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基于5G技术的无线宽带多载波传输探析

刘江彬 吉林吉大通信设计院股份有限公司

【摘 要】 5G 即第 5 代移动通讯设备通信技术,要求下行速达到 10GB/s 以上,是 4G 的延伸,于第三次世界互联网大会中美国高通公司首次提出, 本着 “万物互联” 的技术理念向千兆网速和人工智能迈进. 多载波传输一直是实现数据信号传输速度大幅增长的重点、突破点,也必然是 5G 的重要研发方向.本文立足新兴的 5G 技术,简单探析无线宽带的多载波传输.

【关键词】 5G 技术 多载波传输 无线宽带

传统通信系统采用单载波方案,在数据信号传输速率不高时,符号间的干扰较小,消除起来也非常容易,但是随着网络发展,低速率的数据信号传输已经完全无法满足通信需要,仍然采用单载波传输方式,会严重增加均衡器的抽头数量和运算的复杂性,导致干扰无法消除.多载波传输将是解决这一问题的最佳途径.

一、简述载波与多载波

载波指负载着数据的频率特定的无线电波.无线通信中大多传输低频率数据,频率低不易接收和同步,那么使用载波传输,将数据信号加载到一个高频率的载波信号上,接受方按照载波频率接收并通过各个波幅的不同提取,从而保证数据接收和同步的便捷有效.多载波传输是将高速创新的数据流分化为几个低速的数据流,并对应调制载波,从而大幅降低由信道延时扩引起的干扰,同时分散由衰落或干扰引起的接受端的错误. 多载波调制是将信道分成多个正交子信道,形成多个载波信号,同时将需要传输的数据信号转化为多个并行的低速子数据流,这些子数据流的传输比特速率要低很多,将这些子数据流调制到每个子信道上进行传输.意思就是通过这些子数据分别调制多个载波.常见的多载波传输有滤波器多载波(FBMC)和广义频分复用(GFDM),前者不采用循环前缀,子带不要求同步,频谱效率高,后者频谱效率高同时接受及复杂度低,也不要求子波载同步.随后通用滤波多载波(UFMC)技术的研发将 FBMC 和 GFDM 的优点结合,目前三者共同作为 SGNOW 项目组重点关注的多载波技术备用方案.

二、基于 5G 的 FBMC 研发方向

多年以前通信领域中出现的 DMT 和 DWMT 就是 FBMC的一种,频谱效率高且传输无需同步,这个技术将各个子载波花式滤波进行特殊设计,通过滤波器符号实现干扰完全消除,并且其相邻子带的交叠等同于 OFDM 技术.数据载波信号传输会产生载波干扰,这些干扰问题通过偏移正交幅度调制技术就能完全消除.FBMC 技术实现顺利传输必须要用到滤波器组抑制旁瓣,这种滤波器是并行带通的,传输中只要使用低通原型滤波器就能实现.另外 FFT 网络也可以用来调制滤波器组,会大大降低计算的复杂性,出现信道中应用多个子载波,为了实现预期的带外衰竭,需要一个衡量子带重叠的标准,使得等效的 FIR 滤波器长度为子载波个数与衡量子带重叠标准数值的乘积.

三、基于 5G 的 GFDM 的研发方向

GFDM 技术的优势为发送简单、频谱效率高、子带无需同步.它将多个时隙和多个子载波作为一个帧,然后设计好滤波器进行咬尾(Tailbiting)就能够实现传输.GFDM 技术在载波上使用CP, 同时为了消除干扰要使用双咬 (Doublesic) .GFDM 的收发机设备,每一个子带的低通滤波器原型相同,使得这项技术大大节约了成本,并且 FFT 计算结果快速,再仿照 FBMC 中的原型低通滤波器设计滤波器,能够大幅提高计算准确性.

四、基于 5G 的 OFDM 技术

OFDM 技术的旁瓣比上述两种技术大,需要提前备好保护带并使用 OFDM 的滤波技术,才能实现传输.OFDM 需要在符号中设置滤波器压缩旁瓣,同时用 UFMC 进行滤波,增宽滤波器的频带,相应的降低器件性能,在每组子载波上构成子带,避免子带出现交错.OFDM 在接受端处理同一子带的载波间的干扰,同时需要使用时域保护间隔避免滤波时域拖尾导致的信号干扰问题,基于这两种技术性质,OFDM 不需要应用 CP.

五、FBMC、GFDM、OFDM 的比较

FBMC 实现复杂度高但频谱效率高,不需要 CP 参与,学界对于此方面的研究逐步深入.GFDM 需要 CP 参与,所以实现起来更为便捷,并且特定情况下完全可以转化为OFDM.FBMC、GFDM、OFDM 三项多载波传输技术的接受机复杂度、频谱效率、接入方式灵活多样,但是从计算的复杂程度上看,OFDM 的计算最为便捷,但是 FBMC 不需要CP 参与且子带滤波器重合,所以其效率比 GFDM 更好,不过 FBMC 受 OQAM 的影响制约.GFDM 没有上述问题,使用灵活、应用简单的收发机结构就能实现传输,而 UFMC 的性能则在 GFDM 和 FBMC 之间.

六、结束语

5G技术的发展脉络需要从现有的成熟的科技领域寻找,加大宽带是起点,无线宽带根本上还是需要多载波传输方式实现,因此 5G 的关键性技术应用更多还是来自于移动网络的重新布局,来自目前的无线多载波传输技术的深入研发,实现移动互联网、智能传感器、数据信息技术三项结合,完成互联网事业的又一次里程碑式进步.

无线论文范文结:

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