（信号与信息处理专业论文）调制信号的自适应解调方法研究.pdf

矿 ； r e s e a r c ho nt h em e t h o do f a d a p t i v l yd e m o d u l a t i n gt h e m o d u l a t e ds i g n a l ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o s o u m e a s tu n i v e r s 蚵 f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fd o c t o ro fe n g i n e e r i n g b y l iy j a l l x i n s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rh u a i - q u n s c h o o lo fi n f o m a t i o ns c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s 时 o c t o b e r2 0 0 9 y rlrr 11jj1 删烛辫 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 壁垒叠日期：堡2 ：! 三：二 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 形卜舷万p 研究生签名： 至兰望导师签名：日期： 摘要 摘要 近年来数字通信技术得到了长足的发展。调制与解调技术是数字通信技术的 最基本也是最为关键的技术。常见的调制技术有频移键控( f s k ) 、相移键控 ( p s k ) 、正交幅度调制( q a m ) 、正交频分复用调制( o f d m ) 等。随着应用的 不同，这些基本的调制技术还衍生出许多变形的调制技术，如高斯最小频移键控 ( g m s k ) 、多输入多输出正交频分复用调制( m o o f d m ) 等。这些调制技术 已经广泛应用在第二代( 2 g ) 、第三代( 3 g ) 乃至第四代( 4 g ) 移动通信系统、无线局 域网( w l 帅、非对称数字用户线( a d s l ) 、有线电视网络( c a = ) 等多种实际 通信系统中，作为其物理层的传输技术。 微电子技术的进步促进了全数字通信机的发展。调制器将待发送比特数据流 调制成适合信道传输的波形和频谱，而解调器则是将从信道接收到信号解调为比 特数据流。因此调制与解调器的数字化实现尤为重要。其中解调器涉及的功能单 元较多，一般包括下变频、低通滤波、载波误差提取、环路滤波、压控振荡器等， 其数字化实现时需要耗费大量的数字逻辑资源。本文试图运用自适应信号处理技 术来解决调制信号的解调问题，以最典型的调制方式为例，来讨论自适应解调问 题，并给出自适应解调方法( a d e m ) 与传统方法的性能比较。 自适应信号处理技术是一种迭代的信号处理技术，它通过检测系统输出与期 望信号之间的误差，动态地以迭代方式调整系统参数，使该误差为最小。以自适 应迭代方式调整系统参数的算法即为自适应算法。从数字实现的角度看，迭代法 更有利于数字化实现，因为它通常只与上一时刻的结果有关，迭代运算消耗的计 算资源少。另外，自适应过程也是系统收敛、锁定的过程，这种行为类似于解调 器载波恢复回路中的锁相过程。这正是本文为什么需要研究自适应解调方法的原 因。文中的仿真分析结果对此进行了验证。 本文对几种典型调制信号的自适应解调方法进行了探讨，研究的重点不在于 采用何种自适应算法或自适应算法本身的性能如何，而是针对某个自适应算法研 究如何构造自适应解调的结构。本文主要结合最小均方误差( l m s ) 白适应算法， 研究几种主要的调制信号的自适应解调器结构及其性能，取得的研究成果如下： ( 1 ) 分析了传统的全数字通信接收机的结构，研究了前人的自适应解调方 法的优缺点，提出了二进制相移键控( b p s k ) 信号和多进制脉冲幅度调制 ( m w 州) 信号的自适应解调方法。该方法采用l m s 自适应算法提取调制的相 东南大学博士学位论文 位信息或幅度信息，与传统方法相比其性能接近相干解调性能，实现复杂度下降， 便于d s p 实现。给出了计算机仿真结果。 ( 2 ) 提出了q 蝴和o f d m 信号的自适应解调方法并推导了一种实用算法。 该方法采用l m s 自适应算法从滤波器的权值直接提取单载波或多载波调制的幅 度与相位信息，并在解调结果中增加了一项修正系数，无需等到滤波器完成收敛， 只需有一定的迭代次数即可。理论分析与仿真结果表明，该方法与传统方法相比 其性能接近相干解调性能，实现复杂度下降，便于d s p 实现。 ( 3 ) 提出了基于自适应陷波器的自适应时间同步方法，并对其性能进行了 a b s t r a c t a b s t r a c t t i i ed i g i t a lc o m i 仙n i c a t i o nt e c h n o l o 鲥h 舔m a d e 可e a ts t r i d e sf 0 n 盯di i lr e c e my e 打s 1 1 1 e m o d u l a t i o n 觚dd e m o d u l a t i o na r et l l em o s te l e m e n t a r y 锄dc r u c i a lt e c h i l o l o g y t h ec o m m o n m o d u l a t i o nt e c l l i l o l o 西e s 眦f r e q u e n c y - s h i rk e y i n g ( f s k ) 、p h 丛e - s h i f tk e y i n g ( p s k ) 、q l l a d 栅他 啪p l i t u d em o d u i a t i o n ( q a m ) 、o n l l o g a l 舶q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e ) 【i n g ( o f d m ) 觚d f 0 r d i 行e r e m 印p l i c a t i o 璐，a1 0 t0 fm o d i f i e dm o d u l a t i o n 妣l l i l o l o 西e sa d e r i v e d ，s u c h 撼g a 懈s i 锄 m i l l j 删l m s h i f tk e y i n g ( g m s k ) ，m u l t i p l e - i 1 1 p u tm u l t i p l e - o u t p u to f d m ( m i m oo f d m ) 觚ds o f o m l 1 1 1 e s em o d u l a l i t e c l l i l o l o 西e sa 豫w i d e l y 璐e df o rp h y s i c a ln 锄s f c r s t e c t u l o l o g i e sb y p m c t i c 矾c o m m u i l i c a t i o ns y s t c ms u c h 笛2 g3 ga r l d4 gm o b i l ec o m m l m i c a t i o ns y s t 啪，w l a n ， a d s l ，a n d c 州 t h ep r o g 弦s so fm i c l l o c l e c t r o l l i c st e c l l i m l o g yp r o m o t c sa l l d i 酉t a lc o m m u n i c a t i o nd e v i c e s p r o g r e s s t h em o d u l 咖rm o d u l a t c sm eb i ts t 聆锄t ow a v e f o 硼a n ds p e c t 兀l ms u i t i n gt ot i l ec h 锄e 1 t h ed e m o d u l a t o rd e m o d u l a t e st h e 托c e i v e ds i g 删舳mc h a m e lt 0b i ts 仃e 锄1 1 1 e r e f b n l l ，i ti s i l n p o r t a mt l l a tn l em o d u l a t o ra n dd e m o d u l a t o ra r ei m p l e m e n t e di nd i g i t a ls 饥l c t u 托t h e 聆a 舱m a n y 如n c t i 彻a lc e l l si nd e m o d u l a t o r s 1 1 l ec e l l si i l c l u d ed o w m - 舶q u e n c y - c o n v e r s i o nc e l l ，l o wf i l t e r ， c 州e r e r r o r e ) 由tc e l l ，1 0 0 pf i l t e r v o l t a g e - c o m r o lo s c i l l a t o ra n ds oo n s ot l l ed i g i t a l 印p l i c 锄c e o f 恤d c m o d u l a t o r 鹏e d sai o to fd i 西t a ll o g i c 他s o u r c e s t l l ep r o b l 唧o fd i g i t a ld e m o d u l a t i 傩i s t r i e dt 0b es o l v e db yl l s i n ga d a p t i v es i 驴a lp r i d c e s s i n gt e c l l i l o l o g y t 1 1 ec l s i cm o d u l a t c ds i 印a li s e m p l o y e df o rs t u d y i n gt l l ea d 印t i v ed e m o d u l a t i ( a d e m ) t h ep e 响m 觚c eo f 恤a d a p t i v e d e m o d u l a t i o ni sc o m p 眦dw i t l lt l l a to f 仃a d i t i o n a ld e m o d u l a t i o n t h ea d a p t i v e s i 印a lp m c e s s i n g 似h o l o g y i s0 n el 【i 1 1 do fi