（信号与信息处理专业论文）协作通信系统中恒包络ofdm性能研究.pdf

杭州电子科技大学硕士学位论文 摘要 恒包络正交频分复用( c o n s t a n te n v e l o p e - 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 nm u l t i p l e x i n g , c e - o f d m ) 用归一化的o f d m 信号对载波进行相位调制，不仅解决了o f d m 信号高峰均功率比 的问题，还最大化了功率放大器的效率，而且保留o f d m 高传输速率和抗多径干扰等优点。 天线分集技术能有效抑制衰落信道引起的误码性能恶化。常用的分集方式有最大比合并 ( m a x i m a l r a t i oc o m b i n i n gm r c ) 、等增益合并( e q u a l g a i nc o m b i n i n g , e g c ) 、选择合并 ( s e l e c t i o nc o m b i n i n gs c ) 和组合发送s c 接收m r c ( s c m r c ) 等。放大前传( a m p l i f y - a n d f o r w a r d ，a f ) 协作通信能有效对抗衰落影响提高传输的可靠性。n a k a g a m i 分布因其灵活性和 实用性常用来建模衰落信道。本文分别研究n a k a g a m i m 信道上采用e g c 、组合s c m r c 的 c e o f d m 系统以及采用m r c 、s c 、组合s c m r c 的a f 协作c e o f d m 系统的误码性能。 第一章介绍c e o f d m 、天线分集、a f 协作通信的研究现状。 第二章研究采用天线分集的c e o f d m 系统误码性能，推导了任意衰落参数的平坦 n a k a g a m i 加衰落信道上采用组合s c m r c 分集的m 进制相移键控( m a r yp h a s e s h i f tk e y i n g , m p s k ) 和矩形m 进制正交幅度调制( m a r yq u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n , m q a m ) 的c e o f d m 系统平均误符号率( s y m b o le r r o rr a t e , s e r ) 和误码率( b i te r r o rr a t e , b e r ) 下界的闭合 表达式，数值计算和仿真结果验证了理论推导的准确性。然后研究频率选择性n a k a g a m i m 信 道上采用e g c 接收分集的c e o f d m 系统误码性能，并给出仿真结果。 第三章研究平坦n a k a g a m i m 信道上采用天线分集的a f 协作c e o f d m 系统的误码性 能。首先推导采用m r c 接收分集的m p s k 和矩形m q a m 调制可变增益多中继a f 协作 c e o f d m 系统的误码率下界表达式，其次推导采用s c 接收分集的二进制相移键控( b i n a r y p h a s e - s h i f ik e y i n g b p s k ) 和矩形m q a m 调制可变增益单中继a f 协作c e o f d m 系统的平均 s e r 和b e r 下界闭合表达式，再次推导了采用m r c 接收分集的m p s k 和矩形m q a m 调制 固定增益多中继a f 协作c e o f d m 系统的误码率下界表达式，然后推导了采用s c 接收分集 的b p s k 和矩形m q a m 调制固定增益单中继a f 协作c e o f d m 系统的平均s e r 和b e r 下 界闭合表达式，最后推导采用组合s c m r c 的m p s k 和矩形m q a m 调制a f 协作c e o f d m 系统的误码率下界表达式。数值计算和仿真结果验证了理论推导的准确性。 第四章为本文结论。 关键词：正交频分复用，恒包络，天线分集，放大前传，协作通信，n a k a g a m i 衰落信道，正 交幅度调制，相移键控 杭州电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o n s t a n te n v e l o p eo r t h o g o n a lf r e q u e n c y - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( c e - o f d m ) t r a n s f o r m st h e n o r m a l i z e do f d ms i g n a l ，b yw a yo fp h a s em o d u l a t i o n ，t ot h ep h a s eo ft h ec a r t i e r , a n di tn o to n l y m i t i g a t e sm eh i g hp e a k - t