復旦大學博士論文h c - m c m ，p c h c - m c l v i 及相應的沖突恢復算法 來解調(diào)。因此，通過接收到的部分時域信號以及估計的無線信道信息可以重建 系統(tǒng)在時域的全部信號。利用這個非常有利的性質(zhì)，所有受沖突干擾受損的數(shù) 據(jù)報都會以被恢復。同時該恢復算法在越弱的n e a r - f a r 效應下越能得到更好的 恢復性能。而無線局域網(wǎng)，基于無線局域網(wǎng)a d - h o c 網(wǎng)絡的傳輸環(huán)境是短距通 信，更加符合弱的n e a r - f a r 效應條件。因此這個算法更加符合實際網(wǎng)絡環(huán)境。 而且可以通過延伸恢復算法去解決隱藏終端問題。該恢復算法將給無線網(wǎng)絡， m - h o e 網(wǎng)絡的協(xié)議設計和性能提高提供一種新的高效的手段。 關鍵詞：多載波調(diào)制系統(tǒng)，o f d m ，物理層自適應技術，p a p r ，沖突干擾恢 復，無線網(wǎng)絡，高階m - q a m 。 復旦大學博士論文 h c - m c m ，p c 旃c m c m 及相應的沖突恢復算法 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nw i l lp r o p o s ean o v e lm u l t i e a r r i e rs y s t e ma n dd e s i g nan e w m u l t i e a r f i e rs y s t e mb yc o m b i n i n gt h ep a r a l l e lc o m b i n a t o r yc o d i n g o nt h eo t h e rh a n d ， b a s e do nt h ef l e x i b l em u l t i c a r r i e rs y s t e m ，t h i sd i s s e r t a t i o na l s op r o p o s e sa l le f f e c t i v e m e t h o do f c o l l i s i o nr e c o v e r yf o ro f d m - b a s e dw i r e l e s sn e t w o r k st os o l v et h ep r o b l e m o fh i d d e nt e r m i n a l s t h eu n d e r l y i n gp h i l o s o p h yi na l lp r o b l e m st h a ta r ec o n s i d e r e di n t h i sd i s s e r t a t i o ni sas y n e r g yb e t w e e nt h ep h y s i c a la n dt h em a c l a y e r s h lt h i sd i s s e r t a t i o n f i r s t l y , w ew i l lg i v et h er e s u l t sw h i c hs h o wt h a tt h e r ei sm u c h t ob eg a i n e df r o ma d a p t i v em o d u l a t i o na n dv a r i a b l ef r a m el e n g t hi nt e r m so fg o o d p u t r a n g e a n de n e r g yc o n s u m p t i o nf o rw i r e l e s sn e t w o r k s t h r e em l e so f d e s i g nf o rs u c ha t r a d e o f fa r eo b t a i n e df o rw i r e l e s sn o d e s w eu t i l i z eo n er u l ef o rs a v i n gt h ee n e r g y c o n s u m p t i o n t h es i m u l a t e dr e s u l t ss h o wt h a tf l e x i b l ei r a u s m i s s i o ni n c l u d i n ga d a p t i v e m o d u l a t i o na n dv a r i a b l el e n g t ho ff r a m ec a ni m p r o v et h et h r o u g h p u to fs y s t e m ，s a v e t h ee n e r g yc o n s u m p t i o n , a n do b t a i nb e t t e rt r a n s m i s s i o na r e a s i n c eh i g ho r d e rm - q a m 似 6 4 ) i ss e l d o mu s e df o rw i r e l e s sn e t w o r k s o nt h e o t h e rh a n d ，a d a p t i v em o d u l a t i