一种基于QAM星座的分布式空移键控通信方法

本发明涉及无线通信，特别涉及一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法。

背景技术：

1、移动通信的普及与发展使得频谱资源日趋稀缺，人们不得不寻找频谱效率更高的无线通信技术。在此背景下，一种由多输入多输出(multiple input multiple output,mimo)技术拓展来的空间调制(spatial modulation,sm)技术应运而生。sm技术不但具有mimo技术频谱性能优良的优点，还能够克服其过高的处理开销，从而受到广泛关注。随着研究的深入，技术人员进一步去掉sm技术的幅度相位调制(amplitude and phasemodulation,apm)模块，发展出只利用天线索引承载信息比特的更低复杂度的空移键控(spatial shift keying,ssk)技术。

2、近年来，物联网(internet ofthings,iot)在移动通信中发挥着越来越重要的作用，并获得了快速发展。作为iot设备的重要类型，小尺寸通信设备正随着为数众多的iot应用不断落地而呈现出爆发式激增状态(如大量的传感器设备)。显然，小尺寸通信设备的大量涌现，一方面对频谱效率提出更高要求，另一方面因受到功耗与体积的双重限制，难以支持mimo多天线配置。

3、而上述ssk技术虽然具有频谱性能优良且实现复杂度低的优点，但仍主要面向mimo多天线系统设计，故无法满足小尺寸通信设备的更为严苛的要求。为此，人们注意到以中继节点作为虚拟天线的协作通信技术，并发展出兼具ssk技术和协作通信技术优点的分布式ssk(dssk)技术。

4、例如，ieee communications letters 2014-4.vol.18.no.4中ma ning等人所著的“cooperative space shift keying for multiple-relay network”，该文献提出先将信源节点的信息比特映射为中继节点的索引编号，然后目的节点检测中继节点的激活情况，通过被激活中继节点的索引编号以获得信源节点所发送的信息比特。这种dssk技术借用中继节点作为虚拟天线，避开了ssk技术需要通信节点配置多天线的限制，特别适合小尺寸通信设备进行高频谱效率和低实现复杂度的无线通信。然而，该技术将中继节点的索引编号进行二进制编码，然后调制发送，所有中继节点接收后解调、解码，并与自己的序号进行比对以确定是否激活，必须会带来信源节点和中继节点较大的处理负担。

5、由上面的分析可以看出，现有dssk技术虽然具有诸多优点，但通信过程中的编码、解码，以及由此带来的crc校验，都会带来通信设备的处理复杂性、时延及功耗的增加。显然，上述问题的存在，对小尺寸通信设备要实现高性能通信来说，将产生非常不利的影响。

技术实现思路

1、为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，利用qam星座中不同维度的正交特性，对中继节点进行标识和区分，从而无需现有dssk技术中的解码及crc检验，以进一步降低信源节点和中继节点的处理复杂度，减少其通信时延和能量消耗，使dssk技术能更好适用于小尺寸通信设备，帮助其实现高性能的无线通信。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，包括以下步骤；

4、s1.信源节点sn选择k个信道质量好的网络通信设备作为中继节点rn，对所选中的k个中继节点rn编号为rnk(k＝1,…,k)，并设计分布式空移键控调制方案；

5、s2.所述信源节点sn对要发送的信息比特进行串并处理，然后调制到qam星座并发送；

6、s3.每个所述中继节点rnk对所述信源节点sn所发送的信号进行检测，按所述分布式空移键控调制方案确定本节点是否激活，形成以中继节点作为虚拟天线的发送向量；

7、s4.依据所述发送向量，被激活的中继节点发送一个信号以表征其激活，未被激活的中继节点保持静默；

8、s5.目的节点dn检测所述每个中继节点rnk的激活情况，从而获得所述信源节点sn所发送的信息比特。

9、假定一信源节点sn与目的节点dn之间的信道质量很差，无法直接通信，就可以选择若干合适的中继节点rn，采用本发明所述的方法进行通信。

10、进一步，在所述步骤s1中具体包括：

11、所述信源节点sn选择k个信道质量好的网络通信设备作为中继节点rn，受qam星座维度资源限制，因qam星座只有同相和正交两个维度，再结合其正负方向，k不大于4，故k默认等于4；

