基于索引调制的宽带MIMO-OFDM无线传输技术研究

摘要

基于索引调制的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Index Modulation，OFDM-IM）技术是近年来提出的一种新型多载波方案，它具备频谱效率高、抗多径效应强等特性，并且相较于传统的 OFDM，可以在抗载波间干扰方面拥有更突出的优势，因此该技术也成为多载波无线通信的研究方向之一。
　　为了进一步提高系统的频谱利用率和系统容量，本文考虑将OFDM-IM技术与多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术相结合，研究MIMO-OFDM-IM系统的性能。本文主要研究 MIMO-OFDM-IM接收机的优化与设计，分别从性能最优和复杂度最优方向提出几种检测算法。另外，针对MIMO-OFDM-IM信号的峰均比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）高和带外辐射大的缺陷进行优化，并提出次优接收机设计方案。
　　本文的具体工作安排如下：
　　第一章先介绍了基于索引调制的OFDM技术和MIMO技术的研究现状，然后将OFDM-IM技术与OFDM比较，阐述了OFDM-IM的优缺点。
　　第二章主要从性能最优方向提出了针对MIMO-OFDM-IM的三种检测算法，分别是基于距离的检测（Distance-Based ordered Detection，DBD）算法、引入门限判决的DBD改进算法和基于排序的检测算法，并对算法性能进行了仿真。具体地，先总结了MIMO-OFDM-IM的现有的检测算法，分别是最大似然（Maximum Likelihood，ML）检测和对数似然比（Log-likelihood Ratio，LLR）检测，然后针对ML算法复杂度极高、LLR算法性能较差的不足，提出了三种性能较好的检测算法。与LLR算法相比，DBD对块做MMSE均衡，具有更好的BER性能。改进的DBD算法通过引入了一个判决门限，极大程度地降低复杂度。而基于排序的检测算法对载波组合进行了排序，因此能在实现近 ML检测性能的同时，大幅度降低了算法复杂度。
　　第三章首先从复杂度最优的角度提出了三种低复杂度接收机，分别是能量检测算法、局部搜索算法和迭代Tabu搜索算法，然后进行了算法性能的仿真和复杂度的分析。能量检测具有最低的复杂度，但检测性能较差。局部搜索算法先通过能量检测得到初始解，然后不断迭代初始解的邻域空间，直至满足终止条件，得到最终的输出。迭代Tabu算法通过修正每一次搜索的邻域解空间，避免了局部搜索算法存在的陷入局部最优解的死循环问题，因此提高了搜索效率。另外，合理地设置终止条件，可以在算法性能和复杂度之间取得平衡。
　　第四章针对MIMO-OFDM-IM信号存在峰均比高和带外辐射大的缺陷，对信号进行PAPR抑制和旁瓣能量抑制，并在接收端对信号进行恢复。
　　第五章总结全文，并指出未来的可能研究方向。

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缩略词表

主要数学符号表

第一章 绪 论

1.1引言

1.2基于索引调制的OFDM技术

1.3多天线技术

1.4研究现状

1.5本文的主要工作及创新点

第二章 近最大似然接收机的设计与优化

2.1引言

2.2多天线索引调制OFDM系统模型

2.3传统的检测算法

2.4基于欧氏距离的检测算法

2.5基于排序的检测算法

2.6本章小结

第三章 低复杂度接收机的设计与优化

3.1引言

3.2能量检测算法

3.3基于局部搜索的检测算法

3.4本章小结

第四章 多天线索引调制OFDM信号的恢复算法

4.1引言

4.2峰均比抑制下的信号恢复算法

4.3带外抑制下的信号恢复算法

4.4本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1本文的贡献

5.2对下一步工作的建议及未来的研究方向

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果