基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案：設(shè)計(jì)、性能與優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，從早期的2G到如今的5G乃至未來的6G，人們對(duì)通信系統(tǒng)的性能和效率提出了愈發(fā)嚴(yán)苛的要求。通信系統(tǒng)作為信息傳輸?shù)年P(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其性能直接影響著人們的生活、工作和社會(huì)的發(fā)展。在這個(gè)信息爆炸的時(shí)代，海量的數(shù)據(jù)需要快速、準(zhǔn)確地傳輸，傳統(tǒng)的調(diào)制方案在面對(duì)日益復(fù)雜的通信信道和不斷增長的傳輸需求時(shí)，逐漸顯露出其局限性。傳統(tǒng)調(diào)制方案，如幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）等，在過去的通信發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。然而，隨著通信業(yè)務(wù)的多元化，如高清視頻流、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等應(yīng)用的興起，對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸速率、頻譜效率、抗干擾能力等方面提出了更高的要求。傳統(tǒng)調(diào)制方案難以在有限的頻譜資源下實(shí)現(xiàn)高速率、高效率的傳輸，且在復(fù)雜的多徑衰落和干擾環(huán)境中，信號(hào)的傳輸質(zhì)量難以保證，容易出現(xiàn)誤碼率升高、信號(hào)失真等問題。空間調(diào)制作為一種新興的調(diào)制技術(shù)，為解決上述問題提供了新的思路。它巧妙地利用多天線系統(tǒng)的空間幅度或相位特征來傳輸信息，突破了傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)僅依賴信號(hào)幅度、頻率或相位變化的局限。這種技術(shù)無需復(fù)雜的調(diào)制器和解調(diào)器，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。同時(shí)，空間調(diào)制能夠有效利用空間維度，提高頻譜效率，實(shí)現(xiàn)高速率傳輸，并且在抗干擾性能和安全性方面也具有顯著優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案應(yīng)運(yùn)而生。該方案將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)通過多路復(fù)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在接收端進(jìn)行精確的分離和解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸。這一創(chuàng)新方案在理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)中均展現(xiàn)出了卓越的性能，具有較高的傳輸速率和較低的誤碼率，同時(shí)具備強(qiáng)大的抗干擾能力和較高的空間頻率利用率。在傳輸速率方面，通過合理的信號(hào)設(shè)計(jì)和復(fù)用方式，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案能夠充分利用空間資源，提高單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，滿足用戶對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。低誤碼率特性則確保了信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，減少了數(shù)據(jù)重傳和糾錯(cuò)的開銷，提高了通信系統(tǒng)的可靠性。強(qiáng)大的抗干擾能力使該方案在復(fù)雜的電磁環(huán)境中依然能夠穩(wěn)定工作，保障通信的連續(xù)性和穩(wěn)定性。而高空間頻率利用率則有助于在有限的頻譜資源下實(shí)現(xiàn)更多用戶的接入和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，提高了頻譜資源的利用效率。雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的前景。在5G通信系統(tǒng)中，它可以為用戶提供更高速、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，支持更多的智能設(shè)備接入，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。在未來的6G通信中，面對(duì)更高的傳輸速率和更低的延遲要求，該方案有望發(fā)揮重要作用，為實(shí)現(xiàn)超高速、低延遲的通信服務(wù)提供技術(shù)支持。在智能交通領(lǐng)域，車輛之間的通信需要高可靠性和低延遲，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案可以滿足這一需求，實(shí)現(xiàn)車輛之間的實(shí)時(shí)信息交互，提高交通安全性和效率。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，該方案可以保障工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀空間調(diào)制技術(shù)自提出以來，在國內(nèi)外引發(fā)了廣泛的研究熱潮。在國外，學(xué)者們積極探索空間調(diào)制的基礎(chǔ)理論與性能優(yōu)化。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)1]深入剖析了空間調(diào)制在多徑衰落信道下的傳輸特性，通過理論推導(dǎo)和仿真分析，揭示了空間調(diào)制在復(fù)雜信道環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)與局限性，為后續(xù)研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。[具體文獻(xiàn)2]則專注于空間調(diào)制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)算法研究，提出了一種低復(fù)雜度的檢測(cè)算法，有效提升了信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率，在一定程度上推動(dòng)了空間調(diào)制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者在空間調(diào)制領(lǐng)域也取得了豐碩的成果。[具體文獻(xiàn)3]創(chuàng)新性地將空間調(diào)制與正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，顯著提高了系統(tǒng)的頻譜效率和抗干擾能力，為空間調(diào)制技術(shù)在寬帶通信中的應(yīng)用提供了新的思路。[具體文獻(xiàn)4]從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，研究了空間調(diào)制系統(tǒng)中天線配置與信號(hào)映射方式對(duì)系統(tǒng)性能的影響，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升。雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案作為空間調(diào)制技術(shù)的重要拓展，近年來逐漸成為研究熱點(diǎn)。國外研究中，[具體文獻(xiàn)5]提出了一種基于特定復(fù)用技術(shù)的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，并對(duì)其在不同信道條件下的誤碼率性能進(jìn)行了深入分析，為該方案的性能評(píng)估提供了參考依據(jù)。[具體文獻(xiàn)6]則針對(duì)雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的信號(hào)檢測(cè)問題，提出了一種改進(jìn)的檢測(cè)算法，有效降低了檢測(cè)復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的整體性能。在國內(nèi)，[具體文獻(xiàn)7]提出了一種新穎的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，詳細(xì)闡述了該方案的工作原理和實(shí)現(xiàn)流程，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在傳輸速率和抗干擾能力方面的優(yōu)越性。[具體文獻(xiàn)8]從理論層面推導(dǎo)了雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的平均比特錯(cuò)誤概率，為方案的性能分析提供了理論支撐，同時(shí)還通過與其他相關(guān)方案的對(duì)比，進(jìn)一步凸顯了該方案的優(yōu)勢(shì)。中繼選擇技術(shù)在無線通信領(lǐng)域同樣受到了廣泛關(guān)注。國外的研究中，[具體文獻(xiàn)9]提出了基于信道質(zhì)量的中繼選擇算法，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信道狀態(tài)信息，選擇信道質(zhì)量最佳的中繼節(jié)點(diǎn)參與通信，有效提高了通信的可靠性和傳輸速率。[具體文獻(xiàn)10]則研究了基于節(jié)點(diǎn)能量的中繼選擇策略，在保證通信質(zhì)量的前提下，優(yōu)先選擇能量充足的中繼節(jié)點(diǎn)，以延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。國內(nèi)學(xué)者在中繼選擇技術(shù)方面也進(jìn)行了大量的研究工作。[具體文獻(xiàn)11]提出了一種考慮多因素的中繼選擇算法，綜合考慮了信道質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)位置、能量狀態(tài)等因素，通過優(yōu)化選擇中繼節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性能的全面提升。[具體文獻(xiàn)12]針對(duì)中繼選擇與資源分配的聯(lián)合優(yōu)化問題展開研究，提出了一種有效的聯(lián)合優(yōu)化算法，在提高中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了資源的合理利用。盡管國內(nèi)外學(xué)者在空間調(diào)制、雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制以及中繼選擇技術(shù)等方面取得了顯著的研究成果，但仍存在一些不足之處。在空間調(diào)制技術(shù)方面，如何進(jìn)一步降低系統(tǒng)復(fù)雜度，同時(shí)提高頻譜效率和傳輸可靠性，仍然是亟待解決的問題。對(duì)于雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，目前的研究主要集中在性能分析和算法優(yōu)化上，其在實(shí)際通信系統(tǒng)中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的探索和驗(yàn)證。在中繼選擇技術(shù)領(lǐng)域，如何設(shè)計(jì)更加高效、智能的中繼選擇算法，以適應(yīng)復(fù)雜多變的通信環(huán)境，以及如何實(shí)現(xiàn)中繼選擇與其他通信技術(shù)的有機(jī)融合，提高整個(gè)通信系統(tǒng)的性能，都是未來研究需要重點(diǎn)關(guān)注的方向。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在設(shè)計(jì)并優(yōu)化基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，深入探究其在復(fù)雜通信環(huán)境下的性能表現(xiàn)，致力于解決當(dāng)前通信系統(tǒng)在傳輸速率、頻譜效率和抗干擾能力等方面面臨的挑戰(zhàn)，為未來移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展提供有力的技術(shù)支持和理論依據(jù)。具體研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題如下：雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案設(shè)計(jì)：在深入研究傳統(tǒng)空間調(diào)制和雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制原理的基礎(chǔ)上，充分考慮實(shí)際通信系統(tǒng)中的各種因素，如信道特性、噪聲干擾、信號(hào)衰落等，對(duì)雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。優(yōu)化信號(hào)映射方式，確保信息能夠準(zhǔn)確、高效地映射到調(diào)制信號(hào)中；改進(jìn)復(fù)用技術(shù)，提高信號(hào)復(fù)用的效率和可靠性，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳輸速率和頻譜效率的顯著提升。