t e r a t i v c s i 鲷a lp r o c e s s i n g t e c h n o l o g y nd y n 锄i c a l l y 弧dr 印e a t e d l ya 脚u s t sn l es y s t e mp a r 锄e t e r st 0m i n i m i z e 廿l ee r r o r b e 铆e e nt h es y s t e mo u t p u t 觚dt 1 1 ed e s i r c ds i 印a lb yc h e c k i n gt h ee n 0 r t l l em e t l l o do fi t e r a t i v e a d j u s 廿i l e n to ft h es y s t e mp 觚l i t l e t e r si sa d a p t i v em e m o d b e c a u s et 1 1 ec u 玎c n ti t e r a t i v eo p e r a t i o ni s o n l yr c l a t i v et 0t h el 船tt i m e 柚du s e sm u c hl e s sc o m p u t i n gr e s o u r s e s ，t h ei t e r a t i v em e t h o di sm u c h s i m p l ei n i t sd i g i t a la p p l i c a t i o n f u n l l e m o r e ，m es y s t e mi sc o n v e 唱i n ga n dl o c k i n gi nt h ea d 叩t i v e a 西u s t h l e n tp r o c e d u r e t h ep r o c e d u r ei ss i i i l i l a rt ot 1 1 ep h 弱el o c k i n gp r o c e d u r eo fc a 玎i e rr e c o v e r l o o p t h a ti sw h yt h ea d a p t i v ed e m o d u l a t i o nm e t h o di ss t u d i e d t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o nr e s u l t s c o n f l n nt h ec o n c l u s i o n s t h ea d e mf o rs e v e r a lc l 嬲s i c a lm o d u l a t e ds i g n a l si ss t u d i e di nt h i sd i s s e n a t i o n t h er e s e a r c h t t i 东南大学博士学位论文 e m p h a s i s e sa r en e i t h e rw h i c ha d a p t i v ea l g o r i t h mt oc h o i c en o rt h ep e r f o n n a n c eo ft h ea d a p t i v e a l g o r i t h m ，b u th o wt 0c o 璐仃u c tt h ea d e m ；t r u c t u r e t h ea d e ms t m c t u r e sf o rt h es i g n a l s 锄d t h e i rp e r f o m a n c ea 聆s t u d i e db yc o m b i n i n gt h el e 船tm e a ns q u 盯e ( l m s ) a d a p t i v ea l g o r i t t h e m a i nc o n t r i b u t i o n so fm ed i s s e r t a t i o ni n c l u d e ： ( 1 ) t h e 舰d i t i o i l a la l l - d i g i t a lc o m m u n i c a t i o nr e c e i v c rs t r u c t i l 佗i s 姐a l y s e d ，a n dt l l em 丽t 矾d d e m e r i to ft h ep 飑v e i i i e n ta d a p t i v ed e m o d u l a t i o na 舱s t u d i e d am e t h o do fa d a p t i v e l yd e m o d u l a t i n g b i n a d ，p h 鹊e s h i f tk e y i n g 毋p s k ) s i 印a l 觚dm a d rp u l s e - 踟p l i t u d e 哪o d u l a t e d a m ) s i 印a li s p 他n t e d t 1 l em e t h o du s e s 廿l el m sa d a p t i v ea 1 9 0 r i m mt 0p i c ku pt h em o d u l a t i l dp h 鹊eo r 锄p l i t u d ei n f 0 咖撕o n i t sr