CN111865384A - 一种基于多维索引的广义空间调制***及其调制星座的改进方法 - Google Patents

一种基于多维索引的广义空间调制***及其调制星座的改进方法 Download PDF

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CN111865384A CN202010693008.6A CN202010693008A CN111865384A CN 111865384 A CN111865384 A CN 111865384A CN 202010693008 A CN202010693008 A CN 202010693008A CN 111865384 A CN111865384 A CN 111865384A
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黄福春
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Sun Yat Sen University
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Sun Yat Sen University
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Abstract

本发明公开了一种基于多维索引的广义空间调制***及其调制星座的改进方法，包括比特流分离器将输入的数据流分为三个数据块：两个数据块分别被映射成PAM和QAM星座符号；一个数据块分离成四个索引块：向量索引、两组天线索引、开关索引。利用向量索引，确定两个空间向量组合的发射空间向量；一个空间向量，利用开关索引和一组天线索引，由天线索引向量调制PAM符号后转换成实或虚空间向量得到；另一个空间向量，利用另一组天线索引，由天线索引向量调制QAM符号得到。此外，设计一种改进的PAM星座。本发明利用多维空间索引，传输更多额外信息，并通过改进的PAM星座，增强发射空间向量之间最小欧式距离，提高无线通信***性能。

Description

一种基于多维索引的广义空间调制***及其调制星座的改进 方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种基于多维索引的广义空间调 制***及其调制星座的改进方法。
背景技术
空间调制(Spatial Modulation,SM)技术，与垂直贝尔实验室分层空 时方案相比，能够显著地克服信道间干扰，降低接收机的检测复杂度。通过 挖掘空间域，SM方案不仅通过星座符号(如：QAM/PSK)携带信息比特，而且 通过激活一根发射天线的天线索引来携带信息比特。
SM的一种扩展方案，称为广义空间调制(Generalized Spatial Modulation,GSM)，它允许多个激活的发射天线同时发送一个数据符号，从 而实现分集增益并提高频谱效率。为了实现复用增益，激活多根天线的空间 调制(Multiple Active SpatialModulation,MA-SM)方案和广义空间索引 调制(Generalized Index SpatialModulation,GSIM)方案在激活的多根 发射天线上发射不同的数据符号。
近年来，为了同时获得空间增益和分集增益，将SM的核心思想扩展到同 相和正交索引维度，称为正交空间调制(Quadrature Spatial Modulation, QSM)，它比SM传输更多的额外索引比特。最近，提出的改进型SM(Enhanced Spatial Modulation,ESM)在一个时隙内激活一根发射天线时传输一个传统 星座符号(如：QAM调制符号)，或者激活两根发射天线时传输两个次星座符 号。ESM的思想是通过信号星座设计与激活的发射天线数量相结合，进而增加 天线索引数量来传输更多的额外信息比特。
综上所述，在现有技术中对空间域和信号星座域的挖掘，数据传输速率 低和性能增益有限，无线通信的性能还有待提高，为此我们提出一种基于多 维索引的广义空间调制***及其调制星座的改进方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多维索引的广义空间调制***及其调制 星座的改进方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种基于多维索引的广义空 间调制***，包括如下步骤：
步骤1、比特流分离器将一个输入的数据块比特数分为三个数据块；
步骤2、PAM调制器将一个数据块比特数映射到M-PAM调制星座；