擬解決的關(guān)鍵問題包括如何在有限的資源條件下，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的信號(hào)映射和復(fù)用策略，以充分發(fā)揮雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的優(yōu)勢(shì)。中繼選擇算法研究：分析不同中繼選擇算法的原理和特點(diǎn)，結(jié)合雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的需求，研究適用于該方案的中繼選擇算法。綜合考慮信道質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)能量、傳輸延遲等多方面因素，設(shè)計(jì)一種高效的中繼選擇算法，實(shí)現(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)選擇，提高通信的可靠性和穩(wěn)定性。關(guān)鍵問題在于如何建立準(zhǔn)確的中繼選擇模型，全面考慮各種影響因素，同時(shí)降低算法的復(fù)雜度，提高算法的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性。性能分析與優(yōu)化：通過理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，深入研究基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的性能。重點(diǎn)分析系統(tǒng)的誤碼率、傳輸速率、頻譜效率等關(guān)鍵性能指標(biāo)，研究這些指標(biāo)在不同信道條件和系統(tǒng)參數(shù)下的變化規(guī)律。根據(jù)性能分析結(jié)果，提出針對(duì)性的優(yōu)化措施，進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。擬解決的關(guān)鍵問題是如何準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行理論分析，以及如何根據(jù)分析結(jié)果制定有效的優(yōu)化策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的最大化。與其他技術(shù)的融合研究：探索基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案與其他先進(jìn)通信技術(shù)，如正交頻分復(fù)用（OFDM）、多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）、多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（MQAM）等的融合方式，充分發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)性能的全面提升。研究融合系統(tǒng)中的信號(hào)處理、資源分配等關(guān)鍵技術(shù)，解決技術(shù)融合過程中可能出現(xiàn)的兼容性和性能優(yōu)化問題。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1空間調(diào)制技術(shù)原理空間調(diào)制（SpatialModulation，SM）作為一種新興的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)，近年來在通信領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)，如幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM），主要通過改變信號(hào)的幅度、頻率或相位來攜帶信息。而空間調(diào)制則突破了這一傳統(tǒng)模式，巧妙地利用多天線系統(tǒng)的空間特征來傳輸信息，為通信技術(shù)的發(fā)展開辟了新的道路?？臻g調(diào)制的基本原理是將信息比特塊映射成兩個(gè)信息攜帶單元。具體來說，一部分信息比特用于從復(fù)合信號(hào)星座圖中選擇符號(hào)，剩余部分信息比特用于從天線陣列中的發(fā)射天線組中選擇唯一的發(fā)射天線索引。在一個(gè)具有N_t根發(fā)射天線的系統(tǒng)中，假設(shè)每次只有一根天線被激活用于發(fā)送信號(hào)。信息比特被分為兩部分，一部分用于選擇調(diào)制符號(hào)，另一部分用于選擇激活的天線索引。例如，若有k_1個(gè)比特用于選擇調(diào)制符號(hào)，k_2個(gè)比特用于選擇天線索引，且滿足2^{k_1}=M（M為調(diào)制階數(shù)），2^{k_2}=N_t。在發(fā)送端，根據(jù)輸入的信息比特，首先確定要發(fā)送的調(diào)制符號(hào)s，然后確定激活的發(fā)射天線索引n，最后通過第n根天線發(fā)送調(diào)制符號(hào)s。在接收端，接收機(jī)首先通過信號(hào)檢測(cè)算法檢測(cè)出發(fā)射端激活的天線索引，常見的檢測(cè)算法有迭代最大合并比算法、最大似然算法和最優(yōu)譯碼算法等。檢測(cè)出天線索引后，才能正確解調(diào)出調(diào)制符號(hào)，進(jìn)而恢復(fù)出發(fā)射端發(fā)送的信息比特。與傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)相比，空間調(diào)制具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)復(fù)雜度方面，傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)通常需要多個(gè)射頻鏈路，每個(gè)鏈路都包含調(diào)制器、解調(diào)器、放大器等復(fù)雜的硬件設(shè)備，這不僅增加了系統(tǒng)的成本，還使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)變得更加困難。而空間調(diào)制系統(tǒng)每次僅通過一根天線發(fā)送信號(hào)，只需要一條射頻鏈路，大大減少了硬件設(shè)備的數(shù)量，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本?？臻g調(diào)制在頻譜效率和可靠性方面也表現(xiàn)出色。由于空間調(diào)制利用了天線的空間位置信息來傳輸額外的信息，在相同的帶寬條件下，能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)，從而提高了頻譜效率。在多徑衰落信道中，傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)容易受到信道間干擾的影響，導(dǎo)致信號(hào)傳輸質(zhì)量下降。而空間調(diào)制通過選擇不同的發(fā)射天線來傳遞信息，相鄰天線之間的信號(hào)干擾得到了有效的控制，并且利用空間冗余來傳遞信息，提高了系統(tǒng)的傳輸可靠性?？臻g調(diào)制技術(shù)在實(shí)際通信系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。在第五代移動(dòng)通信（5G）系統(tǒng)中，面對(duì)海量設(shè)備連接和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅臻g調(diào)制技術(shù)可以與其他技術(shù)相結(jié)合，如正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜效率和抗干擾能力，為用戶提供更高速、更穩(wěn)定的通信服務(wù)。在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域，眾多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要低功耗、低成本的通信解決方案，空間調(diào)制技術(shù)的低復(fù)雜度和低功耗特性使其非常適合應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的高效通信。2.2雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制基礎(chǔ)雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制是在空間調(diào)制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種創(chuàng)新調(diào)制方案，它將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)有機(jī)地聯(lián)合起來進(jìn)行傳輸，進(jìn)一步提升了通信系統(tǒng)的性能。其基本概念是利用多路復(fù)用技術(shù)，將兩個(gè)獨(dú)立的空間調(diào)制信號(hào)合并為一個(gè)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行傳輸，在接收端通過特定的分離和解調(diào)算法，恢復(fù)出原始的兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信息的有效傳輸。在雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制系統(tǒng)中，發(fā)送端的工作流程如下：首先，輸入的信息比特流被分成兩部分，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)獨(dú)立的空間調(diào)制過程。對(duì)于每個(gè)空間調(diào)制過程，一部分信息比特用于從復(fù)合信號(hào)星座圖中選擇調(diào)制符號(hào)，另一部分信息比特用于從天線陣列中的發(fā)射天線組中選擇唯一的發(fā)射天線索引。例如，假設(shè)有N_{t1}和N_{t2}根發(fā)射天線分別用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的傳輸，信息比特被分為k_{11}、k_{12}用于第一個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的符號(hào)選擇和天線索引選擇，滿足2^{k_{11}}=M_1（M_1為第一個(gè)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制階數(shù)），2^{k_{12}}=N_{t1}；同理，k_{21}、k_{22}用于第二個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的相關(guān)選擇，滿足2^{k_{21}}=M_2（M_2為第二個(gè)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制階數(shù)），2^{k_{22}}=N_{t2}。然后，根據(jù)選擇的調(diào)制符號(hào)和天線索引，通過相應(yīng)的發(fā)射天線發(fā)送調(diào)制信號(hào)。在發(fā)送前，為了區(qū)分兩個(gè)調(diào)制符號(hào)，會(huì)對(duì)其中一個(gè)或兩個(gè)調(diào)制符號(hào)進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)最優(yōu)化處理，使得兩個(gè)調(diào)制信號(hào)在接收端能夠更好地被分離和檢測(cè)。最后，將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)經(jīng)過復(fù)用器合并成一個(gè)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行傳輸。在接收端，接收機(jī)首先使用空間濾波器進(jìn)行初步篩選，濾掉所有不能匹配的信號(hào)，從而縮小估計(jì)的搜索空間，這一步類似于最大比例合并算法（MPM）的估計(jì)方法。接著，采用基于貪心算法的估計(jì)器來提取出兩個(gè)調(diào)制信號(hào)。估計(jì)器首先計(jì)算每個(gè)可能的符號(hào)匹配度，然后根據(jù)最大化符號(hào)匹配度的原則來選擇最佳的符號(hào)。最后，根據(jù)調(diào)制類型解調(diào)出信息。針對(duì)估計(jì)算法的復(fù)雜度問題，還可以采用空間快速檢測(cè)和幅度檢測(cè)來優(yōu)化算法，通過設(shè)計(jì)快速幅度檢測(cè)和快速空間檢測(cè)器來縮小估計(jì)算法的搜索空間并減小計(jì)算復(fù)雜度。以一個(gè)簡單的例子來說明，假設(shè)發(fā)送方有8根發(fā)射天線，分為兩組，每組4根天線分別用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的傳輸。輸入的信息比特流被分成兩部分，第一部分信息比特用于第一個(gè)空間調(diào)制信號(hào)，其中3個(gè)比特用于從16-QAM星座圖中選擇調(diào)制符號(hào)（因?yàn)?^4=16），2個(gè)比特用于從4根天線中選擇發(fā)射天線索引（因?yàn)?^2=4）；第二部分信息比特用于第二個(gè)空間調(diào)制信號(hào)，同樣3個(gè)比特用于從16-QAM星座圖中選擇調(diào)制符號(hào)，2個(gè)比特用于從另外4根天線中選擇發(fā)射天線索引。在發(fā)送端，經(jīng)過角度旋轉(zhuǎn)處理后，將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)復(fù)用合并發(fā)送。在接收端，通過空間濾波器初步篩選，再利用基于貪心算法的估計(jì)器提取兩個(gè)調(diào)制信號(hào)，最后解調(diào)出信息。通過這樣的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方式，能夠在相同的時(shí)間和頻譜資源下，傳輸更多的信息，提高了通信系統(tǒng)的傳輸速率和頻譜效率。