12、将所述k个中继节点rn编号为rnk(k＝1,…,k)，信源节点sn、所述中继节点rnk(k＝1,…,k)以及目的节点dn共同构成一个中继通信系统。

13、所述中继通信系统包括一个信源节点sn、4个中继节点rn和1个目的节点dn。

14、所述设计分布式空移键控调制方案是：建立信息比特组合与所述每个中继节点rnk的对应关系；

15、具体为：

16、进一步，上述对应关系并非唯一，完全可调整为另一种对应关系，如：

17、进一步，在所述步骤s2中具体包括：

18、所述信源节点sn对要发送的信息比特进行串并处理具体为：所述信源节点sn对要发送的信息比特按每两比特分为一组[b1,b2]；

19、所述调制到qam星座并发送具体包括：首先，设计qam映射星座为：采用复平面坐标系，取(1,0)、(0,j)、(-1,0)、(0,-j)作为调制星座点，其中，j为虚数单位；

20、其次，按照设计的所述qam映射星座进行调制，产生要发送的信号xs为：式中，b1,b2为所述要发送的信息比特，j为虚数单位；

21、最后，将信号xs进行发送。

22、进一步，在所述步骤s3中具体包括：

23、所述每个中继节点rnk(k＝1,2,3,4)对所述信源节点sn发送的信号进行检测包括：首先，中继节点rnk对收到信号的实部rek和虚部imk分别解调并结合其索引编号加以修正，具体如下：

24、和

25、上两式中，*表示复数取共轭，|·|表示复数取模，表示取复数的实部，表示取复数的虚部，表示sn与rnk之间的信道系数；其次，依据所述步骤s2中的qam映射星座，每个中继节点按下式获得检测结果：

26、所述确定本节点是否激活包括：每个中继节点rnk依据的取值决定是否激活，其中，表示激活，表示未激活。

27、所述形成以中继节点作为虚拟天线的发送向量包括：以每个中继节点rnk作为虚拟天线，形成一个发送向量式中，

28、进一步，在所述步骤s4中具体包括：

29、在所述发送向量xr中，者为被激活的中继节点以常规二进制调制方式发送比特“1”表征其激活；者为未被激活的中继节点在通信过程中保持静默。

30、进一步，在所述步骤s5中具体包括：

31、所述目的节点dn检测所述中继节点rn的激活情况具体为：按照最大似然检测方法获得所述步骤s4中被激活的中继节点的索引编号为式中，||·||f表示向量或矩阵的frobenius范数，yd表示dn的接收向量，hk表示信道系数矩阵的第k列。

32、据此获得所述信源节点sn所发送的信息比特具体为：按照所述步骤s1中qam星座点与中继节点的对应关系和所述步骤s2中信息比特与qam星座点的映射关系，最终获得所述信源节点sn所发送的信息比特。

33、本发明的有益效果：

34、相较于现有dssk技术，发明无需复杂的编码和解码以及crc校验，而是利用qam星座中不同维度的正交特性，对中继节点进行标识和区分即可实现dssk调制，因此，本发明具有低复杂度、低时延和低功耗的有益效果，特别适合于小尺寸通信设备进行高性能无线通信。

技术特征：

1.一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，其特征在于，包括以下步骤；

2.根据权利要求1所述的一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，其特征在于，在所述步骤s1中具体包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，其特征在于，所述设计分布式空移键控调制方案是：建立信息比特组合与所述每个中继节点rnk的对应关系；

4.根据权利要求1所述的一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，其特征在于，在所述步骤s2中具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，其特征在于，在所述步骤s3中具体包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，其特征在于，在所述步骤s4中具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于qam星座的分布式空移键控通信方法，其特征在于，在所述步骤s5中具体包括：

技术总结
一种基于QAM星座的分布式空移键控通信方法，包括以下步骤；S1.信源节点SN选择K个信道质量好的网络通信设备作为中继节点RN，对所选中的K个中继节点RN编号为RN<subgt;k</subgt;(k＝1,…,K)，并设计分布式空移键控调制方案；S2.信源节点SN对要发送的信息比特进行串并处理，然后调制到QAM星座并发送；S3.每个中继节点RN<subgt;k</subgt;对所述信源节点SN所发送的信号进行检测，按分布式空移键控调制方案确定本节点是否激活，形成以中继节点作为虚拟天线的发送向量；S4.依据所述发送向量，被激活的中继节点发送一个信号以表征其激活，未被激活的中继节点保持静默；S5.目的节点DN检测每个中继节点RN<subgt;k</subgt;的激活情况，从而获得所述信源节点SN所发送的信息比特。本发明能实现小尺寸通信设备高性能的无线通信。

技术研发人员：宋新海
受保护的技术使用者：西安外事学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5