步骤3、QAM调制器将一个数据块比特数映射到L-QAM调制星座；
步骤4、空间索引比特分离器将一个数据块比特数分成四个索引块；
步骤5、在天线索引器A中，将一个索引块映射到索引向量集中的一个天 线索引向量；利用映射得到的天线索引向量调制PAM调制符号，其中被激活 的每一根发射天线用于传输一个PAM调制符号；最终得到一个空间向量。
步骤6、在天线索引器B中，将一个索引块映射到索引向量集中的一个天 线索引向量，利用映射得到的天线索引向量调制QAM调制符号，其中被激活 的每一根发射天线用于传输一个QAM调制符号，最终得到一个空间向量。
步骤7、在开关索引器中，利用一个索引块控制两种状态使步骤5中得到 的空间向量转换成实或虚空间向量。
步骤8、在一个空间向量组合器中，将步骤6、7得到的两个向量组合成 发射空间向量的多种形式，然后利用一个索引块选择其中一种形式作为发射 空间向量。
优选的一种实施案例，步骤1中，一个输入的数据流分为三个数据块的 操作方法为：比特流分离器将一个输入的数据块B比特数分为三个数据块B1， B2，B3；步骤2中，PAM调制器将一个数据块B1映射成α个M-PAM调制符号(如，s1,…,sα)，M表示PAM信号星座点数量；步骤3中，QAM调制器将一个 数据块B2映射成β个L-QAM调制符号(如，
Figure BDA0002590020170000031
)，L表示QAM信号星座点 数量；空间索引比特分离器将一个数据块B3分成四个数据子块。
优选的一种实施案例，所述空间索引比特分离器将一个数据块B3分成四 个数据子块的具体操作为：空间索引比特分离器将一个数据块B3分成四个数 据子块：B3＝IA+IB+Ik+IS，其中IA＝log2(NA)，
Figure BDA0002590020170000032
用于从矢量集中选 择一个能激活α根发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制α个 M-PAM星座符号；IB＝log2(NB)，
Figure BDA0002590020170000033
用于从矢量集
Figure BDA0002590020170000034
中选择一个能激 活β根发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制β个L-QAM (L≥4)星座符号，注意，TX1+TX2＝Nt；Ik＝log2|Ik|＝1，Ik＝{1,2}是一个开关索 引集；IS＝log2|IS|＝1，其中IS＝{1,2}是一个向量索引集。
优选的一种实施案例，步骤5中，所述天线映射器A的映射过程为：在 天线映射器A中，IA＝log2(NA)信息比特数被映射到空间向量集
Figure BDA0002590020170000035
中的一个天线索引向量Ai，i∈{1,L,NA}。其中
Figure BDA0002590020170000036
Ω表示 在TX1发射天线中激活α根发射天线的所有可能组合的天线索引向量集。天线 索引向量Ai中对应于发射天线的α个非零元素分别用于调制α个M-PAM调制 符号，从而得到一个空间向量V1。
优选的一种实施案例，步骤6中，所述天线映射器B的映射过程为：在天 线映射器B中，IB＝log2(NB)信息比特数被映射到空间向量集
Figure BDA0002590020170000037
中 的一个天线索引向量Bl，l∈{1,L,NB}。其中
Figure BDA0002590020170000041
表示在TX2发射天线中激 活β根发射天线的所有可能组合的天线索引向量集。而天线索引向量Bl中对 应于发射天线的β个非零元素分别用于调制β个L-QAM调制符号，从而得到一 个空间向量V2。
优选的一种实施案例，步骤7中，所述开关索引器的转换过程为：在开 关控制模块中，我们使用一个开关索引Ik＝1比特使步骤5中得到的空间向量 V1转换成实或虚空间向量
Figure BDA0002590020170000042
目的是通过两个正交状态{1,j}来多传输一个索 引比特，这样使空间向量V1转换成实或虚空间向量
Figure BDA0002590020170000043
的两种情况为
Figure BDA0002590020170000044
式中，τ∈Ik是虚实转换的索引状态。
优选的一种实施案例，步骤8中，生成发射空间向量过程为：在空间向 量组合器模块中，我们将步骤6、7得到的两个向量
Figure BDA0002590020170000045
和V2组合成发射空间向 量的两种形式。这样，所述***能够多传输一个额外索引比特，使用IS＝1比 特从空间向量集ΩS＝{S0,S1}中选择发送空间向量S。发射空间向量的两种形式 如下：
