η-μ阴影信道的NDA-EVM分析.pdf

微机网络与通信 1引言误差向量幅度（Error Vector Magnitude,EVM）是评估无线系统性能的重要指标，它描述了接收符号相对于理想星座符号点的分散范围1。与传统误码率（BER）等度量指标相比，EVM 可用较少的已知数据序列（数据辅助 EVM，DA-EVM），甚至未知数据序列（非数据辅助 EVM，NDA-EVM）进行估计，具有比 BER 更好的实时性和准确性，特别是在低信噪比下2。在现实的无线系统中，EVM 对非数据辅助的接收机更为常见，因此 NDA-EVM 作为一种新的性能度量正变得越来越流行。虽然已有研究使用 NDA-EVM 表征信道性能3-5，但大多数研究使用的信道模型是专有信道，现有文献没有提供广义衰落信道下NDA-EVM 的理论分析。最新提出的广义 浊-滋 阴影衰落信道比其他衰落信道模型（包括最知名的信道如 Nakagami-q（Hoyt）、Nakagami-m、Rayleigh 等）更好地匹配实验衰落统计数据6。通过量化 浊-滋 衰落信道下的 BER 或 DA-EVM，已制定出一个评估无线系统性能退化的基准7。2SISO 浊-滋 阴影信道模型的 MQAM无论 BER 还是 DA-EVM，都需要比较发送与接收符号之间的差异，而 NDA-EVM 的计算只需接收符号。另外 BER 或 DA-EVM 的估计依赖已知的数据序列（如导频或前同步码）8，已知数据序列之间的固定时间间隔导致信道性能的评估是非实时的，尤其在快速时变 浊-滋 信道场景中9-10，对 浊-滋衰落信道进行理论 NDA-EVM 分析，有助于部分填补这一空白。在此尝试推导衰落信道中 NDA-EVM 的 MQAM 信浊-滋 阴影信道的 NDA-EVM 分析*高乙文，林勇，郭俊杰，田玉洁，黄萱，谢佳欣，杨皓杰，李炜（重庆电子工程职业学院通信工程学院，重庆 401331）摘要:通过对衰落信道的非数据辅助误差矢量幅度（NDA-EVM）进行分析，利用多进制正交幅度调制（MQAM）信号的分布与 NDA-EVM 之间的关系，推导 浊-滋 衰落信道下 NDA-EVM 下界的表达式，并通过蒙特卡洛模拟对结果进行了分析比较。仿真结果表明，NDA-EVM 的 浊-滋 衰落下界取决于调制阶数、浊 和 滋 参数。推导出的 NDA-EVM 下界能有效地评估无线系统性能，尤其是在低信噪比情况下，推导值与理论值有较高的匹配性。关键词：非数据辅助的矢量误差幅度；衰落信道；下界DOI：10.3969/j.issn.1002-2279.2023.05.005中图分类号:TN929.5文献标识码:A文章编号：1002-2279（2023）05-0018-03NDA-EVM Analysis of 浊-滋 Shadow ChannelGAO Yiwen,LIN Yong,GUO Junjie,TIAN Yujie,HUANG Xuan,XIE Jiaxin,YANG Haojie,LI Wei(School of Communication Engineering,Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China)Abstract:By analyzing the nondata-aided error vector magnitude(NDA-EVM)of fading channels,andusing the relationship between the distribution of M-ary quadrature amplitude modulation(MQAM)signalsand NDA-EVM,the expression of the lower bound of NDA-EVM in 浊-滋 fading channels is derived,andthe results are analyzed and compared by Monte Carlo simulation.The simulation results show that thelower bound of NDA-EVM 浊-滋 fading depends on the modulation order and the parameters 浊 and 滋.Thederived NDA-EVM lower bound can effectively evaluate the performance of wireless systems,especially inthe case of low signal-to-noise ratio,and the derived value has a high matching with the theoretical value.Key words:Nondata-aided error vector magnitude;Fading channel;Lower bounds基金项目：重庆电子工程职业学院校级项目 2021“新型航空通信自适应传输技术研究”(XJZK202102)；重庆市教委科学技术研究项目“噪声环境下基于深度学习的智能语音识别研究”(KJQN201903115)作者简介：高乙文（1987），女，重庆市人，硕士，助教，主研方向：移动通信。收稿日期：2023-04-11*微处理机MICROPROCESSORS第 5 期2023 年 10 月No.5Oct.，20235 期号的表述式，并根据 浊-滋分布与 NDA-EVM 的关系，推导 浊-滋衰落信道中的 NDA-EVM 的下界。浊-滋阴影信道下的 MQAM 信号模型如下：式中，n 是均值为零、方差为滓n2的复高斯噪声。为了不失一般性，对 浊-滋阴影信道中的 MQAM 符号功率进行归一化。