广义频分复用与正交频分复用的比较

广义频分复用是德国5GNOW项目组提出的一种5G物理层解决方案,采用的是非矩形脉冲成型。首先对GFDM基本模型进行研究,指出其本质是DFT滤波器组,然后分别用DFT滤波器组实现OFDM和GFDM多载波调制系统,分析三者间的联系与区别,突出循环卷积降低GFDM计算复杂度的特点。从CP加入方式和原型滤波器两个方面对GFDM和OFDM进行比较,指出GFDM使用更少的CP,提高了频谱效率。最后通过实验仿真,对二者的原型滤波器频域响应性能和SER性能进行比较,强调非矩形滤波器有更好的频域响应性能,GFDM的SER性能较差是因为放弃了子载波的严格正交条件,导致子载波间干扰增大。

电力线通信系统中广义频分复用技术频域调制的应用与性能分析

正交频分复用技术(orthogonal frequency division multiplex,OFDM)能够有效的消除电力线信道中的频率选择性干扰、脉冲噪声干扰以及多径时延等不良影响,已成为现有电力线通信系统(power line communication,PLC)物理层调制编码的主要技术手段。但OFDM技术仍存在因添加循环前缀(cyclic prefix,CP)导致的频谱利用率受限、高峰值功率比、严格正交性约束下的同步解调等问题。研究了一种广义频分复用技术(GFDM,generalized frequency division multiplex)在电力线通信中的低复杂度模型及其应用方案,采用非矩形脉冲成型滤波器组,降低了带外频谱泄露,通过数据帧中使用更少的CP,提高了频谱利用率。仿真结果表明,在正交性与同步解调要求较低的情况下,基于GFDM的PLC系统错误率(symbol error rate,SER)性能与正交的OFDM系统性能十分接近,且其带外功率泄露明显降低。

基于改进离散傅里叶变换调制滤波器组的多载频系统设计

为改善传统正交频分复用(OFDM)多载频系统频率选择性差和频谱泄露等缺陷,研究了基于改进离散傅里叶变换(DFT)调制滤波器组的多载频调制系统设计。将其设计问题归结为一个无约束的最小化调制滤波器组完全重建误差的目标函数优化问题,采用一种改进的窗函数法设计调制滤波器组的原型滤波器和线性优化方法优化目标函数。与传统的窗函数法相比,该改进窗函数法在理想滤波器的过渡带内插了一种样条函数以消除吉布斯效应。仿真结果表明,该方法设计的原型滤波器与传统的平方根升余弦方法设计的原型滤波器和一般矩形窗原型滤波器相比有更高的阻带衰减,对应的改进DFT滤波器组有更小的重建误差。基于该方法设计的改进DFT滤波器组多载频系统在正交相移键控(QPSK)调制和3GPP TS 25.104车载多径信道以及单抽头频域均衡下有更好的误符号率(SER)性能。

基于时域改进离散傅里叶变换调制滤波器组的多载频调制系统设计

针对传统离散傅里叶变换(DFT)调制滤波器组设计时因原型滤波器时域反转条件带来的功率互补限制问题,从滤波器组时域完全重建条件角度提出一种时域改进方法设计DFT调制滤波器组,并将其应用于滤波器组多载频调制系统中。该时域改进设计方法放弃传统设计方法中原型滤波器的时域反转约束条件,即接收端滤波器组为发送端滤波器组的共轭转置形式,采用滤波器组时域完全重建条件矩阵方程设计接收端滤波器组,从而避免了对原型滤波器设计的功率互补条件限制,同时保证了滤波器组的完全重建特性。相比传统设计方法,该改进方法提高了滤波器组中原型滤波器的设计自由度,可以根据不同的应用场景选择适合的原型滤波器而无需考虑功率互补限制。基于该方法设计的多载频调制系统在正交相移键控(QPSK)调制、理想信道和3GPP TS 25.104人行多径信道以及单抽头频域均衡下有更好的误符号率(SER)性能。

