雙模索引輔助廣義空間調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王相相，馮興樂(lè)，韓佳倩

（長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院，西安 710064）

引 言

隨著信息化社會(huì)的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信已經(jīng)經(jīng)歷了從1G~4G的變革，而5G也正在悄悄地改變著這個(gè)世界，萬(wàn)物互聯(lián)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2019年末，全國(guó)平均每4人就擁有一輛車(chē)，全國(guó)民用汽車(chē)保有量已經(jīng)達(dá)到26 150萬(wàn)輛，比上一年增長(zhǎng)了1 905萬(wàn)輛。由于汽車(chē)數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，市民的出行效率降低、交通擁堵現(xiàn)象頻繁、出行的安全也越發(fā)難以保障、環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重，這些將對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市民的生活造成很大的影響［2?3］。

在未來(lái)，一方面可以通過(guò)無(wú)人駕駛技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控路況、精準(zhǔn)導(dǎo)航等方式來(lái)提高出行效率和出行安全。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，在未來(lái)每輛車(chē)每個(gè)小時(shí)處理的信息量達(dá)到100 GB以上，因此要求5G無(wú)線通信系統(tǒng)在有限帶寬下提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。另一方面在目前的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)中，車(chē)輛可以與其他車(chē)輛和路邊基礎(chǔ)設(shè)施交換有用信息，例如交通狀況、道路信息和學(xué)校位置等，同時(shí)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同的需求提供不同的娛樂(lè)服務(wù)［4］。因此，大多數(shù)車(chē)輛進(jìn)行超大比特?cái)?shù)據(jù)傳輸將是未來(lái)常見(jiàn)的業(yè)務(wù)之一，這將進(jìn)一步提高用戶的駕駛體驗(yàn)和車(chē)載娛樂(lè)性。

大規(guī)模多輸入多輸出（Massive multiple?input multiple?output，Massive MIMO）技術(shù)通過(guò)在收發(fā)端設(shè)置多根天線，在不增加系統(tǒng)帶寬與發(fā)射功率的前提下，利用空域資源有效提高系統(tǒng)容量［5］。然而在采用Massive MIMO技術(shù)的5G系統(tǒng)中，配置在同一基站的上百根天線之間的信道間干擾、天線間同步和多射頻等問(wèn)題會(huì)制約傳輸性能［6?7］。為了降低干擾和射頻鏈路的數(shù)量，傳遞部分消息的索引調(diào)制技術(shù)被提出，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景分為頻域索引和空域索引［8?9］。

頻域索引的代表之一為正交頻分索引調(diào)制（Orthogonal frequency division multiplexing index modu?lation，OFDM?IM）系統(tǒng)［10］。文獻(xiàn)［11］為了提高OFDM?IM系統(tǒng)的頻譜速率提出了一種基于雙模調(diào)制的OFDM?IM（Dual mode OFDM?IM，DM?OFDM?IM）系統(tǒng)，該系統(tǒng)每個(gè)子塊中的所有子載波均激活，并且使用功率不同的星座模式來(lái)區(qū)別不同的子載波，故該系統(tǒng)在提升頻譜效率的同時(shí)損失較少的性能。隨后大量的學(xué)者對(duì)DM?OFDM?IM系統(tǒng)的接收端檢測(cè)算法進(jìn)行了研究，其中文獻(xiàn)［12］使用了最大似然算法（Maximum likelihood，ML）算法對(duì)每一個(gè)子塊所有的子載波組合以及每一種組合對(duì)應(yīng)的所有星座點(diǎn)的組合進(jìn)行搜索，聯(lián)合估計(jì)出子載波序號(hào)和星座符號(hào)，但復(fù)雜度隨子載波組合數(shù)和調(diào)制階數(shù)的乘積呈指數(shù)增長(zhǎng)。文獻(xiàn)［13］為了降低ML檢測(cè)算法的復(fù)雜度，提出了一種分步檢測(cè)算法，該算法在子載波索引檢測(cè)正確的前提下，再進(jìn)行星座符號(hào)的估計(jì)。文獻(xiàn)［14］考慮了無(wú)線信道的質(zhì)量，提出了自適應(yīng)DM?ODFM?IM來(lái)提升系統(tǒng)性能，該系統(tǒng)通過(guò)反饋鏈路來(lái)監(jiān)測(cè)信道狀態(tài)，并自適應(yīng)地選擇星座調(diào)制模式，在高信噪比（Signal?to?interference ratio，SNR）時(shí)，選擇采用高階調(diào)制來(lái)提高頻譜效率，在低SNR時(shí)，選擇低階調(diào)制來(lái)保證傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

