可變速率調(diào)制技術(shù)研究

1、 學(xué)科分類號(hào)：_08_本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目（中文）： 可變速率調(diào)制技術(shù)研究 （英文）：The Study of Variable Rate Modulation學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào) 系 部： 專業(yè)年級(jí)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231954878 摘 要 PAGEREF _Toc231954878 h I HYPERLINK l _Toc231954879 關(guān)鍵字 PAGEREF _Toc231954879 h I HYPERLINK l _Toc231954880 Abstract PAGEREF _Toc231954880 h

2、 I HYPERLINK l _Toc231954881 Keywords PAGEREF _Toc231954881 h II HYPERLINK l _Toc231954882 第一章 緒論 PAGEREF _Toc231954882 h 1 HYPERLINK l _Toc231954883 1.1 課題背景及意義 PAGEREF _Toc231954883 h 1 HYPERLINK l _Toc231954884 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 PAGEREF _Toc231954884 h 1 HYPERLINK l _Toc231954885 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容 PAGEREF

3、_Toc231954885 h 2 HYPERLINK l _Toc231954886 第二章 可變速率調(diào)制技術(shù)的理論基礎(chǔ) PAGEREF _Toc231954886 h 3 HYPERLINK l _Toc231954887 2.1 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求及性能指標(biāo) PAGEREF _Toc231954887 h 3 HYPERLINK l _Toc231954888 2.1.1 移動(dòng)通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)要求 PAGEREF _Toc231954888 h 3 HYPERLINK l _Toc231954889 2.1.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的性能指標(biāo) PAGEREF _Toc231954889 h 3

4、 HYPERLINK l _Toc231954890 2.2 可變速率調(diào)制技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方式 PAGEREF _Toc231954890 h 4 HYPERLINK l _Toc231954891 2.3 實(shí)現(xiàn)可變速率調(diào)制的方法 PAGEREF _Toc231954891 h 5 HYPERLINK l _Toc231954892 第三章 可變速率調(diào)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc231954892 h 7 HYPERLINK l _Toc231954893 3.1 MC-CDMA PAGEREF _Toc231954893 h 7 HYPERLINK l _Toc23195489

5、4 3.1.1 MC-CDMA的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc231954894 h 7 HYPERLINK l _Toc231954895 3.1.2 MC-CDMA的優(yōu)缺點(diǎn) PAGEREF _Toc231954895 h 11 HYPERLINK l _Toc231954896 3.2 VSG-CDMA PAGEREF _Toc231954896 h 12 HYPERLINK l _Toc231954897 3.2.1 VSG-CDMA的理論基礎(chǔ) PAGEREF _Toc231954897 h 12 HYPERLINK l _Toc231954898 3.2.2 VSG-CD

6、MA性能分析 PAGEREF _Toc231954898 h 13 HYPERLINK l _Toc231954899 3.3 VR-QAM PAGEREF _Toc231954899 h 14 HYPERLINK l _Toc231954900 3.3.1 VR-QAM基本原理 PAGEREF _Toc231954900 h 14 HYPERLINK l _Toc231954901 3.3.2 VR-QAM的性能 PAGEREF _Toc231954901 h 17 HYPERLINK l _Toc231954902 3.4 可變速率調(diào)制技術(shù)在我國(guó)3G中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc231

7、954902 h 18 HYPERLINK l _Toc231954903 第四章 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc231954903 h 20 HYPERLINK l _Toc231954904 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc231954904 h 21 HYPERLINK l _Toc231954905 致謝 PAGEREF _Toc231954905 h 22 可變速率調(diào)制技術(shù)研究摘 要： 未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要傳輸不同速率和不同質(zhì)量要求的多種業(yè)務(wù)，而且因?yàn)橐苿?dòng)信道的傳播性能經(jīng)常會(huì)隨時(shí)間和傳播地點(diǎn)而隨機(jī)變化，所以移動(dòng)通信系統(tǒng)必須具有自適應(yīng)改變其傳輸速率的能力，以便能靈活地為多種業(yè)

8、務(wù)提供合適的傳輸速率，而且能在保證傳輸質(zhì)量的前提下，根據(jù)傳播條件實(shí)時(shí)地調(diào)整其傳輸速率(信道條件好，提高速率；信道條件差，降低速率)，以充分發(fā)揮所用頻譜的效率。因此, 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中最好能利用可變速率調(diào)制技術(shù)，根據(jù)移動(dòng)信道的變化自適應(yīng)地改變無(wú)線傳輸速率,這樣才能有效地增加對(duì)衰落信道的適應(yīng)能力?？勺兯俾收{(diào)制技術(shù)就是一種與基本調(diào)制方式相結(jié)合的傳輸控制方法, 實(shí)質(zhì)上就是一種自適應(yīng)調(diào)制技術(shù), 能根據(jù)移動(dòng)信道隨機(jī)變化的情況自適應(yīng)地改變無(wú)線傳輸速率, 亦即當(dāng)信道條件好時(shí)增加傳輸速率, 當(dāng)信道條件差時(shí)降低傳輸速率。它可以在頻譜效率和系統(tǒng)誤碼性能兩方面都達(dá)到令人滿意的效果。本文研究可變速率調(diào)制技術(shù)的基本原理，

