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文章信息：
李双志,刘莹莹,李璐琦,等.面向非相干SIMO短包通信的多符号酉星座参数化设计[J/OL].电子学报,2026.DOI：10.12263/DZXB.20250986.
本文关键词：
SIMO系统;短包通信;星座设计;非相干空时调制;递归检测;最小弦距准则
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针对高阶酉星座设计及在接收端检测复杂度高的问题，本文面向块瑞利衰落信道下的非相干单输入多输出短包通信系统，提出一种低复杂度的多符号高阶酉星座参数化设计方法，以实现在短包传输中高效利用时域分集，提升系统可靠性，并降低设计与检测开销. 短包通信是支持超可靠低时延通信的关键技术之一，其传输块长度有限，传统信道编码与相干检测方案因需分配大量导频进行信道估计而导致频谱效率下降. 非相干通信虽无需瞬时信道状态信息，但传统非结构化酉星座的设计与最大似然检测复杂度随调制阶数呈指数增长，难以应用于高阶调制或时延敏感场景. 为此，本文通过引入参数化与结构化设计思想，在给定传输速率和平均功率约束下，将酉星座设计问题转化为以最大化不同发送信号间最小弦距为目标的混合离散-连续优化问题. 本文所提方法的核心在于将长度为L的发送信号递归参数化为一系列独立的角度参数与相位参数，并假设二者分属不同的星座集合. 这一结构化假设不仅将高维星座点优化问题解耦为对有限个参数的优化，极大降低了设计复杂度，也为接收端实现低复杂度递归检测算法奠定了结构基础. 具体地，本文提出一种联合比特分配与星座结构优化的两步求解策略：首先，在给定比特分配下，通过最大化最小弦距特性推导出最优角度星座应具有算术序列结构、最优相位星座应为均匀分布的相移键控星座；其次，基于该结构通过离线搜索确定各参数子空间的最优比特分配，从而在保证结构规律性的同时最大化系统的最小弦距. 在接收端，得益于星座的参数化与结构独立性，本文进一步提出一种低复杂度的递归最大似然检测算法. 该算法将任意符号长度的检测问题递归分解为两符号检测，降低了计算复杂度. 理论分析表明，所提检测算法的复杂度与各参数子空间的星座点数之和呈线性关系，避免了传统全局搜索算法随总调制阶数指数增长的问题，尤其适用于高阶调制与实时性要求高的短包通信场景. 仿真结果表明，与基于导频的正交幅度调制和相移键控方案相比，所提结构化酉星座具有更优的误码性能，且在高速率场景下通过联合利用角度与相位维度进一步提升频谱效率. 同时，所提递归检测器在误块率与误比特率性能上均接近全局搜索检测器，而计算复杂度降低超过95%，验证了其在保持优异性能的同时实现低复杂度处理的可行性. 本文工作为单输入多输出系统下的非相干短包通信提供了一种高效、实用的星座设计与检测方案，有助于推动超可靠低时延通信在实际系统中的部署与应用.
李双志 郑州大学电气与信息工程学院副教授。主要研究方向为无线通信信号处理等。
刘莹莹 郑州大学电气与信息工程学院硕士研究生。主要研究方向为MIMO系统非相干空时调制。
李璐琦 郑州大学电气与信息工程学院硕士研究生。主要研究方向为MIMO系统非相干空时调制。
郭 新 郑州大学电气与信息工程学院副教授。主要研究方向为多媒体信号处理、人工智能等。
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《电子学报》，创刊于1962年，是中国电子学会主办的旗舰学术期刊，刊登电子与信息科学及相关领域的原始（original）科研成果。现任主编是中国科学院院士、西安电子科技大学教授郝跃。学报是中文核心期刊、科技核心期刊（CSTPCD），入选中国科技期刊卓越行动计划。
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