0 引言

    近年來，隨著發(fā)射和接收分集技術(shù)在新一代數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用，多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技術(shù)已成為了學(xué)術(shù)界一個(gè)熱門的研究方向。通過在發(fā)射端和接收端配置多根天線的方法，可以在傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步獲得可觀的分集增益和空間復(fù)用增益。舉例來說，文獻(xiàn)[1-2]提出的空時(shí)分組編碼的思想以MIMO為基礎(chǔ)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了發(fā)射和接收分集增益，提高了系統(tǒng)的可靠性和誤碼性能；文獻(xiàn)[3]中提出的V-Blast技術(shù)則是利用了MIMO所能提供的多條信道的特點(diǎn)獲得了可觀的空間復(fù)用增益，大大提高了通信速率。

    然而盡管MIMO系統(tǒng)有諸多好處和優(yōu)點(diǎn)，由于在發(fā)射端有多根天線同時(shí)向外輻射信號(hào)，MIMO系統(tǒng)在多天線同步上有著嚴(yán)格的定時(shí)要求，而且由于多根天線產(chǎn)生了嚴(yán)重的信道間干擾（Inter Channel Interference，ICI），系統(tǒng)性能也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的惡化。更重要的是，多根天線意味著多個(gè)射頻放大單元，相應(yīng)的基站能量消耗也會(huì)成比例上升，降低了通信的能量效率。

    為了解決傳統(tǒng)MIMO的這些問題，空間調(diào)制技術(shù)（Spatial Modulation，SM）被提出^[4]。在空間調(diào)制技術(shù)中，每個(gè)符號(hào)周期只有一根發(fā)射天線在向外輻射信號(hào)，而其他天線保持關(guān)斷狀態(tài)，從而信息不僅僅承載在活躍天線所發(fā)射的符號(hào)上，還承載在了發(fā)射天線的序號(hào)上。最早在文獻(xiàn)[4]中提出的空間調(diào)制模型中，每個(gè)符號(hào)周期的活躍天線數(shù)固定為1，此時(shí)發(fā)射機(jī)上不需要任何天線同步措施，接收到的信號(hào)也不會(huì)有任何信道間的干擾。而在文獻(xiàn)[5]中提出的廣義空間調(diào)制(Generalized Spatial Modulation，GSM)中，每個(gè)符號(hào)周期的活躍天線可以為N_a根(N_a>1)，這樣在GSM的設(shè)定下系統(tǒng)的通信容量進(jìn)一步得到了提高(可以選擇的天線模式數(shù)目顯著增加)，同時(shí)天線同步的要求和能量消耗也都相應(yīng)的提高了。更進(jìn)一步，文獻(xiàn)[6]中提出的多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)將空間復(fù)用和GSM進(jìn)行了結(jié)合，即在不同的活躍天線上允許傳輸不同的符號(hào)，進(jìn)一步提高了傳輸容量，缺點(diǎn)是帶來了一定的ICI。

    文獻(xiàn)[6]中為MA-SM提出的迫零濾波器檢測(cè)算法將SM問題的檢測(cè)分成了兩步，第一步將天線模式（即所有發(fā)射天線的通斷狀態(tài)）檢測(cè)出來，第二步才將每個(gè)活躍天線上的符號(hào)解調(diào)出來。盡管該方法被證明有著良好的性能，但在接收天線少于發(fā)射天線的情況下無法實(shí)現(xiàn)（此時(shí)信道矩陣的偽逆無法求得，因?yàn)椴⒉粷M秩）。為了解決這些問題，本文基于干擾消除的思想，為MA-SM提出了一個(gè)新的解調(diào)算法，不僅能夠在接收天線少于發(fā)射天線的情況下正常運(yùn)行，而且進(jìn)一步降低了誤碼率，且復(fù)雜度與迫零算法基本相當(dāng)。

1 多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)

    定義一個(gè)N_t×N_r的MIMO系統(tǒng)為具有N_t根發(fā)射天線和N_r根接收天線的多輸入多輸出系統(tǒng)，用矢量x表示待發(fā)送的信號(hào)，用矩陣H表示信道增益，表示為：

2 檢測(cè)算法

2.1 最大似然檢測(cè)

