基于复合索引的MM-OFDM-SFCIM 系统设计与检测算法

摘要： 空间调制（ Spatial Modulation， SM） 技术和OFDM 多模子载波索引调制（ OFDMMulti-Mode Index Modulation， MM-OFDM-IM） 技术分别在能量效率（ Energy Efficiency，EE）和频谱效率（Spectral Efficiency，SE）上有着很大的优势。多维度索引调制技术相结合能够应用多种物理资源，应对无线通信系统对数据传输和系统容量的高需求，由此将SM 与MMOFDM-IM 系统灵活结合， 构建基于空频结合的多模复合索引调制（ OFDM-Multiple-ModeSpace Frequency Composite Index Modulation，MM-OFDM-SFCIM）系统，保留传统子载波索引调制技术中的静默子载波，拓展新的复合系数维度，提高系统的SE 和EE。针对系统的复杂特性，提出了基于符号能量及对数似然的联合检测算法（REML based on symbolic Energy andLLR，EL-REML）。仿真结果表明，MM-OFDM-SFCIM 系统比传统的空频结合系统在SE 上提高了约30%，并且MM-DFDM-SPCIM 系统中提出的EL-REML 算法比LLR 算法在误码率上提高了3～4 dB，相比传统的ML 算法，其计算复杂度更低。

关键词：SM；MM-OFDM-IM；频谱效率；计算复杂度；误码率

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A

5G 移动通信技术具有高速率、低时延、大连接的突出特征，能很好地应对当前通信需求，但随着新型业务的持续拓展和用户规模的快速提升，面对日益匮乏的频谱资源和激增的业务数量，提高无线通信系统的频谱效率（Spectral Efficiency，SE）和能量效率（Energy Efficiency，EE）是未来无线通信系统研究的关键方向[1]。索引调制技术通过对传输实体（例如天线、副载波、时隙、预编码器、子阵列和射频镜）编写索引来传送信息比特[2]。目前索引调制技术集中在空域空间调制[3-4]（Spatial Modulation，SM）和频域基于正交频分复用系统的载波调制（ OFDM-IndexModulation，OFDM-IM）的研究[5]，索引信息作为额外传递的信息，在传输过程中弥补了静默子载波引起的SE 损失，且其传递过程不产生能量消耗，被称之为“无功率损耗信息”，索引调制系统可以实现SE 和EE 的性能折衷。

为了实现SE 的提升，拓展星座调制模式种类成为了新的研究方向。在双模的索引调制系统（OFDMDual-Mode Index Modulation， DM-OFDM-IM） 中， 每一个子块内所有的子载波均为激活状态，并被分成两个部分，分别用来传输两种不同星座模式调制的星座符号[6]。后来，逐渐有文献[7-9] 尝试提高星座模式数量，在不减小子块间最小欧式距离的前提下，通过增加星座模式种类，提出了更为通用的索引调制方式，即DFDM 多模子载波索引调制（OFDM-Multi-Mode Index Modulation， MM-OFDM-IM） 系统， 此系统中，每一个子载波采取的星座调制方式均不同，伴随着不同模式的星座选取，发射端利用全排列的方式携带额外的信息比特。由此，相比于单一模式的OFDM-IM 系统，双模式的DM-OFDM-IM 系统携带了更多的调制比特，多模式的MM-OFDM-IM 系统则在前者的基础上又增加了索引比特，大幅度提高了系统SE。