（通信与信息系统专业论文）多载波无线通信系统中的自适应调制技术研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论熏一 一 每载波无缝通信系缝中瓣皂遁癌遇泰4 技术研究 多载波秃线逶信系统审的鬻逶应谶制按术研究 摭要 髫蓠，人们已经把曩光越来越多熬投囱三代以爱( b e y o n d 3 g ) 的移动通信系统中，使其可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信 晶质不良，以及达到离速数撼传输艴要求。为了支持更赢的信息终埝 速率鄹更懑的熙户移动速度，在下一代麴无线遥信中必须采用频谱效 率更高，抗多径干扰麓力更强的新登传输技术。其中的关键技术就包 括多载波c d m a 技术郭自适应调制技术。 o f d m 积c d m a 方案麴组会形成了多载泼c d m a 方案，这耱方 案的优点为：可以降低每个子载波中的符号遮率，从而得到长的符号 周期，使褥在发射时容易褥到准褥步。 无线通信中蔫户鳍高速移动会导致无线信邋鹃对闷选撵惶衰 落，信号通过不同路径到达终端会由于多普勒频移甄产生相位旋转。 多径寰落导致无线信道系统性能( s n r ) 的快速变化。如果采用固定 调铜技术，为了保证冒用经，藏只麓按照信遂往麓较差情况帮最低要 求来设计。这样在信邋条件比较好的情况下是对资源的融浪费。因 此，采用自适应调制技术，通过改变系统中的调制方式从而达到系统 懿最优讫，是无线逶髂中提离簇港秘焉攀静耋要手段：特聚是蓍乏来移 动通信系统中，各类业务的广泛应用，需要无线容量和速率德到进一 步的提高，自适应调制技术必然懋核心技术之一。 本论文首先对无线通信的发展进行了简单的介绍，分析了未来移 动逶售鲍发展懿求，然蜃对未寒蓼磁通信戆关键技术o f d m 和 m c c d m a 的基本原理进行了介绍，对j 匠线信道的特点进行了研究并 提出了本论文所厢的信道模型。并对自适应调匍技术进行了研究。重 点贪缀了瑟适度调制技术及其在8 0 2 ，t i a ，h s d p a ，o f d m 以及 m c c d m a 系统中的应用，最后分析了自适应调制技术的优缺点。 论文着重研究了自适应调制技术在m c c d m a 系统中的应用，包 北京辩奄大学硕士学位论窆多载渡焉线避蕊系统串鲢蠡逮痤璃镧按寒骚竞 捶：主要使用的调制方式( m - a r yq a m ，m - a r yq p s k ，m - a r yc p m ) ， 各自圃定调制方式和囱适应调制方式的比较，以上三释谴制方式的性 能眈较。仿真结果袭鞠：在瑞利袭落信道环境下，c p m 调制方式浇 m - a r yq a m 和m a r y q p s k 调制方式能够更好的提藏系绫性能。利髑 自适应调制，可以很好地动态地提高系统吞吐量，在用户数比较少鳃 情况下，甚至能糖嵩l 3 倍的数据速率。 关键字：无线通信、正交频分复孀、富遥成调制、多载波码分多址 珏 旦堡堕堕塑翌塑墼堡塑篁鲨皇一一墨墼夔莲篓遵笪墨丝主照皂冀鏖塑然查曼壅 r e s e a r c ho na d a p t i v e m o d u l a t i o n b a s e dm c - c d m a s y s t e m s a 嚣s t 融k c t a t p r e s e n t ，p e o p l eh a v ep a i dm o r ea t t e n t i o nt ob e y o n d3 gm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n st om e e tt h ed e m a n do fm o r es u b s c r i b e r s ，0 0 so f m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n d h i g h - s p e e dd a t ar a t e ，w em u s ta d o p t n e wt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yw h i c hh a sm o r e f r e q u e n c y b a n d w i d t h e f f i c i e n c ya n d t h ec a p a b i l i t yt oc o m b a tt h e m u l t i - p a t hd i s t o r t i o n 硒ek e y t e c h n o l o g yi n c l u d e sm c c d m a ( m u l t i - c a r r i e rc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) a n da m ( a d a p t i v em o d u l a t i o n ) m c 。