基于改进遗传算法的STSK系统色散矩阵和3D星座的联合优化

金小萍，刘家瑜，蒋晨，郭强

（中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室，浙江 杭州 310018）

1 引言

多输入多输出（multi-input multi-output，MIMO）技术作为5G无线通信系统的关键技术，通过在发射端和接收端分别安装多根天线，可以成倍地提高系统信道容量[1-2]。但是，MIMO系统具有高复杂性和高功耗的问题，而空间调制（spatial modulation，SM）方案的提出[3-4]解决了这一问题，SM通过每次只激活一根天线发射的方式，不仅降低功耗，还能避免传统MIMO系统信道间干扰和同步的问题。但是SM每次发射只激活一根天线，因此该体系结构并没有实现分集增益，为此文献[5]提出了空时移位键控（space-time shift keying，STSK）调制技术的概念。该技术通过每个STSK块持续时间内激活的色散矩阵集（dispersion matrix set，DMS）的索引来承载信息，通过设计不同的色散矩阵（dispersion matrix，DM），并优化DM的数量和大小以及发射天线和接收天线的数量，能够实现分集增益与多路复用增益一个较好的权衡。因此，DMS的优化对STSK至关重要。

目前对于DMS的优化提出了许多基于不同准则的算法，如秩与行列式标准最大化[6-10]、误码率（bit error rate，BER）[11]最小化和离散输入连续输出无记忆信道（discrete-input continuous-output memoryless channel，DCMC）容量最大化[12]等，在这些准则当中，秩与行列式标准最大化准则的复杂度相对来说是最低的。在优化方法上，大部分的研究都是对DMS单独优化，然而STSK方案的性能不仅受DMS影响，而且还受所选星座的最小距离与绝对值影响[13]。因此，为了提高系统的性能，出现了对DMS和星座的联合优化[13-15]。然而，该方案相关的计算成本较高，尤其是对于大规模天线以及高速率的STSK布置。……