9、以及可變速率的三種主要實(shí)現(xiàn)方法（多載波碼分多址、可變?cè)鲆娲a分多址、變速率正交幅度調(diào)制）做簡(jiǎn)要介紹。關(guān)鍵字：自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)； MC-CDMA；VR-QAM；VSG-CDMA The Study of Variable Rate Modulation Abstract：The future mobile communication system is not only to transmit signal with different transmission rates and quality requirements, but also has to be adaptive to change

10、 its transmission rate as the spread performance of mobile channel witch often auto-adapt changed as time and locations, So that it can freely provide a suitable transmission rates to variety of business, and adjust its transmission rate to real-time dissemination of the conditions under the conditi

11、on of ensuring the transmission quality(a good channel condition to higth rate; a poor channel condition to low rate) so as to show full efficiency of frequent spectrum. Therefore, in the mobile communications system, its a good choice to use variable-rate modulation technology in accordance with ch

12、anges in mobile channel, in order to effectively increase the fading channel adaptability. Variable-rate modulation technique is a combination of the basic modulation methods of transmission control, In essence, is a kind of adaptive modulation technology, it can adaptively change its transfer rate

13、with random changes in the mobile channel, that is, when the channel conditions are good increase in transfer rate, when the channel conditions are poor lower transmission rate. It can conduct satisfactory results both in error spectrum efficiency and system performance. In this paper, the basic pri

14、nciples of variable-rate modulation technology were stated and a brief introduction was made on the main methods(multi-carrier code division multiple access, variable gain code division multiple access, variable-rate quadrature amplitude modulation) . Keywords: Adaptive modulation technique MC-CDMA

15、VSG-CDMA VR-QAM第一章 緒論1.1 課題背景及意義調(diào)制就是把要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)（或信息信號(hào)）進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男盘?hào)形態(tài)的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，就是把信息基帶信號(hào)變?yōu)檫m合傳輸?shù)母哳l帶通信號(hào)的處理過(guò)程。調(diào)制是各種通信系統(tǒng)必不可少的最基本內(nèi)容，但不同的通信系統(tǒng)和通信環(huán)境有不同的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)。調(diào)制解調(diào)技術(shù)的性能常用它的功率效率帶寬效率來(lái)衡量。無(wú)線通信是通信條件和通信環(huán)境最苛刻、最惡劣的通信方式，一個(gè)好的調(diào)制方法和技術(shù)，要能在低的接收信噪比條件下提供低誤比特率解調(diào)性能，在移動(dòng)環(huán)境下抗無(wú)線信道衰落能力強(qiáng)，占用帶寬最小，實(shí)現(xiàn)容易，價(jià)格低，可變速率調(diào)制就是這樣一種調(diào)制技術(shù)。 可變速率調(diào)

16、制技術(shù)大體可分為調(diào)整功率級(jí)別；調(diào)整星座圖大??；調(diào)整碼數(shù)；同時(shí)調(diào)整功率級(jí)別和星座圖大??；同時(shí)調(diào)整星座圖大小和符號(hào)速率；同時(shí)調(diào)整功率和傳輸速率以及同時(shí)調(diào)整碼速、符號(hào)速率和星座圖大小七種。 由于可變速率調(diào)制技術(shù)在當(dāng)前乃至今后一段時(shí)間都處于或?qū)⑻幱谝苿?dòng)通信的前沿，因此國(guó)內(nèi)外對(duì)它的研究都極為重視。為了跟蹤國(guó)際前沿，發(fā)展我國(guó)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)，滿足對(duì)該技術(shù)的需求，開展該領(lǐng)域的研究是非常必要而有實(shí)際意義的。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析隨著現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)字無(wú)線傳輸內(nèi)容和無(wú)線傳輸效率提出了更高的要求，未來(lái)的無(wú)線傳輸須得支持各類窄帶和寬帶傳輸、實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)傳輸、恒定速率和可變速率傳輸，尤其要能夠

17、支持多媒體業(yè)務(wù)功能，但是通信系統(tǒng)的容量有限，因此研究更有效的傳輸方式是解決問題的有效途徑。 從1993年開始，很多學(xué)者提出了將OFDM（正交頻分復(fù)用）和CDMA（碼分多址）相結(jié)合的可變速率調(diào)制技術(shù)方案MC-CDMA（多載波碼分多址），它結(jié)合了ODFM和CDMA的優(yōu)點(diǎn)，在高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，其抗干擾的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)CDMA。在發(fā)送端和接收端利用快速傅立葉變換(FFT)及其反變換(IFFT)可以很容易的恢復(fù)和產(chǎn)生這樣的多載波信號(hào)，而無(wú)需增加發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜性。并且由于各個(gè)子載波頻譜相互交疊，多載波CDMA具有很高的頻譜利用率。隨后，對(duì)VR-QAM（變速率正交幅度調(diào)制）的研究也風(fēng)生水起，1999年

18、，劉喜斌在電子工程師上發(fā)表研究文章探究了可變速率正交幅度調(diào)制技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)。VR-QAM能根據(jù)衰落情況而自動(dòng)地改變QAM的調(diào)制電平數(shù)，即改變其調(diào)制星座圖的星象點(diǎn)數(shù)。當(dāng)信道傳輸特性較好，信號(hào)受到的衰落比較小的時(shí)候，增加調(diào)制電平數(shù)；使BER（誤比特率）保持在可以接受的程度。隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是基于碼分多址CDMA的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的成熟，在其中發(fā)揮重要作用的VSG-CDMA（可變?cè)鲆娲a分多址）技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展?？勺?cè)鲆鍯DMA通過(guò)動(dòng)態(tài)改變擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率來(lái)實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)速率的傳輸。為保證傳輸質(zhì)量，在傳輸高速業(yè)務(wù)時(shí)降低擴(kuò)頻增益，同時(shí)相應(yīng)提高其發(fā)射功率；在傳輸?shù)退贅I(yè)務(wù)時(shí)增大擴(kuò)頻增益，