空域索引代表之一為空間調(diào)制（Spatial modulation，SM），該系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)隙僅激活一根天線，輸入的信息比特一部分用于確定激活天線的索引序號(hào)，其余比特用于星座圖調(diào)制［15］。SM系統(tǒng)利用天線索引來(lái)隱性傳輸信息，但是該系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)同MIMO系統(tǒng)相同的頻譜效率，發(fā)射天線數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MIMO系統(tǒng)。為了提高頻譜效率，文獻(xiàn)［16］對(duì)SM系統(tǒng)的發(fā)射端進(jìn)行改進(jìn)，提出了新的雙空間調(diào)制（Double spatial modulation，DSM），該系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)位確定兩個(gè)調(diào)制符號(hào)及其相應(yīng)的激活發(fā)射天線指數(shù)，其中一個(gè)調(diào)制符號(hào)直接通過(guò)其相應(yīng)的激活發(fā)射天線傳輸，而另一個(gè)符號(hào)在前一個(gè)調(diào)制符號(hào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后在對(duì)應(yīng)的激活天線上傳輸。

隨后將SM系統(tǒng)的激活天線變大，提出了廣義空間調(diào)制（Generalized spatial modulation，GSM），該系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)隙激活至少兩根以上的天線用來(lái)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)，此外激活的天線索引組合序號(hào)也攜帶一部分的信息［17］。文獻(xiàn)［18］提出了基于GSM和雙極化相結(jié)合的系統(tǒng)，以提高頻譜效率降低空間相關(guān)效應(yīng)和空間占用率，該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的GSM方案中增加了極化維數(shù)，增強(qiáng)了頻譜效率。

本文以GSM系統(tǒng)作為研究對(duì)象，提出了一種在提升頻譜效率的同時(shí)可保證系統(tǒng)性能的DM?GSM，設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖Fig.1 Design flow chart

該系統(tǒng)主要有以下3方面的創(chuàng)新：

（1）將DM?OFDM?IM提升了OFDM?IM的頻譜效率的思想引入GSM系統(tǒng)中，解決了GSM系統(tǒng)由于部分天線保持靜默造成的頻譜速率低的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)功率索引來(lái)輔助接收端檢測(cè)算法，以此提升系統(tǒng)性能。

（2）對(duì)本文所提系統(tǒng)發(fā)射端的工作原理以及接收端檢測(cè)算法進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并說(shuō)明本文所提系統(tǒng)與GSM和MIMO系統(tǒng)之間的差別。

（3）通過(guò)理論與數(shù)學(xué)公式分析，在同等實(shí)驗(yàn)條件下，驗(yàn)證本文所提系統(tǒng)性能優(yōu)于GSM和MIMO系統(tǒng)。

本文首先介紹了不同系統(tǒng)在頻域和空域上提升頻譜效率的相關(guān)工作。然后介紹了GSM的整體工作流程，進(jìn)而將頻域上的提升頻譜效率的思想引入GSM系統(tǒng)中，并展示了實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果。最后，得出結(jié)論并提出本系統(tǒng)的受限場(chǎng)景。

1 GSM系統(tǒng)模型

GSM系統(tǒng)的接收信號(hào)向量為

在nr×nt維的矩陣H=[h1，h2，…，hnr]T中，hi=[hi，1，hi，2，…，hi，nt]表示H的第i行；hij表示發(fā)射天線到接收天線的信道增益；[?]T代表矩陣的轉(zhuǎn)置；假設(shè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)x=[…，0，s1，0，s2，…，0，snp，0，…]T，共有np個(gè)非零值，其中si表示M?QAM星座調(diào)制符號(hào)；y表示接收信號(hào)向量；n表示均值為0，方差為σ2的加性高斯白噪聲。

在接收端，采用ML最優(yōu)檢測(cè)算法來(lái)聯(lián)合檢測(cè)出天線序號(hào)?和星座符號(hào)?，目標(biāo)函數(shù)為

