VR-QAM調(diào)制技術(shù)芻議
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論文導(dǎo)讀：變速M(fèi)-QAM調(diào)制就是根據(jù)衰落信道的傳輸特性，或根據(jù)傳輸源的特性自適應(yīng)地調(diào)節(jié)信號的調(diào)制電平數(shù)或信號星座圖。該算法在信號觀察長度較大時，對不同的調(diào)制方式和滾降系數(shù)都有較好的數(shù)值穩(wěn)定性和估值準(zhǔn)確度，特別適用于調(diào)制識別和變速率調(diào)制等調(diào)制方式未知或變化的場合，是一種有效的實(shí)際算法。
關(guān)鍵詞：自適應(yīng)，變速率調(diào)制，變速率正交幅度調(diào)制
0 引 言
當(dāng)今的移動通信技術(shù)最重要的是要解決如何在有限的頻帶資源中提供多媒體綜合業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的調(diào)制方式，如QPSK、MSK、GMSK等難以滿足高容量、高速率的多媒體業(yè)務(wù)。而MPSK調(diào)制和M-QAM調(diào)制[3]則是具有高頻帶利用率，而且可以靈活地根據(jù)傳輸環(huán)境與傳輸信源的不同，自適應(yīng)的調(diào)整調(diào)制速率的調(diào)制方式，因此能很好的緩和可用頻帶資源緊張狀況及實(shí)現(xiàn)多速率的多媒體綜合業(yè)務(wù)傳輸。但是相比之下，MPSK調(diào)制只利用了信號空間的相位信息，而M-QAM調(diào)制則同時利用了幅度與相位信息，充分利用了信號空間，故此，在這個意義上，后者要比前者具有較佳的性能和優(yōu)勢，
M-QAM的高頻帶利用率是以犧牲其抗干擾性來獲得的，電平數(shù)越大，信號星座點(diǎn)數(shù)越多，其抗干擾性能越差。因此，除了可以通過選擇星座圖的類型改善其性能外，還可以根據(jù)不同的傳輸環(huán)境或傳輸信源的不同特點(diǎn)，來自適應(yīng)地改變M-QAM調(diào)制信號的電平數(shù)，即星座點(diǎn)數(shù)，以保證獲得預(yù)期的傳輸性能。當(dāng)然，在這種情況下，相應(yīng)的信號傳輸速率也隨之產(chǎn)生變化，這就是所謂變速率M-QAM調(diào)制方式。變速率M-QAM調(diào)制方式由Steele和Webb最早提出[9]，并引起許多學(xué)者的關(guān)注。1995年，Steele與Webb已利用計(jì)算機(jī)軟件仿真的方法研究變速率M－QAM調(diào)制技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用[6]。隨后，張睿和李建東利用DSP芯片研究了在萊斯衰落信道中自適應(yīng)地調(diào)節(jié)信號的調(diào)制電平數(shù)，以改善其傳輸特性[10]。李光球則從傳輸信源不同的角度，研究多分辨率M-QAM調(diào)制技術(shù)[11]。
1. VR-QAM調(diào)制技術(shù)的原理：
變速M(fèi)-QAM調(diào)制就是根據(jù)衰落信道的傳輸特性，或根據(jù)傳輸源的特性自適應(yīng)地調(diào)節(jié)信號的調(diào)制電平數(shù)或信號星座圖�；鶐-QAM調(diào)制信號內(nèi)必須包含三種數(shù)據(jù)：信道檢測數(shù)據(jù)、調(diào)制電平數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)。信道檢測數(shù)據(jù)用于收發(fā)機(jī)判斷對當(dāng)前傳輸信道衰落的評估，作為確定下一次傳輸調(diào)制電平數(shù)的依據(jù)；而在接收端，調(diào)制電平數(shù)用于進(jìn)行M-QAM數(shù)據(jù)解調(diào)。因此，根據(jù)信道的衰落情況，自適應(yīng)地選擇M-QAM調(diào)制電平數(shù)，以便在惡劣的信道環(huán)境中采用較少電平數(shù)的M-QAM調(diào)制，獲得較好的抗干擾性能；而在較好的信道環(huán)境中則可以采用更多電平數(shù)的M-QAM調(diào)制，以在保證傳輸質(zhì)量的前提下，獲得更高的頻帶利用率。
對變速M(fèi)-QAM調(diào)制方式而言，由于頻帶利用率最小為2，故與2DPSK(頻譜利用率1)與4DPSK(頻譜利用率為2)相比，其頻譜利用率高得多。且傳輸系統(tǒng)信噪比越高，在相同的誤碼率情況下，頻帶利用率也越高。因此，在滿足相同的傳輸質(zhì)量要求下，采用變速率M-QAM調(diào)制可以解決現(xiàn)存的頻譜資源緊張的難題�？萍颊撐�。
2. 電平數(shù)M的關(guān)系式
本節(jié)我們將以方形星座圖為代表來討論其相應(yīng)的QAM系統(tǒng)的誤碼性能以及QAM系統(tǒng)的調(diào)制電平數(shù)M與信噪比r的關(guān)系式。在方形QAM信號星座圖中
，這里k是偶數(shù)，這個QAM信號星座圖就等效于在正交載波上的兩個PAM信號，其中每一個都有
個信號點(diǎn)。由于以相位正交的信號分量用相干檢測可以完全分開，所以QAM的差錯概率很容易由PAM的差錯概率來確定。具體地說，對M電平QAM系統(tǒng)一個正確判決的概率是：
(1)
這里
是在這個等效QAM系統(tǒng)的每個正交信號中具有一半平均功率的
電平PAM系統(tǒng)的差錯概率。通過對M電平PAM系統(tǒng)差錯概率適當(dāng)?shù)匦拚?對M電平QAM的一個符號的差錯概率為：
(2)
(2)式中，可以明顯得出，電平數(shù)
與
的數(shù)值具有一一對應(yīng)的關(guān)系，所以只要判斷出的數(shù)值就可以確定所需要的電平數(shù).