2.3中繼選擇技術(shù)概述在協(xié)作通信中，中繼選擇技術(shù)扮演著舉足輕重的角色，是提升通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵要素。隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)通信質(zhì)量和效率的要求日益提高，中繼選擇技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并不斷演進(jìn)。其核心作用在于通過合理地選擇中繼節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化信號(hào)傳輸路徑，從而有效改善通信系統(tǒng)的性能，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。在實(shí)際的無線通信環(huán)境中，信號(hào)會(huì)受到多徑衰落、噪聲干擾等多種因素的影響，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度減弱、傳輸質(zhì)量下降。中繼節(jié)點(diǎn)的引入可以在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立額外的傳輸鏈路，中繼節(jié)點(diǎn)接收源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)過處理后再轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)，從而克服信號(hào)傳輸過程中的衰落和干擾問題，擴(kuò)大通信覆蓋范圍，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。而中繼選擇技術(shù)的目標(biāo)就是從眾多候選中繼節(jié)點(diǎn)中挑選出最合適的節(jié)點(diǎn)參與通信，以實(shí)現(xiàn)最佳的通信效果。常見的中繼選擇策略豐富多樣，每種策略都有其獨(dú)特的原理和適用場(chǎng)景。基于信道質(zhì)量的中繼選擇策略，是通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)候選中繼節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息，如信道增益、信噪比等指標(biāo)，選擇信道質(zhì)量最佳的中繼節(jié)點(diǎn)。在信號(hào)衰落較為嚴(yán)重的環(huán)境中，選擇信道質(zhì)量好的中繼節(jié)點(diǎn)能夠有效減少信號(hào)的誤碼率，提高傳輸?shù)目煽啃?。這種策略在對(duì)傳輸質(zhì)量要求較高的場(chǎng)景，如高清視頻傳輸、實(shí)時(shí)語音通信等應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸，為用戶提供清晰、流暢的通信體驗(yàn)?；诠?jié)點(diǎn)能量的中繼選擇策略則主要考慮中繼節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)。在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)通常依靠電池供電，能量有限。選擇能量充足的中繼節(jié)點(diǎn)可以延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，避免因中繼節(jié)點(diǎn)能量耗盡而導(dǎo)致通信中斷。在一些能量受限的場(chǎng)景，如傳感器網(wǎng)絡(luò)中，這種策略尤為重要。傳感器節(jié)點(diǎn)通常部署在難以更換電池的環(huán)境中，通過選擇能量充足的中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，可以確保傳感器網(wǎng)絡(luò)長期穩(wěn)定地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的持續(xù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?；趥鬏斞舆t的中繼選擇策略側(cè)重于選擇能夠使信號(hào)傳輸延遲最小的中繼節(jié)點(diǎn)。在實(shí)時(shí)性要求極高的應(yīng)用中，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域，數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸至關(guān)重要。在遠(yuǎn)程醫(yī)療中，醫(yī)生需要實(shí)時(shí)獲取患者的生理數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，任何傳輸延遲都可能影響診斷結(jié)果和治療方案的制定。在自動(dòng)駕駛中，車輛之間需要實(shí)時(shí)交換位置、速度等信息，以確保行車安全。選擇傳輸延遲小的中繼節(jié)點(diǎn)可以滿足這些應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行?；谪?fù)載均衡的中繼選擇策略旨在平衡各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。在多用戶通信場(chǎng)景中，如果所有用戶都選擇同一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)負(fù)載過重，而其他節(jié)點(diǎn)閑置，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。通過負(fù)載均衡策略，根據(jù)各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的負(fù)載情況，合理分配用戶，使各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的負(fù)載保持在相對(duì)均衡的狀態(tài)。這樣可以提高中繼節(jié)點(diǎn)的利用率，避免個(gè)別節(jié)點(diǎn)因過載而出現(xiàn)性能下降的情況，提升整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量和穩(wěn)定性。為了更直觀地理解不同中繼選擇策略的性能差異，以下通過表格對(duì)幾種常見策略進(jìn)行對(duì)比分析：中繼選擇策略優(yōu)勢(shì)局限性適用場(chǎng)景基于信道質(zhì)量提高傳輸可靠性，降低誤碼率需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信道狀態(tài)，開銷較大對(duì)傳輸質(zhì)量要求高，如高清視頻、語音通信基于節(jié)點(diǎn)能量延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命可能會(huì)犧牲一定的傳輸性能來選擇能量充足節(jié)點(diǎn)能量受限場(chǎng)景，如傳感器網(wǎng)絡(luò)基于傳輸延遲滿足實(shí)時(shí)性要求可能忽略其他重要因素，如信道質(zhì)量和節(jié)點(diǎn)能量實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛基于負(fù)載均衡提高中繼節(jié)點(diǎn)利用率，提升系統(tǒng)吞吐量實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高，需要準(zhǔn)確掌握各節(jié)點(diǎn)負(fù)載情況多用戶通信場(chǎng)景三、基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)模型構(gòu)建為了實(shí)現(xiàn)高效可靠的通信，構(gòu)建一個(gè)包含源節(jié)點(diǎn)（SourceNode，S）、多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)（RelayNode，R）和目的節(jié)點(diǎn)（DestinationNode，D）的通信系統(tǒng)模型，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。在該模型中，源節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)產(chǎn)生并發(fā)送原始信息，這些信息可以是語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種類型的信號(hào)。源節(jié)點(diǎn)將信息進(jìn)行編碼和調(diào)制后，通過無線信道傳輸。中繼節(jié)點(diǎn)在通信系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵的角色，它們分布在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間，接收源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)。中繼節(jié)點(diǎn)的主要功能是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，以克服信號(hào)在傳輸過程中的衰落和干擾問題，擴(kuò)大通信覆蓋范圍，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴２煌闹欣^節(jié)點(diǎn)具有不同的性能特點(diǎn)，包括信號(hào)處理能力、傳輸功率、信道質(zhì)量等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的通信需求和環(huán)境條件，選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)來參與通信。目的節(jié)點(diǎn)是通信的最終接收端，它接收來自源節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送的信號(hào)以及中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼等處理，恢復(fù)出原始信息。目的節(jié)點(diǎn)需要具備高性能的信號(hào)處理能力，以準(zhǔn)確地解析接收到的信號(hào)，確保信息的正確接收。在信號(hào)傳輸過程中，從源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸路徑記為S-R鏈路，從中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸路徑記為R-D鏈路，而源節(jié)點(diǎn)直接到目的節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸路徑記為S-D鏈路。由于無線信道的復(fù)雜性，這些鏈路都會(huì)受到多徑衰落、噪聲干擾等因素的影響。多徑衰落是指信號(hào)在傳輸過程中，由于遇到障礙物的反射、散射等，會(huì)沿著多條路徑到達(dá)接收端，這些路徑的長度和相位各不相同，導(dǎo)致接收信號(hào)發(fā)生衰落和畸變。噪聲干擾則是指在信號(hào)傳輸過程中，受到各種噪聲源的影響，如熱噪聲、人為噪聲等，使得信號(hào)的質(zhì)量下降，增加了信號(hào)傳輸?shù)恼`碼率。為了更準(zhǔn)確地描述信號(hào)傳輸過程，引入信道增益來表示信號(hào)在不同鏈路傳輸過程中的強(qiáng)度變化。假設(shè)從源節(jié)點(diǎn)到第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的信道增益為h_{si}，從第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益為h_{id}，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益為h_{sd}。這些信道增益是隨機(jī)變量，它們的值會(huì)隨著信道環(huán)境的變化而變化，受到距離、信號(hào)頻率、障礙物分布等因素的影響。在實(shí)際通信中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些信道增益，以便選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)和優(yōu)化通信策略。信號(hào)在傳輸過程中還會(huì)受到加性高斯白噪聲（AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN）的干擾。假設(shè)在S-R鏈路、R-D鏈路和S-D鏈路中，噪聲的功率譜密度分別為n_{si}、n_{id}和n_{sd}，這些噪聲是獨(dú)立同分布的高斯隨機(jī)變量，其均值為0，方差分別為n_{si}^2、n_{id}^2和n_{sd}^2。噪聲的存在會(huì)降低信號(hào)的信噪比，增加信號(hào)檢測(cè)和解調(diào)的難度，因此在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要采取有效的抗干擾措施來降低噪聲的影響。在該系統(tǒng)模型中，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制技術(shù)被應(yīng)用于源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸。源節(jié)點(diǎn)將輸入的信息比特流分成兩部分，分別進(jìn)行空間調(diào)制。對(duì)于每一部分空間調(diào)制，一部分信息比特用于選擇調(diào)制符號(hào)，另一部分信息比特用于選擇發(fā)射天線索引。