o - a v e r a g ep o w e r r a t i o sw i t ho f d m ，b u ta l s om a x i m i z e sp o w e ra m p l i f i e r e f f i c i e n c ya n dp r e s e r v e st h ea d v a n t a g e so fo f d m s u c ha st h eh i g hd a t a sr a t ea n dt h ec a p a b i l i t yt o c o m b a tm u l t i p a t hi n t e r f e r e n c e a n t e n n ad i v e r s i t yr e s t r a i n se l t o rp e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o nd u et o f a d i n gc h a n n e le f f e c t i v e l y m a x i m a l - r a t i oc o m b i n i n g ( m r c ) ，e q u a lg a i nc o m b i n i n g ( e g c ) ，s e l e c t c o m b i n i n g ( s c ) a sw e l la st h ec o m b i n a t i o no fs ca tt h et r a n s m i t t e r m r ca tt h er e c e i v e r ( s c m r c ) a r ec o m m o na n t e n n ad i v e r s i t y a m p l i f y - a n d - f o r w a r d ( a f ) c o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o n sc o m b a tt h e i n f l u e n c eo ft h ef a d i n ga n di m p r o v et h er e l i a b i l i t yo ft r a n s m i s s i o n se f f e c t i v e l y n a k a g a m i d i s t r i b u t i o ni s a l w a y su s e dt om o d e lf a d i n gc h a n n e l sd u et o i t s g r e a tv e r s a t i l i t ya n dp r a c t i c a l a p p l i c a b i l i t y t h i st h e s i si n v e s t i g a t e st h e e r r o rp e r f o r m a n c eo fc e o f d ms y s t e mu s i n ge g c ， c o m b i n e ds c m r ca n da fc o o p e r a t i v ec e - o f d ms y s t e mu s i n gs c ，m r c ，c o m b i n e ds c m r ci n n a k a g a m i - ，竹f a d i n gc h a n n e l s c h a p t e r1p r e s e n t s ab r i e fr e v i e wo fc e o f d m ，a n t e n n ad i v e r s i t ya n da fc o o p e r a t i v e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s c h a p t e r2i n v e s t i g a t e st h e e r r o rp e r f o r m a n c eo fc e o f d ms y s t e mw i t ha n t e n n ad i v e r s i t y , d e r i v e sc l o s e d f o r me x p r e s s i o n sf o rt h el o w e rb o u n do ft h ea v e r a g es y m b o le l t o rr a t e ( s e r ) a n db i t e r r o rr a t e ( b e r ) o fc o m b i n e ds c m r cc e o f d ms y s t e mw i t hm a r yp h a s e - s h i f tk e y i n g ( m p s k ) a n dr e c t a n g u l a rm - a r yq u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ( m q a m ) o