改善误码性能的索引调制正交频分复用混合映射方案

为进一步提升索引调制正交频分复用(OFDM-IM)系统在高信噪比(SNR)条件下的误比特率(BER),该文提出一种混合映射方案。该方案利用高信噪比时索引比特比数据比特错误率更低的特性,混合使用两种不同位数的索引比特分配策略,提高了索引比特的占比。相应地,将子载波激活模式(SAPs)分为超级SAPs和普通SAPs,相比于普通SAPs,超级SAPs对应的索引比特和数据比特分别增加1 bit和减少1 bit。将超级SAP对应的数据比特采用奇偶校验的方式补齐,然后映射为数据符号,提高了系统的分集度,增大了数据符号间的最小欧氏距离。仿真结果表明,相比于以往的映射方案,混合映射方案在误比特率为10^(-4)时可取得1~3 dB的性能增益,有效改善索引调制OFDM系统的误码性能。

排列模式索引调制正交频分复用系统

多模索引调制正交频分复用系统(MM-OFDM-IM)在索引调制正交频分复用系统的基础上采用不同星座集对系统中的全部子载波进行索引调制,能有效地提高系统的子载波利用率和频谱效率。但全部子载波的利用影响了系统的子载波间抗干扰能力,导致误码率性能下降。针对这一问题,该文提出排列模式索引调制正交频分复用系统(PM-OFDM-IM)。该系统在MM-OFDM-IM的基础上重新引入静默子载波,既能保证系统较高的频谱效率,又能提高系统的误码率性能。同时该文提出一种基于幅值相移键控的分类映射模式,即按半径大小排列的星座集分类模式(PCC-R),该模式能够良好结合系统传输的额外信息。最后仿真结果验证,该系统能够更优地均衡系统的频谱效率和误码率性能,且所提分类映射方案可以达到更优的系统性能。

基于索引调制的5G新波形滤波正交频分复用技术

滤波正交频分复用(filtered-OFDM,F-OFDM)作为5G候选技术之一,虽然继承了正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术的优点,同时在系统灵活性以及对抗系统延时方面具有十分突出的优势,但仍存在对频偏敏感、峰均比较大的问题。针对这一缺点,提出F-OFDM索引调制系统,该系统通过将F-OFDM系统每个子带上的发送数据比特分为索引调制比特与星座调制比特,利用索引比特选择激活子载波,然后将星座调制符号放在激活子载波上进行发送,在接收端利用不同检测算法,如最大似然(maximum likelihood,ML)检测或能量检测算法进行检测解调得到估计发送符号。通过分析与仿真结果表明该系统不仅能有效抑制频偏对系统性能的影响,而且能降低F-OFDM系统所存在的较高峰均比问题,具有一定的现实研究意义。

子载波索引拓展的正交频分复用

基于空间调制技术和正交频分复用技术,设计了ESI-OFDM技术方案。在最大似然检测(ML)基础上,分析了频谱效率和平均比特误码率。在理想信道估计和最大似然检测条件下,与传统的OFDM和OFDM-IM相比,所提出的ESI-OFDM技术方案在瑞丽分布信道和加性高斯白噪声干扰的无线通信网络中实现了更大空间和频谱分集增益,获得更好的误比特率。

可见光通信中正交频分复用调制技术

可见光通信(VLC)由于可以弥补射频通信的不足而成为研究热点,正交频分复用(OFDM)技术因其高数据速率和抗频率选择性衰落被广泛应用在VLC中。本文从能量效率、频谱效率、误码率、计算复杂度等方面对可见光通信系统中OFDM调制技术进行研究和比较,主要包括基于离散傅立叶变换的单极性方案、改进或增强型方案和混合型方案,基于哈特莱变换的光OFDM,以及基于LED索引调制的光OFDM。文中介绍了多种光OFDM调制技术的工作原理综合对比了频谱效率等性能;研究了光OFDM系统接收机改进方案;总结了可见光OFDM系统存在的问题和未来研究方向。本文对可见光OFDM系统进行归纳和总结,为提出更加高效的单极化调制技术、进一步提高系统频谱效率及可靠性提供了参考。