宽零陷广义高斯滤波器组多载波通信在水声双扩展信道中的应用

针对正交频分复用通信在水声多普勒信道中存在严重的子载波间干扰问题,设计了基于广义高斯函数的滤波器组多载波复用系统。该滤波器组在保证子载波时频于二维平面上具有准正交性的前提下,通过扩宽目标时-频点的零陷,提高了系统对时延-多普勒双扩展的鲁棒性。同时,将分数间隔FFT频域均衡算法扩展到了该系统中,以纠正机动性平台的多普勒频偏。仿真分别设计了多径不一致多普勒扩展信道及时变信道两种场景,所设计系统的误比特率性能均比传统OFDM有明显提高。

一种适合太赫兹通信的新波形方案:GFB-OFDM

太赫兹通信是未来6G中业界关注的重要场景之一。太赫兹频段可以支持超大带宽和超高速率的无线通信,目前3GPP协议中的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)技术使用支持的最大子载波间隔和最大快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)点数不足以满足太赫兹场景超大带宽的需求。提出了一种新的波形方案:广义滤波器组-正交频分复用(Generalized Filter Bank Orthogonal Frequency Division Multiplexing, GFB-OFDM)波形,可以将原有的大点数IFFT分解成两级小点数的IFFT,以支持更大的传输带宽。GFB-OFDM还可以灵活地支持不同子载波间隔、不同数据类型的联合处理,以实现不同业务类型的传输。GFB-OFDM在接收端仍然可以采用传统的循环前缀正交频分复用(Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing, CP-OFDM)接收方法,仿真结果表明GFB-OFDM的综合性能优于CP-OFDM。

用于SAR与通信一体化系统的滤波器组多载波波形

合成孔径雷达(SAR)与通信一体化可提升SAR的信息交互能力,实现探测数据实时传输,提升系统整体性能。一体化平台在工作过程中,将引入多普勒偏移和多径效应,这使得广泛研究的正交频分复用(OFDM)一体化波形的正交性无法保持,成像与通信性能受限。该文提出利用滤波器组多载波(FBMC)波形实现SAR与通信一体化,一方面,FBMC波形对子载波间的正交性要求低,可以对抗多普勒与多径效应,另一方面,FBMC波形不采用循环前缀(CP),因此可以避免出现虚假目标,提升了频谱利用率。该文分析了FBMC波形的一体化性能,针对一体化系统中的多径效应与多普勒偏移对FBMC波形的影响展开了研究,并针对大频偏的情况提出了适用于FBMC一体化波形的多普勒补偿算法。基于FBMC的SAR与通信一体化波形在宽测绘带SAR与通信一体化系统中有更好的性能,仿真试验验证了该结论。

分组比例公平M-GSO优化的FBMC认知无线电资源分配算法

多用户混合业务的多载波认知无线电系统中,考虑频谱感知错误的实际情况,将分组比例公平思想融入资源分配中,提出一种改进群智能优化算法。该算法针对混合型业务,确保不同用户公平性以及基于滤波器组多载波(FBMC)技术前提下,引入状态因子,以最大化认知无线电系统吞吐量为目标,利用改进群智能算法合理分配系统资源。比较FBMC和OFDM的认知无线电系统,仿真分析表明,该算法在对授权用户通信影响很小的情况下,系统容量优于OFDM的认知无线电系统容量,且确保用户的公平,同时满足混合业务的QoS需求。

考虑频谱感知错误的多载波认知无线电资源分配算法

认知无线电(CR)资源分配中二级用户对主用户造成的干扰源于两方面,即带外频谱泄露和频谱感知错误。滤波器组多载波(FBMC)技术和正交频分复用(OFDM)技术相比,FBMC带外泄露较小,频谱利用率较高。FBMC技术考虑干扰来源,可以降低二级用户对主用户的干扰,提高CR系统吞吐量。为此,提出考虑频谱感知错误的CR资源分配算法,建立干扰模型,将资源分配分步简化为载波分配和功率分配,在干扰约束和功率约束条件下对二级用户进行功率分配。基于FBMC和OFDM系统的仿真结果表明,该算法对主用户造成的干扰更小,CR系统可以获得更大的吞吐量,FBMC的干扰和吞吐量性能均优于OFDM。