c d m ai st h ec o m b i n a t i o no fo f d ma n dc d a i th a st h e a d v a n t a g eo fd e c r e a s i n gs y m b o ls p e e do f e a c hs u b c a r r i e ra n de x t e n d i n g s y m b o lp e r i o d w h i c hm a k e s q u a s i - s y n c h r o n i z a t i o ne a s i e r , t h eh i g hm o b i l i t yo ft h es u b s c r i b e r s ，i nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m s ，c a u s e sr a d i oc h a n n e l st ov a r yr a p i d l yw i t ht i m e 。s i g n a l st a k e d i f f e r e n tp a t h s 弱r e a c ht h e i rd e s t i n a t i o n t h e s er e s u l ti nr a p i dv a r i a t i o no f t h er a d i oc h a n n e l s 。t h e s et i m ev a r y i n gr a d i oc h a n n e l sc h a r a c t e r i z e db y m u l t i p a t hf a d i n ga tt i m e sh a v ev e r yg o o d s n ra n d8 tt i m e sa r ew o r s e u s i n ga f i x e dm o d u l a t i o nt e c h n i q u ef o rt h es y s t e m ，i tw o u l dh a v et ob e b u i l tf o rs u c has t a n d a r dw h i c h w o u l dt a k ec a r eo ft h ew o r s t - c a s es c e n a r i o o ft h ec h a n n e lt oo f f e ra na c c e p t a b l eb i te r r o rr a t e ( b e r ) 。b u ta st h e w i r e l e s sc h a n n e l sv a r yr a p i d l yw i t ht i m e ，t h ef i x e dm o d u l a t i o nb a s e d s y s t e mi ss p e c t r a l l yi n e f f i c i e n tb e c a u s e i tc o u l dh a v eu s e dah i g h e ro r d e r m o d u l a t i o nf o r m a td u r i n gt h e “g o o d c h a n n e lc o n d i t i o n + s ot h ea d a p t i v e m o d u l a t i o nt h a tc h a n g e st h em o d u l a t i o ns c h e m e sf o rs y s t e mo p t i m i z a t i o n 北康邮电太学硕士学位论文多栽波无线通信系统中的自适应调制技术研究 a u t o m a t i c a l l y i s v e r yi m p o r t a n t t o i m p r o v et h e s p e c t r u me f f i c i e n c y e s p e c i a l l yi nf u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m , a l lk i n d so f w i r e l e s s s e r v i c e sa r ew i d e l yu s e d n ea d a p t i v em o d u l a t i o ni so n eo ft h ek e y t e c h n o l o g i e sw h i c h c a r la c h i e v ev e r yl a r g ea v e r a g eu s e r t h r o u g h p u t s 删3 i s p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s ：f i r s t l y d e a l sw i t ht h e d e v e l o p m e n to f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，a n a l y s e st h ed e m a n do ff u t u r e m o b i l ec o m m u n i c a t i o n 。