差分空时媒介调制系统的设计与仿真

差分空间调制(Differential Spatial Modulation,DSM)是一种多天线差分空间调制技术,具有低功耗低复杂度且无需信道估计的特点,适用于高速移动且对功耗和复杂度要求较高的物联网、6G等通信系统。由于DSM发射信号存在稀疏结构和需要满足差分编码等要求,限制了系统频谱效率的提升。因此,为了提高DSM系统的传输速率,将媒介调制(Media-Based Modulation,MBM)技术引入差分系统,提出了差分空时媒介调制(Differential Space Time Media-Based Modulation,DST-MBM)系统,在保留DSM固有优势的同时,通过射频镜(Radio Frequency Mirror,RFM)传递额外的信息比特,极大提高了传输效率。

MBM中基于AMP的多用户检测

针对媒介调制(MBM)系统中低复杂度高精度的多用户检测需求,提出了一种基于近似消息传递(AMP)的多用户检测算法.由于MBM自身具有稀疏性,可利用压缩感知的稀疏信号重构方法进行多用户检测.在检测过程中,当观测矩阵满足独立同分布条件时,采用近似消息传递算法进行多用户检测可在保证高精度检测性能的同时进一步降低检测复杂度.同时,针对噪声方差未知的情况,所提出的算法中设计了利用期望最大方法进行估计噪声方差的步骤,从而更加契合实际场景.经仿真测试表明,所提出的基于AMP的多用户检测算法与传统多用户检测方法以及其他具有相似复杂度的多用户检测方法相比具有最佳的多用户检测性能.

GSM-MBM系统中基于松弛迭代的低复杂度检测算法

针对基于媒介调制的广义空间调制(GSM-MBM)系统接收端最大似然(ML)检测算法计算复杂度高且随激活天线数呈指数递增的问题,提出一种基于能量排序下的松弛迭代思想的低复杂度检测算法(EO-RIM).该算法对所有可能的发射天线组合及相应镜像激活模式组合下的信号能量总值进行排序,再通过松弛迭代算法依次检测相应的调制信号,并通过预设阈值来协调误码率(BER)性能和计算复杂度之间的关系.仿真结果表明,在GSMMBM系统中,EO-RIM算法的BER性能逼近ML检测算法,与基于有序块的最小均方误差(OB-MMSE)检测算法几乎一致,而EO-RIM的计算复杂度随激活天线数呈平方递增而非指数递增,相比OB-MMSE算法降低了一个数量级.

基于MBM的未编码空时标记分集技术

针对基于正交振幅调制(QAM)星座的未编码空时标记分集(USTLD)系统包络不恒定和频谱效率较低的问题,分别提出了相移键控星座的USTLD系统映射器设计方法和基于媒介调制(MBM)的USTLD系统,并对该系统的理论误码性能进行了分析.由于USTLD-MBM系统检测复杂度较高,故提出了该系统的低复杂度检测算法.仿真结果表明,在相同频谱效率的情况下,USTLD-MBM系统的误码性能优于USTLD系统.在USTLD-MBM系统中,球形译码算法的误码性能与最大似然算法几乎一致,复杂度降低了约50%.

基于GSM-MBM的无线携能协作系统性能分析

为了提高无线携能(SWIPT)空间调制协作系统的信息传输效率,对系统中继端信号处理方式进行了改进,提出了基于广义空间媒介调制(GSM-MBM)的无线携能协作系统.在中继处激活多根天线,并在天线附近安装射频镜,通过激活不同射频镜的方式构建不同信道路径,以此来携带额外的信息比特.通过理论推导出系统传输效率、平均成对错误概率和能耗增益,并进行了蒙特卡罗仿真.仿真结果显示,与单输入多输出媒介索引调制-SWIPT、基于媒介空间调制-SWIPT系统相比,新方案不仅提高了传输效率,而且还降低了误码率和能耗;与空间调制-SWIPT系统相比,在相同传输效率下误码率略高,但所需的发射天线数大幅度降低,从而降低了系统实现的复杂性和成本.