空间调制MIMO系统互信息与有限 Alphabet 构造准则优化

空间调制MIMO系统是一种结合了多输入多输出（MIMO）技术与空间编码的创新无线通信方案。该系统利用多个发射和接收天线，通过在每个时间步长内选择一个天线同时发送信息和其所在的空间位置，从而实现更高的数据传输效率。本文主要探讨了这种系统中互信息的关键特性及其优化设计。 首先，作者对空间调制MIMO系统中任意数量的天线下的互信息进行了深入研究。互信息是衡量两个随机变量之间依赖程度的重要指标，在通信系统中，它反映了信道容量和传输效率。然而，由于系统的复杂性，求解空间调制MIMO系统的互信息通常不以封闭形式存在，这在寻找优化策略时带来了挑战。 针对这一问题，论文提出了一种基于Jensen不等式的近似方法来处理互信息。Jensen不等式提供了一个用于估计复杂函数的上界或下界的工具，这个近似方法使得互信息的表达简化为易于分析的形式。研究表明，这个近似在低信号噪声比（SNR）和高SNR条件下都具有较高的准确性，这对于实际系统的设计具有重要的指导意义。 进一步，作者根据这个近似的系统互信息，提出了两种新的星座设计准则。这些准则旨在针对有限 alphabet（有限符号集）的条件，最大化系统的互信息。有限 alphabet 是现实无线通信系统中的常见限制，因此，找到能够在有限资源下最大化信息传输效率的星座设计至关重要。 通过数值结果的展示，这两种设计准则的实际效果被证实有效。它们不仅提高了空间调制MIMO系统的性能，还为工程实践提供了实用的设计框架。这篇研究论文不仅深化了我们对空间调制MIMO系统互信息的理解，还为星座设计提供了有效的优化手段，有助于提升通信系统的可靠性和有效性。