（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）新型ofdm系統(tǒng)的研究.pdf

摘要 空時(shí)編碼技術(shù)將信道編碼技術(shù)與天線分集技術(shù)結(jié)合為無線傳輸提供了編碼增益和分集 增益，能提供遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)單天線系統(tǒng)的頻帶利用率，大幅度增加了無線通信系統(tǒng)容量，為高 速無線通信下行傳輸問題提供了一條新的途徑。 正交頻分復(fù)用( o f d m ) 以頻譜利用率高、抗窄帶干擾和多徑衰落能力強(qiáng)成為f 一代移動 通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。其基本原理是把高速數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換，分配到傳輸速率相對低的若 干個(gè)止交子信道中傳輸，使并行子載波上的符號周期變故。通過把信道分為窄帶平坦衰落子 信道，比單載波系統(tǒng)更能抗頻率選擇性衰落。 傳統(tǒng)空時(shí)編碼與o f d m 結(jié)合的系統(tǒng)，接收端要作信道估計(jì)。 本文基于新型差分空時(shí)分組編碼( d s t b c ) 與o f d m 結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種新型o f d m 系統(tǒng)， 無需信道估計(jì)，得到編碼增益。并且徹底解決了常見的星座圖擴(kuò)張問題。 仿真分析表明：平坦衰落信道或頻率選擇性衰落信道，新型d s t b c - o f d m 系統(tǒng)較傳統(tǒng) d s t b c o f d m 系統(tǒng)，誤幀率都有l(wèi) d b 左右的改善：使用兩副天線接收，相比y - 一副天線， 兩種d s t b c o f d m 系統(tǒng)的性能都有2 4 d b 的改善，新型d s t b c - o f d m 系統(tǒng)較傳統(tǒng) d s t b c o f d m 系統(tǒng)還是有1 1 5 d b 的提商。 本文首先介紹o f d m 和空時(shí)編碼技術(shù)，然后著重闡述新犁o f d m 系統(tǒng)，最后進(jìn)行仿真、 分析給山仿真結(jié)果和研究結(jié)論。 關(guān)鍵詞：差分空時(shí)分組編碼，o f d m ，頻率選擇性衰落，平坦衰落 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碗士畢業(yè)論文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fs p a c e - t i m ec o d i n gc o m b i n e st h et e c h n o l o g yo fa n t e n n a sd i v e r s i t yw i t h c h a n n e lc o d i n g , e n h a n c e st h ec a p a b i l i t yo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e ma n dp r o v i d e sd i v e r s i t y g a i na n dc o d i n gg a i n f u r t h e r m o r ei tp r o v i d e st h eh i g h e re f f i c i e n c yo ff r e q u e n c yu s i n gt h a n t r a d i t i o n a ls i n g l ea n t e n n as y s t e m ，a n do f f e r san e ww a yt or e s o l v et h ep r o b l e mo fb a n d w i d t hi n w i r e l e s sc h a n n e l o f d mh a sb e t aak e y t e c h n o l o g yo f n e x tg e n e r a t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mw i t h t h eh i g he f f i c i e n c yo ff r e q u e n c yu s i n ga n ds t r o n gr e s i s t i n gt o i n t e r f e r i n go fn a r r o w b a n da n d m u l t i p a t hf a d i n g t h eb a s i cp r i n c i p l eo f o f d m i st op a r a l l e ls e r i a lh i g hr a t ed a t at os e v e r a ll o n g e r s y m b o ld u r a t i o nd a t a , w h i c ha r et r a n s m i u e ds i m u l t a n e o u s l yo v e ro r t h o g n n a ls u b c a r r i e r s i th a s b e t t e rr e s i s t i n gt of r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n gt h a ns i n g l ec a r r i e rs y s t e m sb yc h a n g i n gc h a n n e lt o n a l t o wf l a tf a d i n gs u b c h a n n e l s i nt h et r a d i t i o n a ls y s t e mu s i n