式中：Γ表示激活天線集合，S表示星座調(diào)制符號(hào)集合，‖?‖F(xiàn)表示歐幾里德范數(shù)，HI表示激活天線組合的信道矩陣。

2 DM?GSM系統(tǒng)模型和星座模式

2.1 DM?GSM系統(tǒng)模型

DM?GSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路為：（1）以GSM系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)索引比特將GSM系統(tǒng)模型的所有發(fā)射天線均激活，并為不同的索引子集分配不同功率的星座圖，在接收端根據(jù)功率的差異來(lái)檢測(cè)索引子集以及該子集發(fā)送的信號(hào)，提升系統(tǒng)傳輸速率；（2）在MIMO系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)增加索引調(diào)制的概念，根據(jù)索引比特將所有發(fā)射天線分為兩組，為不同的索引子集分配不同功率的星座圖，提升MIMO系統(tǒng)的性能。上述兩方面均為了在提高系統(tǒng)傳輸速率的前提下，最大可能地提高系統(tǒng)的性能，達(dá)到傳輸速率與系統(tǒng)性能兩方面的均衡。

DM?GSM系統(tǒng)模型如圖3所示，輸入的m比特的數(shù)據(jù)首先分為兩部分，分別對(duì)應(yīng)索引比特m1和星座調(diào)制比特m2。其中索引比特m1將被送入索引選擇器中，利用索引選擇器將所有的發(fā)射天線分為IA和IB天線子集。IA子集中天線為采用A模式進(jìn)行星座調(diào)制，IB集合中的天線采用B模式進(jìn)行星座調(diào)制。根據(jù)IA與IB天線子集，剩余的星座調(diào)制比特m2將被分別送入A模式與B模式的星座調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，此時(shí)得到星座點(diǎn)子集為Ω和Φ。

圖3中配置了nt根發(fā)射天線，nr根接收天線。從nt中選擇出k根天線使用A模式進(jìn)行星座調(diào)制，剩下的（nt-k）根天線使用B模式進(jìn)行星座調(diào)制，由于該系統(tǒng)所有可能天線組合的個(gè)數(shù)必須滿足2的冪次方，故所需的比特?cái)?shù)m1、m2為

圖3 DM-GSM系統(tǒng)模型Fig.3 DM-GSM system model

每個(gè)時(shí)隙該系統(tǒng)一共發(fā)送的比特?cái)?shù)為

在接收端，只需要確定天線索引子集IA，就可以得到索引子集IB，該子集為IA的補(bǔ)集。因此，該系統(tǒng)一共有n=2m1種天線組合。索引子集IA的集合和索引子集IB的集合可以分別表示為

為了更詳細(xì)地介紹DM?GSM系統(tǒng)，以nt=4、k=2為例，此時(shí)故該系統(tǒng)的索引比特集合有4種可能，分別為｛（0，0），（0，1），（1，0），（1，1）｝，但是所有可能的天線組合的集合為｛（1，2），（1，3），（1，4），（2，3），（2，4），（3，4）｝，因此需要從該集合中選擇4組天線組合來(lái)對(duì)應(yīng)索引比特集合。本文不考慮天線組合的選擇對(duì)系統(tǒng)的影響，僅從所有可能的天線組合集合中選擇前2m1個(gè)作為天線索引子集，因此索引比特（0，0）、（0，1）、（1，0）、（1，1）分別對(duì)應(yīng)的天線組合為（1，2）、（1，3）、（1，4）、（2，3），該系統(tǒng)所有可能發(fā)送的信號(hào)如表1所示。

表1 nt=4，k=2時(shí)索引選擇器映射表Table 1 Index selector mapping table when nt=4，k=2

假設(shè)x是nt×1維的發(fā)送信號(hào)，在x=[x(1)，x(2)，…，x(nt)]T中，x(i)(i=1，2，…，nt)表示第i根發(fā)射天線發(fā)送的符號(hào)，其中x（i）為

2.2 星座模式與功率分配

相比傳統(tǒng)的二維調(diào)制方式，空間調(diào)制又增加了一個(gè)空域維度，基于一致界的理論分析方法，空間調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率理論上界可以表示為［19］

式 中：M代 表 空 間 調(diào) 制 系 統(tǒng) 的 星 座 圖 調(diào) 制 階 數(shù)，Nt代 表 該 系 統(tǒng) 的 發(fā) 射 天 線 數(shù) 目，N(xn.l，xn?，l?)表 示 向 量xn.l與xn?，l?對(duì)應(yīng)比特串之間對(duì)應(yīng)的漢明距離，P(xn.l→xn?，l?)為系統(tǒng)的成對(duì)差錯(cuò)概率（Pairwise error proba?bility，PEP）表示發(fā)送端發(fā)送信號(hào)向量為xn.l而將其錯(cuò)誤地估計(jì)為xn?，l?的概率。在已知的信道條件下，空間調(diào)制系統(tǒng)采用ML檢測(cè)算法的PEP可以表示為

