特征值的乘积DMD，构造出一种最优坐标组合搜索方法，其中 1'和1及q'和q间的关系可以被分为三类：
[0010] E1= {1，乒 1，q' = q}
[0011] E2= {1，= 1，q' 乒 q}
[0012] E3= {1，辛 1，q' 辛 q} ·
[0013] 所述搜索方法包括以下步骤：
[0014] SI.定义包含所有坐标组合形式的集合C，并对集合C中各个元素进行标号，队为 集合的大小，设循环变量i = 1 ;
[0015] S2.选择坐标组合形式C(i)，对符合Ep EjP E 3关系的所有可能的1、1'、q和q' 的取值，分别计算其对应的Srv、S liq的DMD值D，计算获得的DMD值D形成集合Θ = {D |E 1 或 E2SE3};
[0016] S3.从集合Θ中选择最小值Dmin(i) = η?η(Θ);
[0017] S4. i = i+1 ；
[0018] S5.如果i > Ne，进入步骤S6,否则跳至步骤S2 ;
[0019] S6.从Ne个集合Θ中分别选择其包含的最小值并令N1最小值构成集合D _，然 后从集合D_中找出其元素最大值对应的标号
[0020] S7.选取C (m)为最优的坐标最优组合方案。
[0021] 优选地，所述步骤S2中，计算Srv、Sliq的DMD值D的具体过程如下：
[0023] 其中λ n为矩阵A的非零特征值，r是矩阵A的秩，A定义为：
[0024] A= Δ Ah= (S J q-Sr q>) ·
[0025] (S1, q-Sr , q，）H表示（S q-Sr , q，）的共辄转置。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0027] 本发明提供的最优坐标组合搜索方法，能够找出获得最好误码率性能的坐标组 合，使得使用该最优坐标组合实现的多维调制STSK系统能够充分利用多维星座图提供的 性能优势，和没有采用最优坐标组合的原STSK系统相比，可获得性能方面的提升。
【附图说明】
[0028] 图1为传统CSTSK系统的发射机结构。
[0029] 图2为基于三维调制的STSK发射机结构图。
[0030] 图3为一个3-D信号坐标组合例子。
[0031] 图4为OCCS方法的流程图。
[0032] 图5为本发明测试使用的一种常见的16点3-D星座图的空间结构：16RCIC。
[0033] 图6为使用16RCIC的3D-STSK(3, 2, 2, 16, 2)系统在不同坐标组合下的误符号率 性能曲线。
【具体实施方式】
[0034] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0035] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
[0036] 实施例1
[0037] 本发明的关注点是在使用坐标组合的基于多维调制多天线系统中寻找最优组合 方案，以达到最优的性能。本实施例以基于三维（3-Dimensional，3-D)调制的STSK为例阐 述发明的【具体实施方式】，但本发明提出的方法也同样适用于维度大于3的STSK系统。
[0038] 图2给出了基于3-D调制的STSK (3-D STSK，传统的STSK记作2-D STSK)发射机 结构图，可以看出图2和图1的整体结构类似，但不同之处是下支路换成了 3-D映射器。在 本发明中执行的具体操作是首先根据选定的星座图，将输入的B2个比特映射成一个3-D符 号，接着再根据特定的坐标组合，形成两个可以在信道上传输的复数信号。图3给出了一个 坐标组合的例子，这时一个3-D信号由两个2-D信号表示，同时使用了 2倍于2-D STSK系统 的采样率，所需的带宽是2-D系统的2倍，相关技术领域将这种实现方式命名为"R2实现"。
[0039] 和图1相比，图2的另一个不同之处是，上支路和下支路的交点由原来的乘积变为 Kronecker积的形式。根据图3,将一个坐标组合后的3-D信号以向量的形式可表不为：
[0040] S1= (k ,X^jkyY1, kzZi)·
[0041] 上式中，本实施例中，采用了归一化因子 '使得分布在两 个时隙内的信号有几乎相同的平均功率，这样可降低对发射机放大器的线性范围要求。该 调制方案的详细介绍可以参考文献[3]。这里我们使用"3D-STSK(Nt，队，T，Q，2) "来表示 一个特定的3-D STSK配置，其中Nt表示发射天线数，N ^表示接受天线数，T表示一个3-D STSK码字的持续时间，Q表示离散矩阵集合的大小，2表示两倍于2-D STSK系统的采样率， 即 R23-D STSK0
[0042] 假设上支路获得离散矩阵为Aq，那么获得的3-D STSK的码字为：
[0044] 对一个不同的3-D STSK码字Srv，1'和1及q'和q间的关系可以被分为三类：
[0045] E1= {1' 乒 1，q