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无线通信产业高速发展,人们对通信速率和节能需求越来越高。索引调制(Index Modulation,IM)技术作为一种有效提升无线通信系统频谱与能量效率的多维度调制技术,成为当今研究热点。在频域维度应用的索引调制正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Index Modulation,OFDM-IM)技术有着高能量效率,但频谱效率还有待提升。多模OFDM-IM技术(Multiple-Mode OFDM-IM,MM-OFDM-IM)和其同向与正交(In-Phase and Quadrature,IQ)维度扩展技术有着更高频谱效率,但并不保有OFDM-IM技术高能量效率的优点。因此,本文以OFDM-IM技术为背景,从优化系统能量与频谱效率问题入手,主要展开以下研究:1.为提升MM-OFDM-IM(-IQ)系统的能量效率,提出一种多模子载波索引调制OFDM(Multiple-Mode OFDM with Subcarrier-Index Modulation,MM-OFDM-SIM)系统模型并将其扩展至IQ维度。该系统在不消耗能量的情况下能通过空载模式传递部分信息,还能通过改变空载模式与其它模式的比例来实现频谱效率和能量效率的折衷。分析出空载模式对系统误比特率(Bit Error Rate,BER)性能的影响,并据此对加入空载模式后的多模式星座进行优化。此外,针对星座模式排列规律不一的问题,提出一种通用的低复杂度最大似然(Maximum Likelihood,ML)检测算法。在不降低高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)区域BER性能的前提下,进一步减少模式排列的检测复杂度。仿真结果表明,在瑞利衰落信道高SNR区域,相比MM-OFDM-IM(-IQ)系统,频谱效率配置越低时,MM-OFDM-SIM(-IQ)系统取得的SNR增益越大;而频谱效配置越高时,MM-OFDM-SIM(-IQ)系统取得的增益越小。2.为进一步提升MM-OFDM-IM(-IQ)系统的频谱效率,提出一种多排列多模索引调制OFDM(Multiple Permutation and Multiple-Mode OFDM-IM,MP-MMOFDM-IM)系统模型并将其扩展至IQ维度。该系统在不减小子块间最小欧式距离(Minimum Euclidean Distance,MED)的前提下,增加星座模式排列的种类数,使索引携带的信息量提升,且系统复杂度几乎保持不变。此外,为了将提升能量和频谱效率的优势相结合,提出多模混合同相与正交子载波索引调制OFDM(MultipleMode OFDM with Hybrid In-Phase Quadrature Subcarrier-Index Modulation,MM-OFDM-HIQ-SIM)和多排列多模子载波索引调制OFDM(Multiple Permutation and Multiple-Mode OFDM-SIM,MP-MM-OFDM-SIM)系统模型,并将后者扩展至IQ维度。仿真结果表明,MP-MM-OFDM-IM(-IQ)相比MM-OFDM-IM(-IQ)系统既能取得频谱效率的提升,又能在高SNR区域获得少量SNR增益。MM-OFDM-HIQ-SIM和MP-MM-OFDM-SIM(-IQ)系统有着更优的性能。