可变速率调制技术研究

1、 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 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231954878 摘 要 PAGEREF _Toc231954878 h I HYPERLINK l _Toc231954879 关键字 PAGEREF _Toc231954879 h I HYPERLINK l _Toc231954880 Abstract PAGEREF _Toc231954880 h

2、 I HYPERLINK l _Toc231954881 Keywords PAGEREF _Toc231954881 h II HYPERLINK l _Toc231954882 第一章 绪论 PAGEREF _Toc231954882 h 1 HYPERLINK l _Toc231954883 1.1 课题背景及意义 PAGEREF _Toc231954883 h 1 HYPERLINK l _Toc231954884 1.2 国内外研究现状分析 PAGEREF _Toc231954884 h 1 HYPERLINK l _Toc231954885 1.3 本文的研究内容 PAGEREF

3、_Toc231954885 h 2 HYPERLINK l _Toc231954886 第二章 可变速率调制技术的理论基础 PAGEREF _Toc231954886 h 3 HYPERLINK l _Toc231954887 2.1 数字调制技术的要求及性能指标 PAGEREF _Toc231954887 h 3 HYPERLINK l _Toc231954888 2.1.1 移动通信的数字调制技术要求 PAGEREF _Toc231954888 h 3 HYPERLINK l _Toc231954889 2.1.2 数字调制技术的性能指标 PAGEREF _Toc231954889 h 3

4、 HYPERLINK l _Toc231954890 2.2 可变速率调制技术的原理和实现方式 PAGEREF _Toc231954890 h 4 HYPERLINK l _Toc231954891 2.3 实现可变速率调制的方法 PAGEREF _Toc231954891 h 5 HYPERLINK l _Toc231954892 第三章 可变速率调制技术的实现方法 PAGEREF _Toc231954892 h 7 HYPERLINK l _Toc231954893 3.1 MC-CDMA PAGEREF _Toc231954893 h 7 HYPERLINK l _Toc23195489

5、4 3.1.1 MC-CDMA的基本原理及实现方法 PAGEREF _Toc231954894 h 7 HYPERLINK l _Toc231954895 3.1.2 MC-CDMA的优缺点 PAGEREF _Toc231954895 h 11 HYPERLINK l _Toc231954896 3.2 VSG-CDMA PAGEREF _Toc231954896 h 12 HYPERLINK l _Toc231954897 3.2.1 VSG-CDMA的理论基础 PAGEREF _Toc231954897 h 12 HYPERLINK l _Toc231954898 3.2.2 VSG-CD

6、MA性能分析 PAGEREF _Toc231954898 h 13 HYPERLINK l _Toc231954899 3.3 VR-QAM PAGEREF _Toc231954899 h 14 HYPERLINK l _Toc231954900 3.3.1 VR-QAM基本原理 PAGEREF _Toc231954900 h 14 HYPERLINK l _Toc231954901 3.3.2 VR-QAM的性能 PAGEREF _Toc231954901 h 17 HYPERLINK l _Toc231954902 3.4 可变速率调制技术在我国3G中的应用 PAGEREF _Toc231

7、954902 h 18 HYPERLINK l _Toc231954903 第四章 总结与展望 PAGEREF _Toc231954903 h 20 HYPERLINK l _Toc231954904 参考文献 PAGEREF _Toc231954904 h 21 HYPERLINK l _Toc231954905 致谢 PAGEREF _Toc231954905 h 22 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

8、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，

9、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-CDMA The 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

10、 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 conditi

11、on 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 ch

12、anges in mobile channel, in order to effectively increase the fading channel adaptability. Variable-rate modulation technique is a combination of the basic modulation methods of transmission control, In essence, is a kind of adaptive modulation technology, it can adaptively change its transfer rate

13、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 pri

14、nciples 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

15、VSG-CDMA VR-QAM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

16、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

17、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ODFM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

18、，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，

19、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

20、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。 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2 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

21、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）； 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(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）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, 可表述成在给定带宽条件下每赫兹的数据通过率。 （2-2） 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

22、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

23、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

24、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

25、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、符号速率和星座图大小：这三者可以同时调节。如果这三种参数任意结合，而目标BER也不能达到，则系统不传输数据。 2.3 实现可变速率调制的方法 4-7： 随着多年来无线