19、同時(shí)適當(dāng)降低其發(fā)射功率，可以減少多址的干擾。1.3 本文的研究?jī)?nèi)容通過(guò)對(duì)可變速率調(diào)制技術(shù)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀的綜述，和對(duì)其基本原理和實(shí)現(xiàn)方法的概述，確定本文的主要研究?jī)?nèi)容為可變速率調(diào)制技術(shù)的基本原理、MC-CDMA理論基礎(chǔ)和優(yōu)缺點(diǎn)、VSG-CDMA通信原理，和VR-QAM的原理及其調(diào)制性能。本文共分四章，具體結(jié)構(gòu)如下：第一章對(duì)移動(dòng)通信中可變速率調(diào)制技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。確定本文的研究背景和研究?jī)?nèi)容。第二章介紹可變速率調(diào)制技術(shù)的基本原理。第三章對(duì)MC-CDMA理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方案、VSG-CDMA通信系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及其性能、VR-QAM的原理及其調(diào)制性能進(jìn)行了淺顯的闡述。第四章對(duì)整個(gè)研究實(shí)踐所做的

20、工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)可變速率調(diào)制技術(shù)的發(fā)展前景以及在我國(guó)3G中的一些應(yīng)用做了預(yù)測(cè)。 第二章 可變速率調(diào)制技術(shù)的理論基礎(chǔ)實(shí)際上，可變速率調(diào)制是一種和基本調(diào)制方式相結(jié)合的傳輸控制方法。它可以根據(jù)移動(dòng)信道隨機(jī)變化的情況自適應(yīng)地改變無(wú)線傳輸速率：當(dāng)信道條件好時(shí)，用較高速率；信道條件差時(shí),降低傳輸速率。可以采用不同的判斷信道條件好壞的準(zhǔn)則和不同的改變速率的方案，發(fā)展成各種可變速率的調(diào)制方法1。2.1 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求及性能指標(biāo)2 移動(dòng)通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)要求1、 必須采用抗干擾能力較強(qiáng)的調(diào)制方式(采用恒包絡(luò)角調(diào)制方式以抗嚴(yán)重的多徑衰落影響)； 2、 盡可能提高頻譜利用率： （1） 占用頻帶要窄，帶外輻射

21、要?。ú捎肍DMA（頻分多址）、TDMA（時(shí)分多址）調(diào)制方式）； （2） 占用頻帶盡可能寬，但單位頻譜所容納的用戶數(shù)多（采用CDMA調(diào)制方式）； 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的性能指標(biāo)數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過(guò)功率有效性（Power Efficiency）和帶寬有效性(SpectralEfficiency)來(lái)反映。功率有效性是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力, 可表述成每比特的信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比 （2-1）帶寬有效性是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)數(shù)字有效性的能力, 可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過(guò)率。 （2-2） 數(shù)字調(diào)制方式應(yīng)考慮如下因素：抗擾性，抗多徑衰落的能力， 已調(diào)

22、信號(hào)的帶寬，以及使用、成本等因素。好的調(diào)制方案應(yīng)在低信噪比的情況下具有良好的誤碼性能，具有良好的抗多徑衰落能力，占有較小的帶寬， 使用方便，成本低。2.2 可變速率調(diào)制技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方式可變速率調(diào)制實(shí)質(zhì)上是一種自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)。自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)是在無(wú)線多媒體接入系統(tǒng)中提出來(lái)的，在給定數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的情況下，它根據(jù)業(yè)務(wù)量、平均信噪比、平均時(shí)延、斷話概率和數(shù)據(jù)速率等來(lái)決定采用的調(diào)制方式，包括MC-CDMA、VSG-CDMA、VR-QAM等。在多媒體業(yè)務(wù)的可變速率情況下，可保證信噪比不變時(shí)不產(chǎn)生鄰道干擾起伏，同時(shí)也可控制系統(tǒng)的通信容量。 可變速率調(diào)制技術(shù)有兩個(gè)步驟3： 1、傳輸信道參數(shù)的測(cè)量； 2、在優(yōu)

23、化預(yù)先指定的代價(jià)函數(shù)的基礎(chǔ)上，選擇一種或是多種傳輸參數(shù)。 但是有一個(gè)假設(shè)前提，那就是信道變化不是很快，否則選擇的信道參數(shù)很難與信道實(shí)際情況相匹配。所以可變速率調(diào)制技術(shù)只適用于多普勒擴(kuò)展不是很大的情況。可變速率調(diào)制技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境中具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谑覂?nèi)環(huán)境中傳播時(shí)延很小，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的相對(duì)速度也很慢。在這種情況下，可變速率調(diào)制技術(shù)可以逐幀使用。下面我們羅列了一些可變速率調(diào)制技術(shù)。 調(diào)整功率級(jí)別：按照信道的衰減幅度，調(diào)整功率級(jí)別，也就是傳輸級(jí)別。這種方案增加了發(fā)射機(jī)的峰值功率，在多用戶環(huán)境中，增加了同頻干擾，從而可能引起信道容量的降低。 調(diào)整星座圖大?。涸谧赃m應(yīng)傳輸技術(shù)中，可變速率調(diào)制扮

