王學(xué)斌，李會(huì)勇，安 琦，何子述

(電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院，四川成都611731)

0 引言

隨著用戶(hù)激增、多媒體通信等飛速發(fā)展，無(wú)線頻譜資源逐漸緊張，由于具有較高的頻譜利用率和良好的性能，多電平正交幅度調(diào)制(M-QAM)逐漸受到重視，目前在3G或4G無(wú)線通信系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、數(shù)字視頻廣播(DVB)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用［1，2］。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了相位噪聲對(duì)單發(fā)單收系統(tǒng)性能的影響，隨著多電平正交幅度調(diào)制(M-QAM)的電平數(shù)M的增加，通信系統(tǒng)受相位噪聲影響就越嚴(yán)重，甚至可能導(dǎo)致誤碼率基底現(xiàn)象，僅靠提高信噪比(SNR)，系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)無(wú)法滿(mǎn)足要求［3］。

多天線通信技術(shù)的使用，尤其是近年來(lái)發(fā)展的收發(fā)多天線通信系統(tǒng)，能大幅度提高無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率、鏈路可靠性及干擾抑制等性能［3－5］。然而對(duì)于相位噪聲對(duì)多天線QAM系統(tǒng)性能影響目前沒(méi)有完善的資料，基于此原因，對(duì)相位噪聲對(duì)多天線高電平QAM系統(tǒng)性能影響進(jìn)行了理論分析及仿真驗(yàn)證，并給出了閉式誤差向量幅度(EVM)表達(dá)式。

1 相位噪聲對(duì)QAM系統(tǒng)影響數(shù)學(xué)模型

圖1為多天線QAM通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，發(fā)射端有M根天線，接收端N根天線。發(fā)射端各天線輸出的射頻信號(hào)相同，經(jīng)過(guò)空間傳播到達(dá)接收端，接收端各個(gè)通道的加性高斯白噪聲獨(dú)立同分布，接收端各個(gè)通道的相位噪聲獨(dú)立同分布，將各通道的輸出求和(求均值)得到輸出端信號(hào)。

圖1 多天線QAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

對(duì)碼元QAM調(diào)制后，即得第m根發(fā)射天線的基帶信號(hào)為:sm(t)= ［smi(t)，smq(t)］Τ，m=1，2，…，M。

經(jīng)過(guò)正交調(diào)制得到第m根發(fā)射端天線輸出:

上式中，T(t)=2[cos(ω0t)，sin(ω0t)]，對(duì)于接收端N根天線來(lái)說(shuō)，第n根天線接收到的信號(hào)為:

對(duì)接收端的vn(t)進(jìn)行I，Q正交解調(diào)，再進(jìn)行濾波，考慮相位噪聲αr～N( 0 ，)的影響，I，Q 正交解調(diào)函數(shù)為:

其中:

由于 αrn～ N( 0)，在 αrms＜＜1的假設(shè)下，有:

又因?yàn)閚rn(t)由信道噪聲nn(t)線性變換得到，所以nrn(t)還是高斯噪聲，它是零均值的，可得到它的自相關(guān)矩陣為:

式中，B為低通濾波器LPF的帶寬，N0為信道噪聲nn(t)的單邊功率譜密度。

在采樣時(shí)鐘同步的理想情況下，接收到的信號(hào)可表示為:

最后，N根天線接收到的信號(hào)總和為:

2 相位噪聲對(duì)QAM系統(tǒng)EVM影響分析

對(duì)于M發(fā)N收系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，誤差矢量函數(shù)可表示為:

另外考慮到信號(hào)、相位噪聲及高斯白噪聲互相獨(dú)立，所以:

3 仿真結(jié)果

單發(fā)單收系統(tǒng)，64QAM調(diào)制方式，相位噪聲均方差 αrms=0°，0.5°，1.5°，3°，信噪比為5 ～30 dB，以2 dB步進(jìn)，誤碼率曲線如圖2所示。從圖2可以看出，當(dāng)相位噪聲均方差為3°時(shí)，出現(xiàn)誤碼率基底現(xiàn)象，誤碼率在10－3以上，此時(shí)信噪比提高并不能改善誤碼率。

圖2 相噪對(duì)單發(fā)單收系統(tǒng)SER影響仿真

圖3和圖4分別是一發(fā)四收與四發(fā)四收64QAM系統(tǒng)受相位噪聲影響SER仿真結(jié)果圖，可以看出，接收端天線數(shù)量的增加改善了系統(tǒng)性能，在相位噪聲均方差為6°時(shí)，仍然會(huì)出現(xiàn)誤碼率基底現(xiàn)象。對(duì)比圖3與圖4可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)射端天線數(shù)量的增加能提高系統(tǒng)信噪比，卻并不能改善因相位噪聲帶來(lái)的性能下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)ITU-R降雨衰減的推測(cè)方法進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上提出了Ku頻段衛(wèi)星鏈路傳輸特性自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在后續(xù)工作中將對(duì)此設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，對(duì)Ku頻段衛(wèi)星鏈路傳輸特性進(jìn)行詳細(xì)分析，為地球站提供可靠依據(jù)。

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