探析第五代移动通信无线宽带多载波传输技术

探析第五代移动通信无线宽带多载波传输技术

刘洪浪

公诚管理咨询有限公司第七分公司广东珠海519000

【摘要】本文主要对第五代移动通信无线宽带载波传输技术进行分析与探讨，以供同仁参考。

【关键词】第五代移动通信；无线宽带；多载波传输技术

一、前言

近年来，随着通信技术的高速发展，我们在