24、演了一個(gè)非常重要的角色，因?yàn)樗梢栽诓辉黾佣嘀方尤敫蓴_功率的情況下，提高傳輸效率。在調(diào)整星座圖大小時(shí)，一定要保證傳輸?shù)墓β什蛔?，從而可以提供一定的QoS（業(yè)務(wù)質(zhì)量）。當(dāng)短期的BER（比特差錯(cuò)率）近似恒定，但比特率有所改變的時(shí)候，就需要調(diào)整星座圖中的信號(hào)數(shù)目，反之亦然。在單用戶環(huán)境中，可變速率調(diào)制相對(duì)于僅有功率控制的固定速率系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以提供510dB的增益。 調(diào)整碼速：為了適應(yīng)相應(yīng)信道的狀態(tài)，可以選擇最佳的碼速，以實(shí)現(xiàn)編碼方案的調(diào)整。截短的卷積編碼就是這種情況，因?yàn)樗鼈兛梢栽诓桓淖兙幋a器和譯碼器結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)編碼和譯碼。 調(diào)整功率級(jí)別和星座圖大?。郝?lián)合調(diào)整調(diào)制方案和傳輸級(jí)別可以在單用

25、戶環(huán)境或是一個(gè)多用戶信道中實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)合相對(duì)于沒有功率控制的方案來(lái)說(shuō)，可以明顯地提高吞吐量。 調(diào)整星座圖大小和符號(hào)速率：星座圖大小和符號(hào)速率可以同時(shí)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)在滿足BER需求的情況下，選擇的最佳調(diào)制方案可以將比特速率最大化。然而，在具有最大符號(hào)傳輸速率的情況下，也可以獲得較低的傳輸速率，這可以通過(guò)連續(xù)傳輸相同的碼字做到。 調(diào)整功率和傳輸速率：在滿足平均功率和BER約束的情況下，可以選擇傳輸速率和功率，以最大化頻譜效率。 調(diào)整碼速、符號(hào)速率和星座圖大?。哼@三者可以同時(shí)調(diào)節(jié)。如果這三種參數(shù)任意結(jié)合，而目標(biāo)BER也不能達(dá)到，則系統(tǒng)不傳輸數(shù)據(jù)。 2.3 實(shí)現(xiàn)可變速率調(diào)制的方法 4-7： 隨著多年來(lái)無(wú)線

26、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，在無(wú)線通信中起關(guān)鍵作用的調(diào)制技術(shù)也日新月異，這其中可變速率調(diào)制技術(shù)從無(wú)到有，到如今發(fā)展出各種各有側(cè)重、在不同方面滿足著人們多樣需求的多種方法，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下： 1 可變速率正交振幅調(diào)制(VR-QAM)。QAM是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控技術(shù)。電平數(shù)越多，每碼元攜帶的信息比特?cái)?shù)就越多。 2可變擴(kuò)頻增益碼分多址(VSG-CDMA)。這種技術(shù)靠動(dòng)態(tài)改變擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)速率的傳輸。在傳輸高速業(yè)務(wù)時(shí)降低擴(kuò)頻增益，為保證傳輸質(zhì)量，可相應(yīng)提高其發(fā)射功率；在傳輸?shù)退贅I(yè)務(wù)時(shí)增大擴(kuò)頻增益，在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的條件下，可適當(dāng)降低其發(fā)射功率，以減少多址干擾。 3 多載波碼分多址(MC-CD

27、MA)。 待傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并變換器后，分成多個(gè)(1， 2， ， M)支路， 支路的數(shù)目隨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的不同速率而變，當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率小于等于1基本速率時(shí)，串/并變換器只輸出1個(gè)支路；當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率大于基本速率而小于2倍基本速率時(shí)，串/并變換器輸出2個(gè)支路；依此類推，最多可達(dá)M個(gè)支路，即最大業(yè)務(wù)速率可達(dá)基本速率的M倍。 4 可變擴(kuò)頻因子-正交頻分和碼分復(fù)用（VSF-OFCDM）?？勺償U(kuò)頻因子-正交頻分和碼分復(fù)用是 OFDM和CDM（碼分復(fù)用）的結(jié)合，它根據(jù)小區(qū)的干擾情況動(dòng)態(tài)調(diào)整擴(kuò)頻因子，通過(guò)選用不同的子載波數(shù)和在時(shí)間或頻域上的擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)不同速率的傳輸。 第三章 可變速率調(diào)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法3.

28、1 MC-CDMA 多載波碼分多址（MC-CDMA）是為寬帶移動(dòng)通信而提出的新型多載波調(diào)制技術(shù)，MC-CDMA系統(tǒng)結(jié)合了OFDM和CDMA的優(yōu)點(diǎn)，在高速數(shù)據(jù)傳輸中，其性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單載波直擴(kuò)CDMA（DS-CDMA）。3.1.1 MC-CDMA的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法8-12MC-CDMA最初是由N.Yee于1993年提出的，是OFDM調(diào)制技術(shù)與DCMA多址技術(shù)的一種特殊的結(jié)合方式，也是一種最常見的結(jié)合方式。它繼承了OFDM和DCMA兩者的優(yōu)點(diǎn)，在NextG無(wú)線移動(dòng)系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。MC-CDMA使用頻域擴(kuò)頻，即采用給定的擴(kuò)頻碼對(duì)原始數(shù)據(jù)流進(jìn)行擴(kuò)頻，然后利用每個(gè)碼片將其調(diào)制在不同的子載

