濾波器組多載波系統(tǒng)快速實現及同步技術研究.pdf

1、濾波器組多載波技術(Filter Bank based Multicarrier，FBMC)具有較強的抗多徑干擾的能力，能夠較好的解決高速率無線通信和復雜均衡接收技術之間的矛盾，是未來新一代寬帶無線通信系統(tǒng)的核心技術之一。OFDM是濾波器組多載波技術中選擇矩形脈沖作為濾波器的一種特例，它實現了最大化的抑制符號間干擾(ISI)，但是受載波間的干擾(ICI)影響十分嚴重，為了達到對ISI和ICI干擾的平衡抑制，需要考慮性能更全面的濾波器組多

2、載波技術。
　　 本文首先全面介紹了濾波器組多載波技術研究現狀和關鍵技術，并列出了目前該領域的一些仍待解決的問題，指出了本文的主要研究內容。
　　 然后在分析了移動通信衰落信道基本特性的基礎上，比較了OFDM和濾波器組多載波技術的基本原理、基帶等效模型和頻譜特性等，重點分析了二者之間的聯系和區(qū)別，并給出了它們對應的實現框架。從基帶實現上可以看到濾波器組多載波選擇了時域非矩形脈沖，在提高性能的同時，也給系統(tǒng)的調制和解調快速

3、算法、同步技術、信道估計和均衡技術等帶來更高的實現難度。
　　 為了降低多載波實現難度，論文從時頻分析和基帶多載波通信的理論基礎，提出了一種基于成型脈沖濾波的FBMC系統(tǒng)高效快速實現算法。該算法先把多載波連續(xù)系統(tǒng)抽樣得到離散化模型，然后對系統(tǒng)模型延時進行因果化處理，最后利用成型脈沖的有限截斷長度和復指數函數的周期性簡化離散模型并得到快速實現算法。該算法計算復雜度僅略大于OFDM中基于FFT的快速實現算法，并且可以靈活的選擇濾波器

4、截斷長度和系統(tǒng)基帶采樣頻率。
　　 多載波技術一般較單載波技術更容易受同步偏差的影響。解決同步問題，首先需要得到系統(tǒng)性能受同步偏差帶來的量化干擾分析。基于OFDM系統(tǒng)同步偏差給系統(tǒng)影響的相關文獻較多，研究也很成熟，但還很少有針對FBMC做相關的理論分析和給出對應的理論模型。本文接下來為了給FBMC系統(tǒng)的幀結構、同步和檢測算法提供理論上的指導和參考，提出了一種針對頻偏和符號定時偏移對FBMC性能影響的分析模型建模方法。該方法首先把

5、解調后的輸出分為有用信號部分及頻率同步偏差帶來的ICI和ISI部分，然后基于發(fā)送和接收成型脈沖的互模糊函數給出了每個部分的量化分析，最后利用發(fā)送信號的相關統(tǒng)計特性得到解調后輸出的信干比。實驗結果表明，同步偏差帶來的系統(tǒng)誤碼率和分析方法理論計算得到的信干比是一致的。
　　 理論分析的結果和實驗表明，FBMC作為一種多載波技術和OFDM一樣，也是受同步偏差的影響較大。為了提高FBMC系統(tǒng)的性能，有必要解決該技術的同步問題，由于基于O

6、FDM系統(tǒng)的同步算法已經很成熟，在各種文獻和相關的無線通信標準文檔上都討論的比較多，所以針對同步實現，本文提出基于OFDM符號結構的FBMC同步技術，該部分內容先給出了三類OFDM同步算法的基本原理和同步度量比較，包括基于CP的盲同步，基于二重復和四重復延遲相關同步，基于ZC序列的互相關同步。通過分析，基于四重復延遲相關和互相關同步這兩種算法的性能較好，并且二者的優(yōu)缺點正好互補，因此在提出的系統(tǒng)幀結構中，包含這兩種同步算法的訓練符號，這

7、樣就可以在同步實現中綜合二者的優(yōu)點，得到更好的同步性能。
　　 采用OFDM中一些很成熟的同步技術并直接運用到FBMC系統(tǒng)中，盡管在實際中是可行的，但這種方法有以下需要完善之處：1發(fā)射和接收端都必須具備OFDM和FBMC兩種多載波調制解調裝置，導致系統(tǒng)復雜性增加；2同步訓練符號的添加不方便，為了避免其他FBMC符號對訓練符號的影響，只適合添加在突發(fā)通信系統(tǒng)的幀頭；3對于非突發(fā)通信，OFDM訓練符號和FBMC符號之間需要額外添加時

8、域過渡保護，降低了頻譜效率；4由于同步符號和數據符號不是基于同一多載波調制解調技術，因此難以把頻域信道估計和同步聯合處理。
　　 為了克服以上不足，更好的提升系統(tǒng)性能，論文最后提出了一種基于FBMC幀結構訓練序列的同步解決方案。該方案首先給出了同步訓練數據結構，并從理論上證明訓練序列具有的延遲冗余特性，其次在同步算法上充分的利用到了訓練序列提供的有效冗余，提出了一種定時精確的FBMC符號同步算法和高精度、大估計范圍的自適應頻偏估