载波频偏和相关信道对二维索引调制的影响

二维索引调制在5G物理层MIMO-OFDM架构上引入索引调制思想,利用时频域二维索引资源传输额外信息,可以有效降低发射功率,提高频谱效率,是未来6G系统潜在的使能技术。但是,实际工作系统中常常存在载波频偏,使得子载波间的正交性被破坏,从而降低系统误码性能。此外,呈现相关特性的MIMO信道也会造成系统传输性能的下降。为研究载波频偏和相关信道对二维索引调制系统误码性能的影响,对受二者影响下的系统误码率性能进行了理论分析和仿真验证。通过理论推导,获得了闭合的性能表达式,数值仿真结果验证了所得理论结果的正确性,可以为二维索引调制系统的工程化设计提供借鉴。

基于索引调制的广义频分复用技术

为了降低广义频分复用的信号干扰以提升系统性能,该文提出了基于交织子载波索引调制的广义频分复用传输技术,通过联合设计,使得发射数据符号的子载波均按照交织子载波索引调制的方式进行数据映射,改善了接收信号的平均欧氏距离,提升了接收端信号恢复的性能。仿真结果显示新系统在典型无线传输信道中能够获得比传统广义频分复用系统更加优越的误码率性能。

可见光通信极性索引正交频分复用技术研究

为了抑制可见光通信(VLC)正交频分复用(OFDM)系统发光二极管(LED)非线性限幅失真,提出了一种极性索引OFDM(PIM-OFDM)调制方式。PIM-OFDM通过两个模块分别传输直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)双极性信号的极性信息和幅度信息。在第1模块中,对双极性信号的正负极性编码并使用OOK信号传输。在第2模块中,对双极性信号取绝对值得到幅度信息。在相同条件下,PIM-OFDM系统性能比非对称限幅OFDM(ACO-OFDM)系统提升了接近3dB。在光功率约束条件下,在最大有效(SNR)原则下得到了直流偏置和输入信号的最优功率分配。仿真结果表明:光功率约束较小时,有效SNR随着直流偏置增大而变小;光功率约束较大时,有效SNR随着直流偏置增大会先增大后减小。实验结果表明:在相同传输速率的情况下,PIM-OFDM误码率(BER)性能要比ACO-OFDM提升1个数量级。

多模索引调制OFDM频谱及能量效率优化方案

为提高多模索引调制正交频分复用的能量效率(energy efficiency,EE)与频谱效率(spectrum efficiency,SE),提出优化方案和相应检测算法。该方案在不减小子块间最小欧式距离的前提下通过增加模式排列的种数使系统传递的索引信息量增加,从而提升系统SE。此外该方案引入空载模式使得部分信息的传输无需消耗能量,从而提升系统EE。同时提出改进的低复杂度最大似然检测算法以降低模式排列的检测复杂度。分析模式排列数及空载模式对误比特率(bit error rate,BER)性能的影响,并据此对引入空载模式后的多模式星座进行优化。仿真结果表明,优化方案的EE和SE都有所提升,且BER性能更优。

基于子载波补给索引调制的OFDM传输方案

针对基于索引调制的正交频分复用(OFDM-IM)技术存在子载波激活模式(SAP)不能匹配二进制数、影响系统性能的缺点,提出了基于子载波补给索引调制的正交频分复用(OFDM-SSIM)传输方案。所提方案通过在OFDM-IM的索引信息中加入补给索引,提高了系统的索引利用率,提升了系统的频谱效率(SE)。同时,由于所提方案的子载波激活模式与二进制数字相匹配,使系统易于采用低复杂度对数似然比(LLR)检测,并且保持良好的误码率(BER)性能。理论分析与仿真结果表明,在加性白高斯噪声(AWGN)信道和瑞利衰落信道下,相比传统OFDM-IM方案,所提方案有效地提升了SE和BER性能。

可见光通信中翻转/单极性正交频分复用对偶最大似然接收机

针对可见光通信(VLC)中的翻转/单极性正交频分复用(Flip/U-OFDM)系统,提出了对偶最大似然(ML)接收机。对偶ML在时域对Flip/U-OFDM部分信号进行置0操作,可获得一些信噪比(SNR)增益。并且对偶ML是一种简单的信号处理方法,不会增加接收机的复杂度。仿真结果表明:在加性高斯白噪声(AWGN)信道下,对偶ML接收机可提升约2 dB的SNR增益;在限幅信道和发光二极管(LED)非线性信道下,对偶ML接收机可以获得2 dB~3 dB的增益。