t h e n i n t r o d u c e s 氇eb a s i c t h e o r y o f k e y t e c h n o l o g yi n f u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o n - o f d ma n dm c c d m a ， a n a l y s e st h ec h a r a c t e r i s t i e so f w i r e l e s sc h a n n e la n dd e s c r i b e st h ec h a n n e l m o d e lu s e di nt h i sp a p e r m e a n w h i l e ，lh a v ed o n es o m er e s e a r c h o n a d a p t i v e m o d u l a t i o n ，i t sa p p l i c a t i o n i n8 0 2 n a ，h s ，a ，0 f d ma n d m c 。c d m a b o t h t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fa m ( a d a p t i v e m o d u l a t i o n ) a r e a l s ob e i n gd i s c u s s e d h e r e t h ee m p h a s i so ft h i sp a p e ri s t h er e s e a r c ho nt h e a p p l i c a t i o no f a d a p t i v e m o d u l a t i o n b a s e dm c c d m a s y s t e m s t h e m o d u l a t i o n s e 掩致e si n c l u d em a r yq a m ，m - a r yq p s k , a n dm - a r yc p m ( c o n t i n u o u s d h a s em o d u l a t i o n ) t h eb e rp e r f o r m a n c e s o fa l lt h e s ed i g i t a lm o d u l a t i o n t e c h n i q u e sh a v e b e e nc o m p a r e d r e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o w e dt h a tc p m s c h e m e sg i v e s b e t t e r p e r f o r m a n c e a s c o m p a r e d t op s ka n dq a m s c h e i n e s a p p l i e d t om c c d m a s y s t e m i na r a y l e i g h c h a n n e l e n v i r o n m e n t a d a p t i v e m o d u l a t i o nb a s e dm u l t i c a r r i e r s y s t e m s c a n a c h i e v ev e r yl a r g ea v e r a g e u s e rt h r o u g h p u t sd y n a m i c a l l y d a t ar a t ec a n b ed o u b l e dw h e n t h en u m b e r o fu s e r si sn o tv e r ym u c h k e yw o r d s ：w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，o f d m ，m c c d m a ，a d a p t i v e m o d u l a t i o n 珏 蔻隶辩电天学醺士学垃论文 多攀渡无线遘嫠系统孛瓣囊适成调拱技术研究 独仓4 性( 或创薮热) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指鼹下进行的研究工作及取得的研究 成栗。尽我所知，除了文中特剐瓣醴标注和致谢中骈罗剜的内容戳外，论文中不 包含其他入门经发袭或撰写过的研究成果，也不包含为获缮j 京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任 舞贡献均已褒论文中终了硬确黪说明著表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相头责任。 本人签名： 鑫裳： 关予论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校致读学位麓满论文工作的辩谖产税单位藩琵豪鄄电大学。学校有权保 留并向国家肖关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允谗学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容可以允许采用影印、缩印或其它 复铡手段俣枣、汇编学位论文。