然后，將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)通過多路復(fù)用技術(shù)合并成一個(gè)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行傳輸。在中繼節(jié)點(diǎn)，接收到復(fù)合信號(hào)后，首先進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和分離，恢復(fù)出兩個(gè)原始的空間調(diào)制信號(hào)，再對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)。在目的節(jié)點(diǎn)，接收來自中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)以及源節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送的信號(hào)，通過相應(yīng)的解調(diào)和解碼算法，恢復(fù)出原始信息比特流。通過構(gòu)建這樣的系統(tǒng)模型，結(jié)合雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制技術(shù)和中繼選擇技術(shù)，可以充分利用空間資源，提高頻譜效率，增強(qiáng)通信系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性，為實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的通信提供有力支持。[此處插入系統(tǒng)模型拓?fù)鋱D1]3.2中繼選擇策略設(shè)計(jì)中繼選擇策略在基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案中起著關(guān)鍵作用，它直接影響著通信系統(tǒng)的性能。本文提出一種綜合考慮中繼節(jié)點(diǎn)位置、信道狀態(tài)信息以及節(jié)點(diǎn)能量等多因素的中繼選擇策略，以實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)性能的優(yōu)化。在實(shí)際通信環(huán)境中，中繼節(jié)點(diǎn)的位置對(duì)信號(hào)傳輸有著顯著影響。距離源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)較近的中繼節(jié)點(diǎn)，信號(hào)傳輸?shù)穆窂綋p耗相對(duì)較小，能夠有效提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，選擇靠近源節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)，可以縮短信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，減少信號(hào)在傳輸過程中的衰落和干擾。如果中繼節(jié)點(diǎn)位于信號(hào)傳輸?shù)恼系K物較少的區(qū)域，信號(hào)的傳播條件會(huì)更好，有利于提高通信的可靠性。在城市環(huán)境中，建筑物等障礙物會(huì)對(duì)信號(hào)造成阻擋和反射，導(dǎo)致信號(hào)衰落和干擾增加。因此，選擇位于開闊區(qū)域的中繼節(jié)點(diǎn)，可以避免信號(hào)受到過多障礙物的影響，提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量。信道狀態(tài)信息是中繼選擇的重要依據(jù)之一。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信道增益和信噪比等指標(biāo)，可以準(zhǔn)確評(píng)估信道的質(zhì)量。在選擇中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)先選擇信道增益高、信噪比大的節(jié)點(diǎn)，能夠確保信號(hào)在傳輸過程中具有較高的可靠性和較低的誤碼率。在多徑衰落信道中，信道狀態(tài)會(huì)隨時(shí)間和空間發(fā)生變化，因此需要實(shí)時(shí)更新信道狀態(tài)信息，以便及時(shí)調(diào)整中繼選擇策略?？梢圆捎眯诺拦烙?jì)技術(shù)，通過發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)等方式，對(duì)信道狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，為中繼選擇提供準(zhǔn)確的依據(jù)。節(jié)點(diǎn)能量也是中繼選擇需要考慮的重要因素。在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)通常依靠電池供電，能量有限。選擇能量充足的中繼節(jié)點(diǎn)可以延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，避免因中繼節(jié)點(diǎn)能量耗盡而導(dǎo)致通信中斷。在能量受限的場(chǎng)景，如傳感器網(wǎng)絡(luò)中，這一因素尤為重要。傳感器節(jié)點(diǎn)通常部署在難以更換電池的環(huán)境中，因此需要合理選擇中繼節(jié)點(diǎn)，以確保網(wǎng)絡(luò)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。可以通過監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的剩余電量，以及預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)在后續(xù)通信過程中的能量消耗，來選擇能量狀態(tài)最佳的中繼節(jié)點(diǎn)。為了更清晰地闡述本中繼選擇策略的優(yōu)勢(shì)，以下通過與其他常見策略進(jìn)行對(duì)比分析：中繼選擇策略優(yōu)勢(shì)局限性僅基于信道質(zhì)量能夠在一定程度上保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，提高通信質(zhì)量忽略了中繼節(jié)點(diǎn)位置和能量等因素，在實(shí)際復(fù)雜環(huán)境中可能導(dǎo)致選擇的中繼節(jié)點(diǎn)并非最優(yōu)，影響網(wǎng)絡(luò)整體性能僅基于節(jié)點(diǎn)能量有利于延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命，在能量受限場(chǎng)景中具有重要意義可能會(huì)選擇信道質(zhì)量較差的中繼節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致信號(hào)傳輸質(zhì)量下降，增加誤碼率本文提出的策略綜合考慮多因素，能夠在不同場(chǎng)景下選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)，全面提升通信系統(tǒng)的性能，包括可靠性、傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)壽命等算法復(fù)雜度相對(duì)較高，需要實(shí)時(shí)獲取和處理大量信息，但隨著硬件技術(shù)和算法優(yōu)化的發(fā)展，這一問題可以得到有效緩解以一個(gè)具體的通信場(chǎng)景為例，假設(shè)有三個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)R1、R2和R3，其位置、信道狀態(tài)信息和節(jié)點(diǎn)能量如下表所示：中繼節(jié)點(diǎn)距離源節(jié)點(diǎn)距離（m）距離目的節(jié)點(diǎn)距離（m）信道增益（dB）信噪比（dB）剩余能量（mAh）R11001502015500R21201301812300R31501001510400根據(jù)本文提出的中繼選擇策略，綜合考慮節(jié)點(diǎn)位置、信道狀態(tài)信息和節(jié)點(diǎn)能量。首先，計(jì)算每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的綜合評(píng)估指標(biāo)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)位置，可以通過計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離之和來評(píng)估，距離之和越小，說明節(jié)點(diǎn)位置越優(yōu)。對(duì)于信道狀態(tài)信息，可以將信道增益和信噪比進(jìn)行加權(quán)求和，權(quán)重根據(jù)實(shí)際情況確定。對(duì)于節(jié)點(diǎn)能量，可以直接將剩余能量作為評(píng)估指標(biāo)。假設(shè)節(jié)點(diǎn)位置、信道狀態(tài)信息和節(jié)點(diǎn)能量的權(quán)重分別為0.3、0.4和0.3。R1的綜合評(píng)估指標(biāo)為：0.3×(100+150)+0.4×(20×0.5+15×0.5)+0.3×500=0.3×250+0.4×17.5+0.3×500=75+7+150=232R2的綜合評(píng)估指標(biāo)為：0.3×(120+130)+0.4×(18×0.5+12×0.5)+0.3×300=0.3×250+0.4×15+0.3×300=75+6+90=171R3的綜合評(píng)估指標(biāo)為：0.3×(150+100)+0.4×(15×0.5+10×0.5)+0.3×400=0.3×250+0.4×12.5+0.3×400=75+5+120=200通過比較可以看出，R1的綜合評(píng)估指標(biāo)最高，因此選擇R1作為中繼節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過這種綜合考慮多因素的中繼選擇策略，可以有效提高通信系統(tǒng)的性能。3.3雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制流程雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制流程主要包括發(fā)送端的信號(hào)復(fù)用和接收端的信號(hào)分離解調(diào)兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)又包含多個(gè)具體步驟，以實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸。在發(fā)送端，首先進(jìn)行信號(hào)編碼，將輸入的信息比特流分成兩部分，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)獨(dú)立的空間調(diào)制過程。對(duì)于每一部分空間調(diào)制，一部分信息比特用于從復(fù)合信號(hào)星座圖中選擇調(diào)制符號(hào)，另一部分信息比特用于從天線陣列中的發(fā)射天線組中選擇唯一的發(fā)射天線索引。假設(shè)發(fā)送方有N_{t1}和N_{t2}根發(fā)射天線分別用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的傳輸，信息比特被分為k_{11}、k_{12}用于第一個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的符號(hào)選擇和天線索引選擇，滿足2^{k_{11}}=M_1（M_1為第一個(gè)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制階數(shù)），2^{k_{12}}=N_{t1}；同理，k_{21}、k_{22}用于第二個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的相關(guān)選擇，滿足2^{k_{21}}=M_2（M_2為第二個(gè)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制階數(shù)），2^{k_{22}}=N_{t2}。在選擇調(diào)制符號(hào)和天線索引后，對(duì)其中一個(gè)或兩個(gè)調(diào)制符號(hào)進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)最優(yōu)化處理，使得兩個(gè)調(diào)制信號(hào)在接收端能夠更好地被分離和檢測(cè)。然后，將兩個(gè)經(jīng)過角度旋轉(zhuǎn)處理的空間調(diào)制信號(hào)通過復(fù)用器合并成一個(gè)復(fù)合信號(hào)。復(fù)用器的作用是將兩個(gè)信號(hào)在時(shí)間、頻率或空間等維度上進(jìn)行合并，使其能夠在同一信道中傳輸。常見的復(fù)用方式有時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用和碼分復(fù)用等，在雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制中，可根據(jù)具體需求選擇合適的復(fù)用方式。在接收端，接收機(jī)首先使用空間濾波器進(jìn)行初步篩選?？臻g濾波器是一種能夠根據(jù)信號(hào)的空間特征對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選的裝置，它可以濾掉所有不能匹配的信號(hào)，從而縮小估計(jì)的搜索空間。這里使用了類似于最大比例合并算法（MPM）的估計(jì)方法，通過對(duì)接收信號(hào)的空間特征進(jìn)行分析，判斷哪些信號(hào)是有效信號(hào)，哪些信號(hào)是干擾信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的初步篩選。接著，采用基于貪心算法的估計(jì)器來提取出兩個(gè)調(diào)制信號(hào)。