gs p a c e - t i m ec o d i n ga n do f d mt h ec h a n n e le s t i m a t i o nm u s tb e m a d ea tr e c e i v e r b a s e do nn e wd i f f e r e n t i a ls p a c e - t i m eb l o c kc o d i n g ( d s t b c ) a n do f d man e wo f d m c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e d b yu s i n gf l e wd s t b c c o d i n gg a i n i sg o t t e n ，c o n s t e l l a t i o n e x p a n s i o np r o b l e mc a r lb ec o m p l e t e l yr e s o l v e d ，a n dw i t h o u tc h a n n e le s t i m a t i o n t h es i m u l a t i o ni n d i c a t e st h a tf r a m ee r r o rr a t e ( f e r li s i m p r o v e db ya r o u n dl d bc o m p a r e d w i t ht r a d i t i o n a ld s t b co f d mc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi nf r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n gc h a n n e l sa n d f i a tf a d i n gc h a n n e t s ，w h e nt w or e c e i v ea n t e n n a si sc o n s i d e r e dt w od s t b co f d m s y s t e mc a n b o t hi m p r o v e df r o m2 d bt o4 d ba n da tt h i st i m en e wd s t b co f d m s y s t e m i sb e t t e rt h a n t r a d i t i o n a ld s t b co f d m s y s t e mb yl d b t h ed i s s e r t a t i o n f i r s t l ye x p l a i n s t h ec h a r a c t e ro fo f d ma n d s p a c e t i m ec o d i n g ，t h e n i n t r o d u c e st h en e wo f d ms y s t e ma n dd o e ss o m em a t e r i a ls i m u l a t i o n i nt h ee n do ft h e d i s s e r t a t i o nc o n c l u s i o n sc a nb ef o u n d ， k e y w o r d s ：d i f f e r e n t i a ls p a c e - t i m eb l o c k c o d i n g ，o f d m ，f r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n g ，f l a tf a d i n g 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)預(yù)士畢業(yè)論文 2 第一章緒論 第一章緒論 為滿足多媒體業(yè)務(wù)需求，無線通信系統(tǒng)必須能提供寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸。典型的無線信道， 發(fā)送信號的多次反射導(dǎo)致了多徑傳播。不同的傳播路徑具有不同的延遲特性。由此引發(fā)符號 間干擾( i s i ) 。隨著通信距離的增加和數(shù)據(jù)速率的提高，i s i 變得越來越嚴(yán)重。采用怎樣的處 理方法取決于數(shù)據(jù)速率。如果數(shù)據(jù)速率較低、符號持續(xù)時(shí)間較信道是犬延遲時(shí)間長，就有可 能無需任何均衡技術(shù)處理i s i 。 o f d m 以其頻譜利用率高、抗窄帶干擾和多徑衰落能力強(qiáng)成為f 一代移動通信系統(tǒng)的關(guān) 鍵技術(shù)”“”。1 9 6 6 年r w c h a n g e r 對散射衰落信道提山了o f d m 模式“，其基本原理 是把高速數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到傳輸速率相對低的若干個(gè)上e 交于信道中傳輸，使并行 于載波上的符號周期變長，從而多徑時(shí)延擴(kuò)展相對變小，減少了i s i 。1 9 7 1 年w e i n s t e i n 等提 山用d f t 取代正弦波發(fā)生器和解調(diào)器”“，明顯減少了o f d m 調(diào)制解調(diào)器的復(fù)雜性。由丁f f t ( 快速傅立葉變換) 和i f f t ( 快速傅立葉反變換) 易用d s p ( 數(shù)字信號處理) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使 o f d m 技術(shù)走向?qū)嵱没? 9 8 0 年p e l e d 等引入循環(huán)前綴( c p ) 的概念”。解決了止交性問題。 f o s c h i n i 等在對多輸入天線、多輸出天線信道( m i m o ) 容量研究的基礎(chǔ)上，提出了分 層空時(shí)編碼( l a y e r e ds p a c e - t i m ec o d i n g ) l j “將信源數(shù)據(jù)分為若干子數(shù)據(jù)流，獨(dú)立編碼、調(diào) 制。