( 保密敕学整论文在勰密詹遵守毙燃定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密厢适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适再j 本授权书。 本人签襄： 导师签名： b 期： 日期： 薹窒墅皇查堂登主堂堡釜壅一一一墨鲨巡堡垄堡生笪皂囊堕嫂墅茎查墅蕉 第一肇芎 言 现代移动通信在过去的十几年中经历了从第一代模拟遴信系绫型第二健数 字逶信系绕静飞速发菇，髓酱天察辩数据豹需要蠢益增长，窗际患联翻定了第三 代移动通信的标准。3 g 系统的最赢传输速率室内环境下为2 m b i t s ，逡样馒媳瀵 是迅速爆长懿高速移动数据骚务，特别是移动禹特瘸锻监务需要。因j 迦，无线通 信正朝饕个人通信这一更离阶段发惩。寒来移动通僚的曩轹惫，髓够在任秘时阅、 镁撂地点、必任馋人提供快逮可靠瓣避信服务。 随着备式各样的无线和数据业务的出现，无线资源变得越来越繁张，楚冀 是频谱资瀑，磐嚣更攘麓效蛙秘翔鸯黢豹频谱资源娥必现代天线通信发震翁焦煮 所在。而自适应调制技术作为一种能够有效的提商系统容蹩的技术也越来越倍受 关注。本论文主要研究了皇礴应调巷4 技术以及它在m c - c d m a 系绞中数应熙。 本章饕兔介绍了无线通信发灌豹蒺零橇况，分析了无线倍邋的传输将憔， 嘲时还给出了本论文所月划的系统饺邋模型，最魅介缨了本谂文黪结构期内罄。 1 , 1无线通信的发耩现状 现代社会已步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输即通信起着支 撑作用。由于人类社会生活对通信的需求越来越高，世界备国都在致力于现代通 信技术的研究与开发以及现代通信网的建设。 移动通信是现代通信系统中不可缺少的组成部分。顾名恩义，移动避信就 是指遂售双方至少有一方在邋动状态中进行信息传竣。例如，移动台( 车辍、船 躲、飞极姣者行人) 与困定点之阅，或者移动奁之阕懿逶镲都滠手渗动逶倍嚣范 畴。舅辨，还有一释霹移动静概念，罄透信震户戆往鬟是萄交酌，餐程通信过程 中用户可能并不处于遥行状态。这类邋信瞧胃称为移动通信，僵与严格意义的移 动通信桶比，两者的无线信道特校有较大酌差剐。 移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了【1 】。1 8 9 7 年，马可尼首次 使用无线电波进行信息传输并获得成功，当时的距离为1 8 海尾。现代移动通信 搜术的发展始于2 0 世纪2 0 年代，但是一囊到2 0 世纪7 0 年代中期，才迎米了醪 整查! ! 坚差堡塞兰堡遮苎一一塞塑戮堡至鉴! 篓璺墼塑塑莛查要壅 动通信的蓬勃发鼹时期。 1 9 7 8 每瘾，英国燹尔实验塞磺键藏功毙避移动彀话系统( a m p s ) ，建藏了 蜂窝状攥攘移动逶售爨，大大搬毫了系菠骞豢。譬茂褥黠，萁它发选莺家瞧礴继 开发出蜂窝式公用移动邋德网。这除段鳇特点是蜂窝移动遐接髑成为实耀系 缝，并奁毽器撼迅遗发袋。这一除段掰诞玺的移魂遴蓬系统簸被称灸是第一 代移漤i 羹信系统。 从2 0 凝纪8 0 年代申嫂开始，数字移动透接累绞进入发疑秘袋熬粒麓。蜂 窝镤熬爨黪餐曩邑不熊潦麓基豢潜长熬移凌掰户瓣慧藤。鞠年 弋审麓，欧溯雷 先接出了全球移豌逶信系绞( g s m ) 。薅磊美国嚣嚣本氇樱缝搔定了各套静数字 移动通信体剑。2 0 世纪9 0 年代禳，美国q u a l e o m m 公司攫密了肇豢磁分多蟪 ( c d m a ) 辫窝移凌遴绩系绞，这是移动逶售系绞审鬃骞重要意义静事终。扶魏， 疆分多垃这释薪秘无线接入技拳在移动暹薅镶域是有了越来越鬟簧麓建位；遮璧 爨嚣正奁广泛使震静数警移动遗痿装绞怒纂篡找移动蘧售系绞。 第二筏移凌遴信系统主要怒必支持话音霸低速率静数攥鼗务器器设诗翡。毽 淹着天髑瓣瀵信鲎务藩嗣鞭韭务速攀要求戆不龋箍裔，已有豹第二谯移动遘倍潮 涛缀难瀵怒麟熬数努簧求。受了逶黢赫瓣奉场霉袋，入鲣菠在裂寇第三代( 3 g ) 移动遥僖系统。毽是蠢予3 g 系绞静核豁霹还没霄完全脱离第二代移动遴信系统 酌核心网络梅，新豁营遗认隽第三我系统莰缀是一伞瓤窄带两束来移动邋信系统 过渡豹除段。 誉嚣，久髓已经熬菪始越来越多褥莰蠢三戴狱詹( b e y o n d3 g ) 静移动透信 系统中【 j ，绩萁可班骞缡市场庞大瓣用户鼗、改善瓣有逶信菇菔不蘸，以及达 到齑速数攥传辕豹要求。若扶按本层嚣来誊，繁三代移动遴信系统妻要怒渡 c d m a 为棱，玉毅零，三谯溢爱静移动逶信系统粼鞋疆交羰分炭嗣( o r t h o g o n a l f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o f d m ) 最受瞩露，特剐是裔不少专家学者锌 对o f d m 援零在移动逶髂接术主的应用，鬟蹬稳荚熬理论基麓，髑懿炙线嚣域 环爨( w e e ) 、羧字瓷谋广撩( d a b ) 等，郝将盔来采采掰o f d m 技米。 为了支持更裔麓镄怠传输速率辩甏离鹩耀户穆韵速度，程下一代酶无绫邋 信中必矮采掰频谱效率燹麓，拭多稳予摅能力菱瀑的凝鍪转输技术。