e a l 妇i o nc o m p l e x 时i s 咒d u c e d 锄di se 嬲i l yi n l p l e m e m e db yd s p s t h ep e r f b m 协n o ft h em e t l l o di sc l o s et ot 1 1 a to ft l l ec o 玳l a t i o nd e m o d u l a t i o n c o m p m 盱 s i m u l a t i o nr e s u l t sa f e 洲i e d ( 2 ) am e n l o do fa d a p t i v e l yd e m o d u l a t i n gq a ma n d0 f d ms i 印a li sp 陀s e n t c d 觚di t sa p p l i e d m 甜1 0 di sd e d u c e d 1 km e t i l o du s e st l l el m s a d a p t i v ea 1 9 0 r i t l l i nt op i c kd i 陀c t l y 矗r o mt l 圮a d a p t i v e f i l t e r sc o e f f i c i e n t su pt h em o d u l a t e d 锄p l i t i l d e 锄dp h 嬲ei n f o r m a t i o no fas i i l 百ec a r r i 盯 m u l t i p l ec a r r i e 硌t kd e m o d u l 硝o n 陀s u l t sa 陀锄e n d e db yac o e 伍c i e 她s ot l 坞f i l t e r e d n t c o m p l e t i n gc o n v e r g e n c e ，锄dn e e do n l ys o m ei t e 棚o n i t sr e a l i 勿t i o nc o m p l e ) 【i t yi s 坨d u c e d 觚di s e 弱i l yi m p l e m e n t e db yd s p s t h e o r e t i c a l 锄l y s i sa n ds i m u l a t i o ns h o w 协a tt l 他p e r f o 肌锄c e0 fm e m e t i l o di sc 1 0 s et ot l l a to f 也ec o n e i a t i o nd e m o d u l a l i o n ( 3 ) a na d a 埘v et i m es y n c h ? o i l i z a l i o nm e t l l o db 鹊e do na d a p t i v en o t c hf i l t e ri sp r e s e n t e d ，锄d 圮p e r f 0 眦锄c ei ss t u d i e d 1 1 l ea d 印曲e t c hf i l t e r 仃l 【sn l em o d u l a t e di 叩u ts i 印a 1 w h t i 伦 s i 印a lc h 锄g e s 疗o mo n es y m b o lt 0a 玎0 t h e rd i 丘e r e n ts y m b o l ，廿l es t a t eo ft h ef i l t e ra l s oc h 姐g e s ，觚d t 1 1 ef i l t e r - o u t p u t s 皇玎0 rb 陀a k ss u d d e n l y t h et i m es y n c i 2 a t i o ns i 印a li s 佗c o v e r e df o mt l l e s u d d e nb r e a k t h em e o r e t i c a lp e r f o m 拍c ei sd e r i v e d c o m p u t e rs i m u l a t i o ns h o w st l l a tt l l ea d a p 6 v e t i m es y n c h r 0 帆i z a t i o nh 船舒) 0 dp e r f - 0 m l a i l c e t h es t r t l c t u r eo ft l l es ) ，n c l l r o n i z a t i o nm e t h o di ss i m p l e 觚di t sd s p 陀a l i z a t i o ni se a s y ( 4 ) a na d 印t i v e 能q u e n c yd e v i a t i o ne s t i m a t i m e t h o db 镐e d a d a p t i v en o t c hf i l t e ri s p r e s e n t e d 1 1 1 ea d a p t i v en o t c hf i l t e rh 雏v e r yh i g hqv a l u e 锄dc 锄t r a c kt h ei 印u ts i 印a 1 t l l e 舶q u e n c yd e v i a t i o nc 狮b ep i c k e du p 舶mt h ef i l t e r