29、波上。這類MC-CMDA的發(fā)送框圖和信號(hào)功率譜如圖3-1所示。每個(gè)信息符號(hào)先經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后的每個(gè)碼片調(diào)制到一個(gè)子載波上，若NP碼的長(zhǎng)度為N，則調(diào)制到N個(gè)子載波上。圖2.8中的調(diào)制方式采用BPSK，為處理增益，為子載波數(shù)，表示第j個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼。這里，假設(shè)子載波數(shù)和處理增益相等，即=。 （a） MC-CDMA發(fā)送原理框圖 （b） MC-CDMA接收原理框圖 圖3-1MC-CDMA的發(fā)送與接收框圖MC-CDMA的發(fā)射和接收的數(shù)學(xué)模型如下圖3-2所示。 圖 3-2 MC-CDMA的發(fā)射和接收數(shù)字模型 設(shè)系統(tǒng)中共有N個(gè)用戶和N個(gè)子載波，為符號(hào)周期，則單用戶的傳碼率為，取子載波間隔為Hz。第m個(gè)用戶在

30、k時(shí)刻的信號(hào)值為，用-1和1來(lái)表示二進(jìn)制信號(hào)值，即采用BPSK調(diào)制，如果用戶m無(wú)信號(hào)則。第k時(shí)刻的用戶信號(hào)向量為： （3-1）設(shè)C為N階walsh-Hadamard矩陣，取C中第m個(gè)列向量為第m個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展碼。則C的第i行m列元素為第m個(gè)用戶在第個(gè)子載波上的對(duì)應(yīng)碼片。令： （3-2）表示第k時(shí)刻第i個(gè)子載波上多有用戶二進(jìn)制數(shù)據(jù)之和。其連續(xù)時(shí)間信號(hào)為： （3-3） F為整數(shù)，根據(jù)前文的描述可知，為了保證多個(gè)子載波之間的正交性，要求各個(gè)子載波之間的頻率差應(yīng)該為符號(hào)周期的倒數(shù)的整數(shù)倍，即如果假設(shè)符號(hào)周期長(zhǎng)度為，則相鄰子載波之間的頻率差應(yīng)該為。特別是當(dāng)F=1時(shí)，即為正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，這就是頻譜利用

31、率最高的情況。被定義為單位幅度的脈沖波形，在之外為0。則總的發(fā)射信號(hào)為： （3-4）帶入即有： （3-5）第一項(xiàng)即為(3-3)式，利用積分電路可以去除上式中的第二項(xiàng)，用第n個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼去恢復(fù)數(shù)據(jù)，得： （3-6） 根據(jù)Wslsh-Hadamard矩陣的性質(zhì)可知上式第二項(xiàng)為零，第三項(xiàng)可用積分電路去除。由此可見，在不考慮信道對(duì)傳輸?shù)挠绊憰r(shí)，只需令用戶接收機(jī)中的支路權(quán)因子序列等于對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼，就可以無(wú)差錯(cuò)的恢復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 在離散系統(tǒng)中，取采樣間隔為，因?yàn)橄到y(tǒng)占用的基帶雙邊帶寬約為Hz，所以的采樣間隔滿足奈奎斯特采樣頻率，從而不造成信息的損失。此時(shí)令代入式(3-6)，并且去除載波，可得發(fā)射機(jī)的基帶離

32、散形式： （3-7）由式(3-7)可見，MC-CDMA發(fā)射機(jī)的基帶信號(hào)部分具有與離散傅立葉變換(IDFT)相同的形式，可以利用數(shù)字信號(hào)處理器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)射機(jī)與收機(jī)對(duì)偶的特性，MC-CDMA接收機(jī)的基帶部分也可以用離散傅立葉變換(DFT)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣就免去了正弦波發(fā)生器組和相關(guān)解調(diào)器組，從而使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。這與OFDM基帶處理方法相同。在實(shí)際中為了DSP器件編程的方便，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)N通常取為2的冪次，高效的基4-FTF算法最常被采用。為保證正交變換前后的功率一致，在MC-CDMA中的DFT和IDFT定義如下： （3-8） 下圖3-3給出了一個(gè)完整的MC-CDMA發(fā)射接收系統(tǒng)： 圖3

33、-3 MC-CDMA 的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1.2 MC-CDMA的優(yōu)缺點(diǎn)MC-CDMA的主要優(yōu)點(diǎn)是，接收機(jī)總是能利用散布在頻域里的所有接收信號(hào)能量來(lái)檢測(cè)信號(hào)；多載波CDMA具有較長(zhǎng)的碼長(zhǎng)，更容易得到序列同步，并減少了多址接入干擾（MAI）；在MC-CDMA中，CDMA和OFDM分別在頻域和時(shí)域完成，結(jié)構(gòu)清晰，并保留了各自的特點(diǎn)；而且由頻譜分析可知，它具有最佳的頻譜分布，抗干擾性好，而且易于發(fā)射機(jī)的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，多載波CDMA也有缺點(diǎn)。多載波系統(tǒng)頻率和同步的要求更加嚴(yán)格，同步的誤差會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的快速惡化。由于OFDM符號(hào)是有許多獨(dú)立信號(hào)的疊加，其包絡(luò)服從高斯分布，因此其峰值功率比平均功率值大，導(dǎo)致

