BPSK/QPSK调制方式下的STC-OFDM系统性能

张志斌， 陈 红

（西南交通大学 信息编码与传输四川省重点实验室，四川 成都 610031）

0 引言

当前，全球移动通信行业的竞争极为激烈，为了维持在移动通信行业中的竞争力和主导地位，3GPP组织启动了长期演进计划（LTE）以实现3G技术向B3G和4G的平滑过渡。LTE系统的技术基础和主要特点是MIMO-OFDM技术，而空时编码（STC）是 MIMO的核心技术，因此有人就提出了STC-OFDM系统这一概念[1]。

在 OFDM系统中采用BPSK和QPSK调制的误码率BER性能是相同的[2]，然而在STC-OFDM 系统中采用不同的调制方式，误码率性能会有所不同。文献[3]对BPSK调制在STC-OFDM系统中的误码率性能进行了理论分析和仿真，文献[4]对4QAM调制在STC-OFDM系统中的误码率性能进行了仿真，文献[5]分析MPSK调制方式在STC-OFDM系统中的误码率性能。

1 系统模型

STC-OFDM 系统的发送端和接收端框图分别如图 1和图2所示，天线采用两发一收。在发送端，把经过调制后的符号以两个为一组送入空时编码模块进行空时编码。空时编码之后产生两路信号并分别进行OFDM调制，最后把这两路信号分别从天线1和天线2上发射出去。在接收端，接收到的信号先进行OFDM解调，然后进行空时译码并把译码后的数据进行解调得到原始信号。

图1 系统发送端

图2 系统接收端

1.1 发送端信号处理

如图1所示，在发送端，信源数据经过调制映射并通过串并变换之后得到符号向量 X ( n)，再进行空时编码得到X1(n)和 X2(n)：

X1(n)和 X2(n)经过OFDM调制之后分别从天线1和天线2上发射出去。假设 Xe(n)和Xo(n)分别代表偶数符号向量和奇数符号向量，也就是符号向量 X ( n)的奇数部分和偶数部分，表示如下：

依此类推，X1,e(n)和 X1,o(n)分别表示 X1(n)的偶数部分和奇数部分； X2,e(n)和 X2,o(n)分别表示 X2(n)的偶数部分和奇数部分。因此，公式(1)和式(2)又可以表示如下：

1.2 接收端信号处理

如图2所示,假设发射天线1和天线2到接收天线的信道冲激响应分别为h（1n）和h（2n），对其进行DFT变换得到H1(n)和 H2(n)。因此，接收端经过 OFDM 解调之后的信

根据式(5)和式(6)，可把上两式变换如下：

假设信道估计是理想的，则发送向量可以估计如下：

把式(10)和式(11)分别代入式(12)、(13)并进一步推算可得：

最后对eX 和oX 进行解映射即可恢复信源数据。

2 误码率分析

在理想的OFDM系统中，采用BPSK或QPSK调制方式，在瑞利衰落环境下OFDM系统的误码率为[2]：

这与BPSK和QPSK调制的误码率性能是相同的[2]。

其中，

3 仿真分析

仿真系统采用Alamouti方案的空时编码[6]，信道为6径的瑞利衰落信道，抽样间隔为20 ns，天线采用两发一收的方案。在仿真过程中，假定每一根发射天线到接收天线的衰落都是相互独立的，并且采用理想的信道估计。BPSK和QPSK两种调制方式分别在OFDM系统和STC-OFDM系统中的误码率性能如图3所示。从图中分析可知，采用空时编码技术的STC-OFDM系统的BER性能明显优于OFDM系统，即在原有的 OFDM 系统基础上增加空时编码技术以实现空间分集，可以有效对抗多径信道衰落，而且随着信道条件的变好，这种性能优势逐渐增大。另外，对于OFDM系统，BPSK和QPSK两种调制方式的误码率性能是一样的，与单独 BPSK和QPSK调制的性能是相同的。而在采用空时编码的OFDM系统中，两种调制方式的BER性能却出现的差异，BPSK调制的误码率性能优于QPSK约3 dB。因此在STC-OFDM系统中，当采用自适应调制方案时，在信道条件差的情况下应该考虑BPSK调制，这样将进一步提高系统的总体性能。

图3 OFDM和STC-OFDM系统的性能比较

4 结语

将空时编码和OFDM结合而形成的空时OFDM技术将为B3G及4G宽带移动通信的无线传输找到一种可行的解决方案。本文研究了 BPSK和 QPSK两种调制方式分别在OFDM系统和STC-OFDM系统中的误码率性能。分析表明STC-OFDM 系统通过空间分集，可以更有效地对抗多径衰落，而且随着信道条件的变好，这种性能优势逐渐增大。另外，在 STC-OFDM 系统中 BPSK调制的误码率性能优于QPSK约3 dB，因此在采用自适应调制方案时应加以考虑。

[1] Agrawal D, Tarokh V，Naguib A, et al. Space-time Coded OFDM for High Data-rate Wireless Communication over Wideband Channels[C]// IEEE Vehicular Technology Conference.USA:IEEE,1998: 2232-2236.

[2] Hiroshi H, Ramjee P. Simulation and Software Radio for Mobile Communications[M].USA: Artech House Press,2002:173-174.

[3] Lima G C, Souza R D, Mendes. Design Simulation and Hardware Implementation of A Digital Television System STC-OFDM and Channel Estimation[C]//Spread Spectrum Techniques and Applications, 2006 IEEE Ninth International Symposium. Manaus,Amazon:IEEE,2006:198-202.

[4] Lee K F, Douglas B W. A Space-time Coded Transmitter Diversity Technique for Frequency Selective Fading Channels[C]// IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop.Cambridge:IEEE,2000:149-152.

[5] Sun Yong, Xiong Zixiang.Progressive Image Transmission over Space-Time Coded OFDM-Based MIMO Systems with Adaptive Modulation[J].IEEE Transactions on Mobile Computing, 2006,5(08):1016-1028.

[6] Alamouti S M.A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communication[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communication,1998,16(08):1451-1458.