由式（13）可以看出系統(tǒng)誤碼率主要取決于不同星座符號(hào)的歐氏距離，還取決于不同符號(hào)之間的漢明距離，而漢明距離只受到比特到星座圖之間的映射方式的影響。

GSM系統(tǒng)作為空間調(diào)制技術(shù)的典型代表之一，而DM?GSM作為GSM系統(tǒng)的變形，故DM?GSM系統(tǒng)性能也將受到不同星座符號(hào)的歐氏距離和不同符號(hào)之間的漢明距離的影響。在本文所提的系統(tǒng)中使用格雷碼映射，故式（13）中的N1(xn.l，xn?，l?)和N2(xn.l，xn?，l?)均為常數(shù)，DM?GSM系統(tǒng)只受不同星座符號(hào)間的歐氏距離的影響。

在DM?OFDM系統(tǒng)中，A與B星座模式的功率分配決定了系統(tǒng)的性能。對(duì)于DM?GSM系統(tǒng)而言，由于天線子集IA和IB中的發(fā)射天線發(fā)送不同功率Pl，Ph的星座符號(hào)，當(dāng)信噪比固定時(shí)，即總功率一定時(shí)，分配功率比Rp=Ph/Pl也決定了系統(tǒng)的性能。

圖4 DM-OFDM系統(tǒng)的雙星座調(diào)制模式ⅠFig.4 Dual constellation modeⅠfor DMOFDM systems

3 仿真結(jié)果與分析

3.1 不同參數(shù)配置的DM?GSM的最佳功率分配比對(duì)比與分析

為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)DM?GSM系統(tǒng)使用的雙星座調(diào)制模式均為BPSK，只是為每一種星座模式分配的功率不同。本文根據(jù)圖3所示框圖，通過(guò)MATLAB工具對(duì)分配不同功率比的DM?GSM系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真，選取蒙特卡羅仿真次數(shù)為104，具體系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。

表2 DM?GSM仿真參數(shù)配置Table 2 DM?GSM simulation parameter configuration

圖5給出了分配不同功率比且使用A模式進(jìn)行調(diào)制的天線數(shù)為1的DM?GSM的性能仿真圖。由圖5可以看出，在Rp=1.5~3之間時(shí)，DM?GSM系統(tǒng)的性能隨著功率比的增加而逐漸提升。在誤碼率為10-4時(shí)，Rp=3與Rp=1.5相比，獲得約1.5 dB的增益，這是由于Rp=3時(shí)，意味著B(niǎo)模式的星座符號(hào)的功率為A模式星座功率的3倍且對(duì)于使用A模式進(jìn)行調(diào)制的天線數(shù)目?jī)H為1的DM?GSM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)發(fā)射的大功率信號(hào)占發(fā)送總符號(hào)的75%，系統(tǒng)傳輸信息的可靠性將大大增加。在接收端采用最大似然檢測(cè)算法，可以對(duì)大部分信息較為準(zhǔn)確地恢復(fù)，從而達(dá)到提升系統(tǒng)性能的目的。但是當(dāng)Rp=3.5時(shí)，系統(tǒng)性能驟降，這是由于發(fā)射總功率一定，故B星座模式的發(fā)射功率越大時(shí)，意味著A星座模式的發(fā)射功率就越小，此時(shí)小功率信息經(jīng)過(guò)信道衰減后，在接收端通過(guò)幅度來(lái)判斷星座模式幾乎均未成功，因此要合理地分配功率比，使得系統(tǒng)的性能最優(yōu)。

圖5 k=1,分配不同功率比的DM-GSM仿真曲線Fig.5 k=1,DM-GSM simulation curves with different powers

圖6給出了分配不同功率比且使用A模式進(jìn)行調(diào)制的天線數(shù)為2的DM?GSM的性能仿真圖，選取蒙特卡羅仿真次數(shù)為104，具體系統(tǒng)參數(shù)如表3所示。

表3 DM?GSM仿真參數(shù)配置Table 3 DM?GSM simulation parameter configuration

圖6 k=2，分配不同功率比的DM-GSM仿真曲線Fig.6 k=2,DM-GSM simulation curves with different powers