34、對(duì)系統(tǒng)前端放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍要求較高。在MC-CDMA系統(tǒng)中可以通過(guò)設(shè)計(jì)擴(kuò)頻序列來(lái)減少小信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。同時(shí)，在通過(guò)頻率選擇性衰落信道中, 子載波可能有不同的幅值和相位偏移(盡管這些子載波之間有很高的自相關(guān)值), 這樣將導(dǎo)致用戶正交性的失真。MC-CDMA是頻域擴(kuò)頻，每個(gè)碼片占據(jù)一個(gè)子載波。由于多載波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較高的峰值功率與平均功率的比值，所以在選擇MC-CDMA擴(kuò)頻碼時(shí)，除了要考慮尖銳的自相關(guān)特性和較低的互相過(guò)特性外，還要使MC-CDMA信號(hào)的峰值平均功率比限制在一定的范圍內(nèi)。3.2 HYPERLINK l _Toc227383147 VSG-CDMA 可變擴(kuò)頻增益碼分多址(VSG-CD

35、MA)。這種技術(shù)靠動(dòng)態(tài)改變擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)速率的傳輸。在傳輸高速業(yè)務(wù)時(shí)降低擴(kuò)頻增益，為保證傳輸質(zhì)量， 可相應(yīng)提高其發(fā)射功率；在傳輸?shù)退贅I(yè)務(wù)時(shí)增大擴(kuò)頻增益，在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的條件下，可適當(dāng)降低其發(fā)射功率，以減少多址干擾。 對(duì)于可變?cè)鲆娴腃DMA系統(tǒng)，每一個(gè)用戶僅使用一個(gè)偽隨機(jī)碼調(diào)制，但是針對(duì)不同的服務(wù)，將分配不同的功率，得到不同的處理增益因子Fi。用戶的功率分配是基于數(shù)據(jù)流的速率和服務(wù)要求QoS。3.2.1 VSG-CDMA的理論基礎(chǔ)13-15數(shù)據(jù)分組通過(guò)可變擴(kuò)展因子（SF）擴(kuò)展成大小固定的幀，利用直接序列擴(kuò)展頻譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)多速率傳輸。在同一數(shù)據(jù)幀中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組采用重發(fā)的方式，以

36、保證整個(gè)數(shù)據(jù)幀保持一定的碼片率。數(shù)據(jù)分組重發(fā)的次數(shù)由傳輸?shù)男畔⑺俾蕸Q定，而在不同的幀中，碼片率可能是變化的。此方案對(duì)接收機(jī)非線性不敏感而特別適用于CDMA的前向鏈路中。在北美數(shù)字蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA/IS-95A中9.6kb/s設(shè)為基本速率，對(duì)8kb/s，2.4kb/s，1.2kb/s等低速率信息，系統(tǒng)將其進(jìn)行重復(fù)發(fā)送，改變了處理增益，速率越低重復(fù)次數(shù)就越多，從而實(shí)現(xiàn)了變速率傳輸。由于使用了相同的碼片速率，所以發(fā)送和接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但是為了保證低速、高速用戶具有相同的誤碼率，高速用戶的發(fā)送功率必須大于低速用戶的發(fā)送功率。它的實(shí)現(xiàn)原理如圖3-4所示。N是信號(hào)序列的碼片數(shù)目。圖中顯示

37、了兩個(gè)用戶，其中用戶2的比特率是用戶1的兩倍。用戶2的每一個(gè)符號(hào)用常規(guī)功率發(fā)射1次，用戶1的每一個(gè)符號(hào)用1/2常規(guī)功率發(fā)射2次。這樣可在接收機(jī)中達(dá)到每比特能量相同。擴(kuò)展因子的表達(dá)式為，B是擴(kuò)頻調(diào)制帶寬代表幀長(zhǎng)。這個(gè)擴(kuò)展因子可以是4，8，16，32，64，128或256，描述了系統(tǒng)的處理增益。 圖3-4 可增益CDMA原理3.2.2 VSG-CDMA性能分析討論VSG-CDMA系統(tǒng)中不同擴(kuò)展因子的系統(tǒng)的性能比較。最簡(jiǎn)單例子是只觀察兩個(gè)類型的用戶，圖3-5所示是擴(kuò)展因子是和的示例系統(tǒng)，并且用戶數(shù)目是和。假設(shè)隨機(jī)序列只受附加高斯白噪聲的影響?？梢钥闯鼍哂休^高的擴(kuò)展因子（即低數(shù)碼率）的類型1（實(shí)線所示

38、）的性能比具有較低的擴(kuò)展因子（即高數(shù)碼率）的類型2（虛線所示）在相同的上的所需發(fā)射功率更大，所以在此性能上稍差一點(diǎn)。這是因?yàn)橐粋€(gè)較低的擴(kuò)展因子提供更好的性能。虛線所示也表示一個(gè)具有和單速率的BPSK系統(tǒng)，意味著類型2用戶的性能與單速率系統(tǒng)的性能差不多但是類型1用戶的性能稍差一點(diǎn)。 從信道估計(jì)均方值（MSE）和輸出的信干比（SINR）兩個(gè)方面來(lái)看，VSG和MC-CDMA的低速率用戶的信道估計(jì)性能差不多，這是因?yàn)檫@兩種方案的低速用戶使用相同的擴(kuò)展序列。它們的輕微差別只是由于來(lái)自高速用戶的不同干擾影響。對(duì)于高速用戶，MC的信道估計(jì)誤差性能就明顯高于VSG了。在輸出SINR方面，VSG在高速用戶的性能