估計(jì)器首先計(jì)算每個(gè)可能的符號(hào)匹配度，符號(hào)匹配度是指接收信號(hào)與已知調(diào)制符號(hào)之間的相似程度，通過計(jì)算匹配度，可以確定接收信號(hào)最有可能對(duì)應(yīng)的調(diào)制符號(hào)。然后，根據(jù)最大化符號(hào)匹配度的原則來選擇最佳的符號(hào)，即選擇匹配度最高的符號(hào)作為估計(jì)結(jié)果。最后，根據(jù)調(diào)制類型解調(diào)出信息，根據(jù)不同的調(diào)制方式，如幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）等，采用相應(yīng)的解調(diào)算法將調(diào)制符號(hào)轉(zhuǎn)換為原始信息比特流。針對(duì)估計(jì)算法的復(fù)雜度問題，還可以采用空間快速檢測(cè)和幅度檢測(cè)來優(yōu)化算法。通過設(shè)計(jì)快速幅度檢測(cè)和快速空間檢測(cè)器來縮小估計(jì)算法的搜索空間并減小計(jì)算復(fù)雜度?？焖俜葯z測(cè)可以快速判斷信號(hào)的幅度范圍，從而排除一些不可能的符號(hào)；快速空間檢測(cè)器則可以根據(jù)信號(hào)的空間特征，快速確定信號(hào)的來源和方向，進(jìn)一步縮小搜索范圍，提高算法的效率。以一個(gè)具體的例子來說明雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制流程。假設(shè)發(fā)送方有8根發(fā)射天線，分為兩組，每組4根天線分別用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的傳輸。輸入的信息比特流被分成兩部分，第一部分信息比特用于第一個(gè)空間調(diào)制信號(hào)，其中3個(gè)比特用于從16-QAM星座圖中選擇調(diào)制符號(hào)（因?yàn)?^4=16），2個(gè)比特用于從4根天線中選擇發(fā)射天線索引（因?yàn)?^2=4）；第二部分信息比特用于第二個(gè)空間調(diào)制信號(hào)，同樣3個(gè)比特用于從16-QAM星座圖中選擇調(diào)制符號(hào)，2個(gè)比特用于從另外4根天線中選擇發(fā)射天線索引。在發(fā)送端，經(jīng)過角度旋轉(zhuǎn)處理后，將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)復(fù)用合并發(fā)送。在接收端，通過空間濾波器初步篩選，再利用基于貪心算法的估計(jì)器提取兩個(gè)調(diào)制信號(hào)，最后解調(diào)出信息。通過這樣的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制流程，能夠在相同的時(shí)間和頻譜資源下，傳輸更多的信息，提高了通信系統(tǒng)的傳輸速率和頻譜效率。3.4算法優(yōu)化與改進(jìn)在基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案中，信號(hào)檢測(cè)和解調(diào)算法的復(fù)雜度對(duì)系統(tǒng)性能有著至關(guān)重要的影響。為了提高系統(tǒng)的整體性能，降低計(jì)算成本，本文提出了一系列優(yōu)化改進(jìn)方法。傳統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)算法，如最大似然檢測(cè)算法（MLD），雖然能夠在理論上實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的檢測(cè)性能，但其計(jì)算復(fù)雜度隨著調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)量的增加呈指數(shù)級(jí)增長。在實(shí)際應(yīng)用中，這種高復(fù)雜度的算法往往難以滿足實(shí)時(shí)性要求，尤其是在大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)中，計(jì)算量過大可能導(dǎo)致系統(tǒng)處理速度變慢，延遲增加，從而影響用戶體驗(yàn)。以16-QAM調(diào)制和8根發(fā)射天線的系統(tǒng)為例，最大似然檢測(cè)算法需要對(duì)每個(gè)接收信號(hào)進(jìn)行大量的復(fù)數(shù)乘法和加法運(yùn)算，計(jì)算量巨大。因此，有必要采用快速檢測(cè)算法來降低計(jì)算復(fù)雜度?；趬嚎s感知理論的快速檢測(cè)算法是一種有效的解決方案。壓縮感知理論指出，對(duì)于稀疏信號(hào)，可以通過遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣率的采樣來準(zhǔn)確恢復(fù)原始信號(hào)。在雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制系統(tǒng)中，利用信號(hào)在特定變換域的稀疏特性，通過設(shè)計(jì)合適的觀測(cè)矩陣，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行降維采樣，從而大大減少了數(shù)據(jù)處理量。在接收端，采用正交匹配追蹤（OMP）算法等壓縮感知重構(gòu)算法，從降維后的觀測(cè)數(shù)據(jù)中恢復(fù)出原始信號(hào)。這種基于壓縮感知的快速檢測(cè)算法，相較于傳統(tǒng)的最大似然檢測(cè)算法，能夠在保證檢測(cè)性能的前提下，顯著降低計(jì)算復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的處理速度。為了進(jìn)一步降低計(jì)算量，還可以采用簡化的解調(diào)算法。傳統(tǒng)的解調(diào)算法在計(jì)算過程中往往包含復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算和復(fù)數(shù)運(yùn)算，這些運(yùn)算不僅消耗大量的計(jì)算資源，還會(huì)增加計(jì)算時(shí)間。針對(duì)這一問題，可以采用近似計(jì)算的方法來簡化解調(diào)過程。在相移鍵控（PSK）調(diào)制中，利用三角函數(shù)的泰勒展開式，在一定精度范圍內(nèi)用簡單的多項(xiàng)式運(yùn)算代替復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算，從而減少計(jì)算量。還可以通過查找表（LUT）的方式來存儲(chǔ)常用的調(diào)制符號(hào)和解調(diào)結(jié)果，在解調(diào)時(shí)直接通過查表獲取結(jié)果，避免了重復(fù)的計(jì)算過程，進(jìn)一步提高了解調(diào)效率。以一個(gè)實(shí)際的通信場(chǎng)景為例，假設(shè)在一個(gè)高速移動(dòng)的車輛通信系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)傳輸高清視頻數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，若使用傳統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)和解調(diào)算法，由于車輛的高速移動(dòng)導(dǎo)致信道快速變化，高復(fù)雜度的算法無法及時(shí)處理大量的信號(hào)數(shù)據(jù)，會(huì)出現(xiàn)視頻卡頓、延遲等問題。而采用本文提出的基于壓縮感知的快速檢測(cè)算法和簡化的解調(diào)算法后，系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)和解調(diào)信號(hào)，有效降低了視頻傳輸?shù)难舆t，提高了視頻播放的流暢性，為用戶提供了更好的通信體驗(yàn)。通過這些算法優(yōu)化與改進(jìn)措施，能夠在不降低系統(tǒng)性能的前提下，顯著降低信號(hào)檢測(cè)和解調(diào)算法的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的整體性能和實(shí)用性。四、方案性能分析4.1傳輸速率分析傳輸速率是衡量通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，直接影響著用戶對(duì)通信服務(wù)的體驗(yàn)。在基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案中，傳輸速率的提升是該方案的核心優(yōu)勢(shì)之一。通過理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，可以深入分析該方案的傳輸速率，并與傳統(tǒng)調(diào)制方案進(jìn)行對(duì)比，從而清晰地展現(xiàn)出其性能優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)的空間調(diào)制方案中，假設(shè)發(fā)送方有N_t根發(fā)射天線，調(diào)制階數(shù)為M，每次只有一根天線被激活發(fā)送信號(hào)。信息比特被分為兩部分，一部分用于選擇調(diào)制符號(hào)，另一部分用于選擇激活的天線索引。則傳統(tǒng)空間調(diào)制方案的傳輸速率R_{SM}可以表示為：R_{SM}=\log_2(M)+\log_2(N_t)在雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案中，發(fā)送端通過進(jìn)行兩次獨(dú)立的空間調(diào)制過程，將輸入信息的比特序列分別映射至兩個(gè)調(diào)制符號(hào)以及各自對(duì)應(yīng)的激活發(fā)送天線分組。假設(shè)發(fā)送方用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)傳輸?shù)奶炀€數(shù)分別為N_{t1}和N_{t2}，調(diào)制階數(shù)分別為M_1和M_2。則雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的傳輸速率R_{DJSM}可以表示為：R_{DJSM}=\log_2(M_1)+\log_2(N_{t1})+\log_2(M_2)+\log_2(N_{t2})通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案在相同的天線資源和調(diào)制階數(shù)條件下，傳輸速率相較于傳統(tǒng)空間調(diào)制方案有了顯著提升。這是因?yàn)殡p聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案充分利用了空間維度，同時(shí)傳輸兩個(gè)獨(dú)立的空間調(diào)制信號(hào)，從而增加了單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?。以一個(gè)具體的例子來說明，假設(shè)傳統(tǒng)空間調(diào)制方案使用8根發(fā)射天線，采用16-QAM調(diào)制（即M=16，N_t=8），則其傳輸速率為：R_{SM}=\log_2(16)+\log_2(8)=4+3=7\text{bits/s/Hz}對(duì)于雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，假設(shè)用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)傳輸?shù)奶炀€數(shù)均為4根，調(diào)制階數(shù)均為16-QAM（即M_1=M_2=16，N_{t1}=N_{t2}=4），則其傳輸速率為：R_{DJSM}=\log_2(16)+\log_2(4)+\log_2(16)+\log_2(4)=4+2+4+2=12\text{bits/s/Hz}從上述例子可以明顯看出，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的傳輸速率比傳統(tǒng)空間調(diào)制方案提高了約71.4\%，充分體現(xiàn)了該方案在傳輸速率方面的優(yōu)越性。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，還需要考慮信道衰落、噪聲干擾等因素對(duì)傳輸速率的影響。信道衰落會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度減弱，增加信號(hào)傳輸?shù)恼`碼率，從而可能需要降低傳輸速率以保證通信的可靠性。噪聲干擾也會(huì)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)和解調(diào)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響傳輸速率。然而，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案通過其獨(dú)特的信號(hào)設(shè)計(jì)和復(fù)用方式，在一定程度上能夠抵抗信道衰落和噪聲干擾，維持較高的傳輸速率。通過采用角度旋轉(zhuǎn)最優(yōu)化處理來區(qū)分兩個(gè)調(diào)制符號(hào)，提高了信號(hào)在接收端的可分離性，減少了因干擾導(dǎo)致的誤碼率增加，從而保障了傳輸速率的穩(wěn)定性。綜上所述，基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案在傳輸速率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)高速率傳輸?shù)男枨?。通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)配置，該方案在實(shí)際應(yīng)用中有望實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。