Figure BDA0002590020170000046
式中，ξ∈IS是发射空间向量的索引状态。
一种基于多维索引的广义空间调制***的调制星座改进方法，包括如下 步骤：
S1、根据两个参数ξ和τ，两两发射空间向量之间欧式距离的四种情况可 以表示为
Figure BDA0002590020170000051
S2、根据发射空间向量为S，由于发射功率遵循P＝1，因此发射空间向量S 可以规一化为
Figure RE-GDA0002695775350000051
Eav表示每个发射空间向量S的平均能量。且由于传统 M-PAM星座有min{|s|2}＝1和传统L-QAM星座有
Figure RE-GDA0002695775350000052
则两两发 射空间向量之间的平均平方最小欧式距离可以计算为
Figure BDA0002590020170000054
式中，
Figure BDA0002590020170000055
此项
Figure BDA0002590020170000056
由两个条件
Figure BDA0002590020170000057
Figure BDA0002590020170000058
决定。当一个PAM调制符号与QAM调制符号在同一根 发射天线传输时，此项
Figure BDA0002590020170000059
由条件
Figure BDA00025900201700000510
决定。
S3、基于发射空间向量之间的平方最小欧式距离等于传统星座调制符号 之间的平方最小欧式距离的设计思想，改进的PAM星座图可以设计为
Figure BDA00025900201700000511
S4、将上述步骤S3中设计的改进PAM星座图应用于基于多维索引的广义 空间调制***，则所述调制***中两两发射空间向量之间的平方最小欧式距 离为
Figure BDA00025900201700000512
优选的一种实施案例，所得的发射空间向量经过无线瑞丽衰落信道和高 斯白噪声后，在接收端中对一个接收空间信号向量进行计算并检测，包括如 下步骤：
(1)所得的发射空间向量
Figure BDA00025900201700000610
经过无线瑞丽衰落信道和高斯白噪声后，可 以计算为：
Figure BDA0002590020170000061
Figure BDA0002590020170000062
是一个接收信号向量，瑞丽衰落信道矩阵
Figure BDA0002590020170000063
其 每项元素服从独立同分布的均值为0，方差为1的复值高斯随机变量；
Figure BDA0002590020170000064
其每项元素服从独立同分布的均值为0，方差为
Figure BDA0002590020170000065
的加性高斯白噪声的高斯 分布；
(2)利用最大似然算法对一个接收空间信号向量进行检测，如下：
Figure BDA0002590020170000066
式中：||·||2表示Frobenius范数。
Figure BDA0002590020170000067
分别表示检测得到的发射天线索 引比特。
Figure BDA0002590020170000068
分别表示检测得到的开关和向量索引号。
Figure BDA0002590020170000069
分别表示检测得 到的PAM符号和QAM符号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明目的在于利用两个不同 的信号星座挖掘空间域，以致扩展索引维数，这样传输更多额外信息比特， 进一步提高数据传输速率和无线通信传输的可靠性。为了进一步挖掘信号星 座域的空间增益，也提出了一种改进的PAM星座图设计方法，增强了两两发 射空间向量之间的平方最小欧式距离，最终进一步提高无线通信***的可靠 性。涉及广义空间调制(GSM)技术和正交空间调制(QSM)技术，正交幅度 调制(QAM)技术，脉冲幅度调制(PAM)技术，以及发射空间向量之间的平 方最小欧式距离。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于多维索引的广义空间调制***的结构示 意图；图中：1比特流分离器、2星座符号调制器、3空间索引比特流分离器、 4两个空间向量的产生器、5发射空间向量组合器；
图2为本发明实施例提供的基于多维索引的广义空间调制***的流程图；
图3为本发明实施例提供的基于多维索引的广义空间调制***的调制系 统模型；
图4为本发明实施例提供的GSM-MIM调制***在4TX8b且接收天线数量 Nr＝4以及8TX13b和8TX14b且接收天线数量Nr＝8情况下的仿真曲线图；