增强型MBMS系统中应用空时频编码的传输分集策略

结合空时编码和循环延迟分集技术,将空时频编码引入增强-多媒体广播/组播业务(E-MBMS)网络中,提出了一种有效的传输分集策略.该策略对广播/组播网络下的不同小区进行分组,对本小区内正交频分复用(OFDM)帧间相同载波上的符号进行空时编码;不同分组的小区在相同OFDM帧内的各子载波符号则使用循环延迟方案引入频率分集,从而实现E-MBMS网络下的空时频编码.仿真结果表明,该策略可以明显改善小区边界用户的接收性能,有效提高移动广播/组播网络的覆盖能力及吞吐量.

BICM-OFDM失配解调修正研究

考虑多路窄带干扰及非理想信道估计所造成的影响,采用常规的译码方法会使系统的信道适应力下降,降低与其他系统的兼容性,导致系统性能变差。因此,分析比特交织编码调制-正交频分复用(BICM-OFDM)系统中的解调失配现象,提出一种基于广义互信息(GMI)和对数似然比(LLR)的二维修正解调算法,并推导得到了基于信道转移概率的最佳LLR。理论分析及数值仿真结果表明,该修正解调算法与传统译码方法相比,可以在GMI和误码率等方面显著提高系统性能。

新型多载波光通信系统研究进展(特邀)

为了满足当前日益增长的通信容量需求,新型多载波光纤通信技术成为科研人员关注的焦点。文章回顾了近20年来传统正交频分复用(OFDM)在光纤通信领域的发展历程,梳理了近年来滤波器组多载波(FBMC)和通用滤波多载波(UFMC)在光纤通信领域的相关研究。自2016年以来,针对光通信中OFDM存在的问题,如:带外泄漏高、依赖循环前缀(CP),峰均功率比(PAPR)值过高和系统同步要求高等,国内外众多学者以新型多载波为突破口展开了研究。FBMC光通信具有旁瓣功率最低和频谱利用率高等特点,但是由于使用了偏移正交幅度调制(OQAM),对应的数字信号处理(DSP)算法需要针对虚部干扰重新设计。UFMC光通信具备强大的时间同步偏差容忍性,对频率偏移不敏感,可以复用OFDM的DSP算法,但也存在如何进一步抑制带外功率和降低计算复杂度等问题。最后,文章结合当前的研究现状,对下一代光纤通信系统的诉求提出了研究方向和建议。

OFDM与FBMC系统带外辐射分析与实验仿真

比较了FDM、OFDM以及FBMC的频谱使用效率。详细分析了OFDM信号带外辐射较大的原因,探讨了FBMC抑制带外辐射的机理。借助MATLAB对OFDM与FBMC信号的频谱进行了仿真,结果表明:FBMC有效地减小了带外辐射,提高了通信系统的频谱使用效率。

基于DFT-FB改进的F-OFDM方案（英文）

通过对滤波OFDM(filtered-OFDM,F-OFDM)的研究,针对F-OFDM使用较长的子带滤波器降低带外泄漏(out-of-band emission,OOBE)而导致系统实现复杂度较高的问题,基于滤波器组(filter bank)的多相网络(poly phase network,PPN)实现降低复杂度和对每一个子载波进行独立的滤波降低OOBE的思想,提出了使用子载波滤波的滤波器组技术对F-OFDM的改进方案,实现对每个子载波的滤波处理。给出了改进方案的系统结构图并分析了系统原理,通过对改进方案系统的分析及带宽效率和系统实现复杂度的推理计算,得到改进方案可以达到与F-OFDM相同的带宽效率,且在相同的功率谱密度时,改进方案的实现复杂度比F-OFDM系统的低。仿真结果表明,相较于F-OFDM,改进方案不仅可以优化系统处理业务的灵活性,而且在AWGN(additive white Gaussian noise)信道和衰落信道下,在传输性能和抗信道衰落能力方面,也优于F-OFDM系统。

OFDM载波间干扰的频域数学模型

Zhao和H¨aggmen给出了OFDM系统中存在载波间干扰(ICI)时计算载干比(CIR)的公式,但未给出该公式的出处.根据DFT滤波器组的频域响应,分析了OFDM系统ICI产生的原因,在此基础上建立了ICI的频域上的数学模型,得到CIR公式.