由圖6可以看出，當(dāng)功率分配比在1.2~1.6之間時(shí)，系統(tǒng)的性能隨著功率分配比的增大在逐步提升。在誤碼率為10-4時(shí)，Rp=1.6的系統(tǒng)性能相比于Rp=1.2的系統(tǒng)性能將損失約1.5 d B的信道增益，與分配Rp=1.4的系統(tǒng)相比，將損失約0.5 d B的增益。由于在DM?GSM系統(tǒng)中采用高功率與低功率的兩種雙種模式進(jìn)行調(diào)制的符號(hào)均占所有發(fā)射天線發(fā)送符號(hào)的50%，故在該種配置下DM?GSM的功率分配比相比圖5會(huì)大幅度降低，這也是星座模式之間功率在不斷均衡的結(jié)果。但是在功率分配比為1.8和2時(shí)，DM?GSM的性能急劇下降，在誤碼率為10-4時(shí)，Rp=1.6的DM?GSM性能相比于Rp=1.8和Rp=2的性能相比，前者將獲得約1 d B的增益，后者將獲得約3 dB的增益，這是由于在Rp=1.8與Rp=2的情況下，功率分配比較大，意味著采用B種星座模式進(jìn)行調(diào)制時(shí)，星座點(diǎn)的幅度過(guò)小。對(duì)于4選2的DM?GSM系統(tǒng)來(lái)講，高功率信號(hào)與低功率信號(hào)均占總發(fā)射天線符號(hào)的一半，故必須要考慮低功率信號(hào)在接收端的恢復(fù)情況，過(guò)高的功率分配比將造成低功率信號(hào)在接收端誤碼的概率大，系統(tǒng)的性能也將降低。

3.2 GSM、DM?GSM和MIMO系統(tǒng)性能對(duì)比與分析

根據(jù)圖2、3所示的框圖分別對(duì)GSM和DM?GSM系統(tǒng)性能進(jìn)行MALTAB仿真。仿真條件：平坦瑞麗衰落信道，接收端已知理想的信道狀態(tài)信息。圖7給出了GSM、DM?GSM和MIMO在發(fā)送相同比特?cái)?shù)情況下的誤碼率仿真圖，GSM和DM?GSM仿真參數(shù)為nt=nr=4，np=1，BPSK調(diào)制。MIMO的仿真參數(shù)為nt=nr=3，QPSK調(diào)制。由圖7可以看出，DM?GSM系統(tǒng)的性能優(yōu)于GSM系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)，這是由于在發(fā)射相同比特?cái)?shù)的情況下，GSM和MIMO系統(tǒng)需要高階的調(diào)制方式，故星座點(diǎn)間的最小歐式距離小，導(dǎo)致系統(tǒng)性能差。而DM?GSM系統(tǒng)的天線索引攜帶額外的信息，且每個(gè)發(fā)射天線均發(fā)射信息，故需要的雙模星座調(diào)制階數(shù)小。由于雙模星座模式發(fā)送功率不同，故在接收端可以成功檢測(cè)出發(fā)送的信息。在誤碼率為10-3時(shí)，DM?GSM系統(tǒng)相比MIMO系統(tǒng)性能提升約2 d B，相比GSM系統(tǒng)性能提升約4 d B。

圖2 GSM系統(tǒng)模型Fig.2 GSM system model

圖7 GSM、DM-GSM和MIMO系統(tǒng)性能對(duì)比圖(np=1)Fig.7 GSM、DM-GSM and MIMO system performance comparison(np=1)

主要原因在于：為了保證GSM、DM?GSM、MIMIO這3個(gè)系統(tǒng)性能具有可比性，假設(shè)這兩個(gè)系統(tǒng)每個(gè)時(shí)隙發(fā)送的比特?cái)?shù)、發(fā)射功率、發(fā)射天線、接收天線和星座圖的平均能量均相同。其中DM?GSM采用4根發(fā)射天線，雙星座模式均為BPSK，發(fā)射端使用的比特功率為6，星座圖的平均功率為10，故DM?GSM每個(gè)時(shí)隙發(fā)送的比特?cái)?shù)為10。為了保證發(fā)射的比特?cái)?shù)一致，GSM系統(tǒng)采用16QAM的星座模式，此時(shí)該星座圖的平均符號(hào)能量為10，平均信號(hào)能量為

