基于解析误比特率分析的空间调制系统性能优化

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多输入多输出系统(MIMO, Multiple Input Multiple Output)通过在收发两端配置多根天线,将无线信道划分为多个平行子信道,从而在不增加额外带宽的前提下极大提高系统信道容量,有效提升频谱利用率。在频谱资源日益紧张的今天,MIMO技术已然成为下一代无线通信系统的核心技术。  MIMO系统可以使用多根天线方式实现空间分集和空间复用。然而,随之而来的是系统复杂度和成本的增加。为了在复杂度受限及成本压缩的前提下获取多天线带来的复用增益,R.Meslesh等基于单射频MIMO的思想提出了空间调制(Spatial Modulation,SM)系统。现有研究表明,相同天线阵列配置及传输速率条件下,合理配置的空间调制系统误比特性能优于传统空时分层码。为了探索典型无线信道场景下性能最优的空间调制系统配置,本文基于瑞利无线信道下 SM解析误比特率,通过理论推导和数值仿真等方法,分析得出瑞利无线信道下空间调制系统配置对误比特性能的影响,并最终给出性能最优的系统配置方案。  本文采用矩生成函数法给出瑞利信道下SM系统解析误比特率(Bit Error Ratio, BER)上界。并通过对比解析BER上界与蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)验证解析 BER上界的紧致性。结果表明,当信噪比足够大的情况下,解析 BER上界与MC仿真吻合。解析BER上界紧致性验证结果表明,在优化SM系统性能的过程中,采用解析BER上界代替精确BER作为评价标准是可行的。  在此基础上,通过分析发射天线数量与信号调制阶数等 SM系统配置参数对BER的影响,寻求在典型瑞利信道下误比特性能最优的SM系统配置。首先,当传输速率固定时,探讨不同SM系统配置对系统性能的影响,仿真结果表明,SM系统误比特性能均随发射天线数量增加而显著改善,且采用QPSK信号调制的空间调制系统具有最优误比特性能;其次,当发射天线数量固定时,讨论不同信号调制阶数对系统性能的影响,仿真结果表明,调制阶数大于4时 SM系统性能随调制阶数的增大而显著下降;最后,当调制阶数固定时,讨论不同发送天线数量随系统性能的影响,仿真结果帮忙,不同发送天线数量SM系统性能相近。  总之,实验结果表明采用QPSK信号映射配置 SM系统能够获取最优的误比特性能,同时,在信号调制阶数确定的前提下,通过在发射端增加发射天线数量,能够在几乎不牺牲 SM系统误比特性能且不增加射频链的前提下有效提升系统传输速率。
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