基于FBMC的调制解调系统

Posted 2022-04-27 studyer_domi

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了基于FBMC的调制解调系统相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

进入21世纪以来，在无线通信技术飞速发展的大环境下，基于OFDM技术的第四代移动通信系统已经暴露出其矩形窗带外衰落缓慢,在频偏影响下子载波干扰明显,循环前缀对频谱效率的降低等问题，随着新一代移动通信系统研发的迫近，急需新的调制解调系统以解决这些问题。为了满足下一代无线通信技术的需求,其中具备诸多优良特性的滤波器组多载波(Filter Bank Multi-Carrier, FBMC)技术被认为是一种非常具有潜力的选择方案,并被越来越多学者所关注，相对于传统的OFDM系统而言,FBMC系统使用了具备良好时频聚焦特性的原型滤波器组对每个子载波进行成型滤波,因而具备更好的抗符号间干扰和子载波间干扰能力,与其交错正交幅度调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation,OQAM)的结合使得其进一步解决了相邻子载波干扰的问题，并且循环前缀的省略带来了功率效率上的提升,同时带外衰减也大幅度降低。FBMC技术以其较强的抗多径干扰的能力,能够较好的解决高速率无线通信和复杂均衡接收技术之间的矛盾,成为了未来移动通信技术的核心技术之一。

FBMC具有以下优点：1.原型滤波器的冲击响应和频率响应可以根据需要进行设计，各载波之间不再必须是正交的，不需要插入循环前缀。2.能实现各载波宽带设置、各载波之间的交叠程度的灵活控制，从而可灵活控制相邻子载波之间的干扰，并且便于使用一些零散的频谱资源。3.各子载波之间不需要同步，同步、信道估计、检测等可在各子载波上单独进行处理，因此尤其适合于难以实现各用户之间严格同步的上行链路。此些优点可以弥补OFDM的不足。

2、国内外发展状况

近年来，在第五代移动通信系统中，由于支撑高数据速率的需要，将可能需要高达1GHz的带宽。但在某些较低的频段，难以获得连续的宽带频谱资源，而在这些频段，某些无线传输系统，如电视系统中，存在一些未被使用的频谱资源（空白频谱）。但是这些空白频谱的位置可能是不连续的，并且可用的带宽也不一定相同，采用OFDM技术难以实现对这些可用频谱的使用。灵活有效地利用这些空白的频谱，是5G系统设计的一个重要问题。

2.1基于FBMC的同步技术的研究现状

多载波系统实际上并非一种新兴的技术，大约在上世纪60年代便出现了，但是受困与当时的电子设备技术和数字信号处理技术，一直只停留在理论研究上。OFDM系统作为多载波系统的一种，收益与70年代快速傅里叶变换（FFT）的出现，再加上当时的大规模集成电路水平已经取得了相当的进步，使其很快就被从理论推广到实际的通信中，并在最近几十年内得到了迅猛发展。相比于OFDM，一般的多载波调制都存在一个很大的问题，那便是原型滤波器的采样点太多和由其导致的符号间拖尾干扰。近年来，随着5G研究如火如荼的展开，FBMC技术由于其相比较于OFDM技术的优势而被重新列入热点技术之一，要想将其推广到实际应用中，其快速实现算法是首先要解决的问题之一。从已知文献可知，FBMC调制解调系统接收机的同步过程类似于一般通信系统，主要包括两个部分:定时同步、载波同步。

2.1 FBMC-OQAM降低峰均比（PAPR）的研究现状

一类是通过信号无失真技术来降低OFDM信号的峰均功率比，这一类的代表性方法有部分传输序列法，以及选择性映射法（Selective Mapping，SLM）。另一类是通过失真技术来降低OFDM信号的峰均功率比，并且以这些方法为基础延伸出来的分支和改进的方法也很多。目前已有的文献中，关于降低FBMC-OQAM信号PAPR的文章和方法都非常少。

2.2 基于训练序列的FBMC系统符号定时同步改进算法的研究现状

针对这一问题，近年来提出了一些解决方案。Fusco等人提出盲同步定时估计，但是该方法适用于非弥散信道且需要大量的数据符号：Tonello等人将Schmidl等人算法应用到FBMC系统中，通过传输一组具有重复冗杂的训练序列实现定时估计，该方法的定时不确定性较大；Fusco等人改进了Tonello的定时度量函数，提高了定时估计的精确度；吴华等人在Fusco等人的基础上改进延迟相关处理的长度，得到了相对较好的性能。

2.3 基于滤波器多载波技术在认知无线电中应用的研究现状

知无线电接收机迅速、准确地得到可用频谱的信息，是有效利用无线频谱资源的基本前提，也是认知无线电系统实现各种信号收发算法的基础。PHYDYAs项目组从滤波器组的设计、信道分配、功率控制、信道均衡、编解码等方面研究了FBMC的性能，为FBMC在认知无线电中的应用提供了非常有价值的参考。