基于復(fù)合索引的MM-OFDM-SFCIM 系統(tǒng)設(shè)計與檢測算法

摘要： 空間調(diào)制（ Spatial Modulation， SM） 技術(shù)和OFDM 多模子載波索引調(diào)制（ OFDMMulti-Mode Index Modulation， MM-OFDM-IM） 技術(shù)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(yōu)勢。多維度索引調(diào)制技術(shù)相結(jié)合能夠應(yīng)用多種物理資源，應(yīng)對無線通信系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)容量的高需求，由此將SM 與MMOFDM-IM 系統(tǒng)靈活結(jié)合， 構(gòu)建基于空頻結(jié)合的多模復(fù)合索引調(diào)制（ OFDM-Multiple-ModeSpace Frequency Composite Index Modulation，MM-OFDM-SFCIM）系統(tǒng)，保留傳統(tǒng)子載波索引調(diào)制技術(shù)中的靜默子載波，拓展新的復(fù)合系數(shù)維度，提高系統(tǒng)的SE 和EE。針對系統(tǒng)的復(fù)雜特性，提出了基于符號能量及對數(shù)似然的聯(lián)合檢測算法（REML based on symbolic Energy andLLR，EL-REML）。仿真結(jié)果表明，MM-OFDM-SFCIM 系統(tǒng)比傳統(tǒng)的空頻結(jié)合系統(tǒng)在SE 上提高了約30%，并且MM-DFDM-SPCIM 系統(tǒng)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(tǒng)的ML 算法，其計算復(fù)雜度更低。

關(guān)鍵詞：SM；MM-OFDM-IM；頻譜效率；計算復(fù)雜度；誤碼率

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

5G 移動通信技術(shù)具有高速率、低時延、大連接的突出特征，能很好地應(yīng)對當(dāng)前通信需求，但隨著新型業(yè)務(wù)的持續(xù)拓展和用戶規(guī)模的快速提升，面對日益匱乏的頻譜資源和激增的業(yè)務(wù)數(shù)量，提高無線通信系統(tǒng)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(tǒng)研究的關(guān)鍵方向[1]。索引調(diào)制技術(shù)通過對傳輸實體（例如天線、副載波、時隙、預(yù)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(diào)制技術(shù)集中在空域空間調(diào)制[3-4]（Spatial Modulation，SM）和頻域基于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的載波調(diào)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(bǔ)了靜默子載波引起的SE 損失，且其傳遞過程不產(chǎn)生能量消耗，被稱之為“無功率損耗信息”，索引調(diào)制系統(tǒng)可以實現(xiàn)SE 和EE 的性能折衷。

為了實現(xiàn)SE 的提升，拓展星座調(diào)制模式種類成為了新的研究方向。在雙模的索引調(diào)制系統(tǒng)（OFDMDual-Mode Index Modulation， DM-OFDM-IM） 中， 每一個子塊內(nèi)所有的子載波均為激活狀態(tài)，并被分成兩個部分，分別用來傳輸兩種不同星座模式調(diào)制的星座符號[6]。后來，逐漸有文獻(xiàn)[7-9] 嘗試提高星座模式數(shù)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(diào)制方式，即DFDM 多模子載波索引調(diào)制（OFDM-Multi-Mode Index Modulation， MM-OFDM-IM） 系統(tǒng)， 此系統(tǒng)中，每一個子載波采取的星座調(diào)制方式均不同，伴隨著不同模式的星座選取，發(fā)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(tǒng)，雙模式的DM-OFDM-IM 系統(tǒng)攜帶了更多的調(diào)制比特，多模式的MM-OFDM-IM 系統(tǒng)則在前者的基礎(chǔ)上又增加了索引比特，大幅度提高了系統(tǒng)SE。