v e rn a k a g a m i - mf l a tf a d i n g c h a n n e l sw i t ha r b i t r a r yf a d i n gi n d e xm b o t hn u m e r i c a la n ds i m u l a t i o nr e s u l t sv e n f yt h ea e e u r a e y o ft h ed e r i v a t i o n t h e n ，i ti n v e s t i g a t et h ee r r o rp e r f o r m a n c eo fc e o f d ms y s t e mu s i n ge g co v e r f r e q u e n c y - s e l e c t i v en a k a g a m i - 朋f a d i n gc h a n n e l s ，a n ds h o w t h es i m u l a t i o nr e s u l t s c h a p t e r3i n v e s t i g a t e st h ee r r o rp e r f o r m a n c eo fa fc o o p e r a t i v ec e - o f d m o v e rn a k a g a m i m f a d i n gc h a n n e l s ，f i r s t l y , d e r i v e st h el o w e rb o u n de x p r e s s i o n sf o rt h ee r r o rr a t eo fm r c r e c e p t i o n d i v e r s i t yv a r i a b l eg a i nm u l t i p l e a fr e l a y s c o o p e r a t i v ec e - o f d ms y s t e mw i t hm p s ka n d r e c t a n g u l a rm q a m ，s e c o n d l y , d e r i v e st h ec l o s e d f o r me x p r e s s i o n sf o rt h ea v e r a g es e r a n db e ro f s cr e c e p t i o nd i v e r s i t yv a r i a b l eg a i ns i n g l ea fr e l a yc o o p e r a t i v ec e - o f d ms y s t e mw i t hb i n a r y p h a s e - s h i f tk e y i n g ( b p s k ) a n dr e c t a n g u l a rm q a m ，a n dt h e n ，d e r i v e st h el o w e rb o u n de x p r e s s i o n s f o rt h ee r r o rr a t eo fm r c r e c e p t i o nd i v e r s i t yf i x e dg a i nm u l t i p l ea fr e l a y sc o o p e r a t i v ec e o f d m s y s t e mw i t hm p s k a n dr e c t a n g u l a rm q a m ，i na d d t i o n ，d e r i v e st h ec l o s e d f o r me x p r e s s i o n sf o rt h e a v e r a g es e ra n db e r o fs cr e c e p t i o nd i v e r s i t yf i x e dg a i ns i n g l ea fr e l a yc o o p e r a t i v ec e - o f d m n 杭州电子科技大学硕士学位论文 s y s t e mw i mb p s ka n dr e c t a n g u l a rm q a m ，f i n a l l y , d e r i v e st h el o w e rb o u n de x p r e s s i o n sf o rt h e e r r o rr a t eo f c o m b i n e ds c m r cv a r i a b l eg a i na f c o o p e r a t i v ec e o f d ms y s t e mw i t hm p s ka n d r e c t a n g u l a rm q a m b o t hn u m e r i c a la n ds i m u l a t i o nr e s u l t sv e n f yt h ea c c u r a c yo ft h ed e r i v a t i o n c h