39、高于MC。同樣的，在低速用戶，兩乎沒有什么區(qū)別。同時(shí)，MC系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單的編碼設(shè)計(jì)和低復(fù)雜度的接收機(jī)，而VSG系統(tǒng)可能支持更寬范圍的數(shù)碼率但是編碼設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。 圖3-5 不同的擴(kuò)展因子3.3 VR-QAM VR-QAM基本原理16-20 所謂變速率QAM調(diào)制，就是根據(jù)移動(dòng)信道的衰落情況而自動(dòng)地改變QAM的調(diào)制電平數(shù)，即改變其調(diào)制星座圖的星象點(diǎn)數(shù)。當(dāng)信道傳輸特性較好，信號(hào)受到的衰落比較小的時(shí)候，增加調(diào)制電平數(shù)；使BER（誤比特率）保持在可以接受的程度。這樣在保持一定的信號(hào)性能情況下，就可以盡量提高信息傳輸速率。當(dāng)然，前提要求是碼元速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸信道的衰落變化，才能使調(diào)制電平數(shù)的調(diào)整符合信道特

40、性。由于其信息傳輸速率是變的，所以稱這種方式為變速率QAM調(diào)制。方型QAM在載波恢復(fù)和自動(dòng)增益控制等方面存在很多問題，我們?cè)谧兯俾蔘AM中采用的是星型QAM。這樣可以減少假鎖帶來(lái)的長(zhǎng)突發(fā)性錯(cuò)誤，而且還可以采用差分編碼，簡(jiǎn)化了電路，提高了抗干擾性能。每碼元比特?cái)?shù)從1bit/sym6bit/sym自發(fā)調(diào)節(jié)。星型QAM又被稱為A PSK調(diào)制，它可以看作是ASK和PSK的綜合。我們可以將原始數(shù)據(jù)分成兩部分，分別進(jìn)行DASK和DPSK調(diào)制。例如星型16QAM每碼元代表4bit信息，星座圖如圖3-6所示?？梢詫⒌谝粋€(gè)bit進(jìn)行2DASK調(diào)制，代表QAM碼元信息的振幅；輸入為0時(shí)振幅與前一碼元相同，輸入為1

41、時(shí)則改變振幅值，從前一碼元的振幅環(huán)跳到另一個(gè)振幅環(huán)上。而后三個(gè)bit進(jìn)行8DPSK調(diào)試，代表QAM碼元信息的相位：輸入為000相位不變，001則比上一碼元相位增加45度，011增加90度。這樣就可以得到星型16QAM的碼元信息。 圖3-6 16QAM星座圖由于星型QAM性能優(yōu)于方型QAM，所以在變速率QAM采取了星型QAM。又因?yàn)樾盘?hào)的調(diào)制星座圖不是恒定的，所以必須在發(fā)送信號(hào)中包含這方面信息，以便接受機(jī)能夠選擇解調(diào)方案，正確地解調(diào)信號(hào)，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖3-7所示的變速率QAM信號(hào)時(shí)隙結(jié)構(gòu)，工作在TDD方式下，收發(fā)時(shí)隙結(jié)構(gòu)相同。其中幀頭和幀尾的碼元序列已知，用來(lái)估計(jì)信道衰落；調(diào)制電平數(shù)（用每個(gè)

42、碼元代表的比特?cái)?shù)來(lái)表示）確定本時(shí)隙QAM信息數(shù)據(jù)的調(diào)制星座圖，采用固定的4DPSK方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)（每?jī)蓚€(gè)碼元為一組代表一個(gè)調(diào)制電平數(shù)），并且重復(fù)3次，以增加可靠性；QAM信息數(shù)據(jù)是真正的變速率QAM信號(hào)，代表要傳輸?shù)南?。在通信過(guò)程中，接收機(jī)根據(jù)接收信號(hào)的幀頭幀尾信號(hào)與本地已知的參考信號(hào)進(jìn)行比較，來(lái)估計(jì)當(dāng)前信道的衰落特性，然后選擇合適的調(diào)制星座圖進(jìn)行本機(jī)信號(hào)的發(fā)送。顯然，這樣做在時(shí)間上不同步，而且由于上下行信道的不對(duì)稱性，對(duì)信道的估計(jì)會(huì)有一定的誤差。但是在Rician信道中，對(duì)于移動(dòng)速度較慢的用戶，只要碼元傳輸速率足夠快，使數(shù)據(jù)幀周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于衰落周期，那么在幾個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)期內(nèi)，可以認(rèn)為信道衰落變

43、化不大，采取上面的方法進(jìn)行信道估計(jì)是可行的。 圖3-7 變速率QAM數(shù)據(jù)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)變速率QAM收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-8所示。 圖3-8 變速率QAM收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)框圖接收機(jī)收到信號(hào)后，首先將調(diào)制電平數(shù)數(shù)據(jù)提取出來(lái)，用4DPSK解調(diào)出3個(gè)數(shù)據(jù)值，根據(jù)大數(shù)判決規(guī)則確定其最可能的值，即確定本時(shí)隙信息數(shù)據(jù)的調(diào)制星座圖。然后利用此星座圖進(jìn)行QAM解調(diào)，就得到所要的信息數(shù)據(jù)。同時(shí)對(duì)幀頭幀尾進(jìn)行處理，根據(jù)它們的衰落估算信道特性，一方面用于確定下次發(fā)送信號(hào)的調(diào)制星座圖，另一方面也可以用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，減少衰落對(duì)信號(hào)的影響。發(fā)送信號(hào)時(shí)，首先將調(diào)制電平數(shù)進(jìn)行4DPSK調(diào)制三次，然后根據(jù)選定的調(diào)制電平數(shù)確定調(diào)