sc o e 币c i e n t s t h el m sa d 印t i v ea 1 9 0 r i 恤li s e m p l o y e df o rs t u d y i n gm es t l l 】c t u 代孤dt 1 1 ep e 响咖锄c eo ft l l em e m o d ( 5 ) t h ec o m m o l l l yu s e do f d mc h 锄e le s t i m a t i o nm e m o di sa n a l y s e d a no f d md a ：t a s u b c a r r i e rc h a n n e le s t i m a t i o nm e t l l o di n 厅e q u e n c yd o m a i nb ya d a p t i v e l yi i l t e r p o l a t i n gt h ep i l o t si s p 陀s e m e d t h ea d a p t i v ei 1 1 t e 印o l a t i o ni si m p l e m e n t e db ya d a p t i v e6 l e r s b 觞e do nm ea d a p t i v e a b s t r a c t i n t e 印o i a t i o n ，锄o t h e ra d a p t i v eo f d mc h 猢e le s t i m a t i o nm e t h o di nt i m e - f l r e q u e n c yd o m a i n ( a c i 印t i v et i m e - n e q u e n c ye s t i m a t i o nm e t h o d ，a t f e m ) i sp r e s e n t e d t h ea t f e mh 弱b e t t e r p e r l - o m 锄c ef o rt a ：k i n gm l la d v 她t a g co f 肌q u e n c yd o m a i l l 衄dt i m ed o m a i nc o 玎e l a t i o n g e n 啪l l y t l l ec h 锄e le s t i m a t i o ni nt i m e f 诧q u e n c yd o m a i | li si m p l e m e n t e db yt w od i m e i l s i o n sw i e n e rf i l t c r w m c hh 雒m o 他c o m p l e xc o m p u t a t i o n 龃dn e e d ss o m ec h a n n e l i n f 0 姗a t i o n ( s u c h 勰戳埔o c o r i e l a t i o n 劬c t i o l l 蛐ds oo n ) t h ea t f e mh 雒n ot l l eq 鹏s t i o 璐，s oi ti sw e na p p l i e di i lp r t i c a ls y s t e m 锄d h 髂g o o dp c 哟咖a n c e 咖u t e rs i f 眦l a t i o nr e 眦l t s0 f t h e 铆om 甜l o d sa r es h 0 _ w e d k e y w o r d s ：a d 印t i v ef i l t e 咖g ，d e m o d u l a t i o n ，c h 踟e le s t i m a t i o n ，t i m es ”c h r o n i z 刮【i o i l f r e q u e n c y d e v i a t i o ne s t i m a t i o n ，o f d m v 东南大学博士学位论文 v i 目录 目录 摘要兽i a b s 仃a c t i i i 目录v i i 第一章绪论_ 1 1 1 引言：1 1 2 数字调制技术3 1 2 1 脉冲幅度调制3 1 2 2 频移键控4 1 2 3 相移键控4 1 2 4 正交振幅调制5 1 3 软件无线电及全数字通信接收机6 1 3 1 软件无线电。6 1 3 2 全数字通信接收机8 1 3 3 全数字通信接收机中的插值滤波9 1 4 自适应解调技术1 l 1 5 本文的主要贡献1 3 1 6 本文的结构安排1 4 第二章自适应滤波技术与自适应解调：。15 2 1 引言j 1 5 2 2 自适应滤波算法1 5 2 2 1 自适应滤波的基本原理1 5 2 2 2 均方误差性能曲面及最速下降梯度搜索法1 6 2 2 3 最小均方算法( l m s ) l8 2 2 。4 递归最小二乘算法( i 也s ) 2 5 2 2 5 其他自适应算法2 7 2 2 6 算法的性能比较2 7 2 3 自适应解调2 8 2 3 1 基于直接i i 型二阶自适应滤波器的f s k 信号解调2 8 2 3 2 基于格型自适应i i r 滤波器的f s k 信号解调2 9 v i i 东南大学博士学位论文 2 3 3 基于单频自适应陷波器的自适应解调3 0 2 4 本章小结3 4 第三章自适应b p s k 解调及时间同步3 5 3 1 自适应b p s k 解调3 5 3 1 1b p s k 调制信号的相干解调方法3 5 3 1 2l m s 自适应干扰抵消器3 6 3 1 3b p s k 自适应解调基本原理。