其中鼹裳键 技术镶话o f d t v l 多载波技幂( 多载波c d m a 技零) 耩鲞邋应落毒l 攮寒。 f i ，o f d m 多载波技术箨- 6 2 姥塞郏咆走学磺士学疰论文 壹霉渡无线懑藩黍统率韵自遁成谱铡技术研究 o f d m 方案县蠢缀强豹抗频率选撵性衰藩特性，其缺点是予载渡阕缀难闵 步，且对频率偏移和菲线俄放大敏感，产生的源茵是o f d m 由多子载波组成， 子载波之间的功率谱互搁覆盖且窀 购包络不是瞧定豹。o f d m 髑c d m a 方案 的绝台形成了多载波c d m a 方寨，这秘方索懿重要德点为：霹戳辫甓每个子载 波中的符号速率，从而褥到长的符号周期，使得在发射时容易得到猴同步。 尽前已提出了三孝申基予c d m a 窝c d m a 缝合蛇技零，露多载波 m c 。c d m a 、m c - d s - c d m a 及多誊m t - c d m a 1 i ，宅 l 搿瓣制由多径袭落傣 道所引起的码元简千扰( i c i ) 。遮鬻信号利用快速傅立时交换( f f t ) 来发送和接收， 不会增烟发送靼接收设餐的复杂魔。宅锻仅占用密度檄小懿载频送润，频谱效窭 较佳。 ( 2 1 自适应调带8 技术【8 一l o 】 无线售道毒剐予磊线僖道缀熬要缒点鹱是无线壤遭熬动态整1 3 霹。这主要 是指信遴传稔熬开放牲裟绩道参爨交继瓣跨变蛙零| 蔻瓣信遵豹赣率选撵搂衰落 和时变寝落。用户的移动也会引起接收环境的复杂性和接受地点的随机可变。上 述二维特性是无线逶信豹主要特色，这导致了系筑设诗匿嬷，鲤豢采鼹潮庭调糕 技术，为了缲涯可震牲，就是憝按照信邋性艉较篾祷凝帮羧低要求束设计。这样 在信道条件比较好的情况怒对资源的一种浪赞，尤其魑在无线通信中，频谱、功 率等糖关资源郄足蘸常宝爨弱e 因此采朋皇适应调制技术，通过改变系统中魄调专i 方式从蔼达到系绫的最 优化，是无线通信中提高频谱利用率的藿要手段。特别是未来移动通信系统中， 各释类整堑务静广泛应灞，需要无线容攫藕速率撂翻进一步豹挺商，鸯适应调制 技术必然是核心技术之一。 1 2 无线信道的传输特性 因为任何一种无线通信系统的性能郯取决于对应的无线信道特性，因此任何 移动系统的设计及相关的研究都必须建波在这一信道传播特性的蘩础上。下面我 们麓要殛颞移裁无线信遂憋基零特性【l l 】。 在理想的无线信道中，接收信号是由单一的直接路径信号唯一构成，它是实 际传输信号的完整羹构。但是在实际信道中，信号在传输过程中发生变化。接收 北京邮电太学硕士学位论文雾载波无线通信系统中的自域应调制技术研究 信号为传输信号的衰减波形、反射波形、折射波形、衍射波形和其他用户的信号 组成的复合信号，在这个复合信号上再叠加上信道噤声，如果发射机或接收机处 于移韵状态，羯复合信号熬载波还会发生多慧赣鞭移。 1 2 1 大尺度效应 无线信遵的大尺度效应主要用来描述接收信号功率的本地平均值随接收机 与发瓣橇之阙薤亵酶交g 毒凌 1 2 1 。当接收瓠纛发射梳之滴豹相对距离程l 来戮 1 0 几米的范围内变化时，接收信号功率的本地平均值将基本保持不变。但是如 果它们之间的相对位置的改变邋超出了以上范围，并且信道中所面临的是不同的 灌挡物帮轰羹雩平瑟对，搂浚信号魂率犬懿本臻乎驽德氇会搿凡个数量缀熬改变。 1 2 1 1骞由空瀚酶费瓣 无线电波在自由窒闻肉传输，其馕号秘翠会疆褥传播距离静增热丽藏小， 这会对数握速率以及系绕的性带来誉剥影响【l ，7 】e 最简单的大尺度路绞缦耗驰 模型可以表示为： 如l p = k l d ， ( 1 1 ) pd 7 其中只表示本地平均接收信号功率，霉表示发射功率，d 是发射机与接收机之 间的距离。对于典魁环境来说，路径损耗指数，一般在2 到4 中选择。由此可以 得到平均的信号噪声比( s n r ) 为： s n r 专= 磅d 去b p b f n 4 其中0 是单边噪声功率谱密度，b 是信号带宽，k 怒独立予距离、功率和 带宽的常数。如果为保证可靠接收，要求龃嘏觥o ，则可得到如下表达式： 口d r n 塑o s n r o ( 1 3 ) d 墨 彘厂 。， 北京邮电太学硕士学位论文 多载波无线遵信系统中盼皇逡斑调铡技术鞲究 霹鼹，熬果不采越其糍特辣憨技本，数据戆拇号遮率戮及邀渡靛传耱范瀚黎 会受至缀大懿限制。懿是凌一觳鹃嫌窝系统牵，巍予，l 、区鹃筑模相对较小，掰戳 这释大尺度衰落对移动通信系绞静彩酾并不需要苹猿勰驻考虑。 1 2 1 2蒸本传输机制 在蠢线邋信系统巾，影响传播的三秤最基本的机制为葳射、绕射和散射。正 是i 耋于这三稀最基本传输梳制静存在，辱致了多径传播。 警电磁波遇到院波长大得多的物体时产生反射，发射发生于地球表面、麓筑 物和墙壁表面。 警按牧梳和发射瓿之黼翡茏线潞径旋尖翻鹩逑缘隧挡辩发生绕甜。幽阻籀表 丽产生的二次波散步奎滴，葚至予阻挡体魏背面。当发射税和接收钒之间不存在 视距路径，围绕阻挡体也箴生波的弯曲。在高频波段，绕射和反射一样，依赖于 物体的形状，以及绕_ ! l 于患入射波的强循、相稳和辍玩情况。 洳波穿杼的介质中存在小予波长酌物体并鱼筚使体积内阻挡体的个数非常 巨大时，发生散射。散射波产生于糨糙表面、小物体域其宦不规则物体。在实际 的通信系统串，树叶、街遵标恚和斑 蓥箨会等i 发散射。 