式中：n為星座圖中的星座點(diǎn)，x（n）為該星座點(diǎn)距離原點(diǎn)的距離。為了保證DM?GSM系統(tǒng)的星座圖的平均符號(hào)能量與16QAM一致且雙星座模式的功率分配為Rp=Ph/Pl=3，故DM?GSM星座圖如圖8所示。

圖8 DM-GSM系統(tǒng)的雙星座調(diào)制模式ⅡFig.8 Dual constellation modeⅡfor DMGSM systems

通過(guò)對(duì)DM?GSM系統(tǒng)的誤碼率分析可知，在星座圖的平均能量保持不變的情況下，增加星座點(diǎn)，則星座點(diǎn)間的歐氏距離變小，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼率上升，所以低階星座圖比高階更具可靠性。由圖8可知，DM?GSM使用的星座模式中的星座點(diǎn)間的最小歐式距離大于16QAM的星座模式，故在發(fā)射相同比特?cái)?shù)的前提下，DM?GSM系統(tǒng)的性能優(yōu)于GSM系統(tǒng)。

圖9給出發(fā)射相同比特?cái)?shù)的情況下的GSM、DM?GSM和MIMO的誤碼率仿真圖。其中GSM的參數(shù)配置為nt=nr=4，np=2，16QAM調(diào)制，其中GSM系統(tǒng)中激活天線均發(fā)送相同的信息。DM?GSM系統(tǒng)參數(shù)配置為nt=nr=4，np=2，BPSK調(diào)制。MIMO系統(tǒng)的仿真參數(shù)為nt=nr=3，QPSK調(diào)制。由圖9可以看出，DM?GSM系統(tǒng)的性能優(yōu)于GSM系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)，這也是由于星座點(diǎn)間歐氏距離決定的，其中激活兩根發(fā)射天線發(fā)送相同信息的GSM系統(tǒng)性能同圖7的GSM系統(tǒng)相比，二者的性能幾乎相同，主要因?yàn)榧せ畹陌l(fā)射天線數(shù)目增加，故天線間有干擾造成系統(tǒng)性能的損失，其次兩根發(fā)射天線均發(fā)送相同信息的數(shù)目，在接收端更加容易檢測(cè)成功，故兩種GSM系統(tǒng)的性能幾乎相同。在誤碼率為10-3時(shí)，DM?GSM系統(tǒng)相比MIMO系統(tǒng)性能提升約1 d B，相比GSM系統(tǒng)性能提升約4 dB，其中DM?GSM系統(tǒng)與MIMO系統(tǒng)相比提升系統(tǒng)的性能將略低于圖7，主要因?yàn)楸敬畏抡嬷校珼M?GSM系統(tǒng)中的高功率信號(hào)與低功率信號(hào)均占總發(fā)射天線符號(hào)的一半，雖然已經(jīng)調(diào)整最佳功率分配比，但該系統(tǒng)在接收端進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)相比4選1的DM?GSM系統(tǒng)的難度較大，故DM?GSM系統(tǒng)的性能有所損失。

圖9 GSM、DM-GSM和MIMO系統(tǒng)性能對(duì)比圖(np=2)Fig.9 GSM、DM-GSM and MIMO system performance comparison(np=2)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)GSM系統(tǒng)激活部分天線造成系統(tǒng)吞吐量低以及激活所有天線造成的系統(tǒng)性能較差的問(wèn)題，提出DM?GSM系統(tǒng)。該系統(tǒng)在使用所有發(fā)射天線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)使用不同功率的星座模式進(jìn)行調(diào)制，從而使得雙模星座模式下的星座點(diǎn)變得稀疏，故接收端易于檢測(cè)，提高系統(tǒng)性能。仿真結(jié)果表明，在誤碼率為10-3時(shí)，k=1，Rp=3的DM?GSM系統(tǒng)與傳輸速率一致的GSM系統(tǒng)相比，系統(tǒng)的性能提升約4 dB。與MIMO相比，系統(tǒng)的性能提升約2 d B。但該系統(tǒng)發(fā)射端采用幅度來(lái)區(qū)分不同星座模式，在接收端也通過(guò)幅度來(lái)輔助檢測(cè)算法，當(dāng)正交載波幅度不平衡造成了星座點(diǎn)的兩軸增益不一致，此時(shí)該系統(tǒng)的性能將發(fā)生驟降。同時(shí)若振蕩器相對(duì)的相位不穩(wěn)定造成了星座點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)在接收端檢測(cè)算法的性能也較差。