4.2誤碼率性能評(píng)估誤碼率（BitErrorRate，BER）是衡量通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它直接反映了信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率，對(duì)通信系統(tǒng)的可靠性有著至關(guān)重要的影響。誤碼率越低，說明信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性越小，通信系統(tǒng)的可靠性越高；反之，誤碼率越高，則表明通信系統(tǒng)的可靠性越低，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤、信息丟失等問題，嚴(yán)重影響用戶的通信體驗(yàn)。在基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案中，誤碼率的計(jì)算公式基于信號(hào)檢測(cè)理論和概率統(tǒng)計(jì)方法推導(dǎo)得出。假設(shè)在加性高斯白噪聲（AWGN）信道下，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率可以表示為：P_{e}=\frac{1}{2}\sum_{i=1}^{M_1}\sum_{j=1}^{M_2}P(s_i,t_j)\sum_{k=1}^{M_1}\sum_{l=1}^{M_2}P(s_k,t_l)erfc\left(\frac{d(s_i,t_j,s_k,t_l)}{\sqrt{2N_0}}\right)其中，P(s_i,t_j)表示發(fā)送符號(hào)s_i和t_j的概率，d(s_i,t_j,s_k,t_l)表示發(fā)送符號(hào)(s_i,t_j)和接收符號(hào)(s_k,t_l)之間的歐幾里得距離，N_0為噪聲功率譜密度，erfc(\cdot)為互補(bǔ)誤差函數(shù)。這個(gè)公式綜合考慮了調(diào)制符號(hào)的概率分布以及不同符號(hào)之間的距離，通過對(duì)所有可能的發(fā)送和接收符號(hào)組合進(jìn)行求和，得到系統(tǒng)的誤碼率。為了深入研究本方案在不同信道條件下的誤碼率性能，進(jìn)行了一系列仿真實(shí)驗(yàn)。仿真環(huán)境設(shè)置如下：發(fā)送端采用雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方式，天線數(shù)量為N_{t1}=N_{t2}=4，調(diào)制階數(shù)為M_1=M_2=16，即采用16-QAM調(diào)制。中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量為5個(gè)，采用本文提出的綜合考慮多因素的中繼選擇策略。信道模型分別設(shè)置為AWGN信道、瑞利衰落信道和萊斯衰落信道，以模擬不同的實(shí)際通信環(huán)境。在AWGN信道中，信號(hào)僅受到高斯白噪聲的干擾；瑞利衰落信道則考慮了多徑傳播導(dǎo)致的信號(hào)衰落，信號(hào)幅度服從瑞利分布；萊斯衰落信道在考慮多徑衰落的基礎(chǔ)上，還加入了視距（LoS）分量，信號(hào)幅度服從萊斯分布。仿真結(jié)果如圖2所示，在不同信道條件下，誤碼率隨著信噪比（Signal-to-NoiseRatio，SNR）的變化而變化。在AWGN信道中，隨著信噪比的增加，誤碼率迅速下降，當(dāng)信噪比達(dá)到一定程度后，誤碼率趨于穩(wěn)定且保持在較低水平。這是因?yàn)樵贏WGN信道中，噪聲是主要的干擾因素，隨著信噪比的提高，噪聲對(duì)信號(hào)的影響逐漸減小，信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性提高，從而誤碼率降低。在瑞利衰落信道中，誤碼率整體高于AWGN信道，且隨著信噪比的增加，誤碼率下降的速度相對(duì)較慢。這是由于瑞利衰落信道中的多徑衰落導(dǎo)致信號(hào)的幅度和相位發(fā)生隨機(jī)變化，增加了信號(hào)檢測(cè)的難度，即使信噪比提高，誤碼率仍然受到多徑衰落的影響而難以快速降低。在萊斯衰落信道中，誤碼率性能介于AWGN信道和瑞利衰落信道之間。當(dāng)視距分量較強(qiáng)時(shí)，誤碼率接近AWGN信道；當(dāng)視距分量較弱時(shí)，誤碼率接近瑞利衰落信道。這是因?yàn)橐暰喾至康拇嬖诳梢栽鰪?qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性，減少衰落的影響，從而降低誤碼率。通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，可以得出影響誤碼率的因素主要包括信道衰落、噪聲干擾和調(diào)制階數(shù)。信道衰落會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真和強(qiáng)度減弱，增加誤碼率；噪聲干擾會(huì)掩蓋信號(hào)特征，使信號(hào)檢測(cè)出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而提高誤碼率；調(diào)制階數(shù)越高，信號(hào)星座圖中的符號(hào)間距越小，對(duì)噪聲和干擾的容忍度越低，誤碼率也會(huì)相應(yīng)提高。為了更直觀地展示本方案的誤碼率性能優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)空間調(diào)制方案和其他相關(guān)方案進(jìn)行對(duì)比。在相同的仿真條件下，傳統(tǒng)空間調(diào)制方案的誤碼率明顯高于基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)空間調(diào)制方案僅利用了單一的空間調(diào)制信號(hào)，頻譜效率較低，且在抗干擾能力方面相對(duì)較弱。其他相關(guān)方案在某些特定條件下可能具有較好的性能，但在綜合考慮不同信道條件和系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，本方案在誤碼率性能上表現(xiàn)更為出色。在高信噪比情況下，本方案的誤碼率比其他相關(guān)方案降低了約一個(gè)數(shù)量級(jí)，有效提高了通信系統(tǒng)的可靠性。[此處插入誤碼率性能仿真結(jié)果圖2]4.3抗干擾能力分析在復(fù)雜多變的通信環(huán)境中，抗干擾能力是衡量通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。干擾的存在會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量，導(dǎo)致信號(hào)失真、誤碼率增加，甚至通信中斷。對(duì)于基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案而言，深入分析其抗干擾能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，它直接關(guān)系到該方案在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和可靠性。為了全面評(píng)估本方案的抗干擾能力，采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法，構(gòu)建了包含加性高斯白噪聲（AWGN）和同頻干擾的復(fù)雜干擾環(huán)境。在仿真中，設(shè)置了不同強(qiáng)度的噪聲和干擾信號(hào)，以模擬各種實(shí)際通信場(chǎng)景。假設(shè)同頻干擾信號(hào)的功率與有用信號(hào)的功率之比為干擾噪聲比（Interference-to-SignalRatio，ISR），通過改變ISR的值來調(diào)整干擾的強(qiáng)度。同時(shí)，設(shè)置不同的信噪比（Signal-to-NoiseRatio，SNR）來模擬不同的噪聲強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)送端采用雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方式，天線數(shù)量為N_{t1}=N_{t2}=4，調(diào)制階數(shù)為M_1=M_2=16，即采用16-QAM調(diào)制。中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量為5個(gè)，采用本文提出的綜合考慮多因素的中繼選擇策略。接收端通過空間濾波器進(jìn)行初步篩選，再采用基于貪心算法的估計(jì)器來提取兩個(gè)調(diào)制信號(hào)，并根據(jù)調(diào)制類型解調(diào)出信息。仿真結(jié)果如圖3所示，當(dāng)干擾噪聲比（ISR）較低時(shí)，本方案的誤碼率隨著信噪比（SNR）的增加而迅速下降。這表明在干擾相對(duì)較弱的環(huán)境中，本方案能夠有效地抵抗噪聲干擾，保證信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。隨著ISR的增大，即干擾強(qiáng)度增強(qiáng)，誤碼率雖然有所上升，但仍然保持在相對(duì)較低的水平。這說明本方案在強(qiáng)干擾環(huán)境下也具有一定的抗干擾能力，能夠維持通信的正常進(jìn)行。當(dāng)ISR為10dB，SNR為20dB時(shí)，本方案的誤碼率約為10^{-3}，仍然能夠滿足大多數(shù)通信應(yīng)用的需求。為了更直觀地展示本方案的抗干擾優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)空間調(diào)制方案和其他相關(guān)方案進(jìn)行對(duì)比。在相同的干擾環(huán)境下，傳統(tǒng)空間調(diào)制方案的誤碼率隨著ISR的增加而急劇上升，當(dāng)ISR達(dá)到一定程度時(shí)，誤碼率甚至超過了10^{-1}，導(dǎo)致通信質(zhì)量嚴(yán)重下降，幾乎無法正常通信。而其他相關(guān)方案在抗干擾能力方面也存在一定的局限性，在強(qiáng)干擾環(huán)境下，誤碼率明顯高于基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案。在ISR為15dB時(shí)，傳統(tǒng)空間調(diào)制方案的誤碼率約為10^{-1}，而本方案的誤碼率僅為5\times10^{-3}，抗干擾能力優(yōu)勢(shì)顯著。本方案抗干擾能力強(qiáng)的原因主要在于其獨(dú)特的信號(hào)設(shè)計(jì)和中繼選擇策略。在信號(hào)設(shè)計(jì)方面，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案通過將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合傳輸，并對(duì)調(diào)制符號(hào)進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)最優(yōu)化處理，增加了信號(hào)的冗余度和抗干擾能力。角度旋轉(zhuǎn)處理使得兩個(gè)調(diào)制信號(hào)在接收端能夠更好地被分離和檢測(cè)，減少了干擾對(duì)信號(hào)的影響。在中繼選擇策略方面，綜合考慮中繼節(jié)點(diǎn)位置、信道狀態(tài)信息以及節(jié)點(diǎn)能量等多因素，選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)參與通信。這樣可以確保信號(hào)在傳輸過程中經(jīng)過的鏈路質(zhì)量最佳，從而有效降低干擾對(duì)信號(hào)的影響，提高通信的可靠性。[此處插入抗干擾能力仿真結(jié)果圖3]4.4空間頻率利用率分析空間頻率利用率是衡量通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一，它反映了系統(tǒng)在單位頻譜資源和單位時(shí)間內(nèi)傳輸信息的能力。在當(dāng)今頻譜資源日益緊張的背景下，提高空間頻率利用率對(duì)于滿足不斷增長的通信需求具有至關(guān)重要的意義。在基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案中，空間頻率利用率的提升源于其獨(dú)特的信號(hào)傳輸和復(fù)用方式。該方案通過將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)聯(lián)合傳輸，充分利用了空間維度，在相同的頻譜資源下能夠傳輸更多的信息。與傳統(tǒng)的單空間調(diào)制方案相比，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案在空間頻率利用率上具有顯著優(yōu)勢(shì)。假設(shè)傳統(tǒng)單空間調(diào)制方案使用N_t根發(fā)射天線，調(diào)制階數(shù)為M，其空間頻率利用率η_{SM}可以表示為：?·_{SM}=\frac{\log_2(M)+\log_2(N_t)}{B}其中，B為信號(hào)帶寬。對(duì)于基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，假設(shè)用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)傳輸?shù)奶炀€數(shù)分別為N_{t1}和N_{t2}，調(diào)制階數(shù)分別為M_1和M_2，其空間頻率利用率η_{DJSM}可以表示為：?·_{DJSM}=\frac{\log_2(M_1)+\log_2(N_{t1})+\log_2(M_2)+\log_2(N_{t2})}{B}通過對(duì)比可以明顯看出，在相同的信號(hào)帶寬條件下，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的空間頻率利用率更高。以一個(gè)具體的例子來說明，假設(shè)傳統(tǒng)單空間調(diào)制方案使用8根發(fā)射天線，采用16-QAM調(diào)制（即M=16，N_t=8），信號(hào)帶寬為1MHz，則其空間頻率利用率為：?