a p t e r5f i n i s h e st h ep a p e rw i t hc o n c l u s i o n k e y w o r d s ：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 nm u l t i p l e x i n g , c o n s t a n te n v e l o p e , a n t e n n ad i v e r s i t y , a m p l i f y - a n d f o r w a r d ，c o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o n s ，n a k a g a m i 所f a d i n gc h a n n e l s ， q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，p h a s e s h i f tk e y i n g i i i 杭州电子科技大学硕士学位论文 第1 章绪论 恒包络正交频分复用( c o n s t a n te n v e l o p e 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 nm u l t i p l e x i n g ， c e o f d m ) 不仅保留了o f d m 的高传输速率和抗多径干扰等优点，还解决了o f d m 高峰均功 率l l ( p e a k - t o a v e r a g ep o w e rr a t i o ，p a p r ) 的问题，而且最大化了功率放大器的效率。 天线分集技术能有效抑制衰落信道引起的误码性能恶化。天线分集分为接收分集、发送 分集和组合发送接收分集。最大比合并( m a x i m a l r a t i oc o m b i n i n g ，m r c ) 、等增益合并( e q u a l - g a i nc o m b i n i n g , e g c ) 和选择合并( s e l e c t i o nc o m b i n i n g ，s c ) 是常用接收分集的方式。组合发送 s c 接收m r c ( s c m r c ) 具有实现复杂度低和对抗信道时变特性强的优势。本文研究采用 e g c 、组合s c m r c 的c e o f d m 系统误码性能。 协作通信不仅能抑制信道衰落的影响，而且还能扩大信号的覆盖范围。放大前传( a m p l i f y - a n d f o r w a r d ，a f ) 协作通信因其信号处理复杂度低得到广泛关注，a f 协作根据放大增益的确 定方式分为可变增益和固定增益。m r c 、s c 是协作系统常用的两种信号处理方式。本文研 究采用m r c 、s c 、组合s c m r c 的可变增益和固定增益的a f 协作c e o f d m 系统的误码 性能。 下面，首先介绍c e o f d m 技术的研究现状，然后概述天线分集技术和a f 协作技术的 发展及现状，最后简述本文的主要工作。 1 1c e o f d m 技术研究现状 c e o f d m 是用o f d m 信号相位调制载波实现的。文献【1 】提出用频率调制传输o f d m 信 号，但未考虑o f d m 信号的高p a p r 问题。为消除o f d m 固有的高p a p r ，文献 2 】将o f d m 复信号的实部和虚部数据分开，分别进行加权、限幅和相位调制得p a p r 为o d b 的c e - o f d m 信号，由于进行了限幅处理，增大了接收端解调错误，致使误码率变高，且将o f d m 信号的 实部和虚部分别传输也降低频谱利用率。 为消除o f d m 的p a p r ，且不降低c e o f d m 系统的误码性能和频谱利用率，文献 3 】提 出新的c e o f d m 方案，将o f d m 基带信号的实部归一化后进行相位调制，得到c e - o f d m 信号。接收端相位解调器为反正切相位解调器，其输出噪声在高信噪e g ( s i g n a l t o - n o i s e r a t i o ， s n r ) 近似为零均值高斯噪声，基于此推导加性白高斯( a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e ，a w g n ) 信道上二进制相移键控( b i n a r yp h a s e s h i rk e y i n g , b p s k ) 的c e o f d m 系统的平均误比特率 ( b i te r r o rr a t e ，b e r ) 近似表达式。文献 4 】研究平坦衰落信道上采用非相干接收的c e o f d m 系统误码性能，并推导瑞利和莱斯信道上b p s k 调制c e o f d m 系统的平均b e r 近似表达式。 