面向5G的通用濾波多載波傳輸方案研究.pdf

1、為了應(yīng)對未來爆炸性的移動數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，第五代移動通信(5G)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器通信(MTC)會在5G通信業(yè)務(wù)中占有重要地位。5G通信的新需求對物理層架構(gòu)提出了新的要求，其中尤為重要的是對抗載波頻率偏移和定時偏差的魯棒性的要求，考慮到LTE機(jī)制和CP-OFDM的局限性，新空口技術(shù)尤其是新型多載波傳輸方案成為5G物理層設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，也是當(dāng)前5G相關(guān)組織的研究熱點(diǎn)。
　　本文主要

2、研究5G移動通信系統(tǒng)中的通用濾波多載波傳輸方案，主要工作如下:
　　首先，對當(dāng)今學(xué)術(shù)界研究較多的幾種5G候選多載波傳輸方案進(jìn)行調(diào)研，包括濾波器組多載波、廣義頻分復(fù)用以及通用濾波多載波，對這幾種多載波傳輸方案的原理，收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)勢以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等進(jìn)行了比較分析，最后選取通用濾波多載波(UFMC)作為本文的研究重點(diǎn)。
　　隨后，對UFMC抗頻偏和抗時偏性能進(jìn)行了研究，通過仿真驗(yàn)證了UFMC在抗頻偏和抗時偏方面相對OFDM的

3、性能優(yōu)勢，是合適的5G候選傳輸方案。建立了頻偏存在條件下的UFMC系統(tǒng)模型進(jìn)行抗頻偏性能分析，仿真表明，無論是在高斯信道下還是在瑞利信道下，無論是理想信道均衡還是基于信道估計的均衡，UFMC系統(tǒng)性能都優(yōu)于OFDM系統(tǒng)，并且UFMC系統(tǒng)表現(xiàn)出對頻偏很強(qiáng)的魯棒性。此外建立了存在準(zhǔn)時間同步業(yè)務(wù)的多用戶上行鏈路UFMC系統(tǒng)模型進(jìn)行抗定時偏差性能分析，仿真表明，UFMC系統(tǒng)具有均方誤差性能關(guān)于定時偏差的對稱性質(zhì)，能更好地支持5G通信中的開環(huán)同步和

4、自動時間補(bǔ)償機(jī)制，并且UFMC對所有范圍的定時誤差的魯棒性更強(qiáng)，在大多數(shù)定時偏差的情況下性能優(yōu)于OFDM，是適合5G空口技術(shù)的多載波傳輸方案。
　　此外，設(shè)計了一種基于UFMC傳輸方案的MIMO收發(fā)機(jī)架構(gòu)以及波束成形方案，該方案有較好的誤符號率性能并能保留UFMC在抗頻偏方面相對于OFDM的性能優(yōu)勢。UFMC是廣受認(rèn)可的5G候選多載波傳輸方案之一，但如何將UFMC傳輸方案與MIMO技術(shù)相結(jié)合，則是目前學(xué)術(shù)界中研究較少的內(nèi)容。本文設(shè)

5、計了一種基于UFMC傳輸方案的MIMO收發(fā)機(jī)架構(gòu)以及波束成形方案，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明該方案能正確恢復(fù)發(fā)送端數(shù)據(jù)，通過仿真證明該架構(gòu)有較好的誤符號率性能，并且保留了UFMC在抗頻偏方面相對于OFDM的性能優(yōu)勢。
　　最后，針對UFMC系統(tǒng)提出基于等效導(dǎo)頻的信道估計算法，分別在慢衰落信道和快衰落信道下設(shè)計了基于塊狀導(dǎo)頻的信道估計算法和基于梳狀導(dǎo)頻的信道估計算法并取得了和OFDM一致的信道估計性能，從而確保UFMC系統(tǒng)在5G移動通信場景中

6、的應(yīng)用?？紤]到UFMC的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)與OFDM不同，UFMC系統(tǒng)中的信道估計模塊應(yīng)該如何設(shè)計，能否實(shí)現(xiàn)良好的性能。首先在慢衰落信道下設(shè)計基于塊狀導(dǎo)頻的UFMC信道估計，分別提出了基于等效導(dǎo)頻和基于等效信道的信道估計和數(shù)據(jù)均衡算法，仿真證明基于等效導(dǎo)頻的信道估計算法性能更好，并且所有的UFMC信道估計算法里，等效導(dǎo)頻和頻域降噪滑動窗結(jié)合的算法性能最優(yōu)，接近理想信道均衡性能。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步在快衰落信道下設(shè)計基于梳狀導(dǎo)頻的UFMC信道估計模塊