60GHz毫米波无线通信系统调制及信道容量分析.pdf

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中国海洋大学硕士学位论文60GHz毫米波无线通信系统调制及信道容量分析姓名：

何晓哲申请学位级别：

硕士专业：

通信与信息系统指导教师：

张浩20110660GHz毫米波无线通信系统调制及信道容量分析摘要60GHz毫米波无线通信系统因其无需许可即可使用的高达57GHz的带宽和10W的传输功率被认为是未来lO年中最具前途的无线通信技术。

60GHz频率属于毫米波范畴，频率在30GHz到300GHz范围内的电磁波毫米波由于其具备波长短、频带宽、可以有效地解决高速宽带无线接入面临的多种问题等优点，因而在短距离无线通信中有着广泛的应用前景。

60GHz系统的容量与性能的理论分析目前在全球范围内基本属于空白状态，为了适应通信时代发展的需求，研究这一频段的通信系统显得意义重大。

能够预见在未来相当长的一段时间内，60GHz无线通信系统由于能够实现超高速数据传输速率，对该领域的研究将会持续成为无线通信领域的研究热点之一。

对60GHz毫米波无线通信系统采用MPSK、MPAM和MPPM等调制方式，数据传输率很高，因此研究60GHz无线通信系统的调制方式和信道容量及性能对于各种60GHz应用产品系统及网络的设计开发具有极其重要的指导作用，对于更快地推动60GHz各种应用的实现具有巨大的促进作用。

随着60GHz无线通信系统各项关键技术的研究日益成熟，以及各种产品应用的即将面世，人们越发需要掌握在实际使用环境下的60GHz无线通信系统的系统容量和性能，以及影响系统容量和性能的各种因素及关键技术。

本文的研究工作是首先：

通过理论分析与推导得出离散无记忆信道，离散输入、连续输出信道和连续信道的信道容量计算公式，推导出香农信道容量与传输距离的关系函数。

然后：

利用MPSK调制原理及高斯信道的数学模型推导出了系统在MPSK调制下信道容量（C）与信噪比（SNR），以及信道容量（C）与通信距离（D）之间的函数关系。

利用Matlab进行仿真，得到不同调制进制下信道容量与通信距离，信道容量与信噪比的函数关系曲线。

接着：

分别利用MPPM和MPAM的调制原理及高斯信道的数学模型推导出了系统在不同调制方式下信道容量与信噪比，以及信道容量与通信距离之间的函数关系。

最后：

通过对MPSK与MPAM信道容量性能的比较，得出：

在60G信道下常见的信噪比（-20dB和20dB之间）条件下，PSK调制信道容量大于PAM调制信道容量；对MPPM与MPAM的信道容量性能进行比较，得出：

信噪比较高时，采用PPM比采用PAM的信道容量性能好，信噪比较低时，采用PAM比采用PPM的信道容量性能好。

只有在短距离（一百米以内），采用高进制（大于八进制）时，PPM性能才优于PAM。

研究过程中论文引入了美国联邦通信委员会（FCC）对于60GHZ无线通信系统的功率限制。

研究结果表明：

60GHz毫米波无线通信系统在短距离无线通信方面的信道容量十分理想，因此更适合于短距离通信，能够达到Gbitps的数据传输速率；在60GHz信道下多进制的PSK调制要优于PAM调制；低进制（M小于8）调制下，PAM调制的系统性能要优于PPM调制。

关键词：

60GHz毫米波；调制；信噪比；信道容量II60GHzMillimeter-waveWirelessCommunicationSystem：

ModulationandCapacityResearchAbstract60GHzmillmeter-wavewirelesscommunicationsystemisidentifiedasthemostpromisingwirelesscommunicationtechnologyinthenextdecade，becauseofits57GHzbandwidthand10Wtransmissionpower60GHzisonthecategoryofmillimeter-waveTheElectromagneticwave，frequencybandrangefrom30GHzto300GHz，belongstomillimeter-waveBecauseithastheadvantages，suchasshortwavelengths，widefrequencyband，andtheeffectivelysolutionofthehighspeedbroadbandwirelessaccessproblems，themillimeter-wavehasbroadapplicationprospectinshortrangewirelesscommunicationAtpresent，thetheoreticalanalysisofcapacityandperformanceofthe60GHzsystemisbasicallyblankintheglobalscopeInordertoadapttotheneedsofthedevelopmentoftheeraoftelecommunication，thestudyonthisfrequencycommunicationssystemisofgreatsignificanceItCanbeseenthatwithinaperiodofthefuturetime，thestudyof60GHzwirelesscommunicationsystemwhiehcarlrealizeultrahighspeeddataratewillcontinuetobehotspotofthewirelesscommunicationfieldModulatethe60GHzmillimeter-wavewirelesscommunicationswithM-aryphaseshiftkeying（MPSK），M-arypulseamplitudemodulation（MPAM）andM-arypulsepositionmodulation（MPPM），thedatatransferrateisveryhigh,80ithasveryimportantdirectivefunctionsonthedevelopmentof60GHzapplicationproductsandnetworkdesignSoItwillpromotetherealizationofvariousof60GHzSapplicationsofgreatstimulativeeffectWiththeresearchofthekeytechnologysin60GHzwirelesscommunicationsystembecomeincreasinglymature，andthevariousproductapplicationsavailablesoon，peopleneedtomasterthesystemcapacityandperformanceofthe60GHzwirelesscommunicationsystemandvariousfactorsandkeytechnologythatimpactthesystemIIIcapacityandproperties，increasinglyTheresearchworkisstartofthetheoryanalysisandderivationthataccordingtodiscretememorylesschannel，discreteinput，continuousoutputchannelandcontinuouschannelScapacitycalculationformulasDeducttheRelationsfunctionbetweenShannoncapacityandtransm