OFDM-CPM通信系統(tǒng)的設計與分析

正交頻分復用技術(OFDM)是一種多載波調(diào)制(MCM)技術，它一方面具有較高的信道利用率，另一方面可以降低符號間(ISI)干擾，具有較好的抗多徑衰落能力。該技術已在數(shù)字聲音廣播、無線局域網(wǎng)和高速無線多媒體等方面得到應用。連續(xù)相位調(diào)制(CPM)中信息數(shù)據(jù)包含在瞬時載波相位上，由于平滑相位轉移和恒定包絡的特點，該信號不僅具有很好的頻譜特性和較低的帶外功率,也允許在信道中使用非線性放大器。應用OFDM和CPM相結合的技術，會得到高信道利用率、抗多徑、較低帶外功率和誤碼率等多方面的優(yōu)良性能。另外，為對抗信道噪聲，在通信系統(tǒng)中使用糾錯碼是必要的，本系統(tǒng)引入了通信中常用的(2，1，7)卷積碼。

1 OFDM-CPM系統(tǒng)發(fā)射機設計
OFDM-CPM信號結構如圖1，時間間隔為Tb的比特序列bi，i=0，1，2，3，…，轉換為Nbit一組的數(shù)據(jù)塊，用αk,p表示。在這里，k=1，2，3，…，表示第k個數(shù)據(jù)塊；p=0，1，2，…，N-1，表示每個數(shù)據(jù)塊中第p個子載波；N為子載波數(shù)。αk,p定義如下

CPM映射器的定義如下

h為調(diào)制指數(shù)，決定CPM映射器的類型。參數(shù)φ表示初相位，為了簡化并不失一般性，φ可賦值為O。由上可知，(1)θk,p不僅與當前的數(shù)據(jù)相關而且與所有以前的數(shù)據(jù)相關；(2)相位θ,p連續(xù)變化；(3)無論θk,p為何值，最終的復數(shù)符號ck,p都處于一個單位圓上。經(jīng)CPM映射器的數(shù)據(jù)送入IFFT處理器，然后經(jīng)過加循環(huán)前綴、并串轉換、數(shù)字上變頻、DAC，最終經(jīng)天線發(fā)射出去。該過程的數(shù)學表示如下

T=NTb是OFDM符號間隔；TK是保護間隔。當L=1序列是全響應，當(L>1)序列是部分響應。全響應中，輸入數(shù)據(jù)流僅影響當前符號間隔內(nèi)的相位。部分響應中，還將影響隨后L個符號的相位。改變h、L的值可獲得不同子類的OFDM-CPM信號。本文只討論全響應的特性。

2 OFDM-CPM系統(tǒng)接收機設計
天線接收到OFDM-CPM調(diào)制信號進行ADC、數(shù)字下變頻、串并轉換、去循環(huán)前綴處理，此處假設OFDM-CPM信號理想同步。文獻中給出了OF-DM-CPM信號的最優(yōu)化接收機，觀測接收到的N個符號以得到第一個符號的最優(yōu)化估計。但該算法的復雜度高，不利于工程實現(xiàn)。OFDM-CPM信號的調(diào)制采用了。IFFT，IFFT及其逆運算FFT實現(xiàn)簡單且已成熟，所以本方案接收機采用“FFT+CPM解映射”結構。CPM信號符號間相位連續(xù)具有記憶性，最佳檢測可根據(jù)接收的連續(xù)信號觀測序列來判決。Viterbi算法是一種順序網(wǎng)絡搜索算法，可用來執(zhí)行最大似然(ML)序列檢測，本文用它來實現(xiàn)CPM信號的解調(diào)。