要求接收天線數(shù)不少于發(fā)射天線數(shù)，不太適用于室外移動環(huán)境。a l a m o u t i 提出了一種發(fā) 射分集實(shí)現(xiàn)方案：發(fā)送信號經(jīng)過簡單編碼、映射，通過n 副天線同時(shí)發(fā)送：接收端在準(zhǔn)確知 道信道傳輸特性的情況下采用簡單的信號處理技術(shù)即可獲得與n a 1 天線接收分集相同的效 果。t a r o k h 等將發(fā)射分集技術(shù)與格狀編碼調(diào)制( t c m ) 結(jié)合，提出空時(shí)格狀編碼( s p a c e - t i m e t r e l l i sc o d i n g ) ”：又將發(fā)射分集技術(shù)與正交編碼結(jié)合，提山空時(shí)分組編碼( s p a c e t i m eb l o c k c o d i n g ) 2 1 ，統(tǒng)稱為空時(shí)編碼?？諘r(shí)編碼利用發(fā)射分集，接收端設(shè)計(jì)大大簡化。空時(shí)分組編 碼采用最大似然( m l ) 譯碼算法，簡單有效地克服了空時(shí)格狀編碼譯碼過丁復(fù)雜的缺點(diǎn)。接 收端采用差分技術(shù)的著分空時(shí)分組編碼( d s t b c ) “”“，無需信道估計(jì)，通過著分檢測完 成解碼。 傳統(tǒng)的空時(shí)編碼與o f d m 結(jié)合的系統(tǒng)”“”“ ，接收端需作信道估計(jì)“”“i 。每次 需要估計(jì)的信道數(shù)是子載波數(shù)、發(fā)射天線數(shù)和接收天線數(shù)三者的乘積。盡管研究者”j 已提出 了許多信道估計(jì)的算法以降低接收機(jī)復(fù)雜度，信道估計(jì)在接收機(jī)端還是占相當(dāng)人比重。 基于傳統(tǒng)d s t b c 與o f d m 結(jié)合的系統(tǒng)通過接收端采用差分檢測方程，應(yīng)用最大似然估 計(jì)、反映射獲得發(fā)送信息，避免了信道估計(jì)，但不能提供編碼增益，而且存在星座圖擴(kuò)張問 題7 。 本文基于新型d s t b c 與o f d m 結(jié)臺，設(shè)計(jì)了一種新型o f d m 系統(tǒng)，無需信道估計(jì)，得到 編碼增益，并且徹底解決常見的罩庠圖擴(kuò)張問題，使系統(tǒng)誤幀率較傳統(tǒng)d s t b c 與o f d m 結(jié) 合的系統(tǒng)改善l d b 左右。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文3 第二章o f d m 技術(shù) 第二章o f d m 技術(shù) 2 1 o f d m 信號的基本模型” o f d m 符號是多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的并行正交子載波的合成信號。子載波可用不同的調(diào)制方 式，常用p s k 或幽。 若設(shè)r 為o f d m 符號周期，n 表示子載波的個(gè)數(shù)，c ( f = q l ；一1 1 表示第i 個(gè)子載波的 調(diào)制數(shù)據(jù)，是第o 個(gè)子載波的頻率，則起始時(shí)間為t ，的一個(gè)o f d m 符號可表示為 ) = 筆d , r e c t ( ，告 唧( m 卜。 ，+ r s ( f ) = 0， t 、+ t 21 式中。 矩形函數(shù)刪( ，) = l i , i - 吖t 2 2 j = ：七i | t 圖2 1 給出t o f d m 系統(tǒng)的基本模型圖。 圈2 1o f d m 模犁幽 每個(gè)子載波在個(gè)o f d m 符號周期內(nèi)都包含整數(shù)倍個(gè)周期，而且相鄰子載波之間相著 個(gè)周期。這樣子載波間就是正交的，即對角頻率為國。和國。的兩個(gè)子載波，滿足 f j ( ，。，) 吣一( ，) 一，= j： 2 _ 2 在各個(gè)子載波正交的條件下，接收端就可解調(diào)出子載波上的數(shù)據(jù)。對第j 個(gè)子載波， 于，= f _ x ， 叫zr f l ”) r ( m 爭( f _ 卜 = 簍：1 r7 ( m 早( ，) ) a ， = d 2 3 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)磺士畢業(yè)論文4 第二章o f d m 技術(shù) 2 2 基于d f t ( 或f f t ) 的o f d m 系統(tǒng) 對于子載波數(shù)n 較大的o f d m 系統(tǒng)，o f d m 調(diào)制需要大量的l e 弦波發(fā)生器、濾波器、調(diào) 制器和相干解調(diào)器，但若利用d f t 及其反變換實(shí)現(xiàn)o f d m 系統(tǒng)的解調(diào)和調(diào)制，易用d s p 實(shí)現(xiàn)， 從而簡化和節(jié)約大量的復(fù)雜設(shè)備。并且還可以利用f f t 和i f f t 進(jìn)一步簡化運(yùn)算，提高運(yùn)算效 塞。 在符號周期t 內(nèi)以t n 為采樣間隔進(jìn)行采樣，設(shè)l ，= 0 ，：= 0 ，忽略矩形函數(shù)， 得到的第k 個(gè)采樣值為 驢心r n ) = 簍一州脅矽i k = n r | 7 ：d f t d , ( 0 _ k - n - i ) 2 一 可以看出s 實(shí)際上就是對d 進(jìn)行l(wèi) d f t 變換。 同樣可以得出在接收端解調(diào)d ，過釋實(shí)際上就是對s k 進(jìn)行d f t 變換，即 z = 薈n - i x 階脅尹i k = d f t ( 0 _ i n - 1 ) 2 5 根據(jù)上述分析可以看到o f d m 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由【d f t 和d f t 米代替。