一种空频二维键移索引调制传输新方法

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术和正交频分复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM)技术因其优秀的抗符号间干扰特性被广泛应用于高速数据传输,但传统MIMO-OFDM系统的检测需要在空频域中联合搜索调幅/调相信号,复杂度高。为降低系统复杂度,将索引调制技术与MIMO-OFDM系统相结合提出了一种激活特定空频单元,利用索引传输额外信息的新方法,并通过理论分析获得了该方法的近似闭合性能表达式。此外,利用数值仿真对分析结果进行了验证。理论推导与系统仿真结果均显示了所提方法能在不增加发射天线数目的前提下提高系统的发射分集增益。上述理论结果可以为下一代低功耗低复杂度的空频系统设计提供借鉴。

基于复星座映射哈特莱变换的新型光空间调制正交频分复用

为改善现有可见光通信中光正交频分复用(OFDM)系统的性能,提出了一种新型的光空间调制OFDM系统,该系统使用哈特莱变换代替傅里叶变换,降低了近一半的计算复杂度;同时采用一种复-实转换函数在频域将复数符号转换为实数符号,去除了哈特莱变换中实星座映射的限制,极大地增加了系统的灵活性;最后利用两个发光二极管(LED)区分时域信号的正、负极性并分别进行传输,提高了系统的频谱效率和功率效率;相较于其他基于LED的光空间调制OFDM,可以在不损失系统可靠性的同时,增加系统设计的灵活性,大幅降低计算复杂度。此外,针对LED和PD(光电检测器)对称放置的情况,提出了利用接收信号功率直接判别传输信号极性的方法;针对非对称情况提出了一般极性判别法,这两种方法相较于传统的迫零检测法,都能够有效改善系统的误码性能,采用64进制正交振幅调制(64QAM),误比特率(BER)为10^(-4)时,系统性能均提高了约2.9 dB。

基于LWT的可见光OFDM-IM系统研究

针对索引调制正交频分复用(OFDM-IM)技术峰均比过高,对相位噪声和载波频偏敏感,系统复杂度高等问题,提出基于小波提升变换(LWT)的可见光OFDM-IM系统。首先选择正交小波基作为子载波,通过对信号的分裂、预测和更新,将信号分为高频信号和低频信号,再结合可见光信道构成LWT-OFDM-IM系统,最后通过理论分析和蒙特卡罗方法对系统的可靠性、峰均比特性和最佳小波分解层数进行了仿真验证,结果表明:当子载波N=256,子块中子载波数量L=4,激活子载波数量k=2,系统误码率为10~(-4)时,LWT-OFDM-IM比FFT-OFDM-IM改善约8 dB,相较于DWT-OFDM-IM提高约4 dB。当系统互补累计分布函数(CCDF)为10^(-1)数量级时,LWT-OFDM-IM的峰均比较FFT-OFDM-IM改善约2.3 dB。随着小波层数的递增,系统的误码性能越好,当小波层数为3层时,大约在10 dB附近,误码率可到10^(-5)量级。

基于索引调制OFDM雷达通信共享信号压缩感知方法研究

针对在雷达通信一体化(RadCom)系统中正交频分复用(OFDM)共享信号通信速率不高、可靠性较差的问题,该文提出一种采用子载波索引调制(IM)的OFDM共享信号方案(OFDM-IM)以及对应的基于压缩感知(CS)的雷达信号处理算法。该方案在发射端采用IM调制增强OFDM信号通信质量,在雷达接收端采用CS技术获取目标的距离-速度2维超分辨图像,进一步采用快速分段重构、2次相参积累的方法降低算法的计算复杂度。仿真实验表明,相比于传统算法,该方法能显著提升对OFDM-IM共享信号的处理性能,并实现超低距离副瓣,是一种能够同时增强雷达与通信性能的一体化共享信号方案。