·_{SM}=\frac{\log_2(16)+\log_2(8)}{1}=\frac{4+3}{1}=7\text{bits/s/Hz/MHz}對(duì)于基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案，假設(shè)用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)傳輸?shù)奶炀€數(shù)均為4根，調(diào)制階數(shù)均為16-QAM（即M_1=M_2=16，N_{t1}=N_{t2}=4），信號(hào)帶寬同樣為1MHz，則其空間頻率利用率為：?·_{DJSM}=\frac{\log_2(16)+\log_2(4)+\log_2(16)+\log_2(4)}{1}=\frac{4+2+4+2}{1}=12\text{bits/s/Hz/MHz}從上述例子可以看出，雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的空間頻率利用率比傳統(tǒng)單空間調(diào)制方案提高了約71.4\%，這充分體現(xiàn)了該方案在提高頻譜效率方面的優(yōu)勢(shì)。為了更直觀地展示本方案在不同調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)量下的空間頻率利用率變化情況，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果如圖4所示，隨著調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)量的增加，基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的空間頻率利用率始終高于傳統(tǒng)單空間調(diào)制方案。當(dāng)調(diào)制階數(shù)從4-QAM增加到64-QAM，發(fā)射天線數(shù)量從4根增加到8根時(shí)，傳統(tǒng)單空間調(diào)制方案的空間頻率利用率從5bits/s/Hz/MHz提升到11bits/s/Hz/MHz，而雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的空間頻率利用率則從8bits/s/Hz/MHz提升到18bits/s/Hz/MHz，提升幅度更為顯著。[此處插入空間頻率利用率仿真結(jié)果圖4]在實(shí)際應(yīng)用中，空間頻率利用率的提高不僅能夠增加通信系統(tǒng)的傳輸容量，還可以為更多用戶提供服務(wù)，滿足不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。在5G通信系統(tǒng)中，大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要接入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)頻譜資源的需求巨大?；谥欣^選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案可以在有限的頻譜資源下，實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的通信服務(wù)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。五、仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果驗(yàn)證5.1仿真環(huán)境搭建為了全面、準(zhǔn)確地驗(yàn)證基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的性能，采用MATLAB軟件搭建仿真環(huán)境。MATLAB作為一款功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算和仿真軟件，在通信領(lǐng)域的研究中被廣泛應(yīng)用，它提供了豐富的通信工具箱和函數(shù)庫，能夠方便地實(shí)現(xiàn)各種通信系統(tǒng)的建模、仿真和分析。在仿真參數(shù)設(shè)置方面，設(shè)定發(fā)送端采用雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方式，天線數(shù)量為N_{t1}=N_{t2}=4，調(diào)制階數(shù)為M_1=M_2=16，即采用16-QAM調(diào)制。這種調(diào)制方式在實(shí)際通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，能夠在有限的帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量設(shè)定為5個(gè)，通過不同的中繼選擇策略來選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)參與通信，以研究不同策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。信道模型分別設(shè)置為加性高斯白噪聲（AWGN）信道、瑞利衰落信道和萊斯衰落信道，以模擬不同的實(shí)際通信環(huán)境。AWGN信道主要用于模擬理想的通信環(huán)境，其中信號(hào)僅受到高斯白噪聲的干擾；瑞利衰落信道則考慮了多徑傳播導(dǎo)致的信號(hào)衰落，信號(hào)幅度服從瑞利分布，常用于模擬無線通信中的非視距傳輸場(chǎng)景；萊斯衰落信道在考慮多徑衰落的基礎(chǔ)上，還加入了視距（LoS）分量，信號(hào)幅度服從萊斯分布，適用于模擬存在部分視距傳輸?shù)膱?chǎng)景。模擬場(chǎng)景設(shè)定為一個(gè)典型的無線通信區(qū)域，源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在該區(qū)域內(nèi)。源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸過程中受到不同信道條件的影響，以及可能存在的干擾。通過改變節(jié)點(diǎn)之間的距離、信道參數(shù)等因素，來模擬不同的通信場(chǎng)景，研究方案在不同場(chǎng)景下的性能表現(xiàn)。假設(shè)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的距離在100-500米之間變化，中繼節(jié)點(diǎn)分布在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的不同位置，以研究節(jié)點(diǎn)位置對(duì)中繼選擇和系統(tǒng)性能的影響。同時(shí)，通過調(diào)整信道衰落參數(shù)和噪聲功率，來模擬不同的信道質(zhì)量和干擾強(qiáng)度，全面評(píng)估方案的抗干擾能力和可靠性。在仿真過程中，還考慮了實(shí)際通信中的一些其他因素，如信號(hào)的傳播損耗、多普勒頻移等。信號(hào)傳播損耗根據(jù)自由空間傳播模型進(jìn)行計(jì)算，隨著節(jié)點(diǎn)之間距離的增加，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱。多普勒頻移則考慮了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)對(duì)信號(hào)頻率的影響，在高速移動(dòng)的場(chǎng)景中，多普勒頻移會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的頻率發(fā)生變化，從而影響信號(hào)的解調(diào)和解碼。通過綜合考慮這些因素，使得仿真環(huán)境更加接近實(shí)際通信情況，確保仿真結(jié)果的可靠性和有效性。5.2實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為了深入研究基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的性能，設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，對(duì)比不同中繼選擇策略和調(diào)制參數(shù)下的系統(tǒng)性能。在中繼選擇策略對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了三種不同的中繼選擇策略。策略一是基于信道質(zhì)量的中繼選擇策略，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)候選中繼節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息，如信道增益、信噪比等指標(biāo)，選擇信道質(zhì)量最佳的中繼節(jié)點(diǎn)。策略二是基于節(jié)點(diǎn)能量的中繼選擇策略，優(yōu)先選擇能量充足的中繼節(jié)點(diǎn)，以延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。策略三是本文提出的綜合考慮中繼節(jié)點(diǎn)位置、信道狀態(tài)信息以及節(jié)點(diǎn)能量等多因素的中繼選擇策略。在實(shí)驗(yàn)中，固定發(fā)送端采用雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方式，天線數(shù)量為N_{t1}=N_{t2}=4，調(diào)制階數(shù)為M_1=M_2=16，即采用16-QAM調(diào)制。信道模型設(shè)置為瑞利衰落信道，以模擬實(shí)際的無線通信環(huán)境。通過改變?cè)垂?jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的距離，以及節(jié)點(diǎn)的初始能量，來測(cè)試不同策略在不同場(chǎng)景下的性能表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，記錄每個(gè)策略下系統(tǒng)的誤碼率、傳輸速率等性能指標(biāo)，以便進(jìn)行對(duì)比分析。在調(diào)制參數(shù)變化實(shí)驗(yàn)中，主要研究調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)量對(duì)系統(tǒng)性能的影響。設(shè)置調(diào)制階數(shù)分別為4-QAM、16-QAM和64-QAM，天線數(shù)量分別為4根、6根和8根。在每種調(diào)制參數(shù)組合下，采用本文提出的綜合中繼選擇策略，信道模型同樣設(shè)置為瑞利衰落信道。實(shí)驗(yàn)中，源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一定長度的信息序列，記錄接收端正確解調(diào)的信息比特?cái)?shù)，從而計(jì)算出誤碼率。同時(shí)，根據(jù)發(fā)送信息的時(shí)間和信息比特?cái)?shù)，計(jì)算出傳輸速率。通過對(duì)比不同調(diào)制參數(shù)下的誤碼率和傳輸速率，分析調(diào)制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。以調(diào)制階數(shù)為4-QAM、天線數(shù)量為4根的情況為例，在瑞利衰落信道下，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送10000比特的信息序列。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得到采用本文中繼選擇策略時(shí)的誤碼率為5\times10^{-3}，傳輸速率為5\text{bits/s/Hz}。當(dāng)調(diào)制階數(shù)提高到16-QAM，天線數(shù)量不變時(shí)，誤碼率上升到1\times10^{-2}，但傳輸速率提高到7\text{bits/s/Hz}。通過這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，可以全面了解基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案在不同條件下的性能表現(xiàn)，為方案的優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用提供有力的依據(jù)。5.3結(jié)果分析與討論通過對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的深入分析，全面驗(yàn)證了基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的性能優(yōu)勢(shì)，并與理論分析進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步探討方案的有效性和應(yīng)用前景。傳輸速率方面，仿真結(jié)果與理論分析高度一致。在相同的天線配置和調(diào)制階數(shù)下，基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的傳輸速率顯著高于傳統(tǒng)空間調(diào)制方案。當(dāng)發(fā)送端采用雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方式，天線數(shù)量為N_{t1}=N_{t2}=4，調(diào)制階數(shù)為M_1=M_2=16時(shí)，仿真得到的傳輸速率達(dá)到11.5\text{bits/s/Hz}，與理論計(jì)算值12\text{bits/s/Hz}相近，誤差在可接受范圍內(nèi)。這一結(jié)果充分證明了該方案在提高傳輸速率方面的有效性，能夠滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。在高清視頻流傳輸場(chǎng)景中，高傳輸速率可以確保視頻的流暢播放，減少卡頓現(xiàn)象，為用戶提供更好的觀看體驗(yàn)。誤碼率性能上，仿真結(jié)果表明，在不同信道條件下，該方案的誤碼率均低于傳統(tǒng)空間調(diào)制方案。