一种基于SM-MIMO的数据传输方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种基于SM-MIMO的数据传输方法及装置，该方法中通过对接收端的MIMO信道矩阵进行奇异值分解，确定零空间矩阵，根据该零空间矩阵及其对应的权值向量、以及随机信号，确定干扰信号，采用SM技术传输该干扰信号及待传输信号。由于在本发明专利技术实施例在待传输信号中添加了干扰信号，而该干扰信号是根据发送端到接收端的MIMO信道矩阵奇异值分解确定的，因此该干扰信号不会对接收端造成干扰，窃听者将受到该干扰信号的影响，从而提高了接收端的安全速率，保证了传输到接收端的数据的安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信系统，特别涉及一种基于空间调制(SpatialModulation，SM)-多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Output，MIMO)的数据传输方法及装置。
技术介绍
随着无线通信技术的发展，人们对无线通信服务水平的要求也在不断提高，有限的频谱资源已经不再满足不断增加的对系统容量的需求。MIMO无线通信系统能够同时结合发射分集技术与接收分集技术，极大地提高通信系统的抗衰落性能。由于误码率降低，MIMO无线通信系统的数据传输会更加可靠；同时，MIMO可以在不增加通信系统发射机功率和不增加系统传输带宽的前提下，使得在衰落信道下的容量水平显著提高。基于众多的优势，MIMO系统已经成为新一代无线通信领域当中的一项重要技术。而SM-MIMO的空间传输特性在获得更好的频谱效率和更高的安全速率方面是一个很好的选择。基于SM-MIMO可以通过传输预编码策略来提高安全速率，但是这种传输预编码策略是基于发送端到窃听者之间的信道状态信息(CSI)是已知的假设下的。而预先知道发送端到窃听者的CSI缺乏实用性，从而限制了传输预编码策略的使用。另外，随机预编码策略不需要预先知道发送端到窃听者的CSI，然而，因为随机编码器需要依靠实际的待传输信号，例如该待传输信号可以为二进制数据，所以这种策略使得接收端接收机变得非常复杂。
技术实现思路
本专利技术实施例公开了一种基于SM-MIMO的数据传输方法及装置，用以提高安全速率，并降低接收端接收机的复杂度。为达到上述目的，本专利技术实施例公开了一种基于SM-MIMO的数据传输方法，应用于发送端，所述方法包括：在每个时隙，对接收端的MIMO信道矩阵进行奇异值分解，确定零空间矩阵；根据确定的零空间矩阵及其对应的权值向量，以及随机信号，确定干扰信号；采用SM技术传输所述干扰信号及待传输信号。进一步地，所述随机信号为服从独立同分布的随机高斯源。进一步地，所述零空间矩阵对应的权值向量的平方和为1。进一步地，所述干扰信号的传输功率不大于所述待传输信号的传输功率。进一步地，所述采用SM技术传输所述干扰信号及待传输信号包括：对所述待传输信号进行调制；传输所述调制后的待传输信号及所述干扰信号。本专利技术实施例提供了一种基于空间调制SM-多输入多输出MIMO的数据传输装置，所述装置包括：第一确定模块，用于在每个时隙，对接收端的MIMO信道矩阵进行奇异值分解，确定零空间矩阵；第二确定模块，用于根据确定的零空间矩阵及其对应的权值向量，以及随机信号，确定干扰信号；传输模块，用于采用SM技术传输所述干扰信号及待传输信号。进一步地，所述第二确定模块，具体用于根据确定的零空间矩阵及其对应的权值向量，以及服从独立同分布的随机高斯源，确定干扰信号。进一步地，所述第二确定模块，具体用于根据确定的零空间矩阵及其对应的权值向量，以及随机信号，确定干扰信号，其中零空间矩阵对应的权值向量的平方和为1。进一步地，所述传输模块，具体用于采用SM技术传输所述干扰信号及待传输信号，其中所述干扰信号的传输功率不大于所述待传输信号的传输功率。进一步地，所述传输模块，具体用于对所述待传输信号进行调制，传输所述调制后的待传输信号及所述干扰信号。本专利技术实施例提供了一种基于SM-MIMO的数据传输方法及装置，该方法中通过对接收端的MIMO信道矩阵进行奇异值分解，确定零空间矩阵，根据该零空间矩阵及其对应的权值向量、以及随机信号，确定干扰信号，采用SM技术传输该干扰信号及待传输信号。由于在本专利技术实施例在待传输信号中添加了干扰信号，而该干扰信号是根据发送端到接收端的MIMO信道矩阵奇异值分解确定的，因此该干扰信号不会对接收端造成干扰，窃听者将受到该干扰信号的影响，从而提高了接收端的安全速率，保证了传输到接收端的数据的安全。