文献【3 】和 4 】的c e o f d m 系统均采用b p s k 调制，采用m 进制正交幅度调制( m - a r y 杭州电子科技大学硕士学位论文 q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，m q a m ) 能提高c e o f d m 系统的频谱利用率。文献 5 提出 采用共轭对称数据向量作为发送端离散傅里叶反变换( i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r r n ， i d f t ) 的输入，从而给出方形m q a m 调制的c e o f d m 信号实现方法，并推导a w g n 信道、 平坦瑞利和莱斯信道上采用方形m q a m 调制的c e o f d m 系统平均b e r 的近似表达式。为 更准确描述c e - o f d m 系统误码性能，采用半解析法分析平均b e r 性能。文献 6 提出采用共 轭对称零填充数据向量作为发送端i d f t 输入，从而给出过采样的方形m q a m 调制的 c e o f d m 信号的实现方法，指出过采样能抑制反正切相位解调器在相位7 c 处的相位跳变，改 善c e o f d m 系统误码性能，并推导平坦瑞利和莱斯信道上方形m q a m 调制的c e o f d m 系 统平均b e r 的下界表达式。 c e o f d m 系统的相位解调存在门限效应，文献【3 6 对c e o f d m 系统的误码性能分析 是在高s n r 将反正切解调器输出噪声近似为高斯白噪声条件下，所得平均b e r 近似或下晃 在低s n r 时误差较大。文献 7 】研究a w g n 信道上m q a m 调制的c e o f d m 系统误码性能， 考虑相位解调产生的粒噪声( s h o tn o i s e ) 对误码性能的影响，揭示门限效应与平均误符号率 ( s y m b o le r r o rr a t e ，s e r ) 的关系。文献【8 】研究扩展c e o f d m 系统的门限，从接收机复杂度 和相位解调性能折中考虑，反正切相位解调接收机是较好的选择。 反正切相位解调时容易在7 c 发生相位跳变，增加解调错误，为抑制此问题，文献 6 】提出 过采样c e o f d m 方案。文献【9 】改善相位解调算法，在反正切解调器后添加相位纠正模块， 有效的抑制相位解调时的相位跳变，并比较c e o f d m 、单载波频域均衡与o f d m 系统性能， 指出c e o f d m 系统的频谱利用率和功放效率性能最优。 文献 1 0 】研究b p s k 调制的c e o f d m 的信号空间表示、谱性能，采用仿真的方法分析 c e o f d m 系统带宽，并指出c e o f d m 的带外功率比优于传统的o f d m 信号。文献 3 采用 c a r s o n 法则计算带宽。文献 1 1 j 采用理论近似的方法研究c e o f d m 信号的带宽，指出 c e o f d m 系统带宽由相位调制系数和输入数据的方差决定。为进一步提高c e o f d m 信号 频谱紧凑性，文献 1 2 提出谱预编码的c e o f d m ，实质是在o f d m 信号不同载波的数据符 号间引入相关以降低功率谱旁瓣，从而提高了c e o f d m 信号频谱的紧凑性。 o f d m 能抗多径干扰，c e o f d m 也承袭这一优点，文献 1 3 】比较c e o f d m 系统与有功 率回退的o f d m 系统在多径信道的误码性能，指出c e o f d m 的误码性能优于传统o f d m 。 在频率选择性信道，c e o f d m 需要信道估计和均衡器。文献【1 4 】研究频率选择性瑞利信道上 c e o o f d m 系统的信道估计方法，比较了最t b - - 乘估计和最小均方误差估计的性能。文献【1 5 】 提出柯西内插估计器，用仿真验证此估计器在慢时变信道优于线性内插和二次内插。 文献 3 8 】中的c e o f d m 系统采用b p s k 或方形m q a m 调制，而m 进制相移键控( m a r y p h a s e - s h i f tk e y i n g ，m a s k ) 有较高的频谱利用率，且矩形m q a m 调制更具一般性。因而，本 文研究平坦及频率选择性衰落信道上采用m a s k 或矩形m q a m 调制的c e o f d m 系统误码 性能。 2 杭州电子科技大学硕士学位论文 1 2 天线分集技术研究现状 文献 1 6 】推导瑞利信道上采用m r c 、e g c 、s c 接收分集的b p s k 和差分相移键控 ( d i f f e r e n t i a lp h a s e s h i f tk e y i n g ，d p s k ) 的平均b e r 表达式。文献 1 7 推导瑞利信道上采用e g c 接收分集的b p s k 调制的平均b e r 近似表达式。文献【18 】推导瑞利和莱斯信道上采用m r c 接收分集的m p s k m q a m 调制的平均s e r 和b e r 表达式。 n a k a g a m i 分布的灵活性使其常用来建模衰落信趔聊。