无线通信中的多载波调制_OFDM和FBMC

谢谢！
hk(n ) hp(n ) WM e
nk
j 2(Lp 1) / 2
* g k(n ) hp (Lp n 1) W Mkne
j 2(Lp 1) / 2
FBMC基本原理
滤波器组多载波系统收发端示意图
FBMC基本原理
OFDM的技术本质就是FFT滤波器组。
x(n )
1
技术背景
近几年无线通信技术发展迅速，移动通信与互联网的逐渐融 合。以多媒体业务为代表的移动互联网开始步入人们的生活。 人们对移动数据业务的需求越来越高，无线通信的发展面临 着一系列问题。 目前的无线通信技术主要面临两个方面的挑战： ① 频谱资源紧张 很多频谱资源已被占用，且频谱是无法再生的 ② 频谱利用效率低 已授权频段的使用率常常只有30%左右
M p K ( mM n )
j
2 π
k(n mM)

hk(n)*y(n) | M
FBMC基本原理
OFDM系统的滤波器组结构框图
在FBMC技术中，多载波性能取决于原型滤波器的设计和调制 滤波器的设计，而为了满足特定的频率响应特性的要求，要 求原型滤波器的长度远远大于子信道的数量，实现复杂度高， 不利于硬件实现。因此，发展符合 5G 要求的滤波器组的快 速实现算法是 FBMC 技术重要的研究内容。
M 1
0
1
M
{h (n ) eX k(m ) } mM K m
M
0
M 1

j
2
k(n mM )
hk ( mM
n )
M
{hk(n ) * X k(n )} | M K

X k (m)

M 1
0
h(mM n)e y(n) n
OFDM技术
但 OFDM 技术也存在很多不足之处，比如： • 需要插入循环前缀以对抗多径衰落，从而导致无线资源的 浪费; • 对载波频偏的敏感性高，具有较高的峰均比;
• 另外，各子载波必须具有相同的带宽，各子载波之间必须 保持同步，各子载波之间必须保持正交等，限制了频谱使 用的灵活性； • 此外，由于 OFDM技术采用了方波作为基带波形，载波旁 瓣较大，从而在各载波同步不能严格保证的情况下使得相 邻载波之间的干扰比较严重。
FBMC技术
但另一方面，FBMC技术也存在一些不足： • 由于各载波之间相互不正交，子载波之间存在干扰; • 采用非矩形波形，导致符号之间存在时域干扰，需要通过 采用一些技术来进行干扰的消除
OFDM基本原理
OFDM主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数 据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上 进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开， 这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI) 。每个子信道上的 信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成 平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道 的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容 易。
M 1
0
w(mM n)e x(n) n
M p k ( mM n )
j
2 π
k(n mM)

p k(n)*x(n) | M w(n)
1, 0, 0 n M 1 others
M M 表示插值器倍数， 式中，k表示子载波下标， 表示抽取器倍数，w(n)为 矩形窗函数，pk(n)表示第k路子载波上的增益。
FBMC技术
由于OFDM的以上不足，基于滤波器组的多载波技术 (FBMC，filterbank based multicarrier) 近年来受到了广泛的关注。现已广泛应用 于图像处理、雷达信号处理、通信信号处理等诸多领域。 FBMC具有以下优点： • 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 • 能实现各子载波带宽设置、各子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 • 各子载波之间不需要同步，同步、信道估计、检测等可在各资 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
OFDM技术
OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 技术被广泛 应用于各类无线通信系统，如WiMaX、LTE和LTE-A系统的下 行链路。
OFDM技术具有以下优点： • 频谱效率高 • 对抗多径衰落 • 抗码间串绕能力强 • 实现复杂度低
OFDM基本原理
IDFT：
x(n )
1
M 1
0
1
M
{ w (n ) eX k(m ) } mM k m
M百度文库
0
M 1

j
2
k( n mM )
p k ( mM n )
M

{p k(n ) * X k(n )} | M k

DFT：
X k (m)
OFDM基本原理
基于DFT变换的OFDM系统框图
OFDM基本原理
FBMC基本原理
在基于滤波器组的多载波技术中，发送端通过合成滤波器组 来实现多载波调制，接收端通过分析滤波器组来实现多载波 解调。合成滤波器组和分析滤波器组由一组并行的成员滤波 器构成，其中各个成员滤波器都是由原型滤波器经载波调制 而得到的调制滤波器。