[發明專利]一種基于極化信道容量的極化調制星座設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201911079177.4
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN110798274B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 張巧遇;魏冬;黃偉慶;張萌;王文
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04B17/391
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種基于極化信道容量的極化調制星座設計方法及裝置。本方法為：1)建立極化調制通信場景下的無線通信極化信道模型H_P；根據設定的調制階數M，確定極化調制通信條件下的星座限制信道容量C_Γ計算模型；Γ為M階極化狀態調制符號集；2)根據無線通信極化信道模型H_P的信道參數，優化計算調制階數M時星座限制信道容量C_Γ最大值；3)將星座限制信道容量C_Γ最大值對應的極化調制星座作為最優星座。本發明可以搜索到接近最優的極化星座結構；本發明將信道的去極化效應考慮在內，在信道具有去極化效應的影響下，達到更大的信道容量。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種采用無線信號極化狀態傳輸信號情況下，極化調制星座圖的設計方法。

背景技術

電磁波極化狀態作為描述電磁波在傳播過程中的電場旋向信息，在傳統的調幅、調頻調相的基礎上，提供了額外的自由度來傳輸信息，提高頻譜使用效率，進一步增加信道傳輸容量。采用極化狀態傳輸的一個關鍵步驟是調制，調制過程中極化星座圖的設計，對極化調制的傳輸效率和準確率有著直接的影響。目前的星座圖設計主要包含以下三種方法：

1.當存在符合調制階數的多面體時，直接將信號星座點安排在對應階數的多面體頂點上，這種方法可以保證星座圖是最優的，但是只能應用于4,6,8,12,20階數調制，當調制階數不符合上述限制時，無法找到最優星座。

2.最大化最優星座距離的方法。這種方法通過優化手段，尋找最優星座，使得星座點中的臨近星座點的距離最大化。

3.最小化誤符號率的方法。這種方法通過優化手段，尋找最優星座，使得接收端的誤符號率最小。

目前的極化調制星座的設計方法，一方面，已有的星座設計方法采用經典歐式距離度量星座臨近距離，極化星座圖分布在龐加萊球面上，采用傳統的歐氏距離去度量星座的最小星座距離，不能保證設計星座的最優性。另一方面，在實際采用極化調制進行通信的系統中，無線信道的去極化效應對于通信系統的性能有著非常大的影響，已有的星座設計方法沒有考慮信道的去極化效應，因此，當信道存在去極化效應的時候，基于幾何或者基于最小星座距離等設計出來的星座圖，將不能保證星座最優。

發明內容

本發明的目的在于克服現有的星座設計方法的問題，考慮極化調制星座特殊的分布特性和無線信道的去極化效應，提出一種基于極化信道容量的星座設計方法，在信道去極化效應存在的情況下，提升極化調制通信的效率。

本發明是一種新穎的星座設計的方法，本方法將信道的去極化效應考慮在內，可以在信道具有去極化效應的影響下，達到更大的信道容量。

本發明提出了一種遺傳算法來解決優化問題，這種優化方法可以搜索到接近最優的極化星座結構。

本發明的技術方案為：

一種基于極化信道容量的極化調制星座設計方法，其步驟包括：

1)建立極化調制通信場景下的無線通信極化信道模型H_P；其方法為：

通過極化相關矩陣R_P求得所述無線通信極化信道模型H_P，即vec(H_p^H)＝R_p^1/2vec(H_w^H)；其中矩陣H_w中四個元素都符合獨立循環復指數分布幅度|α_k|＝1并且相位β_k服從[0,2π)的均勻分布。