基于復合索引的MM-OFDM-SFCIM 系統設計與檢測算法

摘要： 空間調制（ Spatial Modulation， SM） 技術和OFDM 多模子載波索引調制（ OFDMMulti-Mode Index Modulation， MM-OFDM-IM） 技術分別在能量效率（ Energy Efficiency，EE）和頻譜效率（Spectral Efficiency，SE）上有著很大的優勢。多維度索引調制技術相結合能夠應用多種物理資源，應對無線通信系統對數據傳輸和系統容量的高需求，由此將SM 與MMOFDM-IM 系統靈活結合， 構建基于空頻結合的多模復合索引調制（ OFDM-Multiple-ModeSpace Frequency Composite Index Modulation，MM-OFDM-SFCIM）系統，保留傳統子載波索引調制技術中的靜默子載波，拓展新的復合系數維度，提高系統的SE 和EE。針對系統的復雜特性，提出了基于符號能量及對數似然的聯合檢測算法（REML based on symbolic Energy andLLR，EL-REML）。仿真結果表明，MM-OFDM-SFCIM 系統比傳統的空頻結合系統在SE 上提高了約30%，并且MM-DFDM-SPCIM 系統中提出的EL-REML 算法比LLR 算法在誤碼率上提高了3～4 dB，相比傳統的ML 算法，其計算復雜度更低。

關鍵詞：SM；MM-OFDM-IM；頻譜效率；計算復雜度；誤碼率

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A

5G 移動通信技術具有高速率、低時延、大連接的突出特征，能很好地應對當前通信需求，但隨著新型業務的持續拓展和用戶規模的快速提升，面對日益匱乏的頻譜資源和激增的業務數量，提高無線通信系統的頻譜效率（Spectral Efficiency，SE）和能量效率（Energy Efficiency，EE）是未來無線通信系統研究的關鍵方向[1]。索引調制技術通過對傳輸實體（例如天線、副載波、時隙、預編碼器、子陣列和射頻鏡）編寫索引來傳送信息比特[2]。目前索引調制技術集中在空域空間調制[3-4]（Spatial Modulation，SM）和頻域基于正交頻分復用系統的載波調制（ OFDM-IndexModulation，OFDM-IM）的研究[5]，索引信息作為額外傳遞的信息，在傳輸過程中彌補了靜默子載波引起的SE 損失，且其傳遞過程不產生能量消耗，被稱之為“無功率損耗信息”，索引調制系統可以實現SE 和EE 的性能折衷。

為了實現SE 的提升，拓展星座調制模式種類成為了新的研究方向。在雙模的索引調制系統（OFDMDual-Mode Index Modulation， DM-OFDM-IM） 中， 每一個子塊內所有的子載波均為激活狀態，并被分成兩個部分，分別用來傳輸兩種不同星座模式調制的星座符號[6]。后來，逐漸有文獻[7-9] 嘗試提高星座模式數量，在不減小子塊間最小歐式距離的前提下，通過增加星座模式種類，提出了更為通用的索引調制方式，即DFDM 多模子載波索引調制（OFDM-Multi-Mode Index Modulation， MM-OFDM-IM） 系統， 此系統中，每一個子載波采取的星座調制方式均不同，伴隨著不同模式的星座選取，發射端利用全排列的方式攜帶額外的信息比特。由此，相比于單一模式的OFDM-IM 系統，雙模式的DM-OFDM-IM 系統攜帶了更多的調制比特，多模式的MM-OFDM-IM 系統則在前者的基礎上又增加了索引比特，大幅度提高了系統SE。