44、制星座圖，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行變速率QAM調(diào)制。最后把兩組碼元復(fù)接起來(lái)，添上幀頭和幀尾形成一個(gè)完整的基帶數(shù)據(jù)時(shí)隙結(jié)構(gòu)。再通過(guò)射頻發(fā)射機(jī)就可以發(fā)送信號(hào)了。3.3.2 VR-QAM的性能近年來(lái)，有人采用DSP芯片（ADSP2181）利用軟件的方法實(shí)現(xiàn)了變速率QAM基帶信號(hào)調(diào)制和解調(diào)的過(guò)程，并對(duì)其性能進(jìn)行了仿真分析。信道仿真模型采取GSM05. 05中的RA模型，其信道衰落特性服從Rician分布。假設(shè)在微蜂窩通信環(huán)境下，信號(hào)載波為1GHz，碼元速率為1M sym/sec，移動(dòng)臺(tái)的速度小于5m/s。得到的變速率QAM的誤比特性能如圖3-9所示。 圖3-9 變速率QAM的誤比特性能從圖中可以看出：在低信噪比

45、的時(shí)候，變速率QAM的抗干擾性能要比16QAM好，這是因?yàn)樽兯俾蔘AM可以選用調(diào)制電平數(shù)小于16QAM，信號(hào)矢量的空間間隔較大，相應(yīng)地減小了錯(cuò)誤概率。在高信噪比的時(shí)候，變速率QAM的性能有一定的惡化，但是碼元傳輸速率卻大大提高了。由于此時(shí)的BER本身已經(jīng)比較低，對(duì)信號(hào)的影響不是很明顯。變速率QAM的突出優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用率高。圖3-10就是變速率QAM的頻譜利用率曲線。為了簡(jiǎn)單起見，設(shè)碼元速率與載波相同的條件下，2DPSK信號(hào)的頻譜利用率為1，其它信號(hào)都相對(duì)于2DPSK信號(hào)做歸一化處理。 圖3-10 變速率QAM的頻譜利用率從圖中可以看出，變速率QAM調(diào)制信號(hào)的頻譜利用率要比4DPSK（頻譜利用率

46、=2）大得多，信號(hào)信噪比越大越明顯。例如：在Es/No=30 dB時(shí)，的情況下，變速率QAM的頻譜利用率可以達(dá)到4，相當(dāng)于16QAM信號(hào)；而在，同樣BER的情況下，其頻譜利用率為5，相當(dāng)于32QAM信號(hào)。變速率QAM調(diào)制時(shí)靠犧牲高信噪比下的一部分誤碼性能來(lái)增加頻譜利用率的。在誤碼性能要求不是很嚴(yán)格，滿足一定誤比特率的情況下，采用變速率QAM調(diào)制可以解決一部分頻譜資源緊張的難題。 從上面的分析可以看出：變速率QAM在Rician信道中可以很好地工作，能夠提高頻譜效率，故這項(xiàng)調(diào)制技術(shù)具有很高的使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，可以再未來(lái)個(gè)人通信中使用。目前，對(duì)它的研究仍未達(dá)到理想的要求，故研究工作仍在繼續(xù)

47、進(jìn)行，以進(jìn)一步提高其實(shí)用性和可靠性。3.4 可變速率調(diào)制技術(shù)在我國(guó)3G中的應(yīng)用隨著通信領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是目前3G（第三代移動(dòng)通信）標(biāo)準(zhǔn)的提出，對(duì)移動(dòng)通信的傳輸速率、誤碼率、寬帶利用率、功率效率等提出了更高的要求。WCDMA和CDMA2000是目前我國(guó)3G中的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)，他們的多速率方案均采用正交可變擴(kuò)頻增益(OVSF)技術(shù)和多碼技術(shù)，高速業(yè)務(wù)采用RI檢測(cè)，低速業(yè)務(wù)采用盲檢測(cè)。其中，OVSF技術(shù)是可變擴(kuò)頻增益多速率技術(shù)中的一種，作為一種典型的可變擴(kuò)頻增益多速率技術(shù)，它具有可變擴(kuò)頻增益技術(shù)的一般特點(diǎn)，即:不同速率業(yè)務(wù)的信息比特流使用相同chip速率的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻，占用相同的頻帶寬，從而具有不同的處理增益。特別的，OVSF技術(shù)中使用的擴(kuò)頻碼是相互正交的擴(kuò)頻序列，因此在將信息比特流的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展的同時(shí)，也將不同比特流進(jìn)行了正交區(qū)分，多碼技術(shù)是并行處理多速率技術(shù)中的一種。此外，發(fā)射分集技術(shù)的興起，采用時(shí)空編碼提高通信能力，為可變速率調(diào)制技術(shù)的研究提供了新的發(fā)展空間，把時(shí)空編碼與多進(jìn)制調(diào)制結(jié)合起來(lái)，加上自適應(yīng)處理 將會(huì)有令人關(guān)注的新結(jié)果，它將是移