o nu s i n gd i f f e r e n tv a l u eo f mw i l li m p r o v et h ed e s i g n s c o m p l e x i t ya n dc o s t t h e r e f o r e ，o n en o v e lf l e x i b l em u l t i c a r r i e rs y s t e m ( h c m c m ： l l i g hc o m p a c t i o nm u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n ) w h i c hc a l la t t a i nh i g h e rb a n d w i d t h e f f i c i e n c y ( b w - e ) t h a nt h a to ft h eo f d ms y s t e mh a sb e e np r o p o s e da n de x t e n d e d t h eh c m c mc a nf l e x i b l yc o n t r o lt h et r a n s m i s s i o nr a t ea n dt h ec o m m u n i c a t i o n q u a l i t y m o r ei m p o r t a n t l y , o n l yu t i l i z i n gb p s ko rq p s km o d u l a t i o n ，i tc a n a d a p t i v e l ya c h i e v et h et r a n s m i s s i o nr a t eo f h i 曲o r d e rm - q a mo f d ma n dc o n t r o lt h e l e n g t ho ff l a m eb yt r a n s m i t t i n gv a r i a b l el e n g t ho fp a r t i a lt i m e - d o m a i no f d ms i g n a l t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h eb a s i cm a t h e m a t i c a lm o d e lo fh c - m c m e x p l a i n si t s d e m o d u l a t i o n sc o m p l e x i t y , a n dp r o p o s e san o v e ld e m o d u l a t i o na l g o r i t h mb a s e do n s p h e r ed e c o d i n g i na d d i t i o n ，s i m u l a t e dr e s u l t ss h o wt h a th c m c ms i g n a lh a sb e t t e r 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 ) c h a r a c t e r i s t i c st h a nt h a to f o f d ms i g n a l b a s e do nt h eh c m c m t h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e san o v e lf l e x i b l em u l t i c a r r i e r m o d u l a t i o nc o m b i n e dw i t ht h ep a r a l l e lc o m b i n a t o r yo f d m c o f d m ) ，t h a ti s ， p a r a l l e lc o m b i n a t o r y h i g hc o m p a c t i o nm u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n ( p c h c m c m ) i n t h i sd i s s e r t a t i o n t h ep c h c m c mc a na c h i e v ea n yt r a n s m i s s i o nr a t eo f m - q a mt h a t c o r r e s p o n d st on o to n l yi n t e g e rm b u ta l s or e a ln u m b e rm t h ep c h c - m c mc a na l s o r e a l i z et h ea d a p t i v el e n g t ho ff r a m ew h i c hc a nb eu t i l i z e dt op h y s i c a ll a y e ra d a p t a t i o n 復旦大學博士論文h c - m c m 。