可变速率调制技术研究论文

学科分类号：_08_本科生毕业设计题目（ 中 文 ） ： 可变速率调制技术研究 （ 英 文 ） ：The Study of Variable Rate Modulation学生姓名： 学号 系 部： 专业年级： 指导教师： 职 称： 目 录摘 要 .I关键字 .IAbstract.IKeywords.II第一章 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 国内外研究现状分析 .11.3 本文的研究内容 .2第二章 可变速率调制技术的理论基础 .32.1 数字调制技术的要求及性能指标 .32.1.1 移动通信的数字调制技术要求 .32.1.2 数字调制技术的性能指标 .32.2 可变速率调制技术的原理和实现方式 .42.3 实现可变速率调制的方法 .5第三章 可变速率调制技术的实现方法 .73.1 MC-CDMA.73.1.1 MC-CDMA的基本原理及实现方法 .73.1.2 MC-CDMA的优缺点 .113.2 VSG-CDMA.123.2.1 VSG-CDMA的理论基础 .123.2.2 VSG-CDMA性能分析 .133.3 VR-QAM.143.3.1 VR-QAM基本原理 .143.3.2 VR-QAM的性能 .173.4 可变速率调制技术在我国 3G中的应用 .18第四章 总结与展望 .20参考文献 .21致谢 .22I可变速率调制技术研究摘 要： 未来移动通信系统不仅要传输不同速率和不同质量要求的多种业务，而且因为移动信道的传播性能经常会随时间和传播地点而随机变化，所以移动通信系统必须具有自适应改变其传输速率的能力，以便能灵活地为多种业务提供合适的传输速率，而且能在保证传输质量的前提下，根据传播条件实时地调整其传输速率(信道条件好，提高速率；信道条件差，降低速率) ，以充分发挥所用频谱的效率。因此, 在移动通信系统中最好能利用可变速率调制技术，根据移动信道的变化自适应地改变无线传输速率,这样才能有效地增加对衰落信道的适应能力。可变速率调制技术就是一种与基本调制方式相结合的传输控制方法, 实质上就是一种自适应调制技术, 能根据移动信道随机变化的情况自适应地改变无线传输速率, 亦即当信道条件好时增加传输速率, 当信道条件差时降低传输速率。它可以在频谱效率和系统误码性能两方面都达到令人满意的效果。本文研究可变速率调制技术的基本原理，以及可变速率的三种主要实现方法（多载波码分多址、可变增益码分多址、变速率正交幅度调制）做简要介绍。关键字：自适应调制技术； MC-CDMA；VR-QAM；VSG-CDMAThe 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 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 condition 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 changes in mobile channel, in order to effectively increase the fading channel adaptability. Variable-rate modulation technique is a IIcombination of the basic modulation methods of transmission control, In essence, is a kind of adaptive modulation technology, it can adaptively change its transfer rate 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 principles 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 VSG-CDMA VR-QAM1第一章 绪论1.1 课题背景及意义调制就是把要传输的信息数据（或信息信号）进行处理，使其变为适合于信道传输的信号形态的过程。一般来说，就是把信息基带信号变为适合传输的高频带通信号的处理过程。调制是各种通信系统必不可少的最基本内容，但不同的通信系统和通信环境有不同的调制和解调技术。调制解调技术的性能常用它的功率效率带宽效率来衡量。无线通信是通信条件和通信环境最苛刻、最恶劣的通信方式，一个好的调制方法和技术，要能在低的接收信噪比条件下提供低误比特率解调性能，在移动环境下抗无线信道衰落能力强，占用带宽最小，实现容易，价格低，可变速率调制就是这样一种调制技术。可变速率调制技术大体可分为调整功率级别；调整星座图大小；调整码数；同时调整功率级别和星座图大小；同时调整星座图大小和符号速率；同时调整功率和传输速率以及同时调整码速、符号速率和星座图大小七种。由于可变速率调制技术在当前乃至今后一段时间都处于或将处于移动通信的前沿，因此国内外对它的研究都极为重视。为了跟踪国际前沿，发展我国的新一代移动通信技术，满足对该技术的需求，开展该领域的研究是非常必要而有实际意义的。1.2 国内外研究现状分析随着现代无线通信技术的发展，人们对数字无线传输内容和无线传输效率提出了更高的要求，未来的无线传输须得支持各类窄带和宽带传输、实时和非实时传输、恒定速率和可变速率传输，尤其要能够支持多媒体业务功能，但是通信系统的容量有限，因此研究更有效的传输方式是解决问题的有效途径。从 1993 年开始，很多学者提出了将 OFDM（正交频分复用）和 CDMA（码分多址）相结合的可变速率调制技术方案 MC-CDMA（多载波码分多址） ，它结合了 ODFM2和 CDMA 的优点，在高速数据传输时，其抗干扰的性能明显优于传统 CDMA。在发送端和接收端利用快速傅立叶变换(FFT)及其反变换 (IFFT)可以很容易的恢复和产生这样的多载波信号，而无需增加发射机和接收机的复杂性。