26、通信技术的迅猛发展，在无线通信中起关键作用的调制技术也日新月异，这其中可变速率调制技术从无到有，到如今发展出各种各有侧重、在不同方面满足着人们多样需求的多种方法，现简要介绍如下： 1 可变速率正交振幅调制(VR-QAM)。QAM是一种振幅和相位联合键控技术。电平数越多，每码元携带的信息比特数就越多。 2可变扩频增益码分多址(VSG-CDMA)。这种技术靠动态改变扩频增益和发射功率以实现不同业务速率的传输。在传输高速业务时降低扩频增益，为保证传输质量，可相应提高其发射功率；在传输低速业务时增大扩频增益，在保证业务质量的条件下，可适当降低其发射功率，以减少多址干扰。 3 多载波码分多址(MC-CD

27、MA)。 待传输的业务数据流经串/并变换器后，分成多个(1， 2， ， M)支路， 支路的数目随业务数据流的不同速率而变，当业务数据速率小于等于1基本速率时，串/并变换器只输出1个支路；当业务数据速率大于基本速率而小于2倍基本速率时，串/并变换器输出2个支路；依此类推，最多可达M个支路，即最大业务速率可达基本速率的M倍。 4 可变扩频因子-正交频分和码分复用（VSF-OFCDM）。可变扩频因子-正交频分和码分复用是 OFDM和CDM（码分复用）的结合，它根据小区的干扰情况动态调整扩频因子，通过选用不同的子载波数和在时间或频域上的扩展来实现不同速率的传输。 第三章 可变速率调制技术的实现方法3.

28、1 MC-CDMA 多载波码分多址（MC-CDMA）是为宽带移动通信而提出的新型多载波调制技术，MC-CDMA系统结合了OFDM和CDMA的优点，在高速数据传输中，其性能明显优于传统的单载波直扩CDMA（DS-CDMA）。3.1.1 MC-CDMA的基本原理及实现方法8-12MC-CDMA最初是由N.Yee于1993年提出的，是OFDM调制技术与DCMA多址技术的一种特殊的结合方式，也是一种最常见的结合方式。它继承了OFDM和DCMA两者的优点，在NextG无线移动系统中有着广阔的应用前景。MC-CDMA使用频域扩频，即采用给定的扩频码对原始数据流进行扩频，然后利用每个码片将其调制在不同的子载

29、波上。这类MC-CMDA的发送框图和信号功率谱如图3-1所示。每个信息符号先经过扩频，扩频后的每个码片调制到一个子载波上，若NP码的长度为N，则调制到N个子载波上。图2.8中的调制方式采用BPSK，为处理增益，为子载波数，表示第j个用户的扩频码。这里，假设子载波数和处理增益相等，即=。 （a） MC-CDMA发送原理框图 （b） MC-CDMA接收原理框图 图3-1MC-CDMA的发送与接收框图MC-CDMA的发射和接收的数学模型如下图3-2所示。 图 3-2 MC-CDMA的发射和接收数字模型 设系统中共有N个用户和N个子载波，为符号周期，则单用户的传码率为，取子载波间隔为Hz。第m个用户在

30、k时刻的信号值为，用-1和1来表示二进制信号值，即采用BPSK调制，如果用户m无信号则。第k时刻的用户信号向量为： （3-1）设C为N阶walsh-Hadamard矩阵，取C中第m个列向量为第m个用户对应的扩展码。则C的第i行m列元素为第m个用户在第个子载波上的对应码片。令： （3-2）表示第k时刻第i个子载波上多有用户二进制数据之和。其连续时间信号为： （3-3） F为整数，根据前文的描述可知，为了保证多个子载波之间的正交性，要求各个子载波之间的频率差应该为符号周期的倒数的整数倍，即如果假设符号周期长度为，则相邻子载波之间的频率差应该为。特别是当F=1时，即为正交频分复用系统，这就是频谱利用

31、率最高的情况。被定义为单位幅度的脉冲波形，在之外为0。则总的发射信号为： （3-4）带入即有： （3-5）第一项即为(3-3)式，利用积分电路可以去除上式中的第二项，用第n个用户的扩频码去恢复数据，得： （3-6） 根据Wslsh-Hadamard矩阵的性质可知上式第二项为零，第三项可用积分电路去除。由此可见，在不考虑信道对传输的影响时，只需令用户接收机中的支路权因子序列等于对应的扩频码，就可以无差错的恢复发送数据。 在离散系统中，取采样间隔为，因为系统占用的基带双边带宽约为Hz，所以的采样间隔满足奈奎斯特采样频率，从而不造成信息的损失。此时令代入式(3-6)，并且去除载波，可得发射机的基带离