通過 n 點(diǎn)i d f t 運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號d ，變換為時(shí)域數(shù)據(jù)符號s k 經(jīng)過射頻調(diào)制，發(fā)送到無線 信道中。其中每一個(gè)i d f t 輸出的數(shù)據(jù)符號& 都是由所有子載波信號經(jīng)過疊加而生成的，即 對連續(xù)的多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波的疊加信號進(jìn)行抽樣得到。 2 3 循環(huán)前綴的應(yīng)用 一般o f d m 符號周期遠(yuǎn)大丁信道時(shí)延擴(kuò)展，時(shí)延擴(kuò)展造成的1 s i 相對較小。但由于o f d m 多個(gè)止交子載波符號并行傳輸，還會帶來載波間干擾( 1 c i ) ，即子載波之間的正交性遭到破 壞，不同的子載波之間產(chǎn)生干擾。為消除i s i ，一種基本的方法是前插長于信道時(shí)延擴(kuò)展的空 符號傳輸，這樣前一個(gè)o f d m 符號的能簧不會擴(kuò)展到當(dāng)前o f d m 符號時(shí)間內(nèi)，因而沒有i s i 。 但空符號傳輸不能保證正交子載波符號經(jīng)多徑信道后的正交性。當(dāng)?shù)? 個(gè)子載波的第2 徑分量 延遲丁| 第k 個(gè)子載波的第l 徑分量會造成對第k 個(gè)子載波的i c i 。使用循環(huán)前綴是o f d m 系統(tǒng)消 除i s i 同時(shí)避免i c i 的一種有效方法。所謂循環(huán)前綴，就是將o f d m 符號內(nèi)的后一段長r 信道 時(shí)延擴(kuò)展的波形拷貝到o f d m 符號的前面，經(jīng)多徑信道傳輸，接收端經(jīng)過同步后去掉循環(huán)前 綴內(nèi)的數(shù)據(jù)，只對有用符號時(shí)間內(nèi)的o f d m 符號進(jìn)行采樣并用d f t 變換回頻域。這樣循環(huán)前 綴可以完成對前一個(gè)o f d m 符號的隔離作用，同時(shí)又保持o f d m 符號內(nèi)各子載波之間的正交 性，消除i c i 。 信號sl t ) 通過一個(gè)沖擊響應(yīng)為h i t 的信道。若不考患噪聲影響，接收信號為 r ( f ) = 矗( r ) + s ( r ) 2 6 若設(shè)數(shù)字離散信道為 ，i = o ，1 ，l ，其中l(wèi) 為信道的時(shí)延值擴(kuò)展，2 9 式為 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第= 章o f d m 技術(shù) 對于一般串行系統(tǒng)，通?？梢栽诎l(fā)射端每 系統(tǒng)，為了消除i c i ，可以使用循環(huán)前綴替代。 一數(shù)據(jù)幀之間插入個(gè)零值，但對t o f d m 這樣帶有循環(huán)擴(kuò)展的一幀數(shù)據(jù)為 s + c 七，= 5 二。：k 。= - l ：i - 1 ze 其中 m ) = 酗n - ie x 吣2 廳尹i k ( 0 _ k n - 1 ) 2 9 則在接收端接收幀為 s ”( j ) = s + ( k f ) 辦， 21 0 對接收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行d f t 解調(diào)j ，可得到 町= 專篆s ”( 七) e x p ( 一，2 廳萬i k ) = d 2 h ，f = o ，l 一一l z ，t 其中，h ，= 芝h ；e x p ( 一j 2 石等) 為第f 個(gè)子載波上的信道頻率響應(yīng)閼子。 可以看到，通過使用循環(huán)前綴，多徑信道的線性卷積作用變?yōu)檠h(huán)卷積。 圖2 2 給出了基于o f d m 的多載波系統(tǒng)等效頻域?qū)崿F(xiàn)，圖中n 。代表第玎個(gè)子信道的高 斯白曝聲 圖2 2 基于o f d m 的多載波系統(tǒng)等效頻域?qū)崿F(xiàn) 圖2 3 給出了o f d m 的系統(tǒng)框圖。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文6 72 一m s口向 。 = m r 第二章o f d m 技術(shù) 2 4 小結(jié) 圖2 3o f d m 的系統(tǒng)框圖 本章介紹了o f d m 技術(shù)的基本原理。o f d m 的核心思想是將高速數(shù)據(jù)串變成多路低速并 行碼流，利用多個(gè)正交子載波同時(shí)獨(dú)立傳送，用1 f f t 和f 兀完成基帶調(diào)制和解調(diào)?？梢酝ㄟ^ 加保護(hù)間隔，消除i s i 。也可以不加保護(hù)聞隔，加循環(huán)前綴( c p ) 消除i s i ，同時(shí)保持時(shí)問彌散 信道上o f d m 符號內(nèi)各子載波間的正交性，消除i c i 。 中冒科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 3 1 差分編碼的向量空間 爿= 髻睜叫， ，2 6 1 ，= 二t 3 1 取其旱座圖上任兩個(gè)符號x i 和x 2 ，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)向量( x x ：) 和( 一x2 x l + ) 是相互止 交的單位向量。任何一個(gè)二維向量z = ( x ，z 。) 都可片j 這兩個(gè)復(fù)向量構(gòu)成的正交基唯一表 示。即存在一個(gè)唯一的復(fù)向量只= ( a z b ，) ，其中的a 。和b 。滿足如下向嬙方程： ( x ，x 。) = 爿。