基于非完全重构的滤波器组多载波技术研究

发布时间：2020-04-09 23:08

【摘要】：在本论文中,作者提出了一种应用于多用户网络上行链路的基于零填充(Zero Padding,ZP)的非完全重构滤波器组多载波(FilterBankMulti-Carrier,FBMC)系统,即ZP-FBMA系统。该系统中滤波器组的原型滤波器为普通的低通滤波器,不需要满足完全重构或近似完全重构条件。在发射端进行ZP处理,并在接收端进行相应的重叠相加。本文提出了多种接收机,包括时域均衡接收机、下采样频域均衡接收机以及分析滤波器组(AnalysisFilterBank,AFB)频域均衡接收机,并提出联合频域均衡消除子带间干扰。仿真与理论分析结果证明,与传统的循环前缀正交频分多址、单载波频分复用多址以及完全重构滤波器组多址(Perfect Reconstruction Filter Bank Multiple Access,PR-FBMA)系统相比,本文提出的ZP-FBMA系统具有更低的峰均功率比、更好的误码率(BitError Rate,BER)性能、更强的抗载波频偏能力以及更小的功率和数据速率损失。ZP-FBMA在本质上是非正交的多址接入系统,总是存在的用户间干扰在一定程度上增加了信道均衡难度,导致系统性能恶化。针对某些参数场景下ZP-FBMA系统BER性能没有很大提升的问题,本文对接收机进行进一步优化设计。将初次接收得到的信号估计值反馈到干扰消除单元,以消除其他用户对某个特定用户的干扰。干扰消除后即进行单用户检测,本文设计了多种单用户接收机,包括单用户时域均衡接收机、单用户下采样频域均衡接收机、单用户AFB频域均衡接收机以及单用户垂直贝尔实验室分层空时接收机,进一步提升了系统的BER性能。此外,本文提出以相应通信指标最优化为目标进行滤波器的优化设计,在干扰消除的基础上进一步提升单用户在多径信道下的传输性能。具体包括多相分量选择以及原型滤波器截止频率优化。多相分量选择充分利用了在PR-FBMC系统中被丢弃的其余多相分量。而截止频率优化则通过调整原型滤波器的截止频率,根据某些准则获得最优的BER性能。最终的仿真结果表明,系统的BER性能可以得到进一步的提升。因此本文提出的ZP-FBMA通信系统在未来的网络通信中有很好的应用前景。
【图文】：

频域响应,滤波器组,符号,周期

第二章关键技术基本原理逡逑如图２．７和式（２－８）所示，可将ＯＦＤＭ发射机表示成另一种形式。即可以将逡逑＼￥二（：，所），７７７邋＝邋０，１，．＿．从－１视为一组滤波器，／？邋＝邋０时＇＼￥二（：，０）邋＝邋［＾＾，＾＾，．．．，＾＾］７＇即为逡逑一个低通线性相位ＦＩＲ滤波器的系数该滤波器可以看做ＯＦＤＭ的原型滤波器，其逡逑佘子带（ｗ逦－１邋）由该滤波器在频域上进行移动得到。Ａ／＝８时ＯＦＤＭ的等效滤逡逑波器组频域响应如图２．８所示。逡逑可以看出每个子载波的频域响应呈ｓｉｎｅ函数形状，且各个子载波相互重叠。但在子载波逡逑间隔整数倍的位置上，只有一个子载波的频域响应是非零的（如图２．８的红色箭头所示），，这逡逑就是所谓的正交性，即ＯＦＤＭ信号频带内不同子载波之间彼此正交。从图２．８还可以看出逡逑ＯＦＤＭ中滤波器的频域响应有较大的带外泄露，为了减小其带外波纹，需要使用频域上更力口逡逑集中的滤波器。可以在时域上增加子带滤波器的长度，即增加滤波器冲激响应系数的个数，逡逑对应于频域则在现存的ＯＦＤＭ频响系数中间插入额外的系数

系统框图,系统框图,滤波器组

东南大学硕士学位论文逡逑的比值，是多载波符号在时域上重叠的数量。例如Ｍ＝８时，《邋＝邋４和《邋＝邋８的滤波器组频逡逑域响应分别如图２．１０（ａ）和图２．１０（ｂ）所示，可以看出《越大，滤波器组在频域上就越集逡逑中，阻带衰减就越快。由于时域上滤波器的脉冲响应长度超过了多载波符号的周期（为其逡逑？倍），导致了符号之间的重叠，因此滤波器必须满足一定的要求才能在接收端恢复出原始逡逑数据符号，即滤波器组的原型滤波器需要进行精心的设计，以满足ＰＲ／ＮＰＲ条件。逡逑２．３．２传统ＦＢＭＣ方法回顾逡逑２．３２．１邋Ｃｈａｎｇ邋和邋ＣＭＦＢ／ＤＷＭＴ逡逑滤波器组的概念最早是由Ｃｈａｎｇ［２２］提出，他提出了在最小带宽内通过一组重叠的滤波器逡逑发送ＰＡＭ符号序列所需的条件。为了以一种较高带宽效率的方式发送ＰＡＭ符号，Ｃｈａｎｇ提逡逑出使用ＶＳＢ来传输信号。Ｃｈａｎｇ的开创性方法并没有在信号处理方面受到广泛关注，但后逡逑来出现了一种名为ＤＷＭＴ的多载波系统进一步的研宄［２５１指明ＤＷＭＴ基于ＣＭＦＢ。逡逑事实上ＤＷＭＴ信号是通过ＶＳＢ调制的ＰＡＭ信号序列合成得到的，艮卩该方法可以被视为逡逑Ｃｈａｎｇ提出方法的“重新发明
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713

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