臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要探討正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplex)技術應用在無線寬頻傳輸環境下，面對多重路徑衰落通道，其位元錯誤率（Bit error rate）之表現。在無線傳輸中使用正交相位調變在經由多重路徑衰落通道後，接收端通常顯現出非正交信號，同時信號也承受頻率選擇性衰落通道(frequency-selective fading channel)之效應。雖然OFDM對頻率選擇性衰落具有補償特性，然而本論文將對如何改善次載波間頻譜重疊（Inter-subcarrier Interference,ISCI）的問題進行各種不同次載波數目和符元取樣率之模擬分析，並且採用不同滾邊係數(rol1-off factor)之平方根升餘弦濾波器(Root Raised Cosine Filter)設計。在系統設計和通道模擬的方式上，本論文則使用ADS通訊模擬軟體來進行各種條件下位元錯誤率表現之數值分析工作。

The performance of OFDM in wireless wideband communication system has been investigated in this project, in terms of bit error rate, through multipath fading channel. However, in wireless data communication systems, orthogonal phase modulation schemes are selected, whereas a loss of orthogonality due to the multipath fading channel, which leads to the transmitted signal bears the effect of frequency-selective fading channel. Although OFDM is a widely recognized method for combating the effect of frequency-selective fading, this paper also evaluates the performance using various number of subcarriers and symbol sampling rate to suppress the inter-subcarrier interference. Design of various roll-off factor of root raised cosine filter is also used. Both system designs and implementation of channel modeling were realized by using ADS system simulation tool for inter-subcarrier interference analysis, with specific orthogonality constraints.

目 錄
第一章 簡介 1
第二章 介紹無線傳輸通道和OFDM系統模型 4
2-1 無線傳輸通道簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．4
2-2 無線傳輸通道之統計模型．．．．．．．．．．．．．．．4
2-2.1 Rayleigh Fading訊號．．．．．．．．．．．．．．．6
2-2.2 Rician Fading訊號．．．．．．．．．．．．．．11
2-2.3 log-normal Fading訊號．．．．．．．．．．．．．14
2-2.4 可加性高斯白雜訊（AWGN）．．．．．．．．．．．．．17
2-3 OFDM傳輸技術簡介．．．．．．．．．．．．17
2-4 OFDM調變及解調系統模型．．．．．．．．．．．．．19
第三章 OFDM系統在時變之多重路徑通道 21
3-1 OFDM系統在時變之多重路徑通道簡介．．．．．．21
3-2 多重路徑通道之產生 ．．．．．．．．．．．．．．．．21
3-3 軟體模擬多重路徑通道模式之特性．．．．．．．．．24
3-4 OFDM系統在時變之多重路徑通道之系統模型．．30
3-5 軟體模擬OFDM系統在時變多重路徑通道之特性30
第四章 系統模擬 35
4-1 信號雜訊比量測理論．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4-2 QPSK-OFDM位元錯誤率量測．．．．．．．．．．．． 35
4-3 軟體模擬QPSK-OFDM位元錯誤率量測．．．．．．39
4-4 調整符元取樣點數對QPSK-OFDM效能之影響．．．43
4-5 信號干擾比量測理論．．．．．．．．．．．．．．．．．50
4-6 QPSK-OFDM在受到載波間干擾情況下之傳播模式51
4-7 軟體模擬QPSK-OFDM受到載波間干擾之信號雜訊
比量測．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
4-8 模擬結果之分析與整理．．．．．．．．．．．．．．60
第五章 結論 65
參考文獻 66
附錄 中英文字詞對照表 68
圖 表 目 錄
圖2.1 由已知功率頻譜密度來產生Rayleigh衰落分佈．．．．．．．6
圖2.2 Jakes模型，Rayleigh衰落模擬器．．．．．．．．．．．．．7
圖2.3 （a）Rayleigh衰落之封值訊號．．．．．．．．．．9
圖2.3 （b）Rayleigh衰落之機率密度函數．．．．．．．．9
圖2.4 （a）Rician衰落之封值訊號（K=7）．．．．．．．．12
圖2.4 （b）Rician衰落之機率密度函數（K=0、7、10）．． 12
圖2.5 （a）近似Gaussian衰弱之封值訊號（K=11）．．．．13
圖2.5 （b）近似Gaussian衰弱之機率密度函數（K=11）．．13
圖2.6 Rayleigh plus Log-normal衰弱之封值訊號．．．．．．．15
圖2.7 Rician plus Log-normal衰弱之封值訊號．．．．．．．．16
圖2.8 OFDM調變信號頻譜．．．．．．．．．．．．．．．．18
圖2.9 OFDM調變及解調系統模型．．．．．．．．．．．．．19
圖3.1 多重路徑衰落通道模擬器．．．．．．．．．．．．．．．22
圖3.2 模擬多重路徑衰落通道之模組．．．．．．．．．．．．．25
圖3.3 模擬之多重路徑衰落．．．．．．．．．．．．．．．．．26
圖3.4 多重路徑衰落通道之都卜勒頻譜( )．．．．．27
圖3.5 多重路徑衰落通道之都卜勒頻譜( )．．．．．28
圖3.6多重路徑衰落通道之都卜勒頻譜．．．．．．．．．29
圖3.7 QPSK-OFDM系統在時變之多重路徑通道之系統模型．．．．30
圖3.8 模擬QPSK-OFDM在多重路徑衰落通道之模組．．．．．．．31
圖3.9 QPSK-OFDM在滾邊係數(rol1-off factor) （上圖）及 （下圖）之頻譜圖．．．．．．．．．．．．．．32
圖3.10 平方根升餘弦濾波器之頻率響應．．．．．．．．．．．33
圖4.1 QPSK-OFDM系統在時變多重路徑通道之位元錯誤率量測．37
圖4.2 蒙第卡羅估測程序（Monte Carlo Estimation Procedure）．38
圖4.3 模擬QPSK-OFDM系統在時變多重路徑通道之位元錯誤率
量測．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
圖4.4 QPSK-OFDM系統在時變多重路徑通道之位元錯誤率及訊號雜
訊比圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
圖4.5 模擬QPSK-OFDM系統在AWGN通道之位元錯誤率量測．．．41
圖4.6 QPSK-OFDM系統在AWGN通道之位元錯誤率及訊號雜
訊比圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
圖4.7 QPSK-OFDM在滾邊係數(rol1-off factor) （上圖）及 （下圖）符元取樣(Sample per Symbol) 之頻譜圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44
圖4.8 QPSK-OFDM在滾邊係數(rol1-off factor) （上圖）及 （下圖）符元取樣(Sample per Symbol) 之頻譜圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
圖4.9 （a）符元取樣(Sample per Symbol)
（ ） ．．．．．．．．．．．．．46
圖4.9 （b）符元取樣(Sample per Symbol)
（ ） ．．．．．．．．．．．．．47
圖4.10 （a）符元取樣(Sample per Symbol) ．．．．．．．．48
圖4.10 （b）符元取樣(Sample per Symbol) ．．．．．．．49
圖4.11模擬QPSK-OFDM調變技術在載波間干擾下之系統方塊圖51
圖4.12模擬QPSK-OFDM受到載波間干擾之信號雜訊比量測系統模型52
圖4.13 （a）符元取樣(Sample per Symbol)
（ ） ．．．．．．．．．．．．．53
圖4.13 （b）符元取樣(Sample per Symbol)
（ ） ．．．．．．．．．．．．．54
圖4.14 ， ， （ ）．．．．55
圖4.15 ， ， （ ）．．．．56
圖4.16模擬QPSK-OFDM受到載波間干擾之信號雜訊比量測系統模型57
圖4.17 （a）符元取樣(Sample per Symbol) ．．．．．．．58
圖4.17 （b）符元取樣(Sample per Symbol) ．．．．．．59
圖4.18 QPSK-OFDM系統之位元錯誤率及訊號雜訊比圖．．．．．60
表4.1 The required SNR（dB） for BER=10-5 in each case．61
表4.2 The required SNR（dB） for BER=10-3 in each case．62
圖4.19 QPSK-OFDM系統之位元錯誤率及訊號雜訊比圖．．．．．63