滤波多音调制在LTE链路中的性能研究

对5G候选波形滤波器组多载波中的滤波多音调制(filtered multi-tone,FMT)在LTE(long term evolution)链路中的性能进行研究,分析其作为新的物理层多载波调制方案的可行性。从滤波器组的角度出发,首先对FMT的基本结构进行分析,然后基于DFT滤波器组推导出FMT的有效实现结构,最后在LTE链路中对FMT调制技术的性能进行仿真分析并与当前的正交频分复用技术作对比。结果表明,在实际的LTE链路信道模型中,FMT的误码率和可达比特率均优于OFDM,从而验证了FMT调制方案的可靠性和有效性,这说明FMT可以应用于未来无线通信的物理层调制技术中。

面向雷达通信频谱共享的一体化信号研究综述

随着全球信息化建设的深入推进,频谱资源稀缺问题日益凸显。军民之间、业务之间、国家之间等多方争夺无线频谱资源的态势已基本形成。其中,雷达与无线通信之间的频谱竞争最为激烈。在此背景下,面向雷达与通信共享频谱的一体化信号引起了学术界和工业界的广泛关注。本文剖析了雷达通信一体化信号研究历程及其走向多维调制的发展趋势,从理论上指明了传统一体化信号的局限性以及一体化多维信号的本质优势,从技术上拓展、挖掘和利用了新自由度,并设计了物理可实现的一体化多维信号方案,从仿真和试验上完成了典型场景的一体化多维信号性能测试。本文尝试为未来雷达通信一体化信号研究指明方向,更期望为我国今后应对频谱资源高度紧缺、频谱竞争异常激烈、用频需求飞速增长和频谱利用率低下等矛盾提供理论和技术积累。

两种OFDM调制实现方法的性能分析

将基于FFT变换和基于正交小波变换的OFDM调制系统都归结于用滤波器组来实现,分析了两种调制方法实现准确重建OFDM信号的充分条件;并在Raleigh频率选择衰落信道模型上对两种方法的误码率进行了MATLAB仿真。仿真结果表明:小信噪比时,正交小波变换误码率性能要优于FFT变换;而大信噪比时,FFT变换的误码率性能要优于正交小波变换。

基于5G高阶QAM和F-OFDM的LDPC编码研究

5G的高速率、高吞吐量、高可靠和低时延等特点,要求系统在物理底层不仅要采用高阶基带调制解调技术,还要采用滤波器组技术,以实现3个由3GPP定义的标准应用场景。高阶QAM和F-OFDM的应用,虽然可以部分满足三大应用场景的需要,但也会带来系统性能的下降,必须有其他新技术引入,才可以弥补已有新技术带来的相关缺陷。LDPC编码译码是一个物理底层的,应用于传输末端的,且技术难度适中、技术性能较高的信道编码技术,是以牺牲部分数据传输率换取系统传输可靠性的5G系统不可或缺的基础技术之一。

宽带无线通信中的滤波器组多载波技术

滤波器组多载波技术抗多径衰落能力很强,能够平衡高速传输与均衡接收复杂度二者之间的矛盾,是未来宽带无线通信的发展方向之一。从已获广泛应用的正交频分复用技术出发,简述滤波器组多载波传输技术基本原理及框图,给出现存问题。在此基础上总结它们与多输入多输出、码分多址以及认知无线电系统的技术融合,并对滤波器组多载波技术发展做出展望。