图5为本发明实施例提供的GSM-MIM调制***在相同发射天线数量不同 传输速率的仿真曲线图，图中为6TX10b，6TX11b和6TX13b且接收天线数量 Nr＝4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的基于多维索引的广义空间调制***包 括：
比特流分离器1，用于将一个输入的数据流分为三个数据块；
PAM和QAM调制器2，用于将两个数据块分别映射成PAM和QAM调制星座 符号；
空间索引比特流分离器3，用于将一个数据块分离为四个索引块；
两个空间向量产生器4，一个空间向量产生器，用于利用两个索引块，将 天线索引向量调制PAM星座符号后转换成实或虚空间向量；另一个空间向量 产生器，用于利用一个索引块，将天线索引向量调制QAM星座符号得到一个 空间向量。
发射空间向量组合器5，用于利用一个索引块，确定两个空间向量组合的 发射空间向量。如图2所示，本发明实施例提供的基于多维索引的广义空间 调制***包括以下步骤：
S101、比特流分离器将一个输入的数据块B比特数分为三个数据块B1，B2， B3；
S102、PAM调制器将一个数据块B1映射成α个M-PAM调制符号(如， s1,…,sα)，M表示PAM信号星座点数量，QAM调制器将一个数据块B2映射成β个 L-QAM调制符号(如，
Figure BDA0002590020170000081
)，L表示QAM信号星座点数量；
S103、空间索引比特分离器将一个数据块B3分成四个数据子块： B3＝IA+IB+Ik+IS，其中IA＝log2(NA)，
Figure BDA0002590020170000082
用于从矢量集中选择一个能 激活α根发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制α个M-PAM 星座符号；IB＝log2(NB)，
Figure BDA0002590020170000083
用于从矢量集
Figure BDA0002590020170000084
中选择一个能激活β根 发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制β个L-QAM(L≥4)星 座符号，注意，TX1+TX2＝Nt；Ik＝log2|Ik|＝1，Ik＝{1,2}是一个开关索引集； IS＝log2|IS|＝1，其中IS＝{1,2}是一个向量索引集；
S104：利用开关索引和一组天线索引，一个空间向量由天线索引向量调 制PAM符号后转换成实或虚空间向量得到，利用另一组天线索引，另一个空 间向量由天线索引向量调制QAM星座符号得到，利用向量索引，确定两个空 间向量组合的发射空间向量，此外，生成发射空间向量，具体方式如下：
S104-1、在天线映射器A中，IA＝log2(NA)信息比特数被映射到空间向量集
Figure BDA0002590020170000091
中的一个天线索引向量Ai，i∈{1,L,NA}。其中
Figure BDA0002590020170000092
Ω表示 在TX1发射天线中激活α根发射天线的所有可能组合的天线索引向量集。天线 索引向量Ai中对应于发射天线的α个非零元素分别用于调制α个M-PAM调制 符号，从而得到一个空间向量V1；
S104-2、在天线映射器B中，IB＝log2(NB)信息比特数被映射到空间向量集
Figure BDA0002590020170000093
中的一个天线索引向量Bl，l∈{1,L,NB}，其中
Figure BDA0002590020170000094
Figure BDA0002590020170000095
表示 在TX2发射天线中激活β根发射天线的所有可能组合的天线索引向量集。而天 线索引向量Bl中对应于发射天线的β个非零元素分别用于调制β个L-QAM调 制符号，从而得到一个空间向量V2；
S104-3、在开关控制模块中，我们使用一个开关索引Ik＝1比特使步骤 S104-1中得到的空间向量V1转换成实或虚空间向量
Figure BDA0002590020170000096
目的是通过两个正交 状态{1,j}来多传输一个索引比特，这样使空间向量V1转换成实或虚空间向量
Figure BDA0002590020170000097
的两种情况为
Figure BDA0002590020170000098
式中，τ∈Ik是虚实转换的索引状态；
S104-4、在空间向量组合器模块中，我们将S104-2和S104-3得到的两 个向量
Figure BDA0002590020170000099
