基于DCT的OFDM-NMSK /NQMSK系统及其性能分析 (2010年)

提出了一类基于离散余弦变换( DCT)的正交频分复用( OFDM)-N重最小频移键控( NMSK) /N重正交最小 频移键控系统( NQMSK) 。该类系统将 NMSK调制方式与基于 DCT的 OFDM多载波技术结合在一起,尽管系统频 谱利用率有所降低,但却有效改善了系统带外衰减并减弱载波频率偏移所引起的性能恶化。理论分析和仿真结果 表明,无论是在加性高斯白噪信道下还是在瑞利衰落信道下,考虑到载波频率偏移等因素的影响,该类系统都展示 了其优越性能。 ### 基于DCT的OFDM-NMSK/NQMSK系统及其性能分析 #### 概述 本文介绍了一种新型的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）系统——基于离散余弦变换（Discrete Cosine Transform, DCT）的OFDM-N重最小频移键控（N-Minimum Shift Keying, NMSK）/N重正交最小频移键控（N-Quadrature Minimum Shift Keying, NQMSK）。该系统通过结合NMSK调制技术和基于DCT的OFDM多载波技术，在一定程度上牺牲了频谱利用率，但显著提高了系统的带外衰减能力，并有效地减轻了载波频率偏移（Carrier Frequency Offset, CFO）对系统性能的影响。 #### 技术背景 传统的基于离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform, DFT）的OFDM技术已经在无线通信领域得到了广泛的应用，如IEEE 802.11a/g/n标准和全球微波互联接入（WiMAX）等。然而，随着通信需求的不断增长和技术的发展，人们对OFDM技术提出了更高的要求。DCT-OFDM作为一种新兴的多载波技术，相较于DFT-OFDM，在CFO存在的情况下展现出更强的抗载波间干扰（Inter-Carrier Interference, ICI）的能力。 #### DCT-OFDM-NMSK/NQMSK系统原理 **1. DCT-OFDM的基本原理** DCT-OFDM的基本思想是利用DCT进行数据的变换和传输，相比于DFT-OFDM，它能够在CFO存在的情况下提供更好的ICI抑制效果。这是因为DCT具有一种天然的实部对称特性，使得在CFO的存在下，DCT-OFDM信号能够保持较好的正交性，从而减少ICI的影响。 **2. NMSK和NQMSK调制** NMSK是一种改进型的最小频移键控调制方式，而NQMSK则是NMSK的正交版本。这两种调制方式均具有较低的频谱旁瓣，可以有效减少邻近信道之间的干扰。当这些调制方式与DCT-OFDM相结合时，不仅可以提高系统的频谱效率，还能进一步改善系统的抗干扰能力和鲁棒性。 #### 系统性能分析 **1. 带外衰减改善** 由于NMSK和NQMSK调制本身的特点，即较低的旁瓣电平，与DCT-OFDM技术结合后，能够显著提高系统的带外衰减能力。这意味着该系统能够更有效地避免对邻近信道的干扰，这对于频谱资源紧张的无线通信环境尤为重要。 **2. 减弱CFO影响** DCT-OFDM技术本身在CFO存在的情况下就表现出较强的抗ICI能力。结合NMSK/NQMSK调制后，即使在存在较大CFO的情况下，系统也能保持良好的性能。这是因为NMSK/NQMSK的低旁瓣特性有助于进一步抑制ICI。 **3. 在不同信道条件下的表现** 无论是加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise, AWGN）信道还是瑞利衰落信道条件下，该系统都能够展示出优越的性能。特别是在考虑CFO的影响时，DCT-OFDM-NMSK/NQMSK系统相较于传统OFDM系统显示出更为稳定的误码率表现。 #### 结论 基于DCT的OFDM-NMSK/NQMSK系统不仅在理论上展示了优异的性能，在实际应用中也具有很大的潜力。通过结合NMSK/NQMSK调制和DCT-OFDM技术，该系统在提高带外衰减、减轻CFO对性能的影响等方面具有明显优势，为未来的无线通信系统设计提供了新的思路和方向。