基于组合索引与欧氏距离相结合的OFDM-IM可见光通信系统研究

直流偏置光正交频分复用系统(DCO-OFDM)存在较高的峰均比(PAPR)、易受多径干扰和噪声频偏等影响。因此该文将载波索引调制(IM)引入DCO-OFDM中,提出适合可见光通信(VLC)的DCO-OFDM-IM调制方案。该方案采用基于组合索引与欧氏距离相结合的信号映射约束模型对子载波进行分块组合索引,不仅可在信号域使用传统星座调制传递信息,还可通过频率域利用载波索引额外携带信息,有效改善了系统峰均比及误码率性能。推导了DCO-OFDM-IM系统的理论误码率(BER),利用蒙特卡罗方法对其进行仿真验证。结果表明:相对传统DCO-OFDM系统,当子载波数为256,调制阶数为4,系统误码率为10^(–3)时,DCO-OFDM-IM系统所需信噪比平均改善了约2 dB;当误码率为10^(–3)时,采用组合索引与欧氏距离相结合的算法较随机选取载波组合系统所需信噪比平均改善约2 dB;当系统互补累计分布函数(CCDF)为10^(–1)时,DCO-OFDM-IM原始信号峰均比比DCO-OFDM下降了约2.4 dB。

索引调制在水声通信中的应用及其研究进展

水声通信系统具有带宽受限和功率受限的显著特点。索引调制(Index Modulation,IM)技术在提高频谱效率、能源效率以及降低系统复杂度方面展现出了巨大潜力。因此,在过去的几年中,索引调制技术在水声通信中得到了广泛的应用,引起了国内外学者的普遍关注,有望成为高速水声通信系统的一个极具潜能的候选方案。文章聚焦于索引调制相关技术在水声通信中的应用,并对其性能进行分析,总结其研究进展。

基于OFDM-IM的认知无线电协作中继性能分析

该文针对协作认知无线电网络场景,提出一种基于索引调制正交频分复用(OFDM-IM)的新型协作中继设计方法。该方法将OFDM-IM技术应用于从用户发送端,将从用户的传输空间划分为信号空间和索引空间。从用户在其信号空间上转发主用户的信息,同时在索引空间传输从用户信息。通过这种方式,主、从用户之间不存在相互干扰。针对此模型,该文分析了主、从用户的误码率,理论推导了相关表达式,并讨论了从用户的位置对主、从用户性能的影响。仿真结果表明,该文所提设计方法能够同时提升主、从用户的误码率性能,且均优于传统的基于OFDM的协作中继方式。

基于非理想信道状态信息对DCO-OFDM-IM系统建模与分析

针对传统DCO-OFDM-IM系统进行信道估计时没有考虑信道误差影响,导致获得非理想信道状态信息(CSI)而造成信道估计有效性降低等问题,利用最小均方误差信道估计(MMSE)算法并基于非理想信道状态信息建立了DCO-OFDM-IM系统模型,推导了其理论误码率闭合表达式。同时考虑到DCO-OFDM-IM系统中采用最大似然检测算法(ML)当调制阶数增大时存在检测复杂度高,系统传输速率低等问题,而利用对数似然检测算法(LLR)降低检测复杂度,最后采用蒙特卡罗方法进行系统仿真性能的仿真对比。结果表明:当调制阶数和索引组合相同,误码率为10^(-3)时,LLR检测算法比ML所需信噪比平均改善约2 dB;在能量比为1∶8时,采用MMSE估计比LS信道估计算法系统性能改善约4 dB;当系统信道估计误差越小时,越可能获得理想CSI,提升了信道估计有效性。

基于三级LLR检测的广义零填充三模OFDM索引调制系统研究

本文提出了一种基于对数似然比(LLR)检测算法的广义零填充三模正交频分复用(OFDM)索引调制(GZTM⁃OFDM⁃IM)系统,目的在于提高传统ZTM⁃OFDM⁃IM系统的频谱效率(SE).在提出的系统发送端,更多的OFDM子载波激活样式有效提高了系统的SE,并且一种新的双模信号星座图被采用.为了降低接收端检测过程的复杂度,设计了基于LLR算法的三级检测器.仿真结果表明:利用设计的低复杂度检测器,GZTM⁃OFDM⁃IM在实现了高SE的同时,系统的误比特率(BER)性能在高信噪比(SNR)范围与传统ZTM⁃OFDM⁃IM相比没有降低,且BER性能与理论差错性能上边界非常接近.