和V2组合成发射空间向量的两种形式。这样，所述***能够多传输 一个额外索引比特，使用IS＝1比特从空间向量集ΩS＝{S0,S1}中选择发送空间向 量S。发射空间向量的两种形式如下：
Figure BDA0002590020170000101
式中，ξ∈IS是发射空间向量的索引状态；
S105：所得的发射空间向量经过无线瑞丽衰落信道和高斯白噪声后，在 接收端中对一个接收空间信号向量进行计算并检测，具体方式如下：
S105-1、所得的发射空间向量
Figure BDA0002590020170000102
经过无线瑞丽衰落信道和高斯白噪声后， 可以计算为：
Figure BDA0002590020170000103
Figure BDA0002590020170000104
是一个接收信号向量，瑞丽衰落信道矩阵
Figure BDA0002590020170000105
其 每项元素服从独立同分布的均值为0，方差为1的复值高斯随机变量；
Figure BDA0002590020170000106
其每项元素服从独立同分布的均值为0，方差为
Figure BDA0002590020170000107
的加性高斯白噪声的高斯 分布；
S105-2、利用最大似然算法对一个接收空间信号向量进行检测，如下：
Figure BDA0002590020170000108
式中：||·||2表示Frobenius范数。
Figure BDA0002590020170000109
分别表示检测得到的发射天线索 引比特。
Figure BDA00025900201700001010
分别表示检测得到的开关和向量索引号。
Figure BDA00025900201700001011
分别表示检测得 到的PAM符号和QAM符号。
一种基于多维索引的广义空间调制***的调制星座改进方法，包括如下 步骤：
S1、根据两个参数ξ和τ，两两发射空间向量之间欧式距离的四种情况可 以表示为
Figure BDA0002590020170000111
S2、根据发射空间向量为S，由于发射功率遵循P＝1，因此发射空间向量S 可以规一化为
Figure RE-GDA0002695775350000107
Eav表示每个发射空间向量S的平均能量。且由于传统 M-PAM星座有min{|s|2}＝1和传统L-QAM星座有
Figure RE-GDA0002695775350000108
则两两发 射空间向量之间的平均平方最小欧式距离可以计算为
Figure BDA0002590020170000114
式中，
Figure BDA0002590020170000115
此项
Figure BDA0002590020170000116
由两个条件
Figure BDA0002590020170000117
Figure BDA0002590020170000118
决定。当一个PAM调制符号与QAM调制符号在同一根 发射天线传输时，此项
Figure BDA0002590020170000119
由条件
Figure BDA00025900201700001110
决定。
S3、基于发射空间向量之间的平方最小欧式距离等于传统星座调制符号 之间的平方最小欧式距离的设计思想，改进的PAM星座图可以设计为
Figure BDA00025900201700001111
S4、将上述步骤S3中设计的改进PAM星座图应用于基于多维索引的广义 空间调制***，则所述调制***中两两发射空间向量之间的平方最小欧式距 离为
Figure BDA0002590020170000121
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例提供一个发射空间向量的形成过程如下：
考虑GSM-MIM的调制***，具有Nt根发射天线和Nr根发射天线，如图3 所示。假设在一个发射符号持续时间内有m＝IC+ISI传输信息比特，其中IC表示 信号星座映射信息比特的数目，ISI表示空间索引信息比特的数目。具体地说， 我们定义了IC＝αlog2M+βlog2L，其中M和L分别是M-PAM的星座点数和 L-QAM的星座点数，α(或β)表示调制符号的数量。此外，我们还定义了 ISI＝IA+IB+Ik+IS，其中IA＝log2(NA)，
Figure BDA0002590020170000122
用于从矢量集中选择一个能 激活α根发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制α个M-PAM 星座符号。IB＝log2(NB)，
Figure BDA0002590020170000123
用于从矢量集
Figure BDA0002590020170000125
