论文部分内容阅读
ITU-R已经把eMBB、uRLLC和mMTC定义为5G的三种主要应用场景,由于不同的应用场景对系统关键特性需求差异明显,所以5G需要新空口技术满足性能需求。CP-OFDM由于矩形窗函数带来的固有问题已经不能满足5G空口的要求,所以5G需要新的波形技术。现今,FBMC、UFMC、GFDM和Filtered-OFDM已经被广泛认可为5G的候选波形技术。本文在分析候选波形技术理论的基础上对波形技术进行了总结,并选取FBMC和F-OFDM进行重点研究分析。FBMC选用时频局部化特性优良的滤波器对子载波进行滤波,因而具有优良的性能:抗ISI和ICI、带外泄露低、频谱效率高效(不使用CP)。采用OQAM调制的FBMC(FBMC/OQAM)由于能在实数域上保持正交而受到广泛关注。本文首先推导了FBMC/OQAM系统原理,在其基础上研究了两种快速实现结构:频域扩展-扩展FFT(FS-FFT)和多相网络-FFT(PPN-FFT),并与CP-OFDM系统的实现复杂度进行仿真分析。其次,本文研究了FBMC中原型滤波器的设计方法和优化准则并仿真分析了经典原型滤波器的时频局部化特性。最后,本文在分析无线信道特性的基础上研究了FBMC/OQAM系统经过多径信道后的接收端信号组成部分并给出了FBMC/OQAM系统信道估计模型。多篇文献已提出POP、IAM和ICM算法作为FBMC/OQAM的块状导频信道估计技术。本文在结合IAM和ICM算法的基础上提出了高效频谱的信道估计算法,称之为:ES-IAM-R和ES-IAM-C,接收端在消除虚数导频产生的实数干扰后,它们信道估计性能与IAM-R和IAM-C接近,但导频仅占据两个符号周期。F-OFDM和CP-OFDM的主要不同之处在于F-OFDM对用户占据的子带进行滤波。本文首先设计了一个包含两异步子带的F-OFDM系统并与CP-OFDM系统进行了仿真对比,仿真表明F-OFDM具有更好的子带间异步能力。本文研究分析了F-OFDM子带滤波器设计和实现方法,并在快速卷积算法(Overlap-Save)的基础上提出了一种基于“幅值”滤波器的快速卷积实现方法并在FPGA上做了实现,新的实现方法将1个复数乘法器变为2个实数乘法器。FPGA实现结果表明:通过合理设计中间数据输入输出顺序,新的实现方法可节省了4099个时钟周期。