p c h c - m c m 及相應的沖突恢復算法 w i t ht h ea d a p t i v el e n g t ho fp a c k e t s t w ot y p e so fp c h c - m c ms y s t e m s ，w h i c ha r e n a m e da sp c h c - m c ms y s t e ma n dp u r ep c h c - m c ms y s t e m ，a r ed e s i g n e db yt h i s m o d u l a t i o n t h ep c h c - m c ms y s t e mc a na c h i e v eb e t t e rb e rp e r f o r m a n c et h a nt h a t o fh c - m c ms y s t e mw i t ht h ee q u a lb w eb ye m p l o y i n ga p p r o p r i a t ep a r a l l e l c o m b i n a t o r yc o d e s t h ep u r ep c h c m c ms y s t e mc a no b t a i ne x c e l l e n tp a p r c h a r a c t e r i s t i c sb ys e l e c t i n gt h eo p t i m a lc o n s t e l l a t i o n sf o ri t ss u b c a r r i e r s ，w h i c hc a nb e a p p l i e di nm c c d m as y s t e m o nt h eo t h e rh a n d ，w ec o m b i n et h ep u r ep c h c - m c m a n df r e q u e n c yh o p p i n gm u l t i p l ea c c e s s ( f h m a ) t op r o p o s ean e wm u l t i p l ea c c e s s ( m a ) s y s t e m t h i sm as y s t e mc a ns y n c h r o n o u s l yt r a n s m i tm u l t i p l eu s e r s d a t aw i t h i n o n es y m b o ld u r a t i o no f t h ep u r ep c - o f d m f i n a l l y , i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ew i l lp r o p o s ea ne f f e c t i v em e t h o do fc o l l i s i o n r e c o v e r yf o ro f d m - b a s e da d - h o cn e t w o r k sb a s e do nt h ef l e x i b l em u l t i c a r r i e rs y s t e m f r o mt h ef l e x i b l em u l t i c a r r i e rs y s t e m ，t h em o d u l a t e dm e s s a g ed a t ao fo f d ms i g n a l c a nb ed e m o d u l a t e du s i n gt h ep a r t i a lt i m e d o m a i no f d ms i g n a l t h e r e f o r e ，t h e p a r t i a lt i m e d o m a i no f d ms i g n a lc a nb ea d o p t e dt or e c o n s t r u c tt h ew h o l eo f d m s i g n a lw i t he s t i m a t e dc h a n n e li n f o r m a t i o n u t i l i z i n gt h i sa d v a n t a g e o u sp r o p e r t y , a p r a c t i c a lm e t h o do fc o l l i s i o nr e c o v e r y , w h i c hi ss o m e w h a ts i m i l a rt ot h es c h e m eo f s u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n , c a nb er e a l i z e d w es i m u l a t et h er e c o v e r y p e r f o r m a n c eu s i n gd i f f e r e n tm o d u l a t i o nf o rt w ou s e r sw i t hi d e n t i c a ls n ra n dw e a k n e a r - f a re f f e c t a n ds h o wt l l a tt h em e t h o dg i y e sp r o m i s i n gr e s u l t sa n dc a nb e d e v e l o p e dt os o l v et