论文总字数：22710字

摘 要

本文主要对相位噪声信道下优化星座图设计进行了研究，设计了一种基于正交幅度调制（QAM）的灵活的后向兼容的调制方案，能够很好地抑制相位噪声影响。

本文首先介绍了抑制相位噪声的三大类算法，介绍了相位噪声的概念，包括相位噪声的表征方法、来源以及影响，并分析了相位噪声对QAM的影响。相位噪声会对于星座图中的星座点造成随机旋转，外围的星座点相对于中心部分的星座点受到的影响更为明显，提高了误符号率、降低了系统性能。本文还介绍了一些是对星座图进行重新设计和优化的研究。

最后基于之前的分析，本文着重介绍了一种基于正交幅度调制（QAM）的灵活的后向兼容的调制方案。首先分析计算了星座图中任意两点的“混淆度”信息并据此设置门限移除QAM星座图中的部分星座点，设计了新的调制方案 。与传统QAM调制方案相比，本文设计的调制方案能够有效抑制相位噪声的影响，并可以根据信道的状况灵活地改变，使得在信道状况改变时系统的误符号率也可以满足要求。

关键词：QAM，相位噪声,星座图设计

FLEXIBLE BACKWARD-COMPATIBLE MODULATION DESIGN FOR WIRELESS CHANNELS WITH PHASE NOISE

Abstract

In this thesis, the optimization of constellation design under phase noise channel was investigated and a new flexible backward-compatible modulation design for wireless channels with phase noise is proposed.

This thesis introduces three categories of algorithm for mitigating phase noise and also introduces the concept of phase noise, the representation of phase noise and the origin and influence of phase noise, especially the influence on QAM. The constellation points rotate randomly under the influence of phase noise and the constellation points on the periphery is affected more significantly. Some constellation designs for phase noise channel are also introduced.

Finally, based on previous analysis, this thesis focuses on a flexible backward-compatible modulation design for wireless channels with phase noise. In this thesis, "confusion degree" between two points in the constellation is calculate. According to that, we set the threshold to remove part of the QAM constellation points and design a new modulation scheme. Compared with the traditional QAM modulation scheme, the flexible backward-compatible modulation can effectively mitigate the influence of phase noise, and can be changed flexibly according to the channel condition, so that the system can still meet the requirements when channel conditions change.

KEY WORDS: QAM, phase noise, constellation design

目录

摘要 I

Abstrat I

目录 II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.3 本文安排 2

第二章 相位噪声和QAM 3

2.1 相位噪声的来源、表示与影响 3

2.1.1相位噪声的来源 3

2.1.2相位噪声的表示与影响 3

2.1.2.1相位噪声的频域表示 3

2.1.2.2相位噪声的时域表示 5

2.2 QAM以及相位噪声对于QAM的影响 6

2.2.1 M进制QAM 6

2.2.2 相位噪声对QAM的影响 7

2.3本章小结 8

第三章 基于星座图的抑制算法 9

3.1螺旋形QAM星座图 9

3.2一种圆形信号星座图设计 10

3.3 改进的5圈圆形星座图 11

3.4 SA星座图设计算法 13

3.5 数值全局搜索算法 14

3.6本章小结 16

第四章 基于常用QAM的灵活调制方案设计 18

4.1相位噪声模型 18

4.2得到星座图中各点的“混淆程度”信息 18

4.2.1利用KL方差计算“混淆程度”信息 18

4.2.2 利用似然函数计算“混淆程度”信息 19

4.3最优的移除路径 20

4.3.1 greedy算法 20

4.3.2 自由算法A 20

4.3.3 自由算法B 21

4.4解调 23

4.5星座图的性能比较 24

4.5.1 本文设计与M-QAM的比较 24

4.5.2 不同相位噪声条件下的设计方案比较 26

4.6本章小结 29

第一章 总结与展望 30

致谢 31

参考文献 32

第一章 绪论

1.1 研究背景

1880年亚历山大·格拉汉姆·贝尔及查尔斯·萨姆纳·天特用自己发明的光电话完成了第一次无线对话，彼时还没有设备提供电力。而几十年后的1878年，戴维·E·休斯已经利用发射器可以传送无线电达数百米远。到1901年马可尼使得无线电达到实用阶段，再到如今第四代无线通信系统的投入使用、实现数据的高速传输，无线通信大大改善了人们的生活方式、对人类发展产生了重要的影响。

在无线通信的发展中，系统容量和信息传输速率不断增加，业务质量不断提高，以满足人们日益增加的信息传输和各种业务需求。为了充分利用稀缺的频谱资源，各种有利于提升频谱利用率的技术被提出，比如高阶正交幅度调制(QAM)等。

但是硬件损伤可能对于数字通信系统的性能有巨大的影响，使得信息传输在误码率和吞吐量等方面损失惨重。比如系统中普遍存在的相位噪声，会使得误码率升高、通信系统性能大大降低。

1.2 研究现状

考虑到相位噪声对系统的影响，国内外已有众多研究对其进行分析，并提出大量抑制相位噪声的算法，可以大致分为三大类[21]。

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