文献【2 0 】研究n a k a g a m i 历信道上 m r c 接收分集的误码性能，在分集支路数与信道衰落参数之积为整数时，推导m q a m 调制 的平均s e r 表达式。文献【2 1 】推导任意衰落参数的独立同分布n a k a g a m i m 衰落信道上采用 m r c 接收分集的矩形m q a m 调制的平均s e r 表达式。文献【2 2 推导独立不同分布的 n a k a g a m i m 衰落信道上采用m r c 接收分集的矩形m q a m 调制的平均s e r 表达式。文献 2 3 】 推导采用e g c 接收分集的m p s k m q a m 调制的平均s e r 表达式。文献 2 4 1 推导n a k a g a m i m 信道上采用s c 接收分集的m p s k 调制的平均s e r 表达式。文献【2 5 】推导n a k a g a m i i 信道 上采用m r c 和s c 接收分集的m p s k m q a m 调制的平均s e r 的近似表达式。 i 组合发射和接收天线分集能增大分集增益，提高抗衰落性能。文献 2 6 】提出组合发送s c 接收s c ( s c s c ) 分集方案。文献【2 7 改进s c s c 分集方案，研究瑞利信道上采用组合发送s c 接收m r c ( s c m r c ) 分集方案的b p s k 调制的误码性能。文献【2 8 】推导瑞利信道上采用组合： s c m r c 的b p s k 调制的平均b e r 的精确和近似表达式。文献 2 9 】推导瑞利信道上组合组合 s c m r c 的m p s k m q a m 调制的平均s e r 闭式表达式，并给出切诺界。文献【3 0 和【3 l 】推导 独立与相关瑞利信道上采用组合s c m r c 的m p s k m q a m 调制平均s e r 表达式。文献 3 2 3 4 】二i 推导n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 的多种调制的平均s e r 表达式。 文献 3 5 推导n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 的b p s k 调制的平均b e r 的精确和 近似表达式，并指出组合s c m r c 的分集增益为信道衰落参数、发送与接收天线数之积。文 献【3 6 】推导n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 的m p s k 调制的平均s e r 表达式。 文献 3 7 】推导任意衰落参数的n a k a g a m i m 信道上组合s c m r c 的m p s k m q a m 调制的 平均s e r 表达式。文献【3 8 】推导任意衰落参数的n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 分集 m p s k m q a m 调制的平均s e r 的近似和精确表达式，表达式中存在多重无穷项累加。文献 3 9 】 推导任意衰落参数的n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 的b p s k 调制的平均s e r 的闭合 表达式。本文研究n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 分集的c e o f d m 系统的误码性能， 推导m p s k 和矩形m q a m 调制的平均s e r 和b e r 下界的闭合表达式。 1 3a f 协作通信的发展现状 协作通信的思想源于中继传输。a f 协议是协作通信的常用协议，中继节点仅对接收信号 3 杭州电子科技大学硕士学位论文 进行简单的放大转发。文献【4 0 通过仿真指出a f 以较低的复杂度得到与解码前传( d e c o d e - a n d f o r w a r d ，d f ) 相似的误码性能。文献 4 l 】指出a f 可达到满分集增益。 文献 4 2 1 推导瑞利信道上d p s k 调制两跳a f 协作系统的平均b e r 表达式。文献 4 3 】推导 n a k a g a m i 所信道上d p s k 调制两跳a f 协作系统的平均b e r 表达式。文献 4 4 】推导n a k a g a m i m 信道上b p s k 调制单中继a f 协作系统平均b e r 的近似表达式。 增加中继节点等效于增加分集天线数目，提高协作系统抗衰落能力。文献 4 5 】推导瑞利 信道上m p s k 调制多中继a f 协作系统的平均s e r 表达式。文献 4 6 推导瑞利和莱斯信道上 m p s k 调制多中继a f 协作系统的平均s e r 表达式。文献 4 7 推导瑞利信道上采用m r c 与 e g c 接收分集的m p s k 调制多中继a f 协作系统的平均s e r 的闭合表达式。 文献 4 8 】推导n a k a g a m i m 信道上b p s k 调制多中继a f 协作系统的平均b e r 的近似表达 式。文献 4 9 1 推导n a k a g a m i m 信道上m p s k m q a m 调制多中继a f 协作系统的平均s e r 下 晃表达式。