第【68】期-- 基于空间调制的传输系统设计 --MATLAB完整代码

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摘要

多输入多输出（MIMO）技术是无线通信系统中提升频谱效率和可靠性的关键手段。空间调制（Spatial Modulation, SM）及其变体（如SSK、GSSK、GSM）通过利用天线索引携带额外信息，在降低射频链路成本的同时保持了较高的数据传输率。本文基于统一信道模型（多模光纤信道，MMF）和固定的频谱效率（每时频资源块传输8比特），对比了六种典型传输方案的误码率（BER）性能：SSK（256×256）、GSSK（11,4）、GSM（16QAM,6,3）、SM（32QAM,8×8）、传统MIMO（4QAM,4×4）及2×2空间复用MIMO（16QAM）。

1 引言

• 随着移动通信技术的快速发展，对更高数据速率和更可靠传输的需求日益增长。MIMO技术通过利用多根天线实现空间分集和复用，显著提高了系统容量。然而，传统MIMO系统需要每根天线配备独立的射频链路，导致硬件成本高、功耗大。空间调制作为一种新型的MIMO传输技术，在每个时隙仅激活一根或少数几根天线，有效降低了射频链路数量，同时利用天线索引作为额外的信息承载维度，提升了频谱效率。

• 在空间调制领域，研究者们提出了多种变体方案。空间移位键控（SSK）仅通过天线索引传输信息，不传输调制符号，简化了检测过程。广义空间移位键控（GSSK）则激活多根天线，利用天线组合提供更高的传输速率。广义空间调制（GSM）在激活多根天线的同时，所有激活天线发送相同的调制符号，进一步提高了传输效率。传统空间调制（SM）激活单根天线并发送调制符号，兼顾了天线索引和符号调制。

为了公平比较这些方案的性能，本文将频谱效率统一设定为每符号8比特，并通过MATLAB仿真评估其在多模光纤（MMF）信道下的BER表现。MMF信道具有特殊的酉矩阵结构，能够有效减少天线间干扰，适合评估空间调制方案的潜力。

2 系统模型

2.1 MMF信道模型

2.2 通用信号模型

2.3 发射方案描述

为保证公平比较，所有方案的频谱效率均固定为每符号 R=8 比特。下面分别描述各方案的映射规则。

2.3.1 SSK（空间移位键控）

2.3.2 GSSK（广义空间移位键控）

2.3.3 GSM（广义空间调制）

2.3.4 SM（空间调制）

2.3.5 传统MIMO（空间复用）

2.4 接收端检测算法

2.4.1 SSK检测

2.4.2 GSSK检测

2.4.3 GSM检测

2.4.4 SM检测

2.4.5 传统MIMO检测

3 仿真设计

部分代码：

function[SNR,ber]=sim_GSSK(M,Mt,Mr,Nu,SNR,Nbits)%GSSK 模块，原样复制 No=10.^(-SNR/10);L_SNR=length(SNR);Nt=floor(log2(nchoosek(Mt,Nu)));Nobit=log2(M);%未使用 bit_SMsym=Nt;%未使用 bit_T=randi([01],Nbits,Nt);active_ant=bi2de(bit_T(:,1:Nt),'left-msb')+1;x=zeros(Nbits,Mt);l=(Mt-Nu+1);%生成映射表 t=1;fori=1:Mt-3forj=(i+1):Mt-2fork=(j+1):Mt-1foro=(k+1):Mtta(t,1)=i;ta(t,2)=j;ta(t,3)=k;ta(t,4)=o;t=t+1;end end end end%空间调制fori=1:Nbitsx(i,ta(active_ant(i),:))=1/sqrt(Nu);end ber=zeros(L_SNR,1);y=zeros(L_SNR*Mr,size(x,1));No=10.^(-SNR/10);forii=1:L_SNRforj=1:size(x,1)z=(randn(Mt)+1i*randn(Mt))/sqrt(2);[Q,R]=qr(z);d=diag(R);ph=diag(d./abs(d));Q=Q*ph*Q;channel(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j*Mt-(Mt-1):j*Mt)=Q;noise=sqrt(0.5)*(randn(Mr,1)+1i*randn(Mr,1))*sqrt(No(ii));y(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j)=channel(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j*Mt-(Mt-1):j*Mt)*(x(j,:).')+noise;end end x_detection=zeros(Mr,1);x_index=zeros(L_SNR,size(x,2));x_detected=zeros(L_SNR,size(x,2));%检测forii=1:L_SNRforj=1:size(x,1)forjj=1:Mt-3forkk=(jj+1):Mt-2formm=(kk+1):Mt-1fornn=(mm+1):Mt h=channel(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j*Mt-Mt+jj)+...channel(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j*Mt-Mt+kk)+...channel(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j*Mt-Mt+mm)+...channel(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j*Mt-Mt+nn);x_detection(jj,kk,mm,nn)=real((y(ii*Mr-(Mr-1):ii*Mr,j)-(1/2)*(1/sqrt(Nu))*h)'*(1/sqrt(Nu))*(h));end end end endx_detection(x_detection==0)=-inf;[~,ind]=max(x_detection(:));[d,f,g,w]=ind2sub(size(x_detection),ind);fori=1:2^Ntifta(i,:)==[d f g w]x_index(ii,j)=i-1;breakend end end end%解映射 bit_Tdem=zeros(size(x,1),Nt*L_SNR);forii=1:L_SNRforj=1:size(x,1)bit_Tdem(j,ii*Nt-(Nt-1):ii*Nt)=de2bi(x_index(ii,j),Nt,'left-msb');end end%BERforii=1:L_SNRa(ii)=length(find((bit_Tdem(:,ii*Nt-(Nt-1):ii*Nt)-bit_T)~=0));ber(ii)=a(ii)/(Nt*Nbits);end end

4 结论

本文在统一的频谱效率（8比特/符号）和多模光纤（MMF）信道模型下，对比了SSK、GSSK、GSM、SM及传统MIMO等六种传输方案的误码率性能。

仿真代码可见文末VX公众号（包含往期博客所有代码），所见即所得！