可变速率调制技术研究.docx

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可变速率调制技术研究

本科生毕业设计

题目（中文）：

可变速率调制技术研究

（英文）：

TheStudyofVariableRateModulation

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-CDMA

TheStudyofVariableRateModulation

Abstract：

Thefuturemobilecommunicationsystemisnotonlytotransmitsignalwithdifferenttransmissionratesandqualityrequirements,butalsohastobeadaptivetochangeitstransmissionrateasthespreadperformanceofmobilechannelwitchoftenauto-adaptchangedastimeandlocations,Sothatitcanfreelyprovideasuitabletransmissionratestovarietyofbusiness,andadjustitstransmissionratetoreal-timedisseminationoftheconditionsundertheconditionofensuringthetransmissionquality（agoodchannelconditiontohigthrate;apoorchannelconditiontolowrate）soastoshowfullefficiencyoffrequentspectrum.Therefore,inthemobilecommunicationssystem,it’sagoodchoicetousevariable-ratemodulationtechnologyinaccordancewithchangesinmobilechannel,inordertoeffectivelyincreasethefadingchanneladaptability.Variable-ratemodulationtechniqueisacombinationofthebasicmodulationmethodsoftransmissioncontrol,Inessence,isakindofadaptivemodulationtechnology,itcanadaptivelychangeitstransferratewithrandomchangesinthemobilechannel,thatis,whenthechannelconditionsaregoodincreaseintransferrate,whenthechannelconditionsarepoorlowertransmissionrate.Itcanconductsatisfactoryresultsbothinerrorspectrumefficiencyandsystemperformance.Inthispaper,thebasicprinciplesofvariable-ratemodulationtechnologywerestatedandabriefintroductionwasmadeonthemainmethods（multi-carriercodedivisionmultipleaccess,variablegaincodedivisionmultipleaccess,variable-ratequadratureamplitudemodulation）.

Keywords:

AdaptivemodulationtechniqueMC-CDMAVSG-CDMAVR-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，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。

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]

2.1.1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（PowerEfficiency）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