32、散形式： （3-7）由式(3-7)可见，MC-CDMA发射机的基带信号部分具有与离散傅立叶变换(IDFT)相同的形式，可以利用数字信号处理器件来实现。发射机与收机对偶的特性，MC-CDMA接收机的基带部分也可以用离散傅立叶变换(DFT)来实现。这样就免去了正弦波发生器组和相关解调器组，从而使发射机和接收机结构大大简化。这与OFDM基带处理方法相同。在实际中为了DSP器件编程的方便，在系统设计时N通常取为2的幂次，高效的基4-FTF算法最常被采用。为保证正交变换前后的功率一致，在MC-CDMA中的DFT和IDFT定义如下： （3-8） 下图3-3给出了一个完整的MC-CDMA发射接收系统： 图3

33、-3 MC-CDMA 的一种系统结构3.1.2 MC-CDMA的优缺点MC-CDMA的主要优点是，接收机总是能利用散布在频域里的所有接收信号能量来检测信号；多载波CDMA具有较长的码长，更容易得到序列同步，并减少了多址接入干扰（MAI）；在MC-CDMA中，CDMA和OFDM分别在频域和时域完成，结构清晰，并保留了各自的特点；而且由频谱分析可知，它具有最佳的频谱分布，抗干扰性好，而且易于发射机的实现。当然，多载波CDMA也有缺点。多载波系统频率和同步的要求更加严格，同步的误差会导致系统性能的快速恶化。由于OFDM符号是有许多独立信号的叠加，其包络服从高斯分布，因此其峰值功率比平均功率值大，导致

34、对系统前端放大器的线性动态范围要求较高。在MC-CDMA系统中可以通过设计扩频序列来减少小信号的动态范围。同时，在通过频率选择性衰落信道中, 子载波可能有不同的幅值和相位偏移(尽管这些子载波之间有很高的自相关值), 这样将导致用户正交性的失真。MC-CDMA是频域扩频，每个码片占据一个子载波。由于多载波信号会产生较高的峰值功率与平均功率的比值，所以在选择MC-CDMA扩频码时，除了要考虑尖锐的自相关特性和较低的互相过特性外，还要使MC-CDMA信号的峰值平均功率比限制在一定的范围内。3.2 HYPERLINK l _Toc227383147 VSG-CDMA 可变扩频增益码分多址(VSG-CD

35、MA)。这种技术靠动态改变扩频增益和发射功率以实现不同业务速率的传输。在传输高速业务时降低扩频增益，为保证传输质量， 可相应提高其发射功率；在传输低速业务时增大扩频增益，在保证业务质量的条件下，可适当降低其发射功率，以减少多址干扰。 对于可变增益的CDMA系统，每一个用户仅使用一个伪随机码调制，但是针对不同的服务，将分配不同的功率，得到不同的处理增益因子Fi。用户的功率分配是基于数据流的速率和服务要求QoS。3.2.1 VSG-CDMA的理论基础13-15数据分组通过可变扩展因子（SF）扩展成大小固定的帧，利用直接序列扩展频谱技术实现多速率传输。在同一数据帧中，传输的数据分组采用重发的方式，以

36、保证整个数据帧保持一定的码片率。数据分组重发的次数由传输的信息速率决定，而在不同的帧中，码片率可能是变化的。此方案对接收机非线性不敏感而特别适用于CDMA的前向链路中。在北美数字蜂窝通信标准TIA/EIA/IS-95A中9.6kb/s设为基本速率，对8kb/s，2.4kb/s，1.2kb/s等低速率信息，系统将其进行重复发送，改变了处理增益，速率越低重复次数就越多，从而实现了变速率传输。由于使用了相同的码片速率，所以发送和接收设备的结构比较简单。但是为了保证低速、高速用户具有相同的误码率，高速用户的发送功率必须大于低速用户的发送功率。它的实现原理如图3-4所示。N是信号序列的码片数目。图中显示