( x 、x ：) + b ：( 一x ：x ? ) 3 2 則a f=工3x i + x 4z ； 3 3 占z = 一工3 工2 + 工4 工l 34 我們定義集合礦，由所有的向量p ，組成( z a a ) ，選擇一種一一映射mt 使含 2 b 比特信息的數(shù)據(jù)塊與集合v 一一對應(yīng)。在所有可能的映射中，我們選擇如f 映射；給定 個(gè)禽2 b 比特的數(shù)據(jù)塊盧，前b 比特信息用格雷映射至星座點(diǎn)嗎，屆b 比特信息片j 格雷映射 至星座點(diǎn)吼。 設(shè)口。= 口：= 1 i ，肼( 聲) = ( ( 盧) 日( 蘆) ) ，則 a ( ) = a 3 日卜a 4 n ： 35 曰( ) = 一a 3 a 2 + a 4 a l 3 6 顯然，映射m 將任何2 b 個(gè)信息比特一映射到集合礦。 反之，若給定向量( 彳( ) b ( 戶) ) ，則( 口，口。) 可以由f 式恢復(fù)： = 匕剃矧 3 , 7 數(shù)據(jù)塊可由碼和口4 的反格雷映射得到。 3 2 基于傳統(tǒng)差分空時(shí)分組編碼的o f d m 系統(tǒng) 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 3 2 1 傳統(tǒng)差分空時(shí)分組編碼o f d m 系統(tǒng)的模型 3 2 2 傳統(tǒng)差分空時(shí)分組編碼算法 對o f d m 系統(tǒng)中的每個(gè)子載波獨(dú)立進(jìn)行差分空時(shí)分組編碼。時(shí)刻1 犬線1 和2 同時(shí)分別發(fā) 送信號s l 、s 2 ：時(shí)刻2 天線l 和2 同時(shí)分別發(fā)送信號一s 2 、s l 。這些信號對接收機(jī)都是 未知的，且不傳送有用信息。然后，發(fā)射機(jī)對接著的有用信號迭代地進(jìn)行編碼，即當(dāng)前時(shí)刻 的發(fā)送信號與前一時(shí)刻的發(fā)送信號有芙。 假設(shè)在時(shí)刻2 n 一1 ，信號s ( 2 n 1 ) 和5 ( 2 n ) 分別從發(fā)送大線l 和2 同時(shí)發(fā)出在時(shí)刻2 n ， 信號一s + ( 2 i ) 和，( 鋤一1 ) 分別從發(fā)送天線1 和2 同時(shí)發(fā)出。在時(shí)刻2 n + l ，空時(shí)編碼器收到2 b 個(gè)比特的數(shù)據(jù)塊( 2 月+ 1 ) 。用映射肘計(jì)算出它在集臺v 中的對應(yīng)元素： m ( f l ( 2 + 1 ) ) = ( 彳( ( 2 ”+ 1 ) ) 丑( ( 2 胛+ 1 ) ) ) 3 8 輸出的信號s ( 2 一+ 1 ) 和s ( 2 一+ 2 ) 為 妥耋_ ：豸 = r ( 。2 ( n 刎- 1 。- s ( 抽 ( 2 一n 1 ) ) j l l a b ( ( f l 盧( ( 抽2 n + + 1 ) 1 ) ) ) l 。 l s ( 抽+ 2 ) j ls ( 刎s ( 抽一1 ) j lb ( 盧( 抽+ 1 ) ) l 。 時(shí)刻2 n + 1 分別在天線l 和2 發(fā)送信號j ( 2 n + 1 ) 和s ( 知+ 2 ) ，時(shí)刻2 n + 2 分別在天線l 和2 發(fā)送信號，( 掃+ 2 ) 和s ( 2 n + 1 ) 。這個(gè)過程一直循環(huán)進(jìn)行到發(fā)送完所有數(shù)據(jù)。 f 面舉例說明傳統(tǒng)著分空時(shí)分組編碼的編碼過程。 假設(shè)系統(tǒng)用b p s k 調(diào)制，星座圖上的信號點(diǎn)是1 i 和一礦壓，首先用格雷映射將比特 i = 0 ，l 映射到( 一1 ) ?；?。我們選定q = 嗚= 1 互，然后用映射m 將兩比特信息映射到集 合v 中： a ( a ) = q d ：+ 口。d ；= 吩1 壓+ 吼l 壓 3 1 0 b ( ) = 一嗎吒+ a 4 a 。= 一q 1 互+ q l j 3 1 1 中圉科掌技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 若兩比特為0 0 ，則經(jīng)格雷映射，a 3 = a 4 = l 三。利用上式可求得 a ( 0 0 ) = i ，曰( o o ) = o ，即m ( o o ) = ( 1o ) 3 1 2 若兩比特為1 0 ，則經(jīng)格雷映射，a ，= 一l 手，a 4 = 互。利用上式可求得 a ( 1 0 ) = 0 ，b ( 10 ) = 1 ，即m ( 10 ) = ( 0 1 ) 同理可求得： m ( 0 1 ) = ( 0 1 ) m ( 1 1 ) = ( 一l0 ) 則此處集合 礦= ( 1 0 ) ，( 0 1 ) ，( 一1 0 ) ，( o - o 3 1 3 3 1 4 3 1 5 31 6 假設(shè)在時(shí)刻2 h 一1 ，天線l 和2 分別發(fā)送s ( 2 一1 ) = 1 j 和s ( 2 力= 一j ，則在時(shí)刻2 n ， 天線1 和2 分別發(fā)送( 2 砷= 芝和，( 力卜1 ) = 芝。假設(shè)在時(shí)刻2 聹+ l ，差分時(shí)空編碼器 的輸入是數(shù)據(jù)塊1 0 。因?yàn)閙 ( t o ) = ( 們) ，即月( 1 0 ) = 0 t 口( 1 0 ) = l 。這樣，對應(yīng)于2 n + l 時(shí)刻 輸入的數(shù)據(jù)塊l o ，輸出的信號j ( 鋤+ 日和s ( 抽+ 2 ) 為 瞄s ( 2 n + + 荊箍忡。a v j l 咄, 淘 317 l2 ) jl l 壓 j 1 1 壓j 蝴1 2 n + l ，天線1 和2 分別發(fā)送j ( 2 n + 1 ) = j 和s ( 知+ 2 ) = 至，在時(shí)刻2 + 2 ， 天線l 和2 分別發(fā)送- - s * ( 2 ”+ 2 ) = 一l j 和s ( 2 玎+ 1 ) = 1 互。 