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正交频分复用索引调制(Orthogonal Frequency Division Multiplex with Index Modulation,OFDM-IM)是一种新型多载波传输技术,可以通过调整激活子载波的数量来实现频谱效率和误比特性能之间的折中,并且具有一定的抗子载波间干扰的能力。论文将OFDM-IM技术引入到铁路通信中并研究其改进技术方案和信道估计方法,具体的研究工作包括:首先,论文从铁路通信对高灵活性和高可靠性数据传输需求出发,阐述在新一代铁路通信系统设计中引入OFDM-IM的可行性,并进一步分析在高铁通信中引入OFDM-IM调制面临的技术问题,提出OFDM-IM的改进技术方案及其信道估计解决思路。其次,针对OFDM-IM在低信噪比区域激活子载波索引的判断易受到噪声干扰的问题,论文提出了一种OFDM-IM-ID(OFDM-IM with Index Diversity)方法,通过对索引信息进行分集发送来改善OFDM-IM的误比特性能。在该方法中,首先根据输入的信息将子载波划分成主子载波和辅助子载波,然后分别在主子载波上传输剩余的数据信息,在部分辅助子载波上传输主子载波的索引信息。为了在接收端区分主子载波和辅助子载波,本文设计出了不同情况下辅助子载波的星座映射方案。此外,为了降低所提方法的检测复杂度,本文针对OFDMIM-ID的特点设计出了对应的对数似然比检测算法。同时,本文将OFDM-IM-ID方法和交织技术相结合形成交织索引分集的OFDM-ISIM-ID(OFDM-IM-ID with Interleaved Subcarrier)来进一步提高系统性能。然后,本文结合OFDM-IM-ID的优缺点提出了一种混合分集OFDMIM方法,在低信噪比区域对索引信息进行分集,在高信噪比区域则对数据信息进行分集。仿真结果表明所提方法不仅具有OFDM-IM系统的抗子载波间干扰的能力,还可以提高OFDMIM系统的误比特性能。最后,针对OFDM-IM激活子载波索引的不确定性以及高铁运动轨迹固定的特点,论文提出在高铁通信中引入OFDM-IM调制技术时可将频域历史信道的自相关函数存储在基站侧,用来辅助信道估计。在该方法中,可以使用基指数展开模型将频域信道表示为基矩阵和基系数相乘的叠加,考虑到基矩阵变化的速度很慢而基系数变化得较快,基矩阵可以通过存储在基站侧的历史信息获得,而基系数则通过期望最大算法进行迭代求解,从而实现高铁场景下OFDM-IM系统的信道估计。仿真结果表明,和传统的信道估计方法相比,本文方法的估计精度更高而且收敛速度较快。