对于具有归一化包络的衰落信号 琢（0约琢约1）。浊-滋衰落信道功率 载=琢2的概率密度函数11可由下式表述：其中，h=11-浊2，H=浊1-浊2，滋=E2X2varX1+(Hh)2；I()表示第一类任意阶的 Bessel 函数；祝()是 Gamma 函数；x=EX是衰落功率的平均值。3NDA-EVM 表达式及其下界对于非数据辅助接收机，EVM 可以表示如下：其中，yi是第 i 个接收 MQAM 符号，x 赞i可以对来自接收符号星座图的第 i 个发射符号星座图使用最大似然估计来获得，对于阶数为 Mn=q(n)的 MQAM 符号，发射符号 Si为:其中，i,m=0,1,.k；k=q(n)姨-1；b 为归一化符号幅度，b=32(q(n)-1)姨。由于 MQAM 符号实部和虚部之间的独立性和对称性，仅考虑信号的实部，且接收符号功率被归一化为 P0=1，式(3)即可表示为：接收符号 yR的条件概率密度函数（PDF）为:其中，渍()为标准正态分布的 PDF。发射机符号的概率x 赞可以通过全概率定理来估计。由于所有调制符号以相等的概率传输，因此有：P(xR=Sj,R)=1/(1+k)，并且根据条件概率的定义，式(6)可表示为：Di,R是符号 Si,R的判决域，它由最大似然准则确定，而 浊-滋 衰落信道的 NDA-EVM 可由它通过每个瞬时 琢 的特定出现概率对 浊-滋 衰落信道的 NDA-EVM 进行加权，然后通过在整个瞬时 琢 范围内对其进行积分来对其进行平均。将(2)和(7)代入(5)，经过化简可得到 浊-滋 衰落信道中的 NDA-EVM 的下限：使用以下恒等式12：通过设置最优 p=p*：其中 p沂(0,2s)，即可得到不同调制阶数的 MQAM 信号在 浊-滋 衰落信道 NDA-EVM 的各个下界。至此，NDA-EVM 表达式和 浊-滋 阴影信道下界已经导出。4仿真结果及分析对上述结果进行分析验证。采用蒙特卡罗方法模拟，在 浊-滋 衰落信道 MQAM 信号输出系统，即可通过大量接收符号在 浊-滋 阴影信道上得到 NDA-EVM。为不失一般性，设置接收符号功率为 P0=1。模拟得到不同调制阶数 M 下 浊-滋 衰落信道的NDA-EVM 下界，如图 1 所示。此处，浊=1，滋=1。用蒙特卡罗方法确定 p*=0.125 的最优下界。可见，下界随 M 的增大而减小。尽管 NDA-EVM 在公式(4)中被归一化，但它依赖于调制阶数 M，已在公式(10)中被验证。该下限与 NDA-EVM 正相关，即调制阶数越高，该下限越低，此现象也可从式(10)中观察到。其中 浊-滋 信道的 NDA-EVM 的下限与 M 成反比。值得注意，信噪比越低，NDA-EVM 在任意两个不同调制阶数下的差异界越大，这与 BER 有很大不同。不同 浊 的 QAM 信号的 NDA-EVM 下界与理论值性能（即放缩下限与不放缩下限）的比较如图 2 所示。可见，在低 SNR 时，下界更接近理论 NDA-EVM。yxn(1)(2)12122,1112222 2()()()hxxXhHxfxxeIxHx 2101 ()Niy ix iNq nP(3)(2)(2)iSik bjmk b(4)22R,RR,RRR,RR0()2()()(|)dkiiiiq nP xSySf yxSy(5)(6)R,RRR,R1()()iinnySf y|xS(9)1()11121101,d()t annnnntF a bb c xxe tbb c x tx t ta(10)122221220(1)1(20.5)1argminexp()0.5,;2;14(2)pppnkb kkpFkkkkSNRRR,R0RR,RRR,RR0()()()diRkjjikjjDf y|x=Sf y|x=Sf y|x=Sy(7)图 1不同调制阶数下 NDA-EVM 下界(8)122221220(1)1(20.5)1NDA-EVMexp()0.5,;2;14(2)SNRpnkb kkFkkkk 高乙文等：浊-滋 阴影信道的 NDA-EVM 分析窑19窑微处理机2023 年随着 SNR 的增加，下界与理论值之间的距离将保持不变。与较低调制阶数相比，较高调制阶数中的下限更接近于 浊-滋 信道的理论 NDA-EVM。当 滋 一定时，随着 浊 的增大，NDA-EVM 的下界也增大。当浊逸1，同相功率大于正交功率。因此 浊 越大，QAM信号衰落越严重，也导致 NDA-EVM 的下限增大。不同 滋 值的 QAM 信号的下限以及理论 NDA-EVM 的变化如图 3 所示。可观察到相同的效果，即较低的 SNR 使得下限更接近于匹配理论值。然而，与 浊 引起的下界变化不同，下界随着 滋 的减小而增大。此外，还观察到 滋 的微小变化导致下界的较大变化，这是与 浊 变化不同的另一个特征。5结束语以 NDA-EVM 作为一种新的无线通信系统性能指标，给出一种分析方法来研究 浊-滋 衰落信道下的 NDA-EVM。该方法不仅推导出了 浊-滋 衰落信道下 NDA-EVM 的下界，而且针对各种特殊情况进行了简化。此外，对该模型的下界也做了参数研究。仿真结果表明，该下限在低信噪比下与理论值吻合较好，且与调制阶数 酝、浊、滋 有关。特别地，信道参数对下限起更显著的影响。所得到的信道性能下界为信道性能提供了一个有效的基准，可为通信系统设计人员提供参考。参考文献：1YANG Fan,ZENG Xiaoping,JIAN Xin,et al.Nondata-aided error vector magnitude based adaptive modulationover rapidly time-varying channelsJ.Journal on 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