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頻譜效率(spectral efficiency)的定義為資料傳輸率(data transmission rate)

對通道頻寬(channel bandwidth)的比值,具較高的頻譜效率之調變方法(spectrally efficient modulation scheme),意指在固定的頻寬下有較高的傳輸資料量,更具體來 說,有較高頻譜效率之調變方式就是能有效率的利用訊號空間維度(signal space dimensions)的調變方式,更有效率的來使用可用的訊號維度來增加傳輸的資料 量,就具有較高的頻譜效率。

頻譜效率主要受兩個因素影響:第一,用來載送訊號的資料成形脈波(data shaping pulse);第二,對訊號空間維度的使用情況,例如因為使用餘弦波

(cosinusoidal pulse)作為資料成形脈波,使最小頻鍵移(minimum shift keying, MSK)調變比四位元相位鍵移(quadrature phase shift keying, QPSK)調變有較高 的頻譜效率;而因為較有效率的利用訊號空間維度,所以四位元相位鍵移調變比 二位元相位鍵移(binary phase shift keying, BPSK)調變有較高的頻譜效率。

為了達到更高的頻譜效率,在[1]中由 Saha 和 Birdsall 首先提出一種新的調變 方式稱為正交-正交相位鍵移調變(quadrature-quadrature phase shift keying, Q2PSK)

訊號,在此篇論文中我們稱此調變訊號為 SB-Q2PSK,此調變訊號是由兩個互相獨 立的四位元相位鍵移訊號,分別乘上相互正交的資料成形脈波,並載在相同的載 波頻率上,所構成一個訊號空間維度為四的一種調變訊號,所建構出的四維訊號 空 間 中 , 有 兩 個 維 度 來 自 於 四 位 元 相 位 鍵 移 訊 號 中 的 正 交 成 份 ( quadrature component)和同相成份(in-phase component),另外兩個則來自於彼此正交的資 料成形脈波,所以使得它比四位元相位鍵移訊號有較高的頻譜效率,也就是說在 幾乎相同的頻寬和符元區間(symbol duration)的乘積下,它的資料傳輸率是四位 元相位鍵移的兩倍。

雖然這兩個互相獨立的四位元相位鍵移訊號彼此重疊在一起,但因為分別乘 上的資料成形脈波彼此正交的特性,使得在理想的加成性白高斯雜訊(additive white Gaussian noise, AWGN)通道下具有和傳統四位元相位鍵移訊號一樣的位元 錯誤率,但是正交-正交相位鍵移調變訊號的振幅不再是固定的,使得在通過非線

性放大器時,系統效能較差,然而在論文[1]中有提到可以利用一個簡單的編碼方 式,讓 SB-Q2PSK 訊號能保持固定振幅的特性,但同時卻也損失了一些資訊傳輸 率(information transmission rate),造成頻譜效率下降。

正交-正交相位鍵移訊號是一種有較佳頻譜效率的調變方式,之後陸續有許多 集的頻譜(higher spectral compactness),所以使得它的頻譜效率更高。根據論文[11]

中提到,當我們考慮差分正交-正交相位鍵移訊號(differential quadrature-quadrature phase shift keying, DQ2PSK)時,利用[2]中所提的資料成形脈波,比利用傳統正交 -正交相位鍵移中的脈波,有較好的頻譜效率,而且當我們考慮訊號通過多重路徑 衰減通道時,CL- DQ2PSK 也具有較佳的位元錯誤率。

為了得到更高的頻譜效率,我們在這篇論文中新提出一種適用於正交-正交相 位鍵移訊號中的資料成形脈波,並且讓此訊號中的正交成份和同相成份有一個一 半符元時間(symbol time)的延遲,利用此時間延遲來降低訊號的峰值對平均功 率比(peak-to-average power ratio, PAPR),藉由如此的訊號設計,提出了一種新的 正交-正交相位鍵移調變訊號,在論文中把它稱為偏移正交-正交相位鍵移(offset quadrature-quadrature phase shift keying, OQ2PSK)調變訊號。在論文中將就我們所 提出的偏移正交-正交相位鍵移訊號針對頻帶外功率比例(fractional out-of-band power)以及峰值對平均功率比來和 SB-Q2PSK 還有 CL-Q2PSK 來互相比較,之後 會就偏移正交-正交相位鍵移調變訊號在理想的加成性白高斯雜訊通道下,還有通 過多重路徑雷力衰減通道(multipath Rayleigh fading channel)的情形下去分析錯誤 率,偏移正交-正交相位鍵移調變訊號在多重路徑衰減通道的影響下會造成碼際戶 擾(inter-symbol interference, ISI)和相互碼際戶擾(cross-symbol interference, CSI)

進而影響系統的效能也在這篇論文中一併討論。

這篇論文的架構如下:第一章為緒論;第二章將介紹正交-正交相位鍵移訊號 的訊號數學模型,並去比較 SB-Q2PSK 和 CL-Q2PSK 他們的資料成形脈波和頻譜

上的特性;第三章將介紹我們所提出的偏移正交-正交相位鍵移調變訊號,針對所 提出的訊號模型以及頻譜上的特性去做一些分析和討論,並與 SB-Q2PSK 和 CL-Q2PSK 訊號相互比較;第四章將探討偏移正交-正交相位鍵移調變訊號在經過 加成性白高斯雜訊通道和多重路徑雷力衰減通道下的位元錯誤率;第五章為結論。

符號定義:

在這篇論文中我們所使用的數學符號定義如下,表示所有的非負整數所形 成 的 集 合 ;  表 示 所 有 的 正 整 數 所 形 成 的 集 合 ;+ K∈   表 示 一 個, K

{

0,1, 2, , -1K

}

所形成的有限集合,且 0

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