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随着无线电频谱资源的稀缺程度不断加大,对于高数据速率和高频谱效率的需求成为推动未来无线通信系统研究的关键因素。空间调制(SM)作为一种相对较新的多天线调制方案,虽然能够避免多输入多输出系统(MIMO)中对于多条射频链需求,但可实现的频谱效率随天线数以对数而非线性形式增加。轨道角动量(OAM)作为描述场空间分布的一个物理量,不同的OAM模态相互正交,为无线通信提供了一个新的正交资源维度,但目前对轨道角动量在提高频谱效率方面的研究比较少。基于以上两点,本文提出了一种新型调制方案,称为空-频-模态多维混合调制,旨在通过少量的天线数进一步提高系统的可达速率。本文提出的空-频-模态多维混合调制的核心思想是将发射端输入的二进制比特映射到两个携带信息的单元上:1)从传统星座图中选出的调制符号,2)从发射端天线、OAM模态以及载波构成所有组合中选出的一个子集的索引。后者的使用相比较于传统的二维幅度/相位调制增加了三个维度,进而能够大幅度提高频谱效率。针对空-频-模态多维混合调制方案,本文提出了一种低复杂度的映射方法,发射端只需通过简单的运算即可找到与二进制比特对应的特定的子集。此外,本文通过公式推导以及仿真研究了调制阶数以及子集中组合的个数对可达速率的影响。针对空-频-模态多维混合调制接收端的解调,本文首先分析了收发端有单个以及多个均匀圆阵列天线(UCA)的信道模型,并对接收信号进行数学建模,然后通过迫零检测算法完成接收端的解调,最后在高斯信道以及视距(LOS)信道下研究了空-频-模态多维混合调制的误比特率性能,并在相同频谱效率条件下比较空-频-模态多维混合调制与多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)技术的误比特率性能。仿真结果表明,本文提出的调制方案可以在相同配置下,实现比MIMO-OFDM系统更高的可达速率,且对于相同的频谱效率,在高斯以及LOS信道高信噪比的情况下,空-频-模态多维混合调制的误比特率性能要优于MIMO-OFDM。