中选择一个能激活β根 发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制β个L-QAM(L≥4)星 座符号。注意，TX1+TX2＝Nt，Ik＝log2|Ik|＝1，其中Ik＝{1,2}是一个开关索引集 和IS＝log2|IS|＝1，其中IS＝{1,2}是一个向量索引集。
在信号星座映射器中，αlog2M个信息比特数被映射到α个M-PAM调制符 号(如，s1,...,sα)。βlog2L个信息比特数被映射到β个L-QAM调制符号(如，
Figure BDA0002590020170000124
)。
在天线映射器A中，IA＝log2(NA)信息比特数被用于从空间向量集
Figure BDA0002590020170000131
中选择一个天线索引向量Ai，i∈{1,L,NA}，其中
Figure BDA0002590020170000132
Ω表 示在TX1发射天线中激活α根发射天线的所有可能组合的天线索引向量集。在 天线映射器B中，IB＝log2(NB)信息比特数被用于从空间向量集
Figure BDA0002590020170000133
中选择一个天线索引向量Bl，l∈{1,L,NB}，其中
Figure BDA0002590020170000134
表示在TX2发射天 线中激活β根发射天线的所有可能组合的天线索引向量集。天线索引向量Ai中对应于发射天线的个α非零元素分别用于调制α个M-PAM调制符号，从而 得到一个空间向量V1。而天线索引向量Bl中对应于发射天线的β个非零元素分别用于调制β个L-QAM调制符号，从而得到一个空间向量V2。
在开关控制模块中，我们使用一个开关索引Ik＝1比特来控制空间向量V1的实虚转换。目的是通过两个正交状态{1,j}来多传输一个索引比特，这样使 空间向量V1中所有元素的实虚转换，得到
Figure BDA0002590020170000135
式中，τ∈Ik是虚实转换的索引状态。
此外，为了进一步挖掘空间域多传输一个额外的索引比特，在空间向量 组合器模块中，我们使用IS＝1比特从空间向量集ΩS＝{S0,S1}中选择一个发送空 间向量S，从而得到
Figure BDA0002590020170000136
式中，ξ∈IS是发射空间向量的索引状态。
进一步说明GSM-MIM发射机的主要工作原理。在表1中给出了形成一个 GSM-MIM符号的几个例子。假设
Figure BDA0002590020170000141
Nt＝4，M-PAM的调制符号s＝x1， L-QAM的调制符号
Figure BDA0002590020170000142
如表1所示：
表1在GSM-MIM的发送端***中，形成一个发射空间向量的映射规则
Figure BDA0002590020170000143
下面结合仿真对本发明的技术效果作详细的描述。
为了进一步说明GSM-MIM调制***的优势，在瑞利衰落信道与加性高斯 噪声的干扰下，对GSM-MIM调制***进行了蒙特卡洛仿真，并与其他空间调 制***(QSM，ESM，GSIM)作比较。假设接收端已知信道状态信息，发送端 未知信道状态信息，发送功率遵循P＝1。为了进一步说明GSM-MIM的可靠性， 我们考虑发射天线数量分配的参数：
Figure BDA0002590020170000144
p1TXp2b表示一个GSM-MIM符号在p1根发射天线传输p2比特数。此外，我们定 义基于参数(na,M'-ary)的GSIM调制***，其中na，M'-ary分别表示被激活的 发射天线数量和调制阶数，以及定义基于参数(α,β,M,L)的GSM-MIM。
如图4所示，描述了不同传输速率和不同发射天线数量的误比特率性能 比较。在4TX8b且Nr＝4的情况下，仿真描述了基于参数(1,1,2,8)的GSM-MIM方 案，采用16QAM的QSM方案，采用16QAM的ESM方案，以及基于参数(2,8)的GSIM方案；在低信噪比情况下，GSM-MIM比GSIM具有更好的误码率性能；在 高信噪比的情况下，GSM-MIM的误比特率性能稍微逊色于GSIM方案的误码率 性能。在两种情况8TX13b和8TX14b且Nr＝8情况下，分别对应于参数(1,3,2,2-4) 和参数(1,3,2,4)的GSM-MIM调制***，很显然，与GSIM调制***的误比特率性 能相比，GSM-MIM调制***获得更显著的信噪比增益。
如图5所示，描述了相同发射天线数量和不同传输速率的误比特率性能 比较。从仿真图可以看出，在相同传输速率情况下，GSM-MIM比GSIM具有更 明显的误码率增益。在误码率为10-3时，6TX10b，6TX11b和6TX13b情况下， 与GSIM的误比特率性能相比，获得的信噪比增益分别为1.8dB，1.6dB和5dB。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。