3 7 3 1 4b p s k 自适应解调性能分析3 8 目录 5 2 1 理论分析6 5 5 2 2 计算机模拟6 7 5 3 多径信道下自适应q 蝴解调信号的自适应均衡6 8 5 4 自适应频偏估计7 0 5 4 1 自适应频偏估计原理7 0 5 4 2 计算机模拟7 1 5 5 本章小结：2 7 2 第六章o f d m 技术及自适应o f d m 解调。7 3 6 1 引言7 3 6 2o f d m 的发展历史7 3 6 3o f d m 信号基于i f f t 和f f t 变换的调制和解调7 5 6 4o f d m 信号的频谱7 7 6 5o f d m 系统中的循环前缀7 8 6 6o f d m 系统收发机系统结构8 0 6 7o f d m 信号自适应解调8 1 6 7 1o f d m 信号自适应解调基本原理8 l 6 7 2o f d m 信号自适应解性能分析8 2 6 8 本章小结8 3 第七章o f d m 系统的自适应信道估计8 4 7 1 引言；8 4 7 2 时间频率选择性衰落信道8 4 7 3 信道相关函数及功率谱8 6 7 4o f d m 系统的信道估计8 7 7 4 1 衰落信道对o f d m 信号的影响8 7 7 4 2o f d m 信道估计种类8 9 7 4 3 基于块状导频的时域信道估计9 1 7 4 4 频域信道估计中导频处的信道估计9 2 7 4 5o f d m 信道估计中的内插方法。9 6 7 5 基于自适应滤波的时频联合o f d m 信道估计方法9 7 7 5 1 自适应插值信道估计9 8 7 5 2 自适应时频联合o f d m 信道估计方法1 0 1 7 6 本章小结。1 0 4 i x 东南大学博士学位论文 第八章全文总结1 0 5 8 1 本文的主要研究成果1 0 5 8 2 进一步研究方向1 0 6 致谢1 0 7 缩略词1 0 8 参考文献1 1 0 攻读博士学位期间的主要研究成果1 2 1 一、第一作者已完成、发表的论文1 2 l 二、获得的科研成果奖励1 2 1 三、参加的科研项目1 2 2 x 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 1 8 3 1 年法拉第发现了电磁感应定律，1 8 9 7 年马可尼首次实现了无线通迅，到 现在，一百多年来，无线电通信技术取得了长足的发展。特别是近二十多年来， 随着微电子技术和数字信号处理( d s p ) 技术飞速发展，无线通信技术也得到了 迅猛的发展，与计算机技术、网络技术一起推动人类社会进入了第三次重要发展 阶段信息社会，人们生活方式发生了深刻的变化。无线通信一般分为两大类， 一类是基于计算机网络思想发展的无线通信，如m e e 8 0 2 1 1 系列标准的无线局域 网( w i ，a n ，w i r e l e s sl o c a la r e an e 咖r l ( ) ，以及i e e e 8 0 2 1 6 系列标准的无线城域 网( w m a n ，w i r e l e s sm e 仃o p o l i t 趾a an e 咖r k ) 都是应用计算机网络思想来实现 无线通信的例子。另一类是以电信思想发展的无线移动通信。移动通信的发展经 历了第一代到第三代的高速发展。 第一代移动通信技术( 1 g ) 主要采用的是模拟技术和频分多址( f d m a ， f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea 心c e s s ) 技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移 动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种 制式，代表系统有美国的先进移动电话系统( 剐汩s ，a d v 强c e dm o b i l ep h o n e s y s t e m ) ，英国的全接入通信系统( t a c s ，t 0 t a la c c e s sc o m m l m i c a t i o i l ss y t e m ) 等。 我国主要采用的是t a c s 。因为所采用技术的局限性，第一代移动通信有很多不 足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能 提供数据业务、不能提供自动漫游等。 ” 第二代移动通信技术( 2 g ) 主要采用的是数字的时分多址( t d m a ，t i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术和码分多址( c d m a ，c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术。主要业务是语音，其主要特性是提供数字化的话音业务以及低速数据业务。 它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性得到了较大的提高，并可 进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信系统替代第一代移动通信系统，完成 了模拟技术向数字技术的转变。代表系统有欧洲的g s m 标准和北美c d m a - 9 5 。 