并且由于各个子载波频谱相互交叠，多载波 CDMA 具有很高的频谱利用率。随后，对 VR-QAM（变速率正交幅度调制）的研究也风生水起，1999 年，刘喜斌在电子工程师上发表研究文章探究了可变速率正交幅度调制技术的原理和实现。VR-QAM 能根据衰落情况而自动地改变QAM 的调制电平数，即改变其调制星座图的星象点数。当信道传输特性较好，信号受到的衰落比较小的时候，增加调制电平数；使 BER（误比特率）保持在可以接受的程度。随着移动通信系统的发展，尤其是基于码分多址 CDMA 的蜂窝移动通信系统的成熟，在其中发挥重要作用的 VSG-CDMA（可变增益码分多址）技术也得到了长足的发展。可变增益 CDMA 通过动态改变扩频增益和发射功率来实现不同业务速率的传输。为保证传输质量，在传输高速业务时降低扩频增益，同时相应提高其发射功率；在传输低速业务时增大扩频增益，同时适当降低其发射功率，可以减少多址的干扰。1.3 本文的研究内容通过对可变速率调制技术的研究和发展现状的综述，和对其基本原理和实现方法的概述，确定本文的主要研究内容为可变速率调制技术的基本原理、MC-CDMA 理论基础和优缺点、VSG-CDMA 通信原理，和 VR-QAM 的原理及其调制性能。本文共分四章，具体结构如下：第一章对移动通信中可变速率调制技术的研究现状进行了综述。确定本文的研究背景和研究内容。第二章介绍可变速率调制技术的基本原理。第三章对 MC-CDMA 理论基础和实现方案、VSG-CDMA 通信系统的理论基础及其性能、VR-QAM 的原理及其调制性能进行了浅显的阐述。第四章对整个研究实践所做的工作进行了总结，并对可变速率调制技术的发展前景以及在我国 3G 中的一些应用做了预测。 3第二章 可变速率调制技术的理论基础实际上，可变速率调制是一种和基本调制方式相结合的传输控制方法。它可以根据移动信道随机变化的情况自适应地改变无线传输速率：当信道条件好时，用较高速率；信道条件差时,降低传输速率。可以采用不同的判断信道条件好坏的准则和不同的改变速率的方案，发展成各种可变速率的调制方法 1。2.1 数字调制技术的要求及性能指标 22.1.1 移动通信的数字调制技术要求1、 必须采用抗干扰能力较强的调制方式(采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响)； 2、 尽可能提高频谱利用率： （1） 占用频带要窄，带外辐射要小（采用 FDMA（频分多址） 、TDMA（时分多址）调制方式） ； （2） 占用频带尽可能宽，但单位频谱所容纳的用户数多（采用 CDMA 调制方式）； 2.1.2 数字调制技术的性能指标数字调制的性能指标通常通过功率有效性 （Power Efficiency）和带宽有效性p(SpectralEfficiency)来反映。功率有效性 是反映调制技术在低功率电平情况下保B证系统误码性能的能力, 可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比（2-1）0NEbp带宽有效性 是反映调制技术在一定的频带内数字有效性的能力, 可表述成在给B4定带宽条件下每赫兹的数据通过率。 （2-2）)(HzsbBR数字调制方式应考虑如下因素：抗扰性，抗多径衰落的能力， 已调信号的带宽，以及使用、成本等因素。好的调制方案应在低信噪比的情况下具有良好的误码性能，具有良好的抗多径衰落能力，占有较小的带宽， 使用方便，成本低。2.2 可变速率调制技术的原理和实现方式可变速率调制实质上是一种自适应调制技术。自适应调制技术是在无线多媒体接入系统中提出来的，在给定数据传输质量的情况下，它根据业务量、平均信噪比、平均时延、断话概率和数据速率等来决定采用的调制方式，包括 MC-CDMA、VSG-CDMA、VR-QAM 等。在多媒体业务的可变速率情况下，可保证信噪比不变时不产生邻道干扰起伏，同时也可控制系统的通信容量。可变速率调制技术有两个步骤 3： 1、传输信道参数的测量； 2、在优化预先指定的代价函数的基础上，选择一种或是多种传输参数。 但是有一个假设前提，那就是信道变化不是很快，否则选择的信道参数很难与信道实际情况相匹配。所以可变速率调制技术只适用于多普勒扩展不是很大的情况。可变速率调制技术在室内环境中具有很明显的优势，因为在室内环境中传播时延很小，发射机和接收机间的相对速度也很慢。在这种情况下，可变速率调制技术可以逐帧使用。下面我们罗列了一些可变速率调制技术。 调整功率级别：按照信道的衰减幅度，调整功率级别，也就是传输级别。这种方案增加了发射机的峰值功率，在多用户环境中，增加了同频干扰，从而可能引起信道容量的降低。 调整星座图大小：在自适应传输技术中，可变速率调制扮演了一个非常重要的角色，因为它可以在不增加多址接入干扰功率的情况下，提高传输效率。在调整星座图大小时，一定要保证传输的功率不变，从而可以提供一定的 QoS（业务质量） 。当短期的 BER（比特差错率）近似恒定，但比特率有所改变的时候，就需要调整星座图中的信号数目，反之亦然。在单用户环境中，可变速率调制相对于仅有功率控制的固定速5率系统来说，可以提供 510dB 的增益。 调整码速：为了适应相应信道的状态，可以选择最佳的码速，以实现编码方案的调整。截短的卷积编码就是这种情况，因为它们可以在不改变编码器和译码器结构的情况下，实现自适应编码和译码。 调整功率级别和星座图大小：联合调整调制方案和传输级别可以在单用户环境或是一个多用户信道中实现。这种结合相对于没有功率控制的方案来说，可以明显地提高吞吐量。 调整星座图大小和符号速率：星座图大小和符号速率可以同时调节。系统在满足BER 需求的情况下，选择的最佳调制方案可以将比特速率最大化。然而，在具有最大符号传输速率的情况下，也可以获得较低的传输速率，这可以通过连续传输相同的码字做到。 调整功率和传输速率：在满足平均功率和 BER 约束的情况下，可以选择传输速率和功率，以最大化频谱效率。 调整码速、符号速率和星座