h ep r o b l e mo f h i d d e no re x p o s e dt e r m i n a l so f w i r e l e s sn e t w o r k s o nt h eo t h e rh a n d ，i nt h en e a r - f a rs i t u a t i o n ，o u rm e t h o dc a na c h i e v eb e t t e rr e c o v e r y p e r f o r m a n c ei nt h ew e a kn e a r - f a rc o n d i t i o nw h i c hi sm o r er e a l i s t i ci nt h ew i r e l e s s l a n t h i sm e t h o dw i l ld r a m a t i c a l l yb e n e f i tt h ep r o t o c o ld e s i g no fw i r e l e s sn e t w o r k s ， i n c l u d i n ga dh o ca n ds e n s o rn e t w o r k s k e y w o r d ：m u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n , o f d m ，p h y s i c a ll a y e ra d a p t a t i o n ，p a p r ， c o l l i s i o nr e c o v e r y , w i r e l e s sn e t w o r k ，h i 曲o r d e rm - q a m 復旦大學博士論文h c - m c m ，p c h c m c m 及相應的沖突恢復算法 圖目錄 圖1 1o f d m 系統(tǒng)傳輸基帶等敬模型i o 強l 2m - q a m 星集空抵1 2 豳1 3 無線嘲絡中的穩(wěn)藏終端閫題。1 4 圖2 1 抽性高斯自噪聲信道條俘下m = 4 ，1 6 ，6 4 2 5 6 q a m 誤比特率性能2 0 甬2 2 碴效傳輸率與數(shù)據(jù)報長度的關系曲線 | 2 1 f i t 2 3 壽敬傳輸率和距離的關系國m - q a m 2 4 強2 4 數(shù)撬搬長發(fā)和跏離的關系萄m - q a m 2 6 匿2 - 5 數(shù)據(jù)搬長凌和傳輸功率消耗的關系墾 2 8 圈2 - 6 司變長度自適應調(diào)鋤m p e r s l s t e m c s m a c d 吞吐棗性能。3 2 y 9 2 7 司變長發(fā)自適應調(diào)翻m p e r s i s 把m c s m a c d 協(xié)議昀功率節(jié)雀 。3 3 強3 1 0 f d m f c l h c - m c m 信號的頻域波形i 鷺t - - 0 3 7 5 ) 3 6 蓖3 - 2h c m 的傳輸器和接收器t a w g n 信道) 3 7 固3 3 h c - m c m 系統(tǒng)的最小歐氏距離 = 8 b p s k ：n = 4 q p s k ) 。4 2 圓3 4 h c m c m 系統(tǒng)n = 8 b p s k 的誤比特摩性能4 3 圖3 5 n = 4 q p s k 調(diào)翻的h c = m c m 系統(tǒng)誤比特率性能4 3 酉3 6 歐氏距離計算扶數(shù)s 子載波數(shù)目n 關系4 s 函3 7 基于m 算法豹h c - m c m 豹b e r 特性( r = 1 6 , u = 3 4 6 熙3 8 基于球面婀碼算法的h c - m c m 的b e r 特性 4 9 岳 3 - 9 基于球豳耩碼算法的h c - m c m 的步驟t 2 ) 的平均計算次數(shù)4 9 強3 一l o p c h c - m c m , 5 5 i h c - m c m 口 j p a p r 累秘密蠹函數(shù)p c h c - m c m ( n c = 3 2 , n p c = 2 4 ) h c - m c m ( n c = n p c = 3 2 ) ，調(diào)勘為q p s k 5 2 圖3 1 1p c h c - m c m 和h c - m c m 的p a p r 累積密寢函數(shù)p c h c - m c m o v c = 6 4 , n p c = 4 鼬 h c - m c m ( n c = n p c = 6 4 ) ，調(diào)翩為q p s k 5 2 圖3 1 2p c h c - m c mh c - m c m 的p a p r 累積密度函數(shù)p c h c - m c m o v c = 3 2 , n p c = 2 4 ) h c - m c m ( n c = n p c = 3 2 ) ，調(diào)制為1 6 - q a m 5 3 國3 - 1 3p c h c - m c m 和h c - m c m 的p a p r 累積密度函數(shù)，p c h c - m c m ( n c = 6 4 , n p c = 4 8 ) h c - m c m ( n c = n p c = 6 4 ) ，旖拗1 6 - q a m 5 3 強4 1p c - o f d m 系統(tǒng)的子載波調(diào)鉑映射過程| ，s 5 圈4 2p c h c - m c m 系統(tǒng)的帶寬教率 5 7 圈4 3 p c h c - m c m 豹b e r 性能( n c ? n p c 一 8 。