參考文獻
[1] J.F. An , A.M. Turkmani and J.D. Parsons：“Implementation of a DSP-based frequency non-selective fading simulator” IEE 5th International Conference on Radio Receiver and Associated Systems , July 1990
[2] Jakes,W.C.,Jr.（Ed.）：“Microwave Mobile Communications” （Wiley,New York,1974）
[3] E. Lutz, et al.：“The Land Mobile Satellite Communication Channel-Recording, Statistics, and Channel Model”IEEE Trans. on Vehicular Tech., Vol.40, NO.2, May 1991
[4] Jeruchim,Balaban,Shanmugan：“Simulation of Communicati-
on System”（Plenum Press,New York,1992）
[5] 陳敏慧：“最大比值合併接收法應用於個人通訊之調變技術” 國立台灣海洋大學航運技術研究所碩士論文，民國八十四年
[6] 林俊男,蔡長安,翁萬德：“ OFDM-CDMA於行動通訊系統之效能分析” 國立雲林科技大學電機工程研究所，第十六屆全國技職教育研討會，民國九十年四月
[7] 翁義順,“GMSK信號在海洋無線通訊之效益評估” 國立台灣海洋大學航運技術研究所碩士論文，民國八十八年
[8] Lei Wan and V.K. Dubey：“Bit error probability of OFDM system over frequency nonselective fast Rayleigh fading channels”IEEE Electronics Letters, Vol.36, NO.15, July 2000
[9] Thomas Keller and Lajos Hanzo：“Adaptive Multicarrier Modulation：A Convenient Framework for Time-Frequency Processing in Wireless Communications”IEEE Proceedings, Vol.88, NO.5, May 2000
[10] CIMINI,L.J.：“Analysis and simulation of a digital mobile channel using orthogonal frequency division multiplexing
”IEEE Trans. Commun.,1985,COM-33,（7）,pp.665-675
[11] PROAKIS,J.G.：“Digital Communications”（McGraw-Hill,
New York,1995）,3rd edn.