濾波器組多載波系統(tǒng)快速實(shí)現(xiàn)及同步技術(shù)研究.pdf

1、濾波器組多載波技術(shù)(Filter Bank based Multicarrier，F(xiàn)BMC)具有較強(qiáng)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(fù)雜均衡接收技術(shù)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(shù)之一。OFDM是濾波器組多載波技術(shù)中選擇矩形脈沖作為濾波器的一種特例，它實(shí)現(xiàn)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(yán)重，為了達(dá)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(shù)。
　　 本文首先全面介紹了濾波器組多載波技術(shù)研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，并列出了目前該領(lǐng)域的一些仍待解決的問題，指出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　 然后在分析了移動(dòng)通信衰落信道基本特性的基礎(chǔ)上，比較了OFDM和濾波器組多載波技術(shù)的基本原理、基帶等效模型和頻譜特性等，重點(diǎn)分析了二者之間的聯(lián)系和區(qū)別，并給出了它們對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)框架。從基帶實(shí)現(xiàn)上可以看到濾波器組多載波選擇了時(shí)域非矩形脈沖，在提高性能的同時(shí)，也給系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)快速

3、算法、同步技術(shù)、信道估計(jì)和均衡技術(shù)等帶來更高的實(shí)現(xiàn)難度。
　　 為了降低多載波實(shí)現(xiàn)難度，論文從時(shí)頻分析和基帶多載波通信的理論基礎(chǔ)，提出了一種基于成型脈沖濾波的FBMC系統(tǒng)高效快速實(shí)現(xiàn)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(shí)進(jìn)行因果化處理，最后利用成型脈沖的有限截?cái)嚅L度和復(fù)指數(shù)函數(shù)的周期性簡化離散模型并得到快速實(shí)現(xiàn)算法。該算法計(jì)算復(fù)雜度僅略大于OFDM中基于FFT的快速實(shí)現(xiàn)算法，并且可以靈活的選擇濾波器

4、截?cái)嚅L度和系統(tǒng)基帶采樣頻率。
　　 多載波技術(shù)一般較單載波技術(shù)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(guān)文獻(xiàn)較多，研究也很成熟，但還很少有針對FBMC做相關(guān)的理論分析和給出對應(yīng)的理論模型。本文接下來為了給FBMC系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)、同步和檢測算法提供理論上的指導(dǎo)和參考，提出了一種針對頻偏和符號定時(shí)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(diào)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(shù)給出了每個(gè)部分的量化分析，最后利用發(fā)送信號的相關(guān)統(tǒng)計(jì)特性得到解調(diào)后輸出的信干比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同步偏差帶來的系統(tǒng)誤碼率和分析方法理論計(jì)算得到的信干比是一致的。
　　 理論分析的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)BMC作為一種多載波技術(shù)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(shù)的同步問題，由于基于O

6、FDM系統(tǒng)的同步算法已經(jīng)很成熟，在各種文獻(xiàn)和相關(guān)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)文檔上都討論的比較多，所以針對同步實(shí)現(xiàn)，本文提出基于OFDM符號結(jié)構(gòu)的FBMC同步技術(shù)，該部分內(nèi)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(fù)和四重復(fù)延遲相關(guān)同步，基于ZC序列的互相關(guān)同步。通過分析，基于四重復(fù)延遲相關(guān)和互相關(guān)同步這兩種算法的性能較好，并且二者的優(yōu)缺點(diǎn)正好互補(bǔ)，因此在提出的系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)中，包含這兩種同步算法的訓(xùn)練符號，這

7、樣就可以在同步實(shí)現(xiàn)中綜合二者的優(yōu)點(diǎn)，得到更好的同步性能。
　　 采用OFDM中一些很成熟的同步技術(shù)并直接運(yùn)用到FBMC系統(tǒng)中，盡管在實(shí)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(diào)制解調(diào)裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性增加；2同步訓(xùn)練符號的添加不方便，為了避免其他FBMC符號對訓(xùn)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(xùn)練符號和FBMC符號之間需要額外添加時(shí)

8、域過渡保護(hù)，降低了頻譜效率；4由于同步符號和數(shù)據(jù)符號不是基于同一多載波調(diào)制解調(diào)技術(shù)，因此難以把頻域信道估計(jì)和同步聯(lián)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(jié)構(gòu)訓(xùn)練序列的同步解決方案。該方案首先給出了同步訓(xùn)練數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并從理論上證明訓(xùn)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(xùn)練序列提供的有效冗余，提出了一種定時(shí)精確的FBMC符號同步算法和高精度、大估計(jì)范圍的自適應(yīng)頻偏估