4 調(diào)剖為b p s k a w g n 信道5 8 強4 4 p c h c - m c m 的b e r 性能t n c ? n p c 、= t 84 1 調(diào)翻為b p s k 瑞秘佑遭5 9 鷺4 s p c h c - m c m 的b e r 性能斜c ? n p 0 = 1 84 17 調(diào)翻為b p s k v e h i c u l a r a 信道 圈4 6 兩種方式下b p s k 調(diào)韻p c h c - m c m 的b e r 性能翻c7 n p c ) = ( 8 。4 1 ( 8 ，5 8 6 ) a y t = 0 2 5 。a w g n 信遒 6 2 霉4 7e 耐y y x - c 下b p s k 調(diào)鋤p c ，h c m c m 的b e r 性能o v c , n p c ) = ( 8 4 ) ( 8 5 ( 8 6 ) 匈t = n 1 2 5 , a w g n 詹：瀅6 2 強4 - 8 純p o h c - m c m 系統(tǒng)昀帶寬效率j6 4 雹4 _ 9b e r = i o - 4 對，p c h c - m c m 系統(tǒng)韻帶寬敬率與信噪比圖6 5 凰4 - 1 0 髡t p c h c - m c m ( n c , n p c ) = ( 1 6s 1 系統(tǒng)的b e r 性能。6 5 圈4 - 1 1 鰣d p c h c - m c m ( n c , n p c ) = 1 8 4 ) 系統(tǒng)經(jīng)挑選后的p a p r 性能。6 6 圖4 - 1 2 基予跳頻的純p c h c - m c m 系統(tǒng)6 7 圉4 - 1 3 基f f = f 口p c h c - m c m 技術的多址訪曬_ f 亍鏈路示意強6 8 函4 - 1 4 在不同碼元長度，不兩的b 租和姥枧跳頻編碼f 4 用戶產(chǎn)生的平均最小歐氏距離 f j i m e d ) 6 9 昏4 - 1 5 采用純p c 憎c m c m 斜c n p c ) = ( 47 對的f h - c d m a 系統(tǒng)支持4 用戶時的b e r z 媲： 7 2 轡s l 刪o f d m 霹域信號o f d m 系統(tǒng)的傳輸器和接收器模型一7 7 盈s t 兩齬衰落信譴t 部分接收o f d m 的對域信號7 8 盔t 5 - 3 部分接收o f d m 翻域信號的o f d m 系統(tǒng)b e r 性能6 缸、= 0 5 8 1 甍s 一4 刪o f d m 時域信號的o f d m 系統(tǒng)b e r 性能8 1 匈互2 0 6 2 5 8 ， 酉s s 部分接收o f d m 時域信號的o f d m 系統(tǒng)p e r 性鏈鷺l = 0 ，6 2 5 8 2 f f t 5 - 6 兩胃戶數(shù)據(jù)報的沖突碰撞干抗及恢復算法j 8 3 強5 - 7 數(shù)摧報格式及數(shù)據(jù)搬韻摩的恢復過程8 6 圖5 8 i e e e 8 0 2 1 l a 數(shù)據(jù)報格式。8 6 匿5 - 9 不甬啊隙長度下的s r r 性能( m l p , m s p 分韻指長數(shù)據(jù)擐和短數(shù)據(jù)報的調(diào)翻寺式a 當m s p = b p s k 對l = l o m s p = q p s k 時l _ 5 ) 8 6 強5 - 1 0 不同短數(shù)據(jù)報長度下的s r r 性能( 長數(shù)據(jù)報和短數(shù)據(jù)掇都采用b p s k 調(diào)鋤) 8 9 盈5 - 1 1 不廚短數(shù)據(jù)報長度下的s r r 性能t 長數(shù)據(jù)搬和短數(shù)據(jù)搬都采用q p s k 調(diào)鋤) 8 9 躅5 - 1 2 不兩短數(shù)據(jù)報長麥下奇勺s e r 性能( q p s k 謫鋤? 短數(shù)據(jù)報采疆b p s k 端劬，9 0 琶5 - 1 3 不同短數(shù)攮報長受下的s r r 性能t 數(shù)攝報均采塌q p s k 調(diào)翻? s n r , s i n r 值為長的 或j 擺赧j 9 0 強5 - 1 4 不甬短數(shù)據(jù)掇長度下的s r r 性能( q p s k 調(diào)越短數(shù)據(jù)撮采聰b p s k 調(diào)鋤? s n r s i n r 值為長的數(shù)據(jù)報 9 l 舀5 - 1 5 不同c r c 校正能力下韻s r r 性能( 長數(shù)據(jù)報采毋q p s k 調(diào)瓴短數(shù)據(jù)投采雨b p s k ；釬制9 2 莓5 - 1 6 信道條件傳輸選擇下不同c r c 校正能力1 = 的s r r 性能( 長數(shù)據(jù)報采用q p s k 灞 銳短數(shù)提攝采甩b p s k 誦翱n = 6 4 ) 。