面向小包传输的通用滤波多载波复用技术研究

摘要

随着4G的商用，5G移动通信技术的研究已经提上日程并且成为国内外移动通信领域的研究热点。通用滤波多载波复用技术(Universal Filtered Multi-carrier Technique，UFMC)是5G中的热点候选波形技术，UFMC技术具有带外泄漏小，时频效率高等优势，被认为是可以替代正交频分复用技术(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)的一种新波形。物联网以及机器类通信将在5G通信系统中扮演重要角色。与4G通信系统相比，5G系统拥有鲜明的特征，在5G中，将会出现大量机器之间的互连或者机器设备与人之间的互连。随着物联网的发展，小包通信得到学术界越来越多的关注，因此本文主要研究面向小包传输的通用滤波多载波复用技术。
　　论文首先研究了UFMC技术的基本原理，并且简要介绍了其它5G候选波形技术基于滤波器组的多载波波形(Filter Bank Multi-carrier,FBMC)和资源块滤波正交频分复用波形(Resource Block Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing，RB-F-OFDM)，然后论文从功率谱密度，误块率以及瞬时平均功率比等性能比较了OFDM，FBMC，RB-F-OFDM和UFMC技术。
　　接着介绍了小包场景的搭建方法，通过理论分析可以看出当符号数较少时UFMC的时频效率高于OFDM和FBMC，因此UFMC技术是适用于小数据包传输的波形。为了解决小包场景中多用户的接收端检测问题，本文中提出了将波形UFMC与频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)，交织多址(Interleave Division Multiple Access，IDMA)，稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access，SCMA)进行结合，并且重点介绍了三种多址方式的系统原理。
　　考虑到UFMC的瞬时平均功率比性能较差，所以本文提出了一种新的波形——离散傅里叶变换扩频的通用滤波多载波复用技术(Discrete Fourier Transform-Spread UFMC，DFT-S-UFMC)来改进UFMC的IAPR性能。本文给出了DFT-S-UFMC的系统模型以及算法实现，通过仿真可以看出DFT-S-UFMC的IAPR性能优于UFMC。
　　最后介绍了小包场景中UFMC-IDMA和UFMC-SCMA系统的实现原理，并且搭建LTE链路级仿真平台比较了在小包场景下UFMC-FDMA，UFMC-IDMA和UFMC-SCMA的误块率性能，相同条件下仿真得出三种方式中UFMC-SCMA的BLER性能最好，UFMC-FDMA的BLER性能最差。

目录

声明

致谢

摘要

中英文对照

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作和内容安排

2 5G候选波形技术

2．1 4G波形技术OFDM

2．2 5G候选波形技术FBMC

2．2．1 FBMC基本原理

2．2．2 FBMC优缺点

2．3．1 RB-F-OFDM基本原理

2．3．2 RB-F-OFDM优缺点

2．4 5G候选波形技术UFMC

2．4．1 UFMC基本原理

2．4．2 UFMC优缺点

2．5 四种波形比较

2．5．1 功率谱密度性能(PSD)比较

2．5．2 误块率性能(BLER)比较

2．5．3 瞬时平均功率比性能(IAPR)比较

2．6 本章小结

3．1 小包场景建模

3．2 小包场景波形效率分析

3．3 多用户检测

3．3．1 多用户检测原理

3．3．2 频分多址方式

3．3．3 交织多址方式

3．3．4 稀疏码分多址方式

3．4 本章小结

4 面向小包传输的UFMC技术研究

4．1 UFMC的IAPR性能优化

4．1．1 UFMC的IAPR性能优化算法

4．1．2 仿真结果

4．2 面向小包传输的UFMC算法设计

4．2．1 UFMC-IDMA系统原理

4．2．2 UFMC-SCMA系统原理

4．2．3 性能比较

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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