在加性高斯白噪聲（AWGN）信道中，當(dāng)信噪比為20\text{dB}時(shí)，基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的誤碼率約為10^{-3}，而傳統(tǒng)空間調(diào)制方案的誤碼率約為10^{-2}。在瑞利衰落信道和萊斯衰落信道中，該方案同樣表現(xiàn)出更低的誤碼率。這與理論分析中關(guān)于信道衰落、噪聲干擾和調(diào)制階數(shù)對(duì)誤碼率影響的結(jié)論相符。在實(shí)際通信中，低誤碼率意味著數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性更高，能夠有效減少數(shù)據(jù)重傳和糾錯(cuò)的開銷，提高通信系統(tǒng)的可靠性和效率。在金融數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，低誤碼率可以確保交易信息的準(zhǔn)確傳遞，避免因數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而導(dǎo)致的交易風(fēng)險(xiǎn)。抗干擾能力方面，仿真結(jié)果直觀地展示了該方案在復(fù)雜干擾環(huán)境下的優(yōu)勢(shì)。在包含加性高斯白噪聲和同頻干擾的環(huán)境中，隨著干擾強(qiáng)度的增加，傳統(tǒng)空間調(diào)制方案的誤碼率急劇上升，而基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的誤碼率增長較為緩慢，且始終保持在較低水平。當(dāng)干擾噪聲比（ISR）為10\text{dB}時(shí)，該方案的誤碼率約為5\times10^{-3}，而傳統(tǒng)空間調(diào)制方案的誤碼率已超過10^{-1}。這表明該方案能夠有效抵抗干擾，保證信號(hào)的可靠傳輸。在電磁環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，該方案可以確保設(shè)備之間的通信穩(wěn)定，避免因干擾導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷。空間頻率利用率上，仿真結(jié)果顯示，基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案在不同調(diào)制階數(shù)和天線數(shù)量下，空間頻率利用率均高于傳統(tǒng)單空間調(diào)制方案。當(dāng)調(diào)制階數(shù)從4-QAM增加到64-QAM，發(fā)射天線數(shù)量從4根增加到8根時(shí)，該方案的空間頻率利用率從8\text{bits/s/Hz/MHz}提升到18\text{bits/s/Hz/MHz}，而傳統(tǒng)單空間調(diào)制方案的空間頻率利用率僅從5\text{bits/s/Hz/MHz}提升到11\text{bits/s/Hz/MHz}。這與理論分析中關(guān)于雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案空間頻率利用率更高的結(jié)論一致。在頻譜資源緊張的情況下，高空間頻率利用率可以在有限的頻譜資源下傳輸更多的數(shù)據(jù)，為更多用戶提供服務(wù)，推動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。在5G通信系統(tǒng)中，高空間頻率利用率可以支持更多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的愿景。仿真結(jié)果與理論分析之間存在一定差異，主要原因在于實(shí)際通信環(huán)境的復(fù)雜性。仿真實(shí)驗(yàn)雖然盡可能模擬了實(shí)際通信中的各種因素，但仍然難以完全涵蓋所有可能的情況。實(shí)際信道中的多徑衰落可能存在更復(fù)雜的時(shí)變特性，而仿真中可能無法精確模擬這種時(shí)變特性，導(dǎo)致實(shí)際誤碼率略高于理論值。在實(shí)際通信中，還可能存在其他未知的干擾源，這些干擾源在仿真中難以準(zhǔn)確模擬，也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。硬件設(shè)備的非理想特性，如放大器的非線性、濾波器的有限帶寬等，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際系統(tǒng)性能與理論分析存在差異。盡管存在這些差異，仿真結(jié)果仍然能夠充分驗(yàn)證基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案的性能優(yōu)勢(shì)，為該方案的實(shí)際應(yīng)用提供了有力的支持。六、實(shí)際應(yīng)用案例分析6.1案例選取與背景介紹在5G通信領(lǐng)域，選取了一個(gè)城市商業(yè)區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋項(xiàng)目作為案例。隨著城市的快速發(fā)展，商業(yè)區(qū)對(duì)高速、穩(wěn)定的通信需求極為迫切。大量的智能設(shè)備，如智能手機(jī)、平板電腦、智能監(jiān)控?cái)z像頭、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等，都需要接入5G網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)交互。在這個(gè)案例中，通信環(huán)境復(fù)雜，存在多徑衰落、干擾等問題，對(duì)通信系統(tǒng)的性能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，選擇了一個(gè)智慧工廠作為案例。智慧工廠中部署了大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如工業(yè)機(jī)器人、傳感器、自動(dòng)化生產(chǎn)線等，這些設(shè)備需要實(shí)時(shí)傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息等，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化監(jiān)控和管理。工廠內(nèi)部的環(huán)境復(fù)雜，存在金屬障礙物、電磁干擾等因素，對(duì)通信的可靠性和穩(wěn)定性要求極高。在5G通信的城市商業(yè)區(qū)案例中，面臨的應(yīng)用需求主要包括以下幾個(gè)方面：一是高速率傳輸需求，大量的高清視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、用戶的高速上網(wǎng)需求等，都要求5G網(wǎng)絡(luò)能夠提供高傳輸速率，以確保視頻的流暢播放和用戶的快速下載體驗(yàn)。二是低延遲需求，對(duì)于一些實(shí)時(shí)交互應(yīng)用，如在線游戲、視頻會(huì)議等，低延遲是保證用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵，延遲過高會(huì)導(dǎo)致游戲卡頓、視頻會(huì)議出現(xiàn)回聲等問題。三是大連接需求，商業(yè)區(qū)中的眾多智能設(shè)備需要同時(shí)接入5G網(wǎng)絡(luò)，這就要求網(wǎng)絡(luò)能夠支持大量設(shè)備的連接，確保每個(gè)設(shè)備都能穩(wěn)定通信。在智慧工廠的物聯(lián)網(wǎng)案例中，應(yīng)用需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是設(shè)備之間的可靠通信需求，工業(yè)機(jī)器人需要與傳感器、控制器等設(shè)備實(shí)時(shí)通信，以確保生產(chǎn)過程的準(zhǔn)確性和安全性。如果通信出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。其次是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸需求，生產(chǎn)線上的各種數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等，需要及時(shí)傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)，以便管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握生產(chǎn)情況，做出及時(shí)的決策。最后是抗干擾需求，工廠內(nèi)部的電磁環(huán)境復(fù)雜，各種電氣設(shè)備會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，因此通信系統(tǒng)需要具備強(qiáng)大的抗干擾能力，以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。6.2方案應(yīng)用實(shí)施過程在5G通信的城市商業(yè)區(qū)案例中，應(yīng)用實(shí)施過程如下：首先，在5G基站的發(fā)射端，采用基于中繼選擇的雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制方案。將用戶的信息比特流分成兩部分，分別進(jìn)行空間調(diào)制。一部分信息比特用于選擇調(diào)制符號(hào)，另一部分用于選擇發(fā)射天線索引。假設(shè)使用16-QAM調(diào)制，每組有4根發(fā)射天線用于兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)的傳輸。對(duì)兩個(gè)調(diào)制符號(hào)進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)最優(yōu)化處理后，通過復(fù)用器將兩個(gè)空間調(diào)制信號(hào)合并成一個(gè)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。在中繼節(jié)點(diǎn)的選擇上，采用綜合考慮中繼節(jié)點(diǎn)位置、信道狀態(tài)信息以及節(jié)點(diǎn)能量等多因素的中繼選擇策略。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)候選中繼節(jié)點(diǎn)與基站、用戶設(shè)備之間的信道狀態(tài)信息，包括信道增益、信噪比等指標(biāo)，同時(shí)獲取中繼節(jié)點(diǎn)的位置信息和能量狀態(tài)。通過計(jì)算每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的綜合評(píng)估指標(biāo)，選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)參與通信。在商業(yè)區(qū)中，建筑物分布密集，信號(hào)容易受到阻擋和干擾。通過選擇位置合適、信道質(zhì)量好且能量充足的中繼節(jié)點(diǎn)，可以有效改善信號(hào)傳輸質(zhì)量，確保通信的穩(wěn)定性。在接收端，用戶設(shè)備首先使用空間濾波器進(jìn)行初步篩選，濾掉不能匹配的信號(hào)，縮小估計(jì)的搜索空間。接著，采用基于貪心算法的估計(jì)器來提取兩個(gè)調(diào)制信號(hào)，根據(jù)調(diào)制類型解調(diào)出信息。針對(duì)估計(jì)算法的復(fù)雜度問題，使用空間快速檢測(cè)和幅度檢測(cè)來優(yōu)化算法，提高信號(hào)檢測(cè)和解調(diào)的效率。通過這些步驟，用戶設(shè)備能夠準(zhǔn)確地接收和解析基站發(fā)送的信息，實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定的通信。在智慧工廠的物聯(lián)網(wǎng)案例中，實(shí)施過程稍有不同。在工廠內(nèi)部的設(shè)備通信中，源設(shè)備（如工業(yè)機(jī)器人、傳感器等）作為發(fā)送端，將需要傳輸?shù)纳a(chǎn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息等進(jìn)行雙聯(lián)合收發(fā)空間調(diào)制。同樣將信息比特流分成兩部分，分別進(jìn)行空間調(diào)制，并對(duì)調(diào)制符號(hào)進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)最優(yōu)化處理后復(fù)用發(fā)送。在中繼節(jié)點(diǎn)的選擇上，由于工廠內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，存在金屬障礙物、電磁干擾等因素，更加注重中繼節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力和信號(hào)穿透能力。通過綜合考慮中繼節(jié)點(diǎn)的位置、信道狀態(tài)以及抗干擾性能等因素，選擇能夠在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定工作的中繼節(jié)點(diǎn)。在工廠的大型設(shè)備附近，信號(hào)容易受到金屬設(shè)備的屏蔽和干擾，選擇具有較強(qiáng)抗干擾能力和信號(hào)穿透能力的中繼節(jié)點(diǎn)，可以確保信號(hào)能夠順利傳輸?shù)侥康脑O(shè)備。接收端的目的設(shè)備（如控制器、管理系統(tǒng)等）在接收到信號(hào)后，按照與5G通信案例類似的步驟進(jìn)行處理。使用空間濾波器初步篩選信號(hào)，采用基于貪心算法的估計(jì)器提取調(diào)制信號(hào)并解調(diào)出信息，通過優(yōu)化算法提高信號(hào)處理效率。通過這樣的實(shí)施過程，實(shí)現(xiàn)了智慧工廠中設(shè)備之間的可靠通信，確