Claims (9)

1.一种基于多维索引的广义空间调制***，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、比特流分离器将一个输入的数据块比特数分为三个数据块；
步骤2、PAM调制器将一个数据块比特数映射到M-PAM调制星座；
步骤3、QAM调制器将一个数据块比特数映射到L-QAM调制星座；
步骤4、空间索引比特分离器将一个数据块比特数分成四个索引块；
步骤5、在天线索引器A中，将一个索引块映射到索引向量集中的一个天线索引向量；利用映射得到的天线索引向量调制PAM调制符号，其中被激活的每一根发射天线用于传输一个PAM调制符号；最终得到一个空间向量。
步骤6、在天线索引器B中，将一个索引块映射到索引向量集中的一个天线索引向量，利用映射得到的天线索引向量调制QAM调制符号，其中被激活的每一根发射天线用于传输一个QAM调制符号，最终得到一个空间向量。
步骤7、在开关索引器中，利用一个索引块控制两种状态使步骤5中得到的空间向量转换成实或虚空间向量。
步骤8、在一个空间向量组合器中，将步骤6、7得到的两个向量组合成发射空间向量的多种形式，然后利用一个索引块选择其中一种形式作为发射空间向量。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维索引的广义空间调制***，其特征在于：步骤1中，一个输入的数据流分为三个数据块的操作方法为：比特流分离器将一个输入的数据块B比特数分为三个数据块B1，B2，B3；步骤2中，PAM调制器将一个数据块B1映射成α个M-PAM调制符号(如，s1,…,sα)，M表示PAM信号星座点数量；步骤3中，QAM调制器将一个数据块B2映射成β个L-QAM调制符号(如，
Figure FDA0002590020160000011
)，L表示QAM信号星座点数量；空间索引比特分离器将一个数据块B3分成四个数据子块。
3.根据权利要求2所述的一种基于多维索引的广义空间调制***，其特征在于：所述空间索引比特分离器将一个数据块B3分成四个数据子块的具体操作为：空间索引比特分离器将一个数据块B3分成四个数据子块：B3＝IA+IB+Ik+IS，其中IA＝log2(NA)，
Figure FDA0002590020160000021
用于从矢量集中选择一个能激活α根发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制α个M-PAM星座符号；IB＝log2(NB)，
Figure FDA0002590020160000022
用于从矢量集
Figure FDA0002590020160000028
中选择一个能激活β根发射天线的特定组合的天线索引向量，这个向量将调制β个L-QAM(L≥4)星座符号，注意，TX1+TX2＝Nt；Ik＝log2|Ik|＝1，Ik＝{1,2}是一个开关索引集；IS＝log2|IS|＝1，其中IS＝{1,2}是一个向量索引集。
4.根据权利要求1所述的一种基于多维索引的广义空间调制***，其特征在于：步骤5中，所述天线映射器A的映射过程为：在天线映射器A中，IA＝log2(NA)信息比特数被映射到空间向量集
Figure FDA0002590020160000023
中的一个天线索引向量Ai，i∈{1,L,NA}。其中
Figure FDA0002590020160000024
Ω表示在TX1发射天线中激活α根发射天线的所有可能天线索引组合的天线索引向量集。天线索引向量Ai中对应于发射天线的α个非零元素分别用于调制α个M-PAM调制符号，从而得到一个空间向量V1。
5.根据权利要求1所述的一种基于多维索引的广义空间调制***，其特征在于：步骤6中，所述天线映射器B的映射过程为：在天线映射器B中，IB＝log2(NB)信息比特数被映射到空间向量集
Figure FDA0002590020160000025
中的一个天线索引向量Bl，l∈{1,L,NB}。其中
Figure FDA0002590020160000026
Figure FDA0002590020160000027
表示在TX2发射天线中激活β根发射天线的所有可能天线索引组合的天线索引向量集。而天线索引向量Bl中对应于发射天线的β个非零元素分别用于调制β个L-QAM调制符号，从而得到一个空间向量V2。
6.根据权利要求1所述的一种基于多维索引的广义空间调制***，其特征在于：步骤7中，所述开关索引器的转换过程为：在开关控制模块中，我们使用一个开关索引Ik＝1比特使步骤5中得到的空间向量V1转换成实或虚空间向量