但是由于第二代移动通信系统采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能 在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游。同时，由于第二代 数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的传输速率，因而也无法实现高速 东南大学博士学位论文 率的数据传输服务，如移动的多媒体业务等。 第三代移动通信技术( 3 g ) 将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起 来，提供包括卫星在内的全球覆盖，并实现有线和无线以及不同无线网络之间业 务的无缝连接，具有更宽的带宽，传输速度最低为3 8 4 k b s ，最高为2 m b s ，能 够实现高速数据传输和宽带多媒体服务，满足多媒体业务的要求，从而能为用户 提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。2 0 0 9 年1 月7 日中国工业和信息化部 宣布，批准中国移动通信集团公司增加基于t d s c d m a 技术制式的3 g 业务经营 许可，中国电信集团公司增加基于c d m a 2 0 0 0 技术制式的3 g 业务经营许可，中 国联合网络通信集团公司增加基于w c d m a 技术制式的3 g 业务经营许可。因此 3 g 通信在中国将得到广泛使用。2 0 0 9 年、2 0 1 0 年两年预计完成3 g 直接投资2 8 0 0 亿元左右，将能拉动近2 万亿元社会投资，有助于刺激中国经济增长。 下一代( 第四代) 通信技术是4 g 。4 g 集3 g 与m ，a n 于一体，是多功能集 成的宽带移动通信，在业务上、功能上、频带上都与第三代系统不同。4 g 系统是 基于全新网络体制的系统，或者说其无线部分将是对新网络( 智能、支持多业务、 可进行移动管理) 的无线接入：将不是单纯的传统意义上的通信系统，而是融合了 数字通信、数字音( 视) 频接收( 点播) 和因特网接入的崭新系统。4 g 最大的数据传 输速率超过l o o m b i t s ，这个速率是目前移动电话数据传输速率的l 万倍，也是 3 g 移动电话速率的5 0 倍。4 g 手机可以接受高分辨率的电影和电视节目，从而成 为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。此外，4 g 的无线即时连接等某些 服务费用将比3 g 便宜。4 g 还有望集成不同模式的无线通信从无线局域网与 蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个 标准漫游到另一个标准。4 g 使用m i m o o f d m 技术，将m i m o ( m u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e o u t p u t ) 技术和o f d m 技术有机地结合起来。m i m o 技术充分开发空间 资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情 况下，利用m m o 信道提供的空间复用增益可以成倍地提高信道容量，利用 m i m o 信道提供的空间分集增益可以提高信道的可靠性，降低误码率。o f d m ( o n l l o g o n a lf 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 ) 正交频分复用技术实际上是 m c m ( m u l t i c a 玎i e rm o d u l a t i o n ) 多载波调制的一种。o f d m 将总带宽分割为若干 窄带子载波可以有效抵抗频率选择性衰落，同时其多载波之间的相互正交性，又 有效地利用了频谱资源。o f d m 与m i m o 技术结合构成的m i m o o f d m 系统既 可以达到很高的传输效率，又有很强的可靠性，其必将成为未来移动通信领域的 核心技术。 2 第一章绪论 1 2 数字调制技术 数字调制技术有脉冲幅度调制( p a m ) 、频移键控( f s k ) 、相移键控( p s k ) 、 正交幅度调制( q a m ) 、正交频分复用调制( 0 f d m ) 等。随着应用的不同，这 些基本的调制技术还衍生出许多变形的调制技术，如高斯最小频移键控( g m s k ) 、 多输入多输出正交频分复用调制( m o o f d m ) 等。这些调制技术已经广泛应 用在第二代、第三代乃至第四代移动通信系统、无线局域网( w l 邶、非对称数 字用户线( a d s l ) 、闭路电视网络( c 朋w ) 等多种实际通信系统中，作为其物理 层的传输技术。本节介绍几种常见的调制技术。 在数字信息经信道传输过程中，调制器将数字信息映射成与信道特性相匹配 的模拟波形：先从信息序列 锄) 一次提取拓l 0 9 2 m 个二进制数字形成组，再从朋，- 2 七 确定性有限能量波形 ( f ) ，聊= 1 ，2 ，朋中选取其中之一送往信道。这些波形的 差别在于幅度或相位或频率，或者两个或多个信号参数的组合。 1 2 1 脉冲幅度调制 在数字脉冲振幅调制( p 砧订) 中，信号波形可以表示为 ( f ) = r e 【厶g ( f ) e 2 以