仿射分頻多工結合索引調變：全分集條件、效能分析與低複雜度偵測

Core Concepts

本論文提出兩種基於仿射分頻多工 (AFDM) 的新型索引調變 (IM) 方案，稱為 CDD-AFDM-IM-I 和 CDD-AFDM-IM-II，並分析其在線性時變通道下的全分集條件、效能分析和低複雜度偵測方法。

Abstract

論文摘要

Yiwei Tao, Miaowen Wen, Yao Ge, Jun Li, Ertugrul Basar, and Naofal Al-Dhahir. (2024). Affine Frequency Division Multiplexing with Index Modulation: Full Diversity Condition, Performance Analysis, and Low-Complexity Detection. arXiv:2411.09938v1 [eess.SP] 15 Nov 2024.

本論文旨在設計適用於高速移動場景的可靠通訊方案，針對多天線 AFDM 傳輸框架下，研究穩健的索引調變 (IM) 方案設計，並提出兩種新型 CDD-AFDM-IM 方案，分析其全分集條件、效能，並提出低複雜度的偵測演算法。

Key Insights Distilled From

Affine Frequency Division Multiplexing with Index Modulation: Full Diversity Condition, Performance Analysis, and Low-Complexity Detection

by Yiwei Tao, M... at arxiv.org 11-18-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.09938.pdf

Deeper Inquiries

在多使用者場景下，如何設計有效的 CDD-AFDM-IM 方案以減輕使用者間的干擾？

在多使用者場景下，使用者間的干擾是影響 CDD-AFDM-IM 系統性能的重要因素。為了減輕干擾，可以考慮以下幾種設計方案：

使用者分群與資源分配： 可以根據使用者的通道狀況和服務質量需求，將使用者分為不同的群組，並為每個群組分配正交的時頻資源，例如不同的時間槽、頻率資源塊或循環延遲區間，從而減少使用者間的干擾。

功率控制： 可以根據使用者的通道狀況和干擾情況，動態調整每個使用者的發射功率，以降低強使用者對弱使用者的干擾。

波束成形技術： 在多天線系統中，可以利用波束成形技術，將信號能量集中在目標使用者方向，並抑制其他方向的干擾。

干擾消除技術： 可以利用先進的信號處理技術，例如連續干擾消除（SIC）和平行干擾消除（PIC），在接收端消除或抑制來自其他使用者的干擾。

IM 模式設計： 可以針對多使用者場景設計特定的 IM 模式，例如利用不同的 IM 模式區分不同的使用者或使用者群組，從而降低解碼時的誤判概率。

需要注意的是，以上方案可以結合使用，以達到更好的干擾抑制效果。此外，在設計 CDD-AFDM-IM 方案時，需要綜合考慮系統性能、複雜度和實現成本等因素。

如果通道狀態資訊不完美，如何設計穩健的 CDD-AFDM-IM 偵測演算法？

在實際的通訊系統中，由於通道估計誤差和回饋延遲等因素，接收端通常只能獲得不完美的通道狀態資訊。為了提高 CDD-AFDM-IM 系統在非理想通道下的穩健性，可以考慮以下幾種偵測演算法設計方案：

基於導頻的通道估計與補償： 可以利用在發送數據中插入導頻符號的方式，進行通道估計，並利用估計的通道信息對接收信號進行補償，以減輕通道衰落和相位旋轉的影響。

差分調製技術： 可以採用差分調製技術，將信息編碼在相鄰符號的相位差上，從而降低對精確通道信息的依賴。

迭代偵測與解碼： 可以利用迭代偵測與解碼技術，例如 Turbo 均衡和 LDPC 解碼，在接收端進行多次迭代，逐步提高信號偵測的準確性。

機器學習輔助偵測： 可以利用機器學習技術，例如深度學習，訓練神經網絡模型，學習非理想通道下的信號特徵，並利用訓練好的模型進行信號偵測。

穩健性統計量設計： 可以設計對通道估計誤差不敏感的統計量，例如基於排序的統計量，並利用這些統計量進行信號偵測。

在設計穩健的 CDD-AFDM-IM 偵測演算法時，需要考慮通道估計誤差的統計特性、演算法的複雜度以及系統的性能需求等因素。

CDD-AFDM-IM 技術如何應用於其他新興通訊技術，例如毫米波通訊和非正交多址接入？

CDD-AFDM-IM 技術可以與其他新興通訊技術相結合，例如毫米波通訊和非正交多址接入，以進一步提升系統性能和效率。
1. 毫米波通訊：

高頻寬和高數據速率： 毫米波頻段擁有豐富的頻譜資源，可以支持更高的數據速率。CDD-AFDM-IM 可以利用其高頻譜效率和抗多普勒效應的優勢，在毫米波頻段實現高速率數據傳輸。
波束成形和空間复用： 毫米波通訊通常採用波束成形技術來克服路徑損耗，而 CDD-AFDM-IM 可以與波束成形技術相結合，實現空間复用，進一步提高系統容量。
混合波束成形和 IM： 可以將 IM 的思想應用於混合波束成形系統中，例如利用 IM 選擇不同的模擬波束成形器，以降低硬件成本和功耗。
2. 非正交多址接入（NOMA）：

提升頻譜效率和使用者容量： NOMA 技術允許多個使用者共享相同的時頻資源，可以顯著提升頻譜效率和使用者容量。CDD-AFDM-IM 可以與 NOMA 技術相結合，利用 IM 的額外信息傳輸能力，進一步提升系統容量和使用者公平性。
降低接收端複雜度： CDD-AFDM-IM 的低複雜度偵測演算法可以降低 NOMA 系統接收端的複雜度，使其更易於實現。
增強安全性： IM 的激活模式可以作為一種額外的安全機制，例如利用不同的 IM 模式區分不同的使用者，以增強系統的安全性。
總之，CDD-AFDM-IM 技術在毫米波通訊和非正交多址接入等新興通訊技術中具有廣闊的應用前景。通過與這些技術的結合，可以充分發揮 CDD-AFDM-IM 的優勢，進一步提升系統性能和效率。