9 4 函5 - 1 7 值道條件傳輸選擇下不同c r c 校正能力t h 9 s 徹性能( q p s k 調(diào)馘 m b p s k 掰蒯n = 1 2 8 ) 9 5 強5 - 1 8 基于8 - q a m 諞翻o f d m 系統(tǒng)采用部分時域信號接收調(diào)翻的b e r 和p e r 性能 r 烏偈= o 6 2 5 ，u = 2 ，n = 6 4 ，9 6 凰5 - 1 9 基于8 - q a m 誦韻o f d m 系統(tǒng)采甩部分耐域信號接收誦翻的b e r 和p e r 性能 r 匈雹= 0 7 5 ，u = 2 ，n = “j 9 6 躅5 - 2 0 基于1 6 - q a m 調(diào)鋤0 f d m 系統(tǒng)采用部分時域信號接收調(diào)翻的b e r 和p e r 性能 r 俄= 0 7 5 ，u = 1 ，= “) 9 7 復旦大學博士論文 h c - m c m , p c h c m c m 及相應的沖突恢復算法 表目錄 表3 - ih c m c m 仿真參數(shù)4 2 表3 - 2m - 算法，m l s e 算法比較仿真參數(shù)4 6 表3 - 3 球面解碼算法，m l s e 算法比較仿真參數(shù)4 8 表4 1p c h c m c m 仿真參數(shù)5 8 表4 2 多徑衰落信道中p c h c m c m 性能仿真參數(shù)6 0 表4 - 3 兩種方式下系統(tǒng)的m e d 和a m e d 6 l 表4 4 純p c h c m c m 仿真參數(shù)，6 4 表5 - 1 部分接收o f d m 時域信號的系統(tǒng)仿真參數(shù)8 1 論文獨創(chuàng)性聲明 本論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。論文中除 了特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或其它機構已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 研究成果。其他同志對本研究的啟發(fā)和所做的貢獻均已在論文中作了明確的聲明 并表示了謝意。 作者簽名：f 歪壘圣日期 論文使用授權聲明 2 0 d 7 茸f 只3 f 日 本人完全了解復旦大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保留 送交論文的復印件，允許論文被查閱和借閱：學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi) 容，可以采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。保密的論文在解密后遵守此 規(guī)定。 作者簽名：f 至垂墾 導師簽名： i 絲些妊日期：迎：星 復旦大學博士論文h c - m c m ，p c m c - m c m 及相應的沖突恢復算法 第一章引言 1 ：1 多載波調(diào)制技術研究背景 隨著通信技術的不斷成熟和發(fā)展，現(xiàn)代通信傳輸方式類型繁多。但根據(jù)基 本通信信道類型可分為有線通信和無線通信。有線信道信號受外界干擾小，但 須鋪設傳輸線路，網(wǎng)絡建立比較復雜。而無線信道恰恰克服了這個缺點，但由 于地面情況復雜，信道條件惡劣，對傳輸信號會造成很大的干擾。同有線信道 相比，無線信道通常具有以下兩個重要的制約性能的效應，即時變效應和多徑 效應【1 】，【2 ) 。 無線信道的時變效應是指衰落信道的傳遞函數(shù)j j j ( f ) 是隨時間變化而變化 的。發(fā)送端在不同時刻t 1 、t 2 發(fā)送相同的信號，在接收端收到的信號是不同 的。時變性在移動通信系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)就是多普勒頻移( d o p p l e rs h i f t ) 。多普 勒頻移造成了信道的頻率彌散性。多普勒頻移對載波頻偏敏感的通信系統(tǒng)性能 會產(chǎn)生很大的影響。 無線信道的多徑效應是指接收機所接收到的信號是通過直射、反射、折射 等不同的路徑到達接收機所產(chǎn)生的效應。這些幅度衰減和時延各不同的信號相 互重疊，產(chǎn)生干擾，造成接收端判斷錯誤，嚴重影響信號傳輸質(zhì)量。這種特性 也稱為信道的時間彌散性( t i m ed i s p e r s i o n ) 。同一個信號中不同的頻率成分體 現(xiàn)出不同的衰落特性。在信號帶寬接近和超過信道相干帶寬時，會產(chǎn)生頻率選 擇性衰落( f r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n g ) 。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，多徑效應或頻率選 擇性衰落對傳輸?shù)臄?shù)字信號產(chǎn)生時延擴展，造成接收端碼問干擾( i c i ：i n t e r - c o d ei n t e r f e r e n c e ) 。當數(shù)據(jù)傳輸速率非常高時，收端信號波形重疊程度將進一 步加深，信號問干擾將更加嚴重。所以時間彌散是使無線信道傳輸速率受限的 主要原因之一。 