文献【5 0 推导n a k a g a m i m 衰落信道上两跳链路衰落参数和为整数与非整数时 m p s k m q a m 调制多中继a f 协作系统平均s e r 的近似表达式。文献 51 推导n a k a g a m i m 衰落信道上m p s k m q a m 调制多中继a f 协作系统平均s e r 的精确表达式。 文献【5 2 】研究瑞利信道上采用s c 接收分集的单中继a f 和d f 协作系统误码性能，推导 b p s k 调制的平均s e r 表达式，指出从接收机复杂度和误码性能考虑，a f 协作系统性能优于 d f 协作。文献 5 3 】和【5 4 】分别推导瑞利和n a k a g a m i m 衰落信道上采用s c 接收分集的m p s k m q a m 调制的a f 协作系统平均s e r 的渐进表达式。文献 5 5 1 推导n a k a g a m i m 衰落信道上 采用s c 接收分集的b p s k 调制a f 协作系统平均s e r 的精确表达式。 a f 协作的放大增益是为反转源节点到中继节点信道，常用可变增益和固定增益两种，可 变增益基于源节点到中继节点的瞬时信道状态信息( c h a n n e l s t a t e i n f o r m a t i o n ，c s d 确定，需要 不断估计c s i 有较大的系统开销；固定增益基于源节点到中继节点链路c s i 的统计信息，系 统开销相对较低【5 剐。文献【5 7 】研究瑞利信道上两跳固定增益a f 协作系统误码性能。文献【5 8 推导了n a k a g a m i 埘信道上两跳固定增益a f 协作系统s n r 的二阶矩的闭合表达式。文献 5 6 】 推导两跳固定增益a f 协作系统m p s k 调制的平均s e r 表达式。文献【5 9 】推导n a k a g a m i 肌 信道上采用m r c 接收分集的m p s k 调制固定增益单中继a f 协作通信系统的平均s e r 表达 式。文献 6 0 】推导了n a k a g a m i m 信道上采用m r c 和s c 接收分集的两跳固定增益多中继a f 协作系统平均b e r 的精确和近似表达式。 文献【6 1 推导瑞利信道上采用s c 接收分集的b p s k 调制固定增益单中继a f 协作系统的 平均b e r 表达式。文献 6 2 】推导瑞利信道上采用s c 接收分集的m p s 洲q a m 调制固定增益 单中继a f 协作系统的平均s e r 表达式。文献 6 3 】推导n a k a g a m i 朋信道上采用s c 接收分集 的b p s k 调制固定增益a f 协作系统平均s e r 的精确表达式。文献 6 4 】研究n a k a g a m i 加信道 上采用s c 接收分集的m p s k 调制固定增益单中继a f 协作系统的平均b e r 表达式。 采用组合s c m r c 的a f 协作系统能进一步提高抗衰落能力。文献 6 5 】研究瑞利信道上 采用组合s c m r c 的单中继a f 协作系统误码性能。文献【6 6 】推导了瑞利信道上采用组合 4 杭州电子科技大学硕士学位论文 s c m r c 的b p s k 调制单中继a f 协作系统平均s e r 的上界表达式。文献【6 7 】研究n a k a g a m i 一历 信道上采用组合s c m r c 的b p s k 调制单中继a f 协作系统的平均s e r 表达式。 文献 6 8 1 推导瑞利信道上采用组合s c m r c 的m p s k 调制两跳a f 协作系统平均s e r 的 闭合表达式，此协作系统的中继节点配置单天线。文献 6 9 】研究瑞利信道上采用s c m r c 的 两跳a f 协作系统，中继节点配置多天线，基于目的节点m r c 合并器输出s n r 的m g f ，推 导瑞利信道上m p s k 调制的a f 协作系统平均s e r 的精确和近似表达式。文献【7 0 研究瑞利 信道上采用组合s c m r c 的两跳a f 协作系统误码性能，由目的节点m r c 合并器输出s n r 的c d f 直接推导了m p s k 调制的两跳a f 协作系统平均s e r 的闭合表达式。文献【7 l 】推导 n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 的m p s k m q a m 调制两跳a f 协作系统平均s e r 的精 确和近似表达式。本文研究采用m r c 、s c 、组合s c m r c 的可变增益和固定增益a f 协作 c e o f d m 系统的误码性能。 1 4 论文主要工作 本文研究n a k a g a m i m 衰落信道上采用e g c 、组合s c m r c 的c e o f d m 系统与m r c 、 s c 、组合s c m r c 的a f 协作c e o f d m 系统的误码性能。