我們計(jì)算了對應(yīng)于該倒中時(shí)刻2 n + l 和時(shí)刻2 n + 2 輸入比特為0 0 ，l o ，叭和1 1 天線l 和 2 的發(fā)送信號的情況，示于表3 1 表3 2 。這里我們選定q = 島= 1 - f 2 ，映射m 為 m ( 0 0 ) = ( 1 0 ) ，m o o ) = ( 0 1 ) ，m ( 0 1 ) = ( o - 0 ，m ( 1 1 ) = ( 一l o ) 3 1 8 2 n + l 時(shí)刻天線天線 輸入的比特 1 0 0 、| 壓一1 壓 l o 、| 矗、| 厄 0 1 _ 、| 壓_ 、| 托 1 1 1 v f 2 1 矗 表3 1 發(fā)射端在時(shí)刻2 n + 1 發(fā)送的信號 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 o 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 2 n + 2 時(shí)刻天線天線 輸入的比特 l2 0 0 、| 妊、| 壓 1 0 o | 壓、| 壓 o l l 三一1 壓 1 l - 、| 矗o f n 表3 2 發(fā)射端在時(shí)刻2 ”+ 2 發(fā)送的信號 同理：當(dāng)我腫】選定q = q = 一1 j ，映射肘為 m ( o o ) = ( - l o ) ，m o o ) = ( o 一1 ) ，m ( 0 1 ) = ( 0 1 ) ，m ( 1 1 ) = ( 1 0 ) 3 1 9 在以上條件下發(fā)射天線l 和2 在時(shí)刻2 n + 1 和時(shí)刻2 n + 2 發(fā)送的信號分別為 2 n + l 時(shí)刻天線天線 輸入的比特 12 0 0 o f 矗、| 冱 1 0 一、| 托一t 7 壓 0 1 、| 壓、| 厄 1 1 、| 壓 一l x 2 表3 3 發(fā)射端在時(shí)刻2 n + 1 發(fā)送的信號 2 n + 2 時(shí)刻天線犬線 輸入的比特 12 0 0 o 妊- 、| 厄 1 0 、f 矗o | 矗 0 l l x 2 、f 托 1 1 、| 厄、f 壓 表3 4 發(fā)射端在時(shí)刻2 n + 2 發(fā)送的信號 同理：當(dāng)我們選定a ；l i ，a ：= 一l i ，映射時(shí)為 喇卿= ( 0 1 ) ，刪l o ) = ( - 1 0 ) ，川0 1 ) = ( 1 0 ) ，川1 1 ) = ( o 一1 ) 3 2 0 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 在以上條什卜發(fā)射端天線l 和2 在時(shí)刻2 n + 1 和時(shí)刻2 n 十2 發(fā)送的信號分別為 2 n - i - 1 時(shí)刻天線天線 輸入的比特 l2 0 0 、? 五 1 x 2 1 0 o 冱、| 矗 0 1 l 壓o | 壓 1 l l 壓一1 壓 表3 5 發(fā)射端在時(shí)刻2 n + 1 發(fā)送的信號 2 n + 2 時(shí)刻天線天線 輸入的比特 12 0 0 o | 冠l l a 1 0 1 壓o | 厄 0 1 、| 厄、 娩 1 1 、| 厄o 矗 表3 6 發(fā)射端在時(shí)刻2 n + 2 發(fā)送的信號 同理：當(dāng)我們選定口。= 一1 i ，n ：= 1 i ，映射m 為 m ( o o ) = ( o 一1 ) ，u o o ) = o o ) ，m ( o t ) = ( 一l o ) ，u ( 1 1 ) = ( 0 1 ) 3 2 1 在以上條件下發(fā)射端天線l 和2 在時(shí)刻2 n + l 和時(shí)刻2 w + 2 發(fā)送的信號分別為 2 n + 1 時(shí)刻天線天線 輸入的比特 12 0 0 一l x 2一l q 互- 1 0 、| 壓 1 x 2 0 1 一t f 冱、 也 1 1 、 矗、| 托 表3 7 發(fā)射端在時(shí)刻2 n + 1 發(fā)送的信號 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 2 n + 2 時(shí)刻天線天線 輸入的比特 12 0 0 一、| 厄 1 x 2 1 0 、| 矗、 厄 0 l 一、| 厄o f 冱 l l 、f 厄o f 五 表3 8 發(fā)射端在時(shí)刻2 n + 2 發(fā)送的信號 以上我們選擇正交基，不是根據(jù)上一狀態(tài)發(fā)送的數(shù)據(jù)確定，只是選一個(gè)列定正交基。分 析四種不同正交基情況，雖然當(dāng)系統(tǒng)采用占p k 調(diào)制時(shí)，時(shí)刻2 n + 1 和2 n + 2 天線1 、2 發(fā) 送的數(shù)據(jù)仍在星座圖上，不存在星座圖擴(kuò)張問題。但當(dāng)系統(tǒng)采用q p s k 調(diào)制時(shí)則不完全在 q p s k 星座圖上，擴(kuò)展到9 一d m 。對犟座圖擴(kuò)張問題，f 面我們提出的新型差分空時(shí) 分組編碼算法能很好的解決。 3 3 基于新型差分空時(shí)分組編碼的o f d m 系統(tǒng) 3 3 1 新型差分空時(shí)分組編碼o f d m 的系統(tǒng)模型及分析 圖3 2 基丁新型差分空時(shí)分組編碼的o f d m 系統(tǒng)模型 圖3 2 給出了基于新型差分空時(shí)分組編碼的o f d m 系統(tǒng)模型。 對具有k 個(gè)子載波的o f d m 通信系統(tǒng)作如r 假設(shè)：( 1 ) 各發(fā)射天線到接收天線2 間的 無線信道相互獨(dú)立并具有相同的統(tǒng)計(jì)特性，且沒有共同的信道零點(diǎn)。( 2 ) 系統(tǒng)具有庭好的同 步。( 3 ) 信道是慢變的，在兩個(gè)相鄰的空時(shí)編碼數(shù)據(jù)塊中保持不變。 設(shè)輸入信息一抑曲為k 行2 列矩陣形式，對應(yīng)k 個(gè)子載波。