3. 評估信噪比的算法
對于給定調(diào)制方式信號的信噪比估計(jì)，可以分為恒包絡(luò)和非恒包絡(luò)兩大類。對于非恒包絡(luò)信號的信噪比估計(jì)，已經(jīng)有了一些方法：雙正交通道信道估計(jì)方法[12]就是一種在高速移動環(huán)境下有效的信道估計(jì)方式。利用信號自相關(guān)矩陣的奇異值分解進(jìn)行盲估計(jì)的方法[13]則適用于調(diào)制方式未知或不斷變化的系統(tǒng)之中，下面將這種介紹和研究這兩種方法，分析其原理與與缺點(diǎn)。
3.1 基于自相關(guān)矩陣奇異值分解的信噪比估計(jì)算法：
�。�1）由接收信號
估計(jì)相關(guān)函數(shù)序列
，估計(jì)公式表如下：
(3)
影響自相關(guān)矩陣及其奇異值表述信號的分辨率，選擇合適的值是很重要的。選擇過小，構(gòu)造的自相關(guān)矩陣失真大，影響信噪比估計(jì)；選擇過大，又增加不必要的計(jì)算量。
�。�2）由構(gòu)造自相關(guān)矩陣
，如下式所示:
(4)
(3) 計(jì)算的奇異值分解，得到奇異值序列
(4)確定信號子空間維數(shù)
和含噪信號空間維數(shù)
。
（5）調(diào)制信號信噪比由下式計(jì)算得到：
(6)
該算法在信號觀察長度較大時，對不同的調(diào)制方式和滾降系數(shù)都有較好的數(shù)值穩(wěn)定性和估值準(zhǔn)確度，特別適用于調(diào)制識別和變速率調(diào)制等調(diào)制方式未知或變化的場合，是一種有效的實(shí)際算法。
3.2 雙正交通道信道估計(jì)方法
這種信道估計(jì)方法通過利用經(jīng)歷相同衰落的兩個獨(dú)立信道的聯(lián)合估計(jì)來給出衰落信道下的參數(shù)估計(jì)值.這種估計(jì)方法不需要導(dǎo)頻信息,而且受快衰落的影響較小,能夠有效的克服深衰落的影響,而且可以應(yīng)用更高維的調(diào)制方式.
正交通道信道估計(jì)算法系統(tǒng)的信道估計(jì)不需要導(dǎo)頻信息，而且由于是靠兩個通道進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，所以受各種深衰落的影響較小（因?yàn)閮蓚�通道經(jīng)歷相同的衰落，信號的提取只與信噪比有關(guān)而受信道的衰落影響較�。�，而且，由于估計(jì)的相位精度很高，所以可以利用高階的調(diào)制方式。
文章[12]對此雙正交通道信道估計(jì)方法進(jìn)行了仿真，從其仿真的結(jié)果中可以看出，雙正交通道信道估計(jì)方法在高速移動的環(huán)境中對系統(tǒng)性能的改善是極為有效的，并且對于深衰落造成的幅度衰落和相位偏移的影響也很小，也就是說利用此種信道估計(jì)方法，系統(tǒng)的性能不在受移動臺移動速度快慢的制約。科技論文。因此這是一種適用于高數(shù)據(jù)速率，高速移動環(huán)境的一種極為有效的信道估計(jì)方式。
這種信道估計(jì)方法雖然有如此大的優(yōu)點(diǎn)，但是必須有一個重要的前提，那就是需要兩個獨(dú)立的傳輸通道。因?yàn)殡p正交通道信道估計(jì)算法需要兩個獨(dú)立的信道來傳輸兩個發(fā)送信號，而且要求這兩個信號要經(jīng)歷相同的信道衰落和加性噪聲干擾，所以傳統(tǒng)的頻分方式、時分方式都很難滿足這種信道估計(jì)方式要求，只有應(yīng)用現(xiàn)有的碼分方式�？萍颊撐摹１娝苤�，在IS-95和IS-2000中，對于每一個用戶而言，I、Q兩路信號分別用兩個PN碼去擴(kuò)頻，因而只需簡單的改變一下傳送的信號形式，即在這兩路正交信道中，不再只是傳送I、Q信號而是傳送如前所述的I、Q的組合信號，即雙正交通道信號形式，在接收端通過這兩個雙通道的聯(lián)合解調(diào)可以有效的克服深衰落的影響，恢復(fù)發(fā)送的信號。
5.總 結(jié)
VR-QAM是一種高頻帶利用率的調(diào)制技術(shù)，對高容量、高速率傳輸?shù)牡谌苿油ㄐ畔到y(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，VR-QAM調(diào)制也是以犧牲其抗干擾性能來獲取其高頻帶利用率的，這使VR-QAM信號在惡劣的無線信道中應(yīng)用時傳輸質(zhì)量大大下降。另外，VR-QAM是一種非恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，其抗非線性失真性能較差，故也限制其在移動通信中的應(yīng)用。但是，通過制定一種優(yōu)化的變速率QAM調(diào)制方案，我們便可以保證在一定的傳輸質(zhì)量，即一定的誤碼率條件下，充分地利用其高頻帶利用率的特點(diǎn)，以便有效地將這種技術(shù)應(yīng)用到移動通信系統(tǒng)中。
參考文獻(xiàn)
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