采用多載波調(diào)制( m c m ：m u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n ) 和均衡( e q u a l i z e r ) 技術可 以解決上述無線信道中時變效應和多徑效應所帶來的問題。通常，通信系統(tǒng)所 采用的單載波調(diào)制僅使用一個載波信號。在數(shù)據(jù)傳輸速率不太高、多徑干擾不 是特別嚴重時，通過使用合適的均衡算法可使系統(tǒng)正常工作。但是對于寬帶數(shù) 據(jù)業(yè)務來說，由于數(shù)據(jù)傳輸速率較高，時延擴展造成數(shù)據(jù)符號間的相互重疊， 從而產(chǎn)生符號問干擾( i s i ：i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e ) ，這對均衡提出了更高的 要求。需要引入非常復雜的均衡算法，而且實現(xiàn)比較困難。另外，當信號的帶 寬超過和接近信道的相干帶寬時，信道仍然會造成頻率選擇性衰落。而多載波 6 復旦大學博士論支 h c m c m ，p c h c - m c m 及相應的| 沖突恢復算法 調(diào)制采用了多個載波信號。它把數(shù)據(jù)流分解為若干個子數(shù)據(jù)流，從而使數(shù)據(jù)流 具有更低的傳輸速率。利用這些數(shù)據(jù)分別去調(diào)制若干個載波。所以，在多載波 調(diào)制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，碼元周期加長，只要時延擴展與碼元周 期相比小于一定的比值，就不會造成碼問干擾。因而多載波調(diào)制對于信道的時 間彌散性不敏感。 多載波調(diào)制可以通過多種技術途徑來實現(xiàn)，如m c c d m a ( m u l t i c a r r i e r - c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ，正交頻分復用( o f d m ：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 ) ，數(shù)字視頻技術及電力線通信( p l c ：p o w e rl i n e c o m m u n i c a t i o n ) 技術等。其中，o f d m 可以極其有效地抵抗多徑干擾，是當前 研究和應用的一個熱點。 隨著社會進步及用戶數(shù)量的急劇增長，頻率資源只益緊張，要求第三代移 動通信系統(tǒng)i m t 2 0 0 0 能提供更大的系統(tǒng)容量，更高的通信質(zhì)量，并能提供 2 m b i t s 數(shù)據(jù)業(yè)務，以滿足人們對多媒體通信的要求并適應通信個人化的發(fā)展 方向。m c c d m a 技術作為第三代移動通信系統(tǒng)的重要技術，是建立在c d m a 技術基礎上，并有可能成為第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的兩種標準。標準的 c d m a 是根據(jù)美國標準( i s 一9 5 ) 而設計的頻率在9 0 0 1 8 0 0 m h z 范圍的數(shù)字移 動電話系統(tǒng)。而基于多載波分復用擴頻調(diào)制技術m c c d m a 的開發(fā)策略是對以 i s 一9 5 標準為藍本的c d m a - i 系統(tǒng)的平滑升級，它是最先由美國推出的從窄帶 c d m a 技術發(fā)展而來的一種寬帶技術。這種技術與使用時分復用的競爭對手f 如 g s m ) 不同，它并不給每一個通話者分配一個確定的頻率，而是讓每一個頻道使 用所能提供的全部頻譜。m c c d m a 技術是為符合下一代無線通信系統(tǒng)的需要 而設計的一種寬帶技術，采用時分復用擴頻調(diào)制技術的無線接口，該技術可以 為公眾電話交換網(wǎng)的移動和固定連接提供廣泛的業(yè)務。它符合甚至超過了i t u 的全部規(guī)范要求，可以滿意地進行室內(nèi)，室外或步行及車載環(huán)境下的通信。 m c c d m a 業(yè)務包括連接至地面和衛(wèi)星網(wǎng)絡的各種移動終端和網(wǎng)絡設施，其業(yè) 務能力和性能大大增加支持提供個人移動性的通用個人通信，系統(tǒng)設計全球通 用，且兼容現(xiàn)有設備，能提供高清晰話音、高速數(shù)據(jù)、多媒體、漫游等多項業(yè) 務，可支持大范圍的可變速率信息傳送，提供更高速的分組數(shù)據(jù)通信能力。 “第四代移動通信技術”，其核心技術為基于多載波調(diào)制的o f d m 技術。 o f d m 是一種無線環(huán)境下的高速傳輸?shù)亩噍d波技術。主要是在頻域內(nèi)將所給信 道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，各個子載 波并行傳輸。o f d m 特別適合于存在多徑傳播和多普勒頻移的無線移動信道中 傳輸高速數(shù)據(jù)。能有效對抗多徑效應，消除i s i ，對抗頻率選擇性衰落，信道利 用率高。o f d m 可視為一種調(diào)變技術及一種多任務技術。o f d m 由多載波調(diào)制 7 復旦大學博士論文h c - m c m ，p c h c - m c m 及相應的沖突恢復算法 ( m c m ) 發(fā)展而來。