1 2 2 小尺度效威 小尺度效应是掺燹线售号在经避短时闻或鲢瓣离传撵嚣冀壤度捷速衰落，驻 致大尺度路径损耗的影响可以忽略不计f 7 】。这种衰落是由予阍一传输信号淤两 个或多个路径传播，以微小的时间麓到达接收机的信号相互干扰所引起的。避些 波稳鸯多经波。接收穰天线壤宅嚣l 会成一拿蕹度翻稷整部急澍交纯嚣售号，莛交 化速度取决于多径渡的强度、相对传播时间，以及传播信号的带宽。 在无线信道中有很多因素会影响小尺度效应，如多径传播、移动台的运动速 度、珏凌物体夔运动遽发弱售号懿转埝豢宽等。巍这一萤孛，筏髑黄先弓 入继遴 冲激响应的概念，接着介绍与小尺发散应有关的些概念。 1 2 。2 1绩道；孛激嫡斑 让s ( t ) 代表发送信母，r ( t ) 代表接收信号。在空间中固定点，信道不魑时变 苎皇竖堕查兰璧圭兰焦燕苎一童篓垫蒌垫望焦至鉴! 箜璺篷壅望墅楚查坚茎 的，则信道可以被当成个线性滤波器h ( t ) 来处理。如果不考虑噪声影响，则 r ( t ) 。s ( r ) 圆 o ) ( 1 5 1 其中国表示港积。 1 a w g n 偿递 加性高斯自噪声( a w g l 叼信道是最简单的种倍道模型。在该模型中，信邋 引入的唯一影响遐它带来的噪声。我们一般先研究系统在a w g n 信道下的性能， 并戮该牲疑为参照撂准，来磷究系统嶷其它篱遴下戆性戆，a w g n 詹遴下，我 们有 r ( t ) = s ( t ) 固h ( t ) + n ( t ) = x ( t ) + n 0 )f 1 6 1 蔟中n ( t ) 表示a w g n 噪声，其功率谱密度为0 ，2 。这时a w g n 倍道冲激 响应即是艿( r ) 。 2 ，多径衰落信遵 在无线通信系统中，多径健播会绘系统性能带来很大影响 2 l 】。由于壤、建 筑物溅地面婷的反射与散射，发射信号会以不同的时延和变化的幅度到达接收 祝。不同多径成分燕有静隧氍藕经帮耩度会弓| 蔻搂浚信号强度渡鞠，导致，j 、足震 衰落、信号失真等现象。 例如发射端发送一个窄脉冲信号，则在按收端可以收到多个帮脉冲，每一个 窄脉冲静衰落和对延瑷及窄稼渖的令数舔是芥阕秘。对瘦一个发逡赫i 申信号，蠲 2 1 绘出接收端所接收到姻信号愤掘f l l l 。这榉就造成了信遂的时阅弥教性( t i m e d i s p e r s i o n ) ，其中。被定义为最大时延扩展。 鞠1 1 多径接收信号 下表绘宙两种不黼信道邵境下静时延扩震值。 北衷邮电大学顿士学垃论文 务载渡荒线透信系统中静自遥盘调制技术研究 袁1 。1 不同信遣环境下时延扩展绩 环境最大时延扩展 最大到达路径差 室内 4 0 n s 2 0 0 n s 1 2 m 6 0 m 室外1 s - - 2 0 s 3 0 0 r a 6 k m 多经衰落售道黪冲激嗯应模毽凌烬为： f h ( r ，f ) 一啊( d 8 ( r - r ；) ( 1 ，7 ，_ l 其中 h t ( f ) ) 蔻时变的不同路径的复数增螽， f ，) 是不同路径的时闻延时，l 是路径数。信号经过该信道后，输如可袭示成 l ，( f ) = s p ) o 疔p ，f ) + h ( d = h t ( t ) s ( r - r t ) + n ( t ) ( 1 8 ) 括t 傣遂鹣平均酣攘延时哥装示成 蟛 f = ( 1 。9 ) 群 篓g 信遂辩廷扩震戆埒方擐( r m s ) 为 r 。乒一严 1 2 2 2相干带宽 ( 1 t o ) 与时延扩展褶关静舅一个重要概念楚裙予带宽。褶干带宽是一定范围内的频 率静统计溺豢值，是建立在倍道楚平遛( 帮在该僚道上，所有谱分量均以几乎相 间的增益及桷位通过) 的基础上。我们用信道的相干带宽来描述在多宽的频率范 围内信道传递函数的幅度还能够保持恒定。它和倍道的时延扩展有着紧密联系。 频率相关性为9 0 的相干带宽 1 4 ，1 5 ，1 6 】可近似为 1 ”瓦( 1 1 1 ) 露耀美性为5 0 懿楣于带宽避戗隽 亨 苎塞墼塞查塑杰兰壁篓苎一，墨塞茎差塑遵堡薹鳖妻塑塑鋈蕉望黧篓查至塞 粕4 乏_ ( 1 2 ) m 以上榴予带宠均是糖躇嵇诗，西淹稻予带宠翮f 。之闯没有确定的关系。准 一可以确定的是，棚干带爨与时延扩展靛均方根或反比；大鹣时延扩震对滋小瓣 媚予蛰宽，露小豹孵廷扩疑对应大的提于带雯。 时延扩展和相干带宽是用来描述本地信i 麓时闻色散特性的两个参数。相干带 宽就是指一个特定频率蕊围，在滚藏国内，嚣个鬏蓼分量煮缀强豹幅度攘关魏。 时廷扩展囊功率延迟分露决定。拜重延扩鼹是辫按对廷瓣均方潍。对蹩扩最辩稻子 带宽都是由多径导数。 当系统鲮传雅繁宽大予馈遘耀关繁楚黪，蘩统艇藤浆黪爨一个频率建择牲黪 信邀。姥露信遂频攀蘸波农整令系统繁宽孛将攒烈变纯，并菇可能会密溪频率嫡 应的零点，邋将严羹衰减该频率处的信号。这时就需疆使用均衡器类的措施。 嚣当系绞戆接竣姥宽小予傣遭耀予带宽黠，系绫熙嚣糕憨舞l l 蕊一个频率i # 选择健 的信_ i 萋。这样，系统霹潋程不使髑竭错嚣静情况下菠常工作，豫簿所选择静信道 难好处在深衰落处。 1 2 2 3 多普勒扩展和相干时间 时延扩展和相干带宽是用予描述本地信邋时间甑散特性的两个参数。然而， 它稻并未爨供摇迷信道辩交特後的信患。这种时交特性或燕由移动台与薄站问的 摆对运动弓| 超鲍，葳是出僖道路径中甥俸戆运动雩 越黪。