5G移动通信的新型多址复用技术

华东理工大学研究生院《高级数字通信》课程报告

开课学院：信息科学与工程

专业：信号与信息处理

姓名：王坤

学号：Y30150585

任课教师：袁伟娜

2015年11月

5G移动通信的新型多址复用技术

摘要：滤波器组多载波（FBMC）技术因具有灵活的资源分配、高的谱效率、较强的抗双选择性衰落的能力、较好的解决了高速率无线通信和复杂均衡接收技术之间的矛盾，已成为5G无线通信系统的关键技术之一。OFDM 系统即是滤波器组多载波技术中选择矩形脉冲作为滤波器的一种特例，不过由于其选用时域矩形脉冲，虽然在时域具有良好局域化性质但频域却无限扩展，导致系统性能对频偏和相位噪声比较敏感，因此在某些场合并不适用，需要考虑性能更全面的滤波器组多载波技术。

关键字：5G通信，滤波器组，OFDM，FBMC

Abstract：Filter bank multicarrier (FBMC) technology has become one of the core technology of 5-generation broadband wireless communication system for its ability of flexible resource allocation、high spectral efficiency anti-double-selective fading channel and better resolving the contradiction of high-speed wireless communications and complicated equalization. OFDM is a special case of FBMC which chose a rectangular pulse as the sending and receive filter, the rectangular pulse is a time-limited pulse, but with unlimited frequency domain expansion, therefore it has the capacity of anti-inter-symbol interference (ISI), but inter-carrier interference (ICI) is a serious shortcoming. And so in some application system, there is a need to consider a more comprehensive

FBMC technology.

Keywords：5-generation communication，filter banks，OFDM，FBMC

1.引言

早期的无线通信主要用于船舶、航空、列车、公共安全等专用领域，用户数量很少。20世纪60年代，贝尔实验室提出了蜂窝的概念，使无线通信摆脱了传统的大区制结构，为无线通信的大规模商用奠定了基础。从20世纪70年代末到现在的几十年时间里，无线通信系统从第1代发展到了第4代，进入了一个飞速发展的时期，并随着多媒体信息化时代的到来，无线通信技术正渗透到社会生活的方方面面。基于视频、图像、数据的通信业务需求逐渐增大，传统的以语音通信为主的移动通信网络已经无法满足人们日益提升的消费需求。正在演进中的第四代移动通信网络技术（4G），如LTE-A[1] (LTE-Advanced)已经提出系统基本指标：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500Mbps，上下行峰值频谱利用率分别达到15Mbps/Hz和30Mbps/Hz。其系统带宽将从1.5Mhz到20Mhz，并且通过载波聚合技术最大能聚合带宽高达100Mhz。因此移动通信技术发展的最新要求就是要在较宽的频带内提供稳定可靠的高速数据传输，并且尽可能在有限的频谱资源上提升频谱效率。

多载波技术(Multi-carrier technique )在60、70年代由Saltzberg[2]，Chang[3]，Weinstein[4]和Bingham[5]等人提出，最初受制于实现上的复杂性并没有在业界受到重视，随着数字信号处理技术的发展，尤其是快速傅立叶算法、大规模集成电路的出现，从90年代开始，多载波技术逐渐得到了大范围的应用。该技术其本质上就是把一路宽带高速数据流通过串并变换转换为并行的多路相对低速的数据流，然后再对应调制到相互正交的多个子载波上，从而有效延长符

号周期，降低多径带来的频率选择性衰落影响。OFDM作为多载波技术中的特例，其每个子载波上传输的是矩形脉冲包络的复指数信号，并且在相邻时域符号间添加循环前缀（Cyclic prefix，CP）作为保护间隔。由于矩形脉冲优良的时域性能和CP 的保护，并通过频域单抽头均衡处理，OFDM 能够很好的抑制符号间干扰（Inter-symbol interference，ISI）和降低系统接收复杂度。只是传统OFDM相当于采用矩形脉冲来成型滤波，其频谱可以看作是Sinc函数与一组位于各个子载波频点上的δ函数的卷积，尽管频域上这组Sinc 谱重叠且相互正交，由于Sinc函数旁瓣较大、衰减缓慢。所以OFDM的子载波间正交性在复杂移动条件下的快时变衰落信道中是十分脆弱的，难以得到保证。

滤波器组技术在数字信号处理领域是一种较为成熟的技术，经过几十年的发展，现己广泛应用于语音处理、快速计算、噪声处理、图像压缩、雷达信号处理、多媒体信号处理等领域[6]。在PHYDYAS项目中，由于重新设计了原型滤波器，FBMC具有更高的频谱分辨率。这使得FBMC具有相对OFDM小得多的带外干扰，这样更能够保证子信道间的独立性。基于这个特性，FBMC能够提供更好的动态频谱接入方法和更灵活的多用户接入机制。同时，研究表明FBMC仍然具备OFDM的高传输速率，去除ISI等优点，同时现有OFDM的功率控制、信号同步、信道编解码等技术都能直接应用于FBMC[7]。因此FBMC的研究对于认知无线电的发展具有十分重要的作用，同时对于缓解当下紧张的频谱资源有着间接的贡献。

2.第5代移动通信基本要求

从目前来看，移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，并给移动通信带来新的技术挑战。5G移动通信系统和网络必须支持爆炸性的移