它的第k 行 ( x t , ( 2 n + 1 ) 氣( 勘+ 2 ) ) ，在星座圖上的格雷映射為h ( 掃+ 1 ) 矗( 掃+ 2 ) ) 。根據(jù)上一時(shí)刻發(fā)送的數(shù) 據(jù)b ( 2 n - 1 ) ，乩( 2 n ) ) 選擇兩個(gè)不同的映射集合中的一個(gè)進(jìn)行映射，設(shè)其對應(yīng)的映射為 ( ，b 。) ，則該時(shí)刻所發(fā)送的數(shù)據(jù)可由卜- 式求出 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 h ( 2 n 1 ) i 以( 2 n ) 3 2 2 1 3 1illj 爿口 ，l 1j ，n：、 m 2 s ，l 一。 門列 l 2 + 加抽 t，l 吼以 。l 一三蘭，塹型殳! 里堅(jiān)墨莖竺堡墨墼 經(jīng)差分空時(shí)編碼，在2 n + l 時(shí)刻和2 n + 2 時(shí)刻第k 個(gè)子載波上傳送的信號為 讎s ；( 2 n + 1 + 2 ，端2 n + 刳l 馳。 l 一) () i “ 每個(gè)行向量的兩個(gè)分量分別用天線1 和2 同時(shí)傳送，每個(gè)列向量用同一天線傳送。接i f 5 ( 信號經(jīng)過f f t 解調(diào)，在2 n 一1 時(shí)刻和2 ”時(shí)刻第k 個(gè)子載波上的接收信號分別為( 力卜d 和 ( 柳在2 n + l 時(shí)刻和2 n + 2 時(shí)刻第k 個(gè)子載波上的接收信號分別為噍( 2 h + 】) 和 氣( 知+ 2 ) 。 r - = 咋鼢+ 】) ( 2 n 一】) + + ( 2 h + 2 ) ( 2 一) 3 “ r z = ( 2 聆+ 1 ) 咯( 2 ，d 一唯( 2 n + 2 ) r 。( 2 n 一1 ) 32 5 其中 噍( 糾) ( 舡q 蠅+ ( 刎蠅叫( 刎 32 6 ( 刎= ( 2 砷皿+ & ( 抽一1 ) 耳：+ m ( 2 砷 32 7 咯 鋤+ 1 ) = 鼉( 鋤+ 1 ) 皿l + 最( 鋤+ 2 ) + m ( 知+ 1 ) ( 旃萄= ( 勘+ 2 ) x 耳，馳9 蠅叫( 刎 機(jī)( 2 n 一1 ) ，m ( 2 一) ， 0 ( 2 n + 1 ) ， ( 2 月+ 2 ) 是均值為零、方差為l 的復(fù)高斯白噪聲。 由3 2 2 式至3 2 9 式，得 32 8 3 2 9 r ：) = ( i 峨，1 2 + l 吼：1 2 ) ( q 吼：) + ( m 。m ：) 3 3 0 再通過維特比譯碼、反映射、并串轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)輸出。 3 3 2 新型差分空時(shí)分組編碼算法 新型著分空時(shí)分組編碼根據(jù)不同( ( 2 n - 1 ) ，( 2 h ) ) ，選擇差分系數(shù)集，使下一狀態(tài)滿 足( & ( 孫+ q ，墨( 抽+ 2 ) ) e 湫a 。 舉例：對q p 餅調(diào)制，彳a ，有1 6 個(gè)信號向量。對丁i 】6 個(gè)不同的( 2 一一1 ) ，最( 2 ”) ) 有1 6 個(gè)不同的集合礦。 根據(jù) 可得 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 3 3 1 4 _f_l 女 t 爿口 。l 1j ) d r 一 0 + i 2 s ( 一， 、j 曲抽0 “ 一 一 j i 1，j d ” 十 ” 玎 0 0 如 l 蔓三蘭塹型旦! 旦堅(jiān)墨墼塑竺塞堡生 4 = 顫( 2 n + 1 ) s k ( 2 n j ) + ( 2 胛+ 2 ) 0 ( 2 n ) 3 3 2 島。& ( 2 n + 1 ) s ( 2 ”) + ( 2 n + 2 ) s 。( 2 n - i ) 3 3 3 當(dāng)取h ( 孫一1 ) ，( 刎) 2 擊( l 9 對應(yīng)1 6 個(gè)不同的( ( 抽+ 1 ) 個(gè)分量。 肖( ( 2 + 1 ) ，s , ( 2 n + 2 ) ) = ( 1 ，1 ) ，利用上式可求出 v z a 萬l “- ) ) = l - b 。f 萬i ( 1 ) - 0 同理可求出 4 睦( 1 ，_ 1 ) 卜最( 扣- 1 ) 叫 4 恃( _ l ，) ) 砘b 。( i 一，) ) _ i 4 擊( 吐- 1 ) 一鴝b ( 萬1 ( “叫 = 。 4 ( 擊叫屯仇( 擊，) = 0 a 。( 萬i ( 卜，) ) = o ，b 。陸i ( 小，) ) = 一- 4 ( 擊( 吐，) ) 一o ，b 。( 萬1 ( “，) ) = ， 4 擊( 吐叫) = 。，辟( 擊( 吐切) = 。 4 ( 擊) ) = j 1 ( h 力且( 擊( 。力= i f - 】枷 4 睦( 切 之( 卅，盡睦( l 切) 之( _ 卅 4 睦( _ l 川= 扣兒懇陸，) 挎卅 4 ( 擊( _ l - ，) 一小，) 1 盡( 擊( - l 1 滑h ) a 。協(xié)1 川) ) = 如n 鼠( 去u t ) ) = 扣，) 4 咖，_ 1 ) ) = 扣n 辟瀅叫= 扣力 4 ( 擊) = 知) 縣( 擊) = 知， 4 睦 訓(xùn)一卜們睦( 刊挎t + j ) 即對應(yīng)33 5 式，1 6 個(gè)不同的b ( 掃+ 1 ) ，& ( 劾+ 2 ) ) 審?fù)茖W(xué)特來士堂商+ 絲“p 靜寺 耳( 抽+ 2 ) ) ，該集臺v 有1 6 3 3 4 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) _ 。