無線通信中的多載波調(diào)制_OFDM和FBMC

1、技術(shù)背景近幾年無線通信技術(shù)發(fā)展迅速，移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的逐漸融合。以多媒體業(yè)務(wù)為代表的移動互聯(lián)網(wǎng)開始步入人們的生活。人們對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越高，無線通信的發(fā)展面臨著一系列問題。目前的無線通信技術(shù)主要面臨兩個方面的挑戰(zhàn)： 頻譜資源緊張很多頻譜資源已被占用，且頻譜是無法再生的 頻譜利用效率低已授權(quán)頻段的使用率常常只有30%左右OFDM技術(shù)OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類無線通信系統(tǒng)，如WiMaX、LTE和LTE-A系統(tǒng)的下行鏈路。OFDM技術(shù)具有以下優(yōu)點： 頻譜效率高 對抗多徑衰落 抗碼間串繞能力強(qiáng) 實現(xiàn)復(fù)

2、雜度低OFDM技術(shù)但 OFDM 技術(shù)也存在很多不足之處，比如： 需要插入循環(huán)前綴以對抗多徑衰落，從而導(dǎo)致無線資源的浪費; 對載波頻偏的敏感性高，具有較高的峰均比; 另外，各子載波必須具有相同的帶寬，各子載波之間必須保持同步，各子載波之間必須保持正交等，限制了頻譜使用的靈活性； 此外，由于 OFDM技術(shù)采用了方波作為基帶波形，載波旁瓣較大，從而在各載波同步不能嚴(yán)格保證的情況下使得相鄰載波之間的干擾比較嚴(yán)重。FBMC技術(shù)由于OFDM的以上不足，基于濾波器組的多載波技術(shù) (FBMC，filter-bank based multicarrier) 近年來受到了廣泛的關(guān)注?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于圖像處理、雷達(dá)信

3、號處理、通信信號處理等諸多領(lǐng)域。FBMC具有以下優(yōu)點：原型濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計，各載波之間不再必須是正交的，不需要插入循環(huán)前綴能實現(xiàn)各子載波帶寬設(shè)置、各子載波之間的交疊程度的靈活控制，從而可靈活控制相鄰子載波之間的干擾，并且便于使用一些零散的頻譜資源各子載波之間不需要同步，同步、信道估計、檢測等可在各資載波上單獨進(jìn)行處理，因此尤其適合于難以實現(xiàn)各用戶之間嚴(yán)格同步的上行鏈路FBMC技術(shù)但另一方面，F(xiàn)BMC技術(shù)也存在一些不足： 由于各載波之間相互不正交，子載波之間存在干擾; 采用非矩形波形，導(dǎo)致符號之間存在時域干擾，需要通過采用一些技術(shù)來進(jìn)行干擾的消除OFDM基本原理OF

4、DM主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ISI) 。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除碼間串?dāng)_，而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。OFDM基本原理IDFT：DFT：式中，k表示子載波下標(biāo)， 表示插值器倍數(shù)， 表示抽取器倍數(shù)，w(n)為矩形窗函數(shù)，pk(n)表示第k路子載波上的增益。MMkkkMkmknmMpmMnkMjnXnpMmXemMnwMnxk

5、|)(*)(1 )()(1)(1010)()(2others ,0101| 10)(2Mn, w(n)(n)*x(n)px(n)n)ew(mM(m)XMkMnnmMpmM)k(nMjkkMMOFDM基本原理基于DFT變換的OFDM系統(tǒng)框圖OFDM基本原理FBMC基本原理在基于濾波器組的多載波技術(shù)中，發(fā)送端通過合成濾波器組來實現(xiàn)多載波調(diào)制，接收端通過分析濾波器組來實現(xiàn)多載波解調(diào)。合成濾波器組和分析濾波器組由一組并行的成員濾波器構(gòu)成，其中各個成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器。2/)1(2)()(pLjnkMpkeWnhnh2/)1(2*)1()(pLjknMppkeWnLhngFBMC基本原理濾波器組多載波系統(tǒng)收發(fā)端示意圖FBMC基本原理MMKkkMKmkhmMnkMjnXnhMmXemMnhMnxnmMk |)(*)(1 )()(1)(1010)(2)(MkMnnmMpmM)k(nMjk(n)*y(n)hy(n)n)eh(mM(m)XK| 10)(2OFDM的技術(shù)本質(zhì)就是FFT濾波器組。FBMC基本原理OFDM系統(tǒng)的濾波器組結(jié)構(gòu)框圖在FBMC技術(shù)中，多載波性能取決于原型濾波器的設(shè)計和調(diào)制濾波器的設(shè)計，而為了滿足特定的頻率