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文档分类:通信/电子

G关键技术之FBMC滤波器组多载波解析PPT教案.pptx


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G关键技术之FBMC滤波器组多载波解析PPT教案.pptx
文档介绍:
G关键技术之FBMC滤波器组多载波解析
大纲
FBMC发展历史
FBMC的研究现状
FBMC的热门研究点
参考文献
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OFDM的缺点
OFDM载波之间是相互正交的,这种正交性有效的抵抗了窄带干扰和频率选择性衰落。
OFDM 技术也存在很多不足之处。比如, OFDM 系统的滤波方式为矩形窗滤波,并且在信号中插入循环前缀(Cyclic Prefix,CP)以对抗多径衰落[2],这带来了无线资源的浪费以及数据传输速度受损等缺陷。
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[2]。 OFDM旁瓣较高的危害很多,主要有以下几个方面:较高的旁瓣会严重影响系统的频谱感知精度和效率,因为旁瓣能量过大,因此当按传统的能量感知方法进行感知的时候,无法判断检测到的到底是有用信号还是旁瓣,这会造成误判等后果;而且一般而言通信系统中发送的信号能量有限,较高的旁瓣会占去主要信号的能量,导致能量的消耗和浪费;OFDM 信号旁瓣过大会导致相邻子载波间的保护间隔变长,这会降低系统的频谱利用率和用户密度[1]。
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.
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FBMC的发展
在 5G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]。
为了克服多径信道和高速宽带无线通信带来的频率选择性衰落,一个十分自然的想法就是在频域上划分成多个子带,使得每一个子信道上的频谱特性都近似平坦,同时使用多个相互独立的子带并行传输数据,这就有效的解决了延长符号周期和传输速率的矛盾。在接收机中利用子带之间的正交性或近似正交性来分离各自的信息,并且还可以在子带之间进行信号的频率分集,进一步增强通信的可靠性,这就是多载波调制的基本思想[6]。
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为了解决这些问题, 基于滤波器组的多载波 (FBMC,filter-bank based multicarrier) 实现方案被认为是解决以上问题的有效手段,被我国学者最早应用于国家863计划后3G试验系统中[2]。滤波器组技术起源于20世纪70年代,由 Saltzberg,Chang,Weinstein 和 Bingha 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[5],主要应用在多速率采样,减少计算复杂度以及减少传输数据率和存储单元的要求,并在20世纪80年代开始受到关注,随着数字信号处理技术及集成电路的发展,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。在几十年的发展过程中,滤波器组的研究经历了从基础理论分析到各种理论的丰富完善,发展到现在已经产生了多种滤波器组理论、结构和设计方法,其应用也从最初的语音处理扩展到通信信号处理、图像编码/压缩、自适应滤波、雷达信号处理、快速计算、系统辨识、噪声消除等许多领域 [3]。
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滤波器组技术开始受到人们的关注时期是在1980年,Johnston提出了两通道正交镜像滤波器组(Quadrature Mirror Filter,QMF)。它可以完全消除混迭失真和相位失真,只存在微小的幅度失真。1986年,Smith和Bowell提出了共扼正交滤波器组。(Conjugate Quadrature Mirror Filter,CQF),首次实现了完全重构。接着,Vaidyanathan在1987年引入了多相位((Polyphase)分解的方法对滤波器组进行分析和设计,极大的简化了滤波器组设计的思想,为滤波器组的实现提供了一种可靠的结构,同时也为格型滤波器组理论的发展打下了基础。1992年,KoilpillaiR.D提出了余弦调制(eosine-modulated filter bank,C璐B)的M带滤波器组,给出了完全重构条件,并用格型结构实现。这些工作不但极大的推动了滤波器组理论的研究,同时还为后续的深入研究提供了理论基础[3]。
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滤波器组多载波技术在20世纪90年代由不同的研究者从不同的角度进行分析和提出的,其中滤波多音调制、广义多载波等是基于多抽样率
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