空间调制MIMO系统：互信息分析与星座设计策略

“空间调制MIMO系统的互信息和星座设计准则探讨了基于空间调制（SM）的多输入多输出（MIMO）系统在任意数量的收发天线情况下的互信息。研究中提出了一个系统互信息的表达式，但由于其非封闭形式，可能导致优化时遇到困难。为解决这一问题，研究人员利用Jensen不等式提出了一种互信息的闭合形式近似值。研究表明，该近似值在低信噪比（SNR）和高SNR条件下均具有较高的准确性。此外，根据近似系统互信息，提出了两种星座设计准则，旨在有限字母集下最大化系统互信息。数值结果显示，这两种准则均能有效提升性能。” 在无线通信领域，空间调制（Spatial Modulation, SM）是一种高效利用MIMO系统资源的技术。与传统的MIMO系统相比，SM通过选择性地激活发射天线来传输信息，不仅减少了发射端的射频链需求，还能实现更高的数据传输速率和更好的能效。然而，由于SM-MIMO系统涉及到多个天线和复杂的信号处理，其互信息的精确计算和优化是一个挑战。 本文首先分析了具有任意数量天线的SM-MIMO系统的互信息。互信息是衡量通信系统信息传输能力的重要指标，它考虑了信道条件、噪声和编码等因素。作者们推导出一个非封闭形式的系统互信息表达式，但这个表达式的复杂性使得直接优化变得困难。 为了解决这个问题，研究者运用了Jensen不等式，这是一种在概率论和信息论中广泛使用的工具，用于处理期望值的不等关系。基于Jensen不等式，他们提出了一种互信息的闭合形式近似，简化了优化过程。这种近似方法在不同SNR范围内都显示出了良好的精度，为实际应用提供了实用的计算方法。 进一步，为了在有限的星座符号集下最大化系统互信息，论文提出了两种星座设计准则。星座设计是MIMO系统中的关键步骤，它直接影响着系统的容量和误码率性能。提出的准则考虑了系统互信息的优化，旨在在有限的符号集内找到最佳的星座配置，从而提高整个系统的传输效率。 数值结果验证了这两个星座设计准则的有效性，表明它们能够显著提高SM-MIMO系统的互信息，从而提升通信系统的整体性能。这些研究成果对于理解和优化SM-MIMO系统具有重要的理论价值和实际应用前景，为未来无线通信系统的设计提供了新的思路和方法。