多黉羲扩展嚣张于鞋瓣 就是描述小尺度内信道时变特性的两个参数。 当移动台在逡动中滋行通信对，接收信号的频率会发生变化，称为多普勒 效应，这是经蜒波凌过穰都具奄靛特设。跌霹冤光魏铡【l l 】，缓设一令茨蹩浆体 在远处以固定的频率发出光波，我们可以接收到的频率应该是与物体发出的频率 相同。现在假定该物体开始向我霄】运动，但光源发出第二个波峰时，它躐我们的 距裹寝该要魄发出第一令波峰的时镁要透，这榉第二令波蟪戮这鼗霞懿瓣闯要，j 、 于第一个波峰到达我们的时间，因此这两个波峰到达我们的时间间隔变小了，与 此相应的是我们接收到的频率就会增加。相反，当发光物体远离我们而去的时候， 我髓接牧到瓣频率裁要减小，这裁是多酱载效瘦弱鬏瑾。在天体物囊学中，天文 北衰辩电夫学鞭士学位论文 多虢装煮线避信系装率的蠡通琏调翻技术研究 学家利馐多营勒效盛可辍判断趱其它羼系鹃毽麓郝在远离我们丽去，获褥褥出掌 宙是在不断膨胀的结论a 这种称为多酱勒效应的频率和速度的关系悬我们豳常熟 悉款，绷如我们毯路边孵汽车汽蘩戆声蓊：磐茂车蠖= i 琵我钌辫，其汽笛啻调交裔 ( 对应频率增翔) ；褥当它装离我髓翳，汽笛音潺叉余交德( 对成颇率减小) ， 信道的时变性鼹指信邋的传递函数是髓时间而变化的，即在不同的时刻发 送翊羼躲甓号，农接收蠛收到戆傣号是不摇溷豹，冤麓l ，2 ( a ) 。嚣雩交往在移动 通信系统中翡具体体现之一就是多普勒频移( d o p p l e rs h i f t ) ，帮单颓搴僚号经 过时变衰落信道之后会呈现为舆有一定带宽和频率包络的信号，见网l 2 ( b ) 。 这又胃淡称必信邀黪频率髂教缝( f i e q u e n c y d i s p e r s i o n ) 。 轰：邋籍撤 l发瓣枫l 僦1 f 1 n n n n 弓厂一频攀 凇 疆n 疆n n 圆篓坠公，频率nt ：七3 曩n n n n 上：z 廿瓤举 ( a ) ( b ) 图1 2 ( a ) 多径造成的信灌时变性 fb ) 多警勒频移遗成辑馆遗壤率髂裁睦 多普勒效应所引起的附加频率偏移可以稚为多蛰勒频移( d o p p l e rs h i f t ) ，研 以用下式表面毒： = 手c o s 口= 等c o s 护= 厶s 拶 ( 1 1 3 ) 其中工表示裁波频率，c 表示光速，厶表示最大多酱勒频移，v 表示移动台的运 动速度。可以看到，多酱勒颏移与载波频率和移动台运动速度成磷比。由于多酱 勘频移藤产生懿谱扩展效称为多蛰勒扩展。多普勒扩展被怒义必一个频枣范围， 在此籀围内接收的多普勒谱有非0 值。 与多普勒扩展相关的禺一个概念就是相予时间。相干时间是多酱勒扩展在时 域约袭示，与多普勒扩展成反翳：关系，靼： xz ，” ( 1 。1 4 ) 穗子霹润是蕊遂 孛激嚷应终持不变匏露闼淹骚熬统诗平璃售。筷訇落章蔓，鞠 9 北京龆电大学硕士学位论文 墨墼无螭通信系统中的自遗应渭制技术研究 干时间就是搬一段时阗闻隰，在此闻瞒内，鞭个到达信号凑缀强懿摄瘦媚关缝； 鲣暴基警售警带交黪黪数大予笼线绩遥躯摇于畦淘，搽么髂号豹波形裁褥麓念发 生变化，造成痿号豹噻交。在现代数字运信串，一秘蒋邃熬定义方法是将糖于辩 闻定义为下式： ，旷0 , 4 2 3 1 r2 、聂i 万2 厂 ( 1 ，1 5 ) 。1 6 万露五 1 2 ，2 4 、尺度衰落类鍪 当信号通过移动无线信道遴行话攥对，箕衰落类型决定于发邀信号特征及信 道特犍。信号参数( 如懋宽、符号闻蹶等) 薯信道参数( 趣f m s 隧延期多普勒扩 展) 决定了不同的发送信号将缀历不同类型的衰落。移动光线信邀中的时间色散 与频率色散可能产生西静显著效应，邈些是幽信号、信道激发送速率的特性引起 熬。泌多径敕对延扩展弓l 起时阕色散以及频率选择瞧衰落拜重，多蘩鬏扩鼹裁会萼l 起频率色散以及时间选择性衰落。这两种传播机制彼此独妲。 根据信号带宽与信邋带宽静关系，以及信号变化与信道变亿的关系，可以将 小尺度衰落分残露类：乎毽衰落、频率选择缝衰落、抉衰落寒浚衰落翻。当傣 号带宽小于信道带宽，或者信邋延迟扩展小于信号符号周期时，发送信母产生平 遁衰落；当信号带宽大予信道带宽，或者信遂延迟扩展大予信号符号周期时，发 送售号产生频率选择性衰落。姿壤道存在毫戆多案赣频移，售遂穗子时凝小于镶 号符号周期，信道变化快于基带信号变化时，发送信号产生快衰蔼；当傣道存在 低的多普勒频移，信道褶干时间大于信号符号周期，信道焚化慢予基带倍号变化 辩，发送信号产生漫衰落。 1 2 。2 5谂文中掰秀刭戆缓遘仿真攘整 1 l 摹匿基经讨论了无线移凌环壤鲍大尺度效疲秘夺尺度效应，零论文黪嚣懿讨 论将只考虑小尺度效应，且只考虑基带模型。论文的仿真中，涉及的信邋类型为 多径的衰薄信道翻，这也是一种常用时信道仿真模擞。 在逶绩系统孛，如果售遭滚足： f 1 ) 糟干码元衰落的统计特性可以认为对于时间t 是近似平稳的，也就是该统计 i o 北哀蟠电大学硬士学位论文多载波鼍线蘧蓿系统率静叁逢巍潺麓按霖磺究 = 艺啪) 毋( f 一矗) + 工( f f 嫩+ 衲 ( 1 。1 7 ) x 印印申 盎啮峭魂啮卜 占分卜啦 韭塞塑皇奎囊登塞兰堡墼一一一 差萱婆歪塑遵堕墨丝主鲤皇冀鏖望墅墼查瑟塞 1 3o f d m 的发藤与现状 o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m 瞧i p c 垃溺调割，可戳濂溺蓟本缎纪 年代中紫。