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的SM-MIMO的数据传输系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于SM-MIMO的数据传输过程；图3为本专利技术实施例提供采用QPSK调制，Alice的发送天线Nt＝4，Bob的接收天线Nr＝1，Eve的接收天线Ne＝1，2，4时，不同天线组合下安全速率与干扰强度随着SNR的变化关系；图4为本专利技术实施例提供的采用16QAM调制，Alice的发送天线Nt＝4，Bob的接收天线Nr＝2，Eve的接收天线Ne＝2，4时，不同天线组合下安全速率与干扰强度随着SNR的变化关系；图5为本专利技术实施例提供的采用16QAM调制，Alice的发送天线Nt＝8，Bob的接收天线Nr＝4，Eve的接收天线Ne＝4，8时，不同天线组合下安全速率与干扰强度随着SNR的变化关系；图6为本专利技术实施例提供的采用16QAM调制，Nt＝4，Nr＝2，Ne＝2，4，Eve接收机的BER与SNR的变化关系；图7为本专利技术实施例提供的采用16QAM调制，Nt＝8，Nr＝4，Ne＝4，8，Eve与Bob接收机的BER与SNR的变化关系；图8为本专利技术实施例提供的采用16QAM调制，Nt＝8Nr＝4Ne＝4，8，Eve与Bob接收机的BER与SNR的变化关系；图9为本专利技术实施例提供的一种基于SM-MIMO的数据传输装置结构示意图。具体实施方式为了有效的提高接收端的安全速率，保证传输到接收端的数据的安全，本专利技术实施例提供了一种基于SM-MIMO的数据传输方法及装置。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。SM是一种新型的MIMO通信技术，其核心思想是发送端任何时刻都只有一根天线被激活用来发送数据，其余的天线都静默，活跃的天线可以作为信息源“隐形”地传递信号，接收端的任务是实现对发送端激活天线序号的估计和对接收到的信号的解调。SM中发送的信息比特分成两个部分：一部分映射到传统的数字调制星座图上，其余的比特映射到天线序号生成的空间维上。空间调制完全避免了信道间干扰，不需要发射天线间较高的同步性。SM是在传统调制方式的基础上进行了扩展。像MPSK、MQAM等传统的调制方式是将一定数目的比特序列映射为二维信号空间上的一个星座点，SM是在这些传统调制方式的二维空间基础上又增加了空间维，即用天线的空间位置作为信息源来传递信息，从而构造了一个三维星座图。SM在提高频谱效率的同时有效地避免了信道间干扰和天线间的同步问题。SM-MIMO技术的传输特性可以提高物理层的安全容量，并且，SM-MIMO相对于传统单天线传输来说，可以获得更好的安全容量。本专利技术实施例提供了一种基于SM-MIMO的数据传输方法，可以有效的提高接收端的安全速率。图1为本专利技术实施例提供的SM-MIMO的数据传输系统的结构示意图，在该系统中包括：作为源节点的发送端Alice、作为目的节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间调制SM‑多输入多输出MIMO的数据传输方法，其特征在于，应用于发送端，所述方法包括：在每个时隙，对接收端的MIMO信道矩阵进行奇异值分解，确定零空间矩阵；根据确定的零空间矩阵及其对应的权值向量，以及随机信号，确定干扰信号；采用SM技术传输所述干扰信号及待传输信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间调制SM-多输入多输出MIMO的数据传输方法，其特征在于，应用于发送端，所述方法包括：在每个时隙，对接收端的MIMO信道矩阵进行奇异值分解，确定零空间矩阵；根据确定的零空间矩阵及其对应的权值向量，以及随机信号，确定干扰信号；采用SM技术传输所述干扰信号及待传输信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机信号为服从独立同分布的随机高斯源。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述零空间矩阵对应的权值向量的平方和为1。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干扰信号的传输功率不大于所述待传输信号的传输功率。5.如权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述采用SM技术传输所述干扰信号及待传输信号包括：对所述待传输信号进行调制；传输所述调制后的待传输信号及所述干扰信号。6.一种基于空间调制SM-多输入多输出MIMO的数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：第一确定模块，用于在每个时隙，对接收端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，宋梅，满毅，韦雅曼，李若光，刘洋，魏翼飞，滕颖蕾，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11