淺談OFDM系統(tǒng)的MPSK調(diào)制方案

【摘 要】OFDM即正交頻分復(fù)用技術(shù)，是MCM多載波調(diào)制的一種。在20世紀(jì)80年代，MCM獲得了突破性進(jìn)展。本文介紹一種新的MPSK調(diào)制方案。

【關(guān)鍵詞】OFDM系統(tǒng)；MCM；MPSK調(diào)制方案

一、引言

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCM（Multi-CarrierModulat

ion）多載波調(diào)制的一種。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)時(shí)傅立葉變換設(shè)備的復(fù)雜度、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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OFDM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過大量研究，在20世紀(jì)80年代，MCM獲得了突破性進(jìn)展。下面就是一種新的MPSK調(diào)制方案。

二、OFDM系統(tǒng)的MPSK調(diào)制方案

利用矩形MQAM方法只能實(shí)施步長(zhǎng)m=2的比特分配方法，而利用MPSK則可以傳輸任意比特?cái)?shù)量C∈{0，1，2，3，4，5}，分別對(duì)應(yīng)2PSK、4PSK、8PSK、16PSK以及32PSK。而且MPSK調(diào)制方法的另一個(gè)好處就是；該調(diào)制方案是等能量調(diào)制，即不會(huì)由于星座點(diǎn)的能量不等而為OFDM系統(tǒng)帶來峰均比（PAR）問題。但是其缺點(diǎn)也是顯而易見的，即性能不如QAM調(diào)制方法好，特別是當(dāng)M比較大的時(shí)候，但是如果把每個(gè)子載波的最大化比特?cái)?shù)量限制在4比特之內(nèi)，還是可以得到一定好處的。

1.單用戶條件下的性能仿真分析。下圖給出了衰落信道中每個(gè)子載波的比特分配情況，其中所使用的參數(shù)為：子載波個(gè)數(shù)N=128；總傳輸比特速率R=512。即平均每個(gè)子載波要傳輸4個(gè)比特；當(dāng)步長(zhǎng)m=1時(shí)，功率函數(shù)f（c）采用MPSK方法中的式子，當(dāng)步長(zhǎng)m=2時(shí)，功率函數(shù)f（c）采用矩形MQAM調(diào)制方法中的式子；誤碼率要求為Pe=10-4；并且假設(shè)Eσ■■=1。下圖（a）和（b）中分別給出步長(zhǎng)m=1和m=2時(shí)，給定總體傳輸速率的前提下的單用戶別特分配情況。從圖可以看出，無論步長(zhǎng)如何，當(dāng)子載波的信道增益大時(shí)，為該子載波所分配的比特?cái)?shù)量也會(huì)相應(yīng)增加。下圖中給出MQAM和MPSK兩種調(diào)制方法中，利用子載波的信道增益選擇最佳比特分配算法（OBA），以及采用傳統(tǒng)的等比特分配算法（EBA）情況中，給定誤碼率時(shí)，良種OFDM系統(tǒng)所需要的平均每比特信噪比。平均每比特信噪比的定義為：平均每比特信噪比=平均每比特發(fā)射功率/N0其中假設(shè)N0=1，表示平均噪聲功率。而平均每比特發(fā)射功率的定義為：平均每比特發(fā)射功率=整體發(fā)射（包括所有子載波以及所有用戶）/每OFDM符號(hào)內(nèi)包含的比特?cái)?shù)量。（下面四個(gè)波形圖均出自O(shè)FDM移動(dòng)通信技術(shù)原理與應(yīng)用）。

根據(jù)上述定義可以看到，由于N0以及每OFDM符號(hào)內(nèi)包含的比特?cái)?shù)量都是常數(shù)，所以可以得知，整體發(fā)射功率與平均每比特信噪比是成正比的。（下圖出自O(shè)FDM移動(dòng)通信技術(shù)原理與應(yīng)用）

2.小結(jié)。上圖仿真所采用的參數(shù)與上圖當(dāng)中的參數(shù)相同，分別采用步長(zhǎng)為2的矩形MQAM調(diào)制方法步長(zhǎng)為1的MPSK調(diào)制方法。從圖中可以看到，無論何種調(diào)制方法，在相同的誤碼率前提下，OBA方案所需要的平均每比特信噪比都要低于E

BA方案。而且在兩種比特分配方案中，MPSK調(diào)制所需要的平均每比特信噪比要比MQAM調(diào)制中所需要的平均信噪比多3～4個(gè)dB左右。單用戶情況中，只需要單個(gè)用戶分配可用的子載波即可，不存在多個(gè)用戶爭(zhēng)取用一個(gè)載波的情況。而在多用戶情況中，比特分配問題就會(huì)變得比較復(fù)雜。由于多用戶不能共享同意個(gè)子載波，因此為一個(gè)子載波分配比特實(shí)際上就意味著禁止其他的用戶再次使用該子載波。當(dāng)一個(gè)用戶所期望使用的子載波。由于這種子載波之間的相互聯(lián)系，就會(huì)似的greedy方法可能不在是最佳的。因此與單用戶條件相比，解決多用戶條件下的比特分配問題要復(fù)雜的多。這里限于篇幅，不再詳細(xì)討論。

參 考 文 獻(xiàn)

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