7 0 孥嫂，人们提蹬愿离教德量砖交换固安瑗多载波谪籍，篱纯 了系统结构，才镁褥o f d mj 支零实援纯【 霹。8 0 年健，入稻掰究魏倚将o f d m 技术应褥子离速m o d e m 。9 0 年 弋疆来，o f d m 技术蕊磷究深入瓣在光线调频 倍道上戆宽带数攒传输。在寒遮无线黪境下，o f d m 技术静优势突童，菇涎凌 广泛应用予民用通信系统中。 o f d m 中豹静个载波是相曩正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个 载波用翘，熙每个羧波斡频谱零点都和摆邻载波鲍零点重囊，这样便躐，j 、了载波 间的干扰。由于载波间有部分重叠，所以它比传统的f d m a 提高了频带利用率。 为了增加数据的吞吐量，提高数疆传输速度，o f d m 又采褥了一种称为h o m e p l u g 的技术，对嬲毒将震发送信号黪载波递孬会势处理，恕众多豹子镄号舍势 成一个独立的传输信号进行发送。由于将传输数据分配到许多正炎的子傣道上， 从而可班将频率选择性衰落雩i 怒的突发误码分散至0 不相关盼子信邋上，改变为随 规毪误码，蠢效遗减少纛克鼹了秘阕予拨豢米的影穗。 光线通信业务的多媒体化愚发展方向之一。业务的多媒体化要求有商速的数 据传输来支撵，因而宽带的商速数据传输是无线通信必然的发展趋势。目前， o f d m 技本戆嶷妊性能键其在瓷速无线逶甾镊域餐爨了广泛痤爰。欧溅豹数字 音频广播( d a b ) 系统和数字视频广播( d v b - 1 ) 系统使用的就是o f d m 调制技术。 欧洲的a c t s 项目中也使稍了o f d m 技术。它使用5 6 1 g h z 上的4 个频 段，提供蓦羧摆健竣速搴凝务。 0 f d m 还是w l a n ( e t s ih i p e r l a n 2 和i e e e8 0 2 1 l a ) 和宽带无线接入 ( i e e e8 0 2 1 6 ) 的核心技术。髓着d s p 芯片技术的发展，傅立叶变换反变换、 信j 藿爨逶应、援入像护阕黼等成熬戆技零逐步弓l 入到无线逶绩镶蠛，人鬣将不鞭 深入研究o f d m 技术，使其在无线通信领域得到更广泛的廒用。 i 窟拱电走学硬士学位论文 多载渡无线避落蒹统串翦蠹适应。鞲徽零哿f 究 1 4本论文酌结构等内窭 本论文主票针对m c - c d m a 系统的中的关键技术：自遗应调嵩4 技术进行了 姘究。论文主器分为五章： 蕾先对无线透馆翡发漫进行了篱攀熬介缁，分析了朱来移动邋储的发震需 求，对束寒移动逶髂魄荚镳技术o f d m 进露了繁擎黪奔绍，蒸中对茏线信道的 黪点进嚣了分辑舞提出了本谂文艨用煎信道模型。 第二章讨论o f d m 和m c c d m a 的基本原瓒和 奠及与各自系统相关的若干 基本原理，农此纂础上分析了o f d m 和m c - c d m a 技术的各自优缺点。 第三章对自适应调制技术进行了研究。首先对自适应技术进行了介绍，然后 分析了自适应调制在8 0 2 1 l a ，h s d p a ，o f d m 以及m c c d m a 系统中的应用， 并阐明了自邋应调制技术的优缺点。 第四牵饕重研究了皇适应调制技求在m c - c d m a 系缓孛黪或髑。主要焉懿 援制方式骞淤a 拶q a m ，m - a r yc p m ，m - a r yq p s k 等。在 燹籍信道状态信意鹃 翁提下，对各鲁溜定调制方式和蠢逶斑谲嗣送行了眈较，溺时还对三类谲翻方式 的裔适应进行了靛能沈较，褥出了绪论。 第五章怒本论文的总结。该章概括了本论文的主要工作和成果，并指如了今 后进一步的研究方向。 她袁瓣屯大学疆士学馈论文拳载薮无线逮癌系羡率靛鑫逶成诲键技术醑究 第二章o f d m 与m c - c d m a 系统静基本漂理 本奄首先介绍一下o f d m 筋基本原理，接下来我们g | 入o f d m 与其他多址 方式的融合技术，酃o f d m * c d m a 技术，也被称为多载波c d m a 羧术。通常 育三萃孛不同於稳藏方式：m c c d m a ，m t - c d m a 帮m c * d s - c d m a a 在本论文 中主要分缨m c c d m a 原理，圊时还对m c * c d m a 与d s c d m a ，o f d m a 等 多神多址无线攘入技术进行了比较。 2 1o f d m 系统的基本璨理 正交颓分复用( o f d m ) 的基本繇理f 1 1 】簸楚把高速酶数据流通过串并变换， 分配歪0 传输速率相对较低盼若干个相互戚交的予信遒中进行传输 7 ，8 1 。这样一个 o f d m 符号内就包含了多个经过调制的子载波信号。每一个信号可以是予载波 的相位调制，也可以是子载波幅度和相位的联合调制，比如b p s k ，q p s k ， 1 6 q a m ，6 4 q a m 等。如果n 表示予信邀的个数，t 衰承o f d m 符号熬宽度， f = 0 i n 1 ) 是分配给每个予信道静数露符号，z 是第0 个予载波的载波颓 誊，期把( f ) = 1 ，m 墨叫2 ，