：l _ 4 2 ( 1 ，1 ) ，( 1 ，一1 ) ( ，j ) ，( ，一) ( 1 ，) ，( 1 ，一j ) ， ( ，1 ) ，( ，一1 ) ， ( 一1 ，1 ) ，( 一i ，一1 ) ( 一j ，) ，( 一j ，一) ( 一1 ，) ，( 一l ，一j ) ( 一，1 ) ，( 一，1 ) 當(dāng)b ( 孫一1 ) ， ( 刎) = 忑1 ( l 1 ) 時(shí)所求出的集臺r ( 媽( q - 1 )( 0 9( 一l q iu q( q 卅( 叫( 葉q ”：f 扣卅，( 一l 枷j 主( ( 1 叫) ，( 一l 叫) ) ；( ( _ 1 卅，( 1 卅) i ( ( q - j l ，( 1 訓(xùn) i 扣枷，( - 卅) 扣一枷，( - 1 訓(xùn)( i 卅，- 枷) ( 。) ，( _ 卅) 3 3 5 3 3 6 同理當(dāng)( & ( 刈冉( 刎) 毛( i 叫時(shí)，對應(yīng)彳彳中1 6 個(gè)不同的b ( 抽+ 1 ) ，& ( 抽+ 2 ) ) ，所求 出的集合v f心q 均( q( q _ 1 ) l( 蚴( 川( j q( q 一) 叫自( 1 劫，( 1 刪) 女( 1 刪，( 1 棚) ；( 一卅，( - l 卅) 女( 一切- l 卅 8 ( ( - l 刪1 卅) ( 1 卅_ 1 切) ：( ( d 卅1 嘲) 扣- j ) ，( _ 一卅) 33 7 當(dāng)( 丑( 2 一一1 ) ，( 2 曲) = 西1 ( 一1 ，1 ) 時(shí)，對應(yīng)一爿中1 6 個(gè)不同的b ( 勘+ 1 ) ，五( 2 h + 2 ) ) t 所求 山的集合y f ( q q ) ( 刈( 1 q( q 4 l ( 酬 蚴 噸( 一切一一) ) 象_ 一) “_ 圳粵蚓，一】) ( 1 切1 切) i 塾l 卅，( 一叫) ( 斗州蚓) 女f - 刪，( 一刪) ( 一卅，( - 訓(xùn) 33 8 當(dāng)( & 2 n q ，唧( 刎= 誘1 ( 一q 時(shí)：啪d x d 中1 6 個(gè)不同的僅( 知+ 1 ) ，( 鋤十2 ) ) ，所求出的 集合礦 ( 一螂心4( 0 , - i )( t o ) f( 工o )( q ，)( q _ ，)( o ) ”2 ：( ( 1 1 一力，( 1 ，) ) ；( ( _ l 切，( 1 + 瑚；( o - j ) ， 一1 嘲) 扣枷，( - l + 朋 酐，- ) ，h 肼扣州+ 力) 扣l + 肼訓(xùn)扣圳t 一力) 33 9 當(dāng)( 耳( 鋤一n ，耳( 刎) ：疆1 ( 枷時(shí)，對應(yīng)爿4 中1 6 個(gè)不同的h ( 抽+ 1 ) ，s ( 2 n + 2 ) ) ，所求出的 集合礦 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 3 4 0 當(dāng)b ( 抽1 ) ，( 刎) = 擊_ ，) 時(shí) 對應(yīng)一一中1 6 個(gè)不同的( 唧( 2 + 1 ) ，亂( 2 n + 2 ) ) ，所 求出的集合y f( q 力 l( q 叫 it q ( _ l 砌卅 踟枷， _ l 卅 當(dāng)( & ( 2 一一1 ) ，( 刎) = 去( o ，) 時(shí)， v z 求出的集合礦 ( 葉q( 砷 ( t o ) ( - t o ) 挈l - 1 ) ，( 1 + j ) ) ( _ l 卅，( _ 卅) 知_ j ) ，( _ l 訓(xùn)：( ( _ 卅，( t 卅) ( q 刊 ( q n ：( ( 1 卅，o - s ) ) j ( ( - l - s ) ，( 1 卅) 3 4 1 對應(yīng)一爿中1 6 個(gè)不同的( & ( 2 以+ 1 ) ，s k ( 2 n + 2 ) ) ，所 f ( n j ( 腳0 ( q l ( q l j( - t o )( t o ) ( q _ 1 ) ”2 扣卅1 ( 1 吖) ) ；( ( 一l 卅( _ l 卅) ；( o - j ) ( 1 枷) ；( ( - l - j ) 卅 i ( ( _ l - s ) ，( i 塒) ；( ( 一l 枷，( 1 吖) ) 扣卅，( 一j - i ) ) ：( ( 1 卅，( - 1 卅) 3 4 2 當(dāng)h ( 2 n - 1 ) ( 2 一) ) = 萬1 ( 一工一j ) 時(shí)，x t 立a x a = p1 6 個(gè)不同的( & ( 知+ 1 ) ，& ( 知十2 ) ) ，所 求出的集合礦 f似q( 鯽( q 司( 吐q i( q( q q( q 日( 岣 q ( 蝴1 切) ( 蚓_ 卅) ( 一卅“- 瑚) ( 一曲，( _ 卜塒) 出( _ 1 刪，( _ 卅) j - l 塒_ 蝴) ：( ( 1 刪，( 叫) 女( 1 卅，( 1 卅) 3 4 3 當(dāng)b ( 新一q ，最( 刎) 毒( l 力時(shí)，對應(yīng)彳4 中t 6 個(gè)不同的b ( 2 n + 1 ) ，& ( 2 ”+ 2 ) ) ，所求 v z 出的集合礦 悖( 1 卅，( 1 訓(xùn)【，枷，( - i 叫) d ；( ( ，( 1 切) ( - i 卅，0 - i ) ) i( t o )( q 一) lf q 9“砷 ：( ( - l - j ) ( 1 枷) ；( ( _ l 枷，( _ l 卅) ( 1 卅_ l 卅) ( _ l 棚，( _ l 棚) 她i 吐! 吐qf q _ 】) 3 4 4 當(dāng)( & ( h 1 ) ， ( 2 ”) ) = 擊( 1 ，。) 時(shí)，對應(yīng)爿爿中1 6 個(gè)不同的( & ( 鋤+ 1 ) ，& ( 鋤+ 2 ) ) ，所求 出的集合礦 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士畢業(yè)論文 第三章新型o f d m 系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 螢卅圳壹卅i 矧 壹卅刪i ( 功h ) ) ( 刈( 蚓 ( q j( 剝 34 5 當(dāng)“( 知一9 ，乓( 刎) ：名卜l 力時(shí)，對應(yīng)爿一中1 6 個(gè)不同的( 品( 2 + 1 ) ，& ( 2 ”+ 2 ) ) ，所求出的 q 上 集合礦 凰叫叫) 妻卅吲) 復(fù)吲枷) 壹吲蝴) d 壹吲嘲) 復(fù)刮4 酬謄吲i 卅) 謄卅i 卅 | o 了)( 卅( 1 q( q