OQAM/FBMC信号拖尾抑制研究

摘要

基于交错正交幅度调制的滤波器组多载波（Filter Bank Multicarrier with Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM/FBMC）技术是传统正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术成熟后，多载波调制技术未来重要的发展方向。与传统OFDM技术使用的矩形滤波器不同，OQAM/FBMC每个载波上的调制信号都通过一个优化设计的原型滤波器来塑形，因此能够有效解决传统OFDM技术对频率偏移敏感、带外频谱泄漏较高以及由于插入循环前缀（Cyclic Prefix，CP）引起的频谱效率低等问题。然而，由于OQAM/FBMC系统采用具有较长冲激响应的原型滤波器，信号前后会产生较长的拖尾，导致在较短的数据包传输中通信系统的频谱效率明显下降。
　　针对上述问题，本文首先提出了一种基于虚拟符号（指没有传输任何数据的符号）的OQAM/FBMC信号拖尾抵消方法。该方法将虚拟符号产生的抵消信号叠加在每个OQAM/FBMC数据包的首尾用来抑制拖尾产生的波形。由于抵消信号是完全按照OQAM/FBMC的系统结构合成的，因此不会引入带外频谱泄漏、符号间干扰（Inter-Symbol Interference，ISI）和载波间干扰（Inter-Carrier Interference，ICI）。抵消后的残余拖尾能量很小，可以采用时域加窗截断。这种方法缩短了每个OQAM/FBMC数据包中的信号长度，因此提高了系统频谱效率。仿真结果可以看出，与加窗截断方法相比，该方法的信号功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）性能相差不大，而误差矢量幅度（Error Vector Magnitude，EVM）性能更好。
　　然后，本文提出基于虚拟符号的拖尾抑制优化方法。建立以同时最小化残余拖尾能量和抵消信号总能量为目标的优化问题，求解出最优的时频域虚拟符号。本文仿真了残余拖尾和抵消信号能量、EVM、系统误码率（Bit Error Rate，BER）、峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）以及PSD方面的性能。所有的仿真结果表明，与传统的拖尾抑制方法相比，本文提出的优化算法不仅能够有效抑制OQAM/FBMC信号的拖尾，而且保持了OQAM/FBMC信号杰出的低旁瓣性能，同时对系统误码率以及峰均功率比方面的影响非常小。此外，与通用滤波器组多载波（Universal Filtered Multicarrier，UFMC）、广义频分多路复用（Generalize Frequency Division Multiplexing，GFDM）以及循环滤波器组多载波（Cyclic Filter Bank Multicarrier，C-FBMC）等5G移动通信的候选波形相比，采用优化算法的OQAM/FBMC波形产生的拖尾开销相差不大或者更小，并且PSD性能更好。

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1. 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2研究现状

1.3本文工作安排

2. OQAM/FBMC信号结构分析

2.1 OFDM信号结构分析

2.2 OQAM/FBMC信号结构分析

2.3 OQAM/FBMC信号的拖尾

2.4传统拖尾抑制方法概述

3. 基于虚拟符号的OQAM/FBMC信号拖尾抵消方法

3.1基于虚拟符号的拖尾抵消方法

3.2仿真与性能分析

3.3本章小结

4. 基于虚拟符号的OQAM/FBMC信号拖尾抑制优化方法

4.1基于虚拟符号的拖尾抑制优化方法

4.2接收机设计和算法复杂度

4.3仿真与性能分析

4.4本章小结

5. 结 论

5.1论文的主要贡献

5.2进一步工作建议

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间取得的成果及参加的科研项目

附录2 缩略语