【正文】 在本文完成過程中，我得到了同組同學(xué)們的無(wú)私幫助和支持，在此作者深表感謝。 最后，本文對(duì)可變速率調(diào)制技術(shù)在目前我國(guó) 3G 中的應(yīng)用 做了簡(jiǎn)要介紹、并預(yù)測(cè)了它未來寬廣的發(fā)展前景。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)，它在誤碼性能不是很嚴(yán)格的情況下，提高頻帶利用率，增加傳輸效率。所以，多載波 CDMA 從它的提出到目前為止，雖只有幾年的時(shí)間，但它卻很快成了通信領(lǐng)域的一項(xiàng)熱點(diǎn)技術(shù)，由它引出的研究方向也很多。 20 第四章 總結(jié) 與展望 本文以研究可變速率調(diào)制技術(shù)為目的，對(duì)可變速率調(diào)制技術(shù)原理、發(fā)展前景做了淺顯的綜述，對(duì)可變速率調(diào)制技術(shù)的三種實(shí)現(xiàn)方法（ VRQAM、 VSGCDMA、 MCCDMA）做了簡(jiǎn)要的介紹，同時(shí)對(duì)它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。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 。 19 WCDMA 和 CDMA20xx 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)。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)進(jìn)行，以進(jìn)一步提高其實(shí)用性和可靠性。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。例如：在 Es/No=30 dB 時(shí)， 3104 ???BER 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 dBNE 40/ 0s ? ，同樣 BER 的情況下，其頻譜利用率為 5， 相當(dāng)于 32QAM 信號(hào)。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 18 1，其它信號(hào)都相對(duì)于 2DPSK 信號(hào)做歸一化處理。 變速率 QAM 的突出優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用率高。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。得到的變速率 QAM 的誤比特性能如圖 39 所示。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。再通過射頻發(fā)射機(jī)就可以發(fā)送信號(hào)了。發(fā)送信號(hào)時(shí)，首先將調(diào)制電平 17 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)制星座圖，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行變速率 QAM 調(diào)制。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)。 16 BS 接 收時(shí)隙 BS 發(fā) 射時(shí)隙MS 接 收時(shí)隙 MS 發(fā) 射時(shí)隙幀頭 調(diào)制電平數(shù) QA M信 息數(shù)據(jù) 幀尾傳輸時(shí)延時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu) 圖 37 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 38 所示。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。其中幀頭和幀尾的碼元序列已知，用來估計(jì)信道衰落；調(diào)制電平數(shù)（用每個(gè)碼元代表的比特?cái)?shù)來表示）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ⅰ? 圖 36 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。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 .......。例如星型 16QAM 每碼元代表4bit 信息，星座圖如圖 36 所示。 15 星型 QAM 又被稱為 A PSK 調(diào)制，它可以看作是 ASK 和 PSK 的綜合。這樣可以減少假鎖帶來的長(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。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。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。 14 圖 35 不同的擴(kuò)展因子 VRQAM VRQAM 基本 原理 [1620] 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)。同樣的，在低速用戶，兩乎沒有什么區(qū)別。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。 從信道估計(jì)均方值（ MSE）和輸出的信干比（ SINR）兩個(gè)方面來看， VSG和 MCCDMA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。這是因?yàn)橐粋€(gè)較低的擴(kuò)展因子提供更好的性能。假設(shè)隨機(jī)序列只受附加高斯白噪聲的影響。 13 圖 34 可增益 CDMA 原理 VSGCDMA 性能分析 討論 VSGCDMA 系統(tǒng)中不同擴(kuò)展因子的系統(tǒng)的性能比較。擴(kuò)展因子的表達(dá)式為 NBTRW r? ， B 是擴(kuò)頻調(diào)制帶寬 rT 代表幀長(zhǎng)。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 。 N是信號(hào)序列的碼片數(shù)目。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。在北美數(shù)字蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn) TIA/EIA/IS95A 中 ，對(duì)8kb/s， ， ，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。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。 VSGCDMA 的理論基礎(chǔ) [1315] 數(shù)據(jù)分組通過可變擴(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。 對(duì)于可變?cè)鲆娴?CDMA 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。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。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 MCCDMA 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特性外，還要 使 MCCDMA 信號(hào)的峰值平均功率比限制在一定的范圍內(nèi)。同時(shí)，在通過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。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)致對(duì)系統(tǒng)前端放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍要求較高。 當(dāng)然，多載波 CDMA 也有缺點(diǎn)。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 4FTF 算 法最常被采用。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。此時(shí)令NqTt b? 代入式 (36)，并且去除載波 cf ，可得發(fā)射機(jī)的基帶離散形式 ： )2e x p ()( 1010 iqNjcaqsNimiNmmk ??? ????? （ 37） 由式 (37)可見， MCCDMA 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)處理器件來實(shí)現(xiàn)。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)。 )(tPbT被定義為單位幅度的脈沖波形，在 ? ?bT，0 之外為0。其連續(xù)時(shí)間信號(hào)為 ： )())(2e xp()( 10, bTbcNmmimkki kTtPtTiFfjcatsb ????????? ???? （ 33） 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 bT ，則相鄰子載波之間的頻率差應(yīng)該為 bTF 。則 C 的第 i行 m列元素 ? ?1,1,0 ?? NiC mi ? 為第 m個(gè)用戶在第個(gè)子載波上的對(duì)應(yīng)碼片。第 m個(gè)用戶在 k 時(shí)刻的信號(hào)值為 ? ?1,1??mka ， 用 1 和 1 來表示二進(jìn)制信號(hào)值，即采用 BPSK 調(diào)制，如果用戶 m 無(wú)信號(hào)則 0?mka 。 數(shù) 據(jù) 流復(fù)制器?j1 )tf2c o s ( 2?j2 )tf2c o s( 2?jGcmC )tf2c os( mcG? )t(SiMC接 收 信 號(hào) ?)tf2c os( 2? )tf2c o s (2? )tf2c os(mcG??1q 2qmcGq低 通 濾 波器低 通 濾 波器低 通 濾 波器+???? ? （ a） MCCDMA 發(fā)送 原理框圖 （ b） MCCDMA 接收原理框圖 圖 31MCCDMA 的發(fā)送與接收框圖 8 MCCDMA 的發(fā)射和接收的數(shù)學(xué)模型如下圖 32 所示。圖 中的調(diào)制方式采用 BPSK， MCG 為處理增益， CN 為子載波數(shù)，? ?jGjj MCCCCtC ?,)( 21j ? 表示第 j 個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼。這類 MCCMDA 的發(fā)送框圖和信號(hào)功率譜如圖 31