    根據(jù)式(2)和最大似然準(zhǔn)則，可以推導(dǎo)出適用于MA-SM系統(tǒng)的最大似然檢測(cè)方法如下：

盡管最大似然檢測(cè)的性能在理論上最優(yōu)，但其基于計(jì)算機(jī)的窮舉，且其循環(huán)比較的次數(shù)隨著數(shù)據(jù)率的上升將會(huì)以冪級(jí)數(shù)上升，對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)而言是十分消耗資源的。為此，文獻(xiàn)[6]中提出了一種基于迫零濾波器的線性檢測(cè)方法，極大地降低了檢測(cè)所需要的運(yùn)算次數(shù)。

2.2 迫零檢測(cè)

    定義矩陣H的偽逆為：

    于是文獻(xiàn)[6]中提出的迫零檢測(cè)算法便是用矩陣的偽逆去左乘接收信號(hào)，從而得到對(duì)原信號(hào)的估計(jì)。然而迫零算法在性能上有顯著不足，主要表現(xiàn)為：

    (1)迫零濾波器有放大噪聲的可能，在一些特殊的信道條件下有可能引起性能惡化。

    (2)迫零檢測(cè)只適用于接收天線不少于發(fā)射天線的情形，否則偽逆步驟有可能因?yàn)镠^HH奇異的關(guān)系而無法進(jìn)行。

    為此，本文提出了一種基于干擾消除（Interference Cancellation，IC）的檢測(cè)算法，有效彌補(bǔ)了迫零算法的不足，改善了檢測(cè)算法的性能。同時(shí)相比較最大似然檢測(cè)算法，運(yùn)算復(fù)雜度較小，實(shí)現(xiàn)了在性能和復(fù)雜度上的優(yōu)化。

2.3 基于干擾消除的檢測(cè)

    該算法基于干擾消除的原理，在每一次迭代中，首先采用一個(gè)MMSE濾波器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行線性濾波，然后基于濾波結(jié)果，估計(jì)出幅值最大的QAM符號(hào)（包括其位置），接下來將該天線所對(duì)應(yīng)的H中的列刪除，同時(shí)將該符號(hào)在接收信號(hào)中產(chǎn)生的分量刪除（即“干擾消除”）。算法流程如下：

    由于在算法中采用了MMSE濾波器，算法可以在接收天線數(shù)量少于發(fā)射天線數(shù)量的情況下運(yùn)行，MMSE濾波器很好地抑制了噪聲。下面將用蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)來證明本文提出的算法在BER性能上優(yōu)于迫零檢測(cè)。

3 數(shù)值仿真與分析

    圖1給出了當(dāng)N_t=4、N_r=4、N_a=2、M=4時(shí)，本文所提的基于干擾消除的檢測(cè)方法（IC）與最優(yōu)的最大似然檢測(cè)（ML）以及文獻(xiàn)[6]中介紹的迫零檢測(cè)（ZF）方法的誤碼率（BER）性能比較。

    從圖1可以看到，當(dāng)N_r=4時(shí)干擾消除方法的BER性能比迫零算法高了至少5 dB，盡管干擾消除法在性能上比最大似然檢測(cè)差，但是從復(fù)雜度上來說，本文所提的干擾消除法要優(yōu)于最大似然法。

    總之，兩種線性解調(diào)算法在性能上都明顯劣于最大似然法，但是在復(fù)雜度上占有明顯的優(yōu)勢(shì)。干擾消除法在整體性能上優(yōu)于迫零算法，而且當(dāng)接收天線數(shù)目少于發(fā)射天線數(shù)目時(shí)也能正常使用。

4 結(jié)束語

    本文針對(duì)多活躍天線空間調(diào)制技術(shù)的解調(diào)提出了一種基于干擾消除的迭代檢測(cè)算法，相對(duì)于之前文獻(xiàn)[6]提出過的迫零檢測(cè)算法而言，本算法盡管在復(fù)雜度上略有增加，但是BER性能獲得了顯著的改善(4×4 MIMO，2根活躍天線的配置下提高了至少5 dB)，而且在接收天線少于發(fā)射天線的情況下也能正常運(yùn)行，對(duì)應(yīng)檢測(cè)算法的硬件實(shí)現(xiàn)而言是一種更優(yōu)的選擇。

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