37、了两个用户，其中用户2的比特率是用户1的两倍。用户2的每一个符号用常规功率发射1次，用户1的每一个符号用1/2常规功率发射2次。这样可在接收机中达到每比特能量相同。扩展因子的表达式为，B是扩频调制带宽代表帧长。这个扩展因子可以是4，8，16，32，64，128或256，描述了系统的处理增益。 图3-4 可增益CDMA原理3.2.2 VSG-CDMA性能分析讨论VSG-CDMA系统中不同扩展因子的系统的性能比较。最简单例子是只观察两个类型的用户，图3-5所示是扩展因子是和的示例系统，并且用户数目是和。假设随机序列只受附加高斯白噪声的影响。可以看出具有较高的扩展因子（即低数码率）的类型1（实线所示

38、）的性能比具有较低的扩展因子（即高数码率）的类型2（虚线所示）在相同的上的所需发射功率更大，所以在此性能上稍差一点。这是因为一个较低的扩展因子提供更好的性能。虚线所示也表示一个具有和单速率的BPSK系统，意味着类型2用户的性能与单速率系统的性能差不多但是类型1用户的性能稍差一点。 从信道估计均方值（MSE）和输出的信干比（SINR）两个方面来看，VSG和MC-CDMA的低速率用户的信道估计性能差不多，这是因为这两种方案的低速用户使用相同的扩展序列。它们的轻微差别只是由于来自高速用户的不同干扰影响。对于高速用户，MC的信道估计误差性能就明显高于VSG了。在输出SINR方面，VSG在高速用户的性能

39、高于MC。同样的，在低速用户，两乎没有什么区别。同时，MC系统具有简单的编码设计和低复杂度的接收机，而VSG系统可能支持更宽范围的数码率但是编码设计复杂得多。 图3-5 不同的扩展因子3.3 VR-QAM VR-QAM基本原理16-20 所谓变速率QAM调制，就是根据移动信道的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。这样在保持一定的信号性能情况下，就可以尽量提高信息传输速率。当然，前提要求是码元速率要远远大于传输信道的衰落变化，才能使调制电平数的调整符合信道特

40、性。由于其信息传输速率是变的，所以称这种方式为变速率QAM调制。方型QAM在载波恢复和自动增益控制等方面存在很多问题，我们在变速率QAM中采用的是星型QAM。这样可以减少假锁带来的长突发性错误，而且还可以采用差分编码，简化了电路，提高了抗干扰性能。每码元比特数从1bit/sym6bit/sym自发调节。星型QAM又被称为A PSK调制，它可以看作是ASK和PSK的综合。我们可以将原始数据分成两部分，分别进行DASK和DPSK调制。例如星型16QAM每码元代表4bit信息，星座图如图3-6所示。可以将第一个bit进行2DASK调制，代表QAM码元信息的振幅；输入为0时振幅与前一码元相同，输入为1

41、时则改变振幅值，从前一码元的振幅环跳到另一个振幅环上。而后三个bit进行8DPSK调试，代表QAM码元信息的相位：输入为000相位不变，001则比上一码元相位增加45度，011增加90度。这样就可以得到星型16QAM的码元信息。 图3-6 16QAM星座图由于星型QAM性能优于方型QAM，所以在变速率QAM采取了星型QAM。又因为信号的调制星座图不是恒定的，所以必须在发送信号中包含这方面信息，以便接受机能够选择解调方案，正确地解调信号，因此我们设计了如图3-7所示的变速率QAM信号时隙结构，工作在TDD方式下，收发时隙结构相同。其中帧头和帧尾的码元序列已知，用来估计信道衰落；调制电平数（用每个

42、码元代表的比特数来表示）确定本时隙QAM信息数据的调制星座图，采用固定的4DPSK方式来传输数据（每两个码元为一组代表一个调制电平数），并且重复3次，以增加可靠性；QAM信息数据是真正的变速率QAM信号，代表要传输的消息。在通信过程中，接收机根据接收信号的帧头帧尾信号与本地已知的参考信号进行比较，来估计当前信道的衰落特性，然后选择合适的调制星座图进行本机信号的发送。显然，这样做在时间上不同步，而且由于上下行信道的不对称性，对信道的估计会有一定的误差。但是在Rician信道中，对于移动速度较慢的用户，只要码元传输速率足够快，使数据帧周期远远小于衰落周期，那么在几个数据帧时期内，可以认为信道衰落变