主要工作如下： 第二章首先研究平坦n a k a g a m i m 信道上采用组合s c m r c 的c e o f d m 系统的误码性 能，分别推导m p s k 与矩形m q a m 调制的c e o f d m 系统平均s e r 与b e r 的下界闭合表 达式，并给出数值计算和仿真结果。然后研究频率选择性n a k a g a m i m 信道上采用e g c 接收 分集的矩形m q a m 调制c e o f d m 系统的误码性能，给出仿真结果。 第三章研究平坦n a k a g a m i m 信道上采用天线分集的a f 协作c e o f d m 系统的误码性 能，首先推导采用m r c 接收分集的m p s k 和矩形m q a m 调制可变增益多中继a f 协作 c e o f d m 系统的误码率下界表达式，其次推导采用s c 的b p s k 和矩形m q a m 调制可变增 益单中继a f 协作c e o f d m 系统平均s e r 和b e r 的闭合表达式，再次推导采用m r c 接收 分集的m p s k 和矩形m q a m 调制固定增益两跳多中继a f 协作c e o f d m 系统误码率下界 表达式，然后推导采用s c 接收分集的b p s k 和矩形m q a m 调制固定增益单中继a f 协作 c e o f d m 系统平均s e r 和b e r 的下界闭合表达式，最后推导采用组合s c m r c 的可变增 益两跳a f 协作c e o f d m 系统误码率下界表达式，本章各节均给出数值计算和仿真结果。 第四章为本文结论。 s 杭州电子科技大学硕士学位论文 第二章采用天线分集的c e o f d m 1 生能研究 c e o f d m 技术消除了o f d m 所固有的高p a p r 问题，同时保留了o f d m 的高速率与抗 多径干扰的优点。天线分集能有效抑制衰落信道引起的误码性能恶化，组合s c m r c 具有实 现复杂度低和对抗信道时变特性强的优势。n a k a g a m i 分布由于它的实用性和灵活性被广泛用 来建模衰落信道。因此，本章分别研究任意衰落参数的平坦n a k a g a m i m 信道上采用组合 s c m r c 的c e o f d m 系统和频率选择性n a k a g a m i m 信道上采用e g c 接收分集的c e o f d m 系统的误码性能。 2 1采用组合s c m r c 的c e o f d m 性能研究 2 1 1 系统模型 一r 印h 酬， 相位解调器台并器 图2 1 采用组合s c m r c 的c e o f d m 系统模型 考虑如图2 1 所示的有足个发射天线和三个接收天线的c e o f d m 系统。假定源比特序 列经星座映射为m p s k 或矩形m q 朋x , i 数据符号x i 】。在每个o f d m 符号间隔r 内，对长度 为d 的数据符号序列 x 【f 】) 眢进行处理，i d f t 的输入是共轭对称零填充的数据符号向量 【0 ，x 【1 】，研2 】，x d 】，0 。 ，。，0 ，x i n d 】，x 【2 】，工【1 】，其中x 【刁为x i 】的复共轭，0 1 x h r 为 l x n 鬈的零向量，输出为过采样的实值o f d m 序列w n 】) 篙，i d f t 点数为n = 2 d + 心+ 2 采样率为c = n t ，过采样因子为= n ( n - 以) l 。o f d m 序列 r l 。n 。l 、f l - 。i 经相位调制后 得到c e - o f d m 序列 s i n 】= e x p ( j c x n 】) ) ，力= 0 ，l ，1 ，j = 4 = i ，c 为常数因子，序列 “刀】) 2 经数模转换与功率放大后通过天线送入信道。c e 。o f d m 信号的等效低通形式为 s ( f ) = ae x p ( j 2 r c h m ( t ) + 目】) ，0st t ，其中彳为信号的幅度，2 n h 为相位调制系数，口是一 个任意相位偏移，可以作为一个设计参数以确保相位连续，m ( f ) = g 2 孵 州啦c o s ( 2 冗f f d s x i s i n ( 2 n i t t ) 是归一化的实值o f d m 信号，其中，吼 ) 与3 ) 分别表示取实部与虚部， q = 2 ( 0 盯2 ) 为归一化因子，仃2 为独立同分布的m p s k 或矩形m q a m 数据符号x 【f 】的方 差【5 1 。 6 杭州电子科技大学硕士学位论文 c e o f d m 信号s ( f ) 经发送端的第k 个天线发射后，接收端的第，个天线接收信号的等效 基带信号为 屹( f ) = 死( f ) s ( f ) + ( f ) ( 2 1 ) 其中九( t ) 为第k 个发射天线到第，个接收天线的时变复信道增益，w 肜) 是单边功率谱密度为 0 的复高斯噪声。假定所有信道增益( f ) 为独立同分布随机变量，其幅值服从n a k a g a m i 分 布，相位服从【0 ，2 n ) 的均匀分布，衰落参数为m 。 假定系统所需的c s i 由插入导频信号来获矧7 2 1 ，则对于每一个发射天线k ，k = 1 ，2 ，k ， 接收端对来自发射天线k 的条支路信号进行m r c