5G通信上行鏈路中的濾波器組多載技術(shù)研究.pdf

1、5G通信的迅速發(fā)展和場(chǎng)景的多樣化對(duì)上行通信鏈路的傳輸提出了更高的要求:希望能夠?qū)崿F(xiàn)更多設(shè)備之間的隨時(shí)隨地的互聯(lián)、獲得更快的數(shù)據(jù)速率、達(dá)到更高的系統(tǒng)容量、消耗更小的終端功耗以及具有更低的傳輸時(shí)延等。正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)因?qū)ν揭蟾?、旁瓣大和頻譜資源利用率較低等限制已不能滿足5G通信的新需求。濾波器組多載波技術(shù)（Filter Bank Multi

2、carrier，F(xiàn)BMC）是5G物理層研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，作為一種非正交波形技術(shù)，它具有頻譜效率高、旁瓣小和時(shí)頻聚焦性好等特點(diǎn)。
　　目前，5G應(yīng)用的波形技術(shù)仍沒有定論，評(píng)判新波形技術(shù)需要考慮的因素亦呈多樣性;FBMC在5G上行鏈路的研究仍處于理論研究階段，F(xiàn)BMC在該場(chǎng)景下性能缺乏完整的鏈路級(jí)仿真的驗(yàn)證;針對(duì)多用戶傳輸中存在的時(shí)頻異步的問題，F(xiàn)BMC對(duì)同步誤差的魯棒性能仍缺乏充分驗(yàn)證;FBMC應(yīng)用于上行鏈路時(shí)，抑制其高峰均功率比

3、(Peak to Average Power Ratio，PAPR)的方案目前有多種，但各種方案的有效性和復(fù)雜度仍有待評(píng)估。針對(duì)以上情況，本文通過搭建MATLAB鏈路級(jí)仿真平臺(tái)對(duì)FBMC進(jìn)行仿真，其中主要工作和具體貢獻(xiàn)如下:
　　(1)分析FBMC的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)原理，并推導(dǎo)基于奈奎斯特原理的原型濾波器的定義式，分析滾降因子對(duì)濾波器的時(shí)頻聚焦特性的影響，進(jìn)而得出使用PHYDYAS原型濾波器的優(yōu)勢(shì)。分析FBMC和OFDM的功率譜密度

4、，PHYDYAS濾波器組的應(yīng)用能夠有效的減小發(fā)射機(jī)帶外功率泄露。
　　(2)研究FBMC在同步傳輸場(chǎng)景下的多種性能，首先本文對(duì)FBMC和OFDM系統(tǒng)的復(fù)雜度進(jìn)行理論的推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證，因?yàn)橛?jì)算復(fù)雜度會(huì)導(dǎo)致更高的硬件要求和更長(zhǎng)的通信時(shí)延，因此我們研究重疊因子和傅里葉變換點(diǎn)數(shù)對(duì)FBMC計(jì)算復(fù)雜度的影響。進(jìn)而基于譜效率和時(shí)間效率的理論推導(dǎo)，分析FBMC與OFDM的性能差異性，并得出二者對(duì)不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包的適用性。最后分析應(yīng)用不同調(diào)制階數(shù)的

5、兩種波形技術(shù)對(duì)上行通信系統(tǒng)誤塊概率和吞吐量的影響。
　　(3)對(duì)5G上行多用戶異步場(chǎng)景進(jìn)行建模，分別研究符號(hào)偏差和頻率偏差對(duì)通信系統(tǒng)的影響，定量分析FBMC對(duì)同步誤差的魯棒性。分析相鄰用戶間的保護(hù)帶寬對(duì)通信系統(tǒng)的影響，時(shí)頻聚焦性較好的原型濾波器有助于減小保護(hù)子載波的開銷且有效提高頻譜資源的利用率。
　　(4)基于兩種已有的PAPR抑制方案——即基于離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform，DFT)