美國軍方早在上世紀的5 0 6 0 年代就創(chuàng)建了世界上第一個 m c m 系統(tǒng)，在1 9 7 0 年衍生出采用大規(guī)模子載波和頻率重疊技術的o f d m 系 統(tǒng)。但在以后相當長的一段時間，o f d m 邁向實踐的腳步放緩。由于o f d m 的 各個子載波之間相互正交，采用f f t 實現(xiàn)這種調(diào)制，但在實際應用中，實時傅 立葉變換設備的復雜度，發(fā)射機和接收機振蕩器的穩(wěn)定性以及射頻功率放大器的 線性要求等因素制約了o f d m 技術的實現(xiàn)。經(jīng)過大量研究，在2 0 世紀8 0 年 代，m c m 獲得了突破性進展，大規(guī)模集成電路促進了f f t 技術的實現(xiàn)， o f d m 逐步進入高速m o d e m 和數(shù)字移動通信的領域。9 0 年代，o f d m 開始被 歐洲和澳大利亞廣泛用于廣播信道的寬帶數(shù)據(jù)通信，數(shù)字音頻廣播( d a b ) 、高 清晰度數(shù)字電視( h d t v ) 和無線局域網(wǎng)( w l a n ) 。隨著d s p 芯片技術的發(fā)展，格 柵編碼技術、軟判決技術、信道自適應技術等成熟技術的應用，o f d m 技術的 實現(xiàn)和完善指日可待。 1 2o f d m 與無線網(wǎng)絡 1 2 1 概述 正交頻分復用( o f d m ) 3 1 實際是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術。o f d m 技術 的基本思想就是在頻帶內(nèi)將所給信道分成若干個正交子信道，每一個子信道使 用一個子載波進行調(diào)制。然后所有子載波調(diào)制信號并行傳輸。由于高速調(diào)制數(shù) 據(jù)被并行傳輸，因此子載波得以以低速傳輸，從而導致每個子信道頻段內(nèi)所經(jīng) 歷信道特征也是相對平坦變化的。同時由于每個子載波頻段上進行的是窄帶傳 輸，信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此可以大大消除符號間干擾。o f d m 全 部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基本調(diào)制頻率的整數(shù)倍，正交性是 指各個載波的信號頻段是正交的。 由于o f d m 使用正交載波技術，單個載波間無需保護頻帶。因此o f d m 比傳統(tǒng)f d m 所消耗的帶寬小，因而進一步提高帶寬效率。更主要的優(yōu)點是可 以利用成熟完善的f f t 技術作為其調(diào)制解調(diào)器，優(yōu)化了系統(tǒng)傳輸器和接收器的 設計。同時，動態(tài)分配，自適應傳輸，多天線技術等可靈活地應用于o f d m 系 統(tǒng)中1 4 j ，因此，基于o f d m 技術的多載波調(diào)制技術已經(jīng)廣泛地應用于不同的通 信網(wǎng)絡系統(tǒng)中。 目前o f d m 技術已被廣泛應用于廣播式的音頻和視頻【習，電力線通信【6 】 有線電視網(wǎng)絡【7 1 ，第4 代( 4 g ) 移動通信系統(tǒng)嗍，無線局域網(wǎng)8 0 2 1l a g t 9 1 ，超寬帶 ( u w a ) g g 線通信技術【i o 】，w i m a x 無線城域網(wǎng)1 等領域。因此，對于o f d m 和 多載波技術的研究將是本世紀無線通信和網(wǎng)絡的熱點和重點。 復旦大學博士論文h c - 硝c m , p c h c - m c m 及相應的沖突恢復算法 1 2 2o f d m 系統(tǒng)的模型 圖1 1 給出了子載波數(shù)為的o f d m 系統(tǒng)的等效基帶傳輸模型。假定傳輸 數(shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)據(jù)為肚硼哦一加怔明，x ( i ) 采用的是m - q a m 調(diào)制。經(jīng)過串轉并 ( s p ) 操作以后，數(shù)據(jù)x 通過d f t 的調(diào)制器后定義為o f d m 時域符號或符元 ( o f d ms y m b 0 1 ) y = 叭o ) ，y ( n 1 ) 】。然后傳輸器在每個時域o f d m 時域符號間 插入保護間隔( g i ：g u a r di n t e r v a l ) 用以克服無線信道的多徑衰落的影響。一般采 用的是重復傳輸符元信號的循環(huán)前綴( c p ：c y c l i cp r e f i x ) 或者零后綴( z p ： z e r o s p a d d i n gp o s t f i x ) 保護間隔方式( 1 2 j 。最后y 通過數(shù)模轉換成時域o f d m 信 號( o f d ms i g n a l ) y ( t ) ，被特定的調(diào)制頻率傳輸。 通常連續(xù)的時域o f d m 信號y ( f ) 可表示為 _ ，( r ) = 1 打e ( x ( m ，玎) 島( r m r ) ) ， ( 1 - 1 ) 其中邑= 臀裟，z 鉗州舊。表示單個o f d m 時域符號的 周期長度，工( 取n ) 表示在第m 個o f d m 符元