Figure FDA0002590020160000031
目的是通过两个正交状态{1,j}来多传输一个索引比特，这样使空间向量V1转换成实或虚空间向量
Figure FDA0002590020160000032
的两种情况为
Figure FDA0002590020160000033
式中，τ∈Ik是虚实转换的索引状态。
7.根据权利要求1所述的一种基于多维索引的广义空间调制***，其特征在于：步骤8中，生成发射空间向量过程为：在空间向量组合器模块中，我们将步骤6、7得到的两个向量
Figure FDA0002590020160000034
和V2组合成发射空间向量的两种形式。这样，所述***能够多传输一个额外索引比特，使用IS＝1比特从空间向量集ΩS＝{S0,S1}中选择发送空间向量S。发射空间向量的两种形式如下：
Figure FDA0002590020160000035
式中，ξ∈IS是发射空间向量的索引状态。
8.根据权利要求1至7所述的一种基于多维索引的广义空间调制***的调制星座改进方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据两个参数ξ和τ，两两发射空间向量之间欧式距离的四种情况可以表示为
Figure RE-FDA0002695775340000036
S2、根据发射空间向量为S，由于发射功率遵循P＝1，因此发射空间向量S可以规一化为
Figure RE-FDA0002695775340000037
Eav表示每个发射空间向量S的平均能量，且由于传统M-PAM星座有min{|s|2}＝1和传统L-QAM星座有
Figure RE-FDA0002695775340000041
则两两发射空间向量之间的平均平方最小欧式距离可以计算为
Figure RE-FDA0002695775340000042
式中，
Figure RE-FDA0002695775340000043
此项
Figure RE-FDA0002695775340000044
由两个条件
Figure RE-FDA0002695775340000045
决定。当一个PAM调制符号与QAM调制符号在同一根发射天线传输时，此项
Figure RE-FDA0002695775340000046
由条件
Figure RE-FDA0002695775340000047
决定；
S3、基于发射空间向量之间的平方最小欧式距离等于传统星座调制符号之间的平方最小欧式距离的设计思想，改进的PAM星座图可以设计为
s'∈{-2·n,…,-2,2,…,2·n},
Figure RE-FDA0002695775340000048
S4、将上述步骤S3中设计的改进PAM星座图应用于基于多维索引的广义空间调制***，则所述调制***中两两发射空间向量之间的平方最小欧式距离为
Figure RE-FDA0002695775340000049
9.根据权利要求1至8所述的一种基于多维索引的广义空间调制***及调制星座的改进方法，其特征在于：所得的发射空间向量经过无线瑞丽衰落信道和高斯白噪声后，在接收端中对一个接收空间信号向量进行计算并检测，包括如下步骤：
(1)所得的发射空间向量
Figure FDA00025900201600000510
经过无线瑞丽衰落信道和高斯白噪声后，可以计算为：
Figure FDA0002590020160000051
Figure FDA0002590020160000052
是一个接收信号向量，瑞丽衰落信道矩阵
Figure FDA0002590020160000053
其每项元素服从独立同分布的均值为0，方差为1的复值高斯随机变量；
Figure FDA0002590020160000054
其每项元素服从独立同分布的均值为0，方差为
Figure FDA0002590020160000055
的加性高斯白噪声的高斯分布；
(2)利用最大似然算法对一个接收空间信号向量进行检测，如下：
Figure FDA0002590020160000056
式中：||·||2表示Frobenius范数。
Figure FDA0002590020160000057
分别表示检测得到的发射天线索引比特。
Figure FDA0002590020160000058
分别表示检测得到的开关和向量索引号。
Figure FDA0002590020160000059
分别表示检测得到的PAM符号和QAM符号。
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