43、化不大，采取上面的方法进行信道估计是可行的。 图3-7 变速率QAM数据的时隙结构变速率QAM收发信机结构框图如图3-8所示。 图3-8 变速率QAM收发信机结构框图接收机收到信号后，首先将调制电平数数据提取出来，用4DPSK解调出3个数据值，根据大数判决规则确定其最可能的值，即确定本时隙信息数据的调制星座图。然后利用此星座图进行QAM解调，就得到所要的信息数据。同时对帧头帧尾进行处理，根据它们的衰落估算信道特性，一方面用于确定下次发送信号的调制星座图，另一方面也可以用于对接收信号进行补偿，减少衰落对信号的影响。发送信号时，首先将调制电平数进行4DPSK调制三次，然后根据选定的调制电平数确定调

44、制星座图，对传输数据进行变速率QAM调制。最后把两组码元复接起来，添上帧头和帧尾形成一个完整的基带数据时隙结构。再通过射频发射机就可以发送信号了。3.3.2 VR-QAM的性能近年来，有人采用DSP芯片（ADSP2181）利用软件的方法实现了变速率QAM基带信号调制和解调的过程，并对其性能进行了仿真分析。信道仿真模型采取GSM05. 05中的RA模型，其信道衰落特性服从Rician分布。假设在微蜂窝通信环境下，信号载波为1GHz，码元速率为1M sym/sec，移动台的速度小于5m/s。得到的变速率QAM的误比特性能如图3-9所示。 图3-9 变速率QAM的误比特性能从图中可以看出：在低信噪比

45、的时候，变速率QAM的抗干扰性能要比16QAM好，这是因为变速率QAM可以选用调制电平数小于16QAM，信号矢量的空间间隔较大，相应地减小了错误概率。在高信噪比的时候，变速率QAM的性能有一定的恶化，但是码元传输速率却大大提高了。由于此时的BER本身已经比较低，对信号的影响不是很明显。变速率QAM的突出优点是频谱利用率高。图3-10就是变速率QAM的频谱利用率曲线。为了简单起见，设码元速率与载波相同的条件下，2DPSK信号的频谱利用率为1，其它信号都相对于2DPSK信号做归一化处理。 图3-10 变速率QAM的频谱利用率从图中可以看出，变速率QAM调制信号的频谱利用率要比4DPSK（频谱利用率

46、=2）大得多，信号信噪比越大越明显。例如：在Es/No=30 dB时，的情况下，变速率QAM的频谱利用率可以达到4，相当于16QAM信号；而在，同样BER的情况下，其频谱利用率为5，相当于32QAM信号。变速率QAM调制时靠牺牲高信噪比下的一部分误码性能来增加频谱利用率的。在误码性能要求不是很严格，满足一定误比特率的情况下，采用变速率QAM调制可以解决一部分频谱资源紧张的难题。 从上面的分析可以看出：变速率QAM在Rician信道中可以很好地工作，能够提高频谱效率，故这项调制技术具有很高的使用价值和广阔的应用前景，可以再未来个人通信中使用。目前，对它的研究仍未达到理想的要求，故研究工作仍在继续

47、进行，以进一步提高其实用性和可靠性。3.4 可变速率调制技术在我国3G中的应用随着通信领域相关技术的飞速发展，特别是目前3G（第三代移动通信）标准的提出，对移动通信的传输速率、误码率、宽带利用率、功率效率等提出了更高的要求。WCDMA和CDMA2000是目前我国3G中的两个主要标准，他们的多速率方案均采用正交可变扩频增益(OVSF)技术和多码技术，高速业务采用RI检测，低速业务采用盲检测。其中，OVSF技术是可变扩频增益多速率技术中的一种，作为一种典型的可变扩频增益多速率技术，它具有可变扩频增益技术的一般特点，即:不同速率业务的信息比特流使用相同chip速率的扩频码进行扩频，占用相同的频带宽，从而具有不同的处理增益。特别的，OVSF技术中使用的扩频码是相互正交的扩频序列，因此在将信息比特流的频谱进行扩展的同时，也将不同比特流进行了正交区分，多码技术是并行处理多速率技术中的一种。此外，发射分集技术的兴起，采用时空编码提高通信能力，为可变速率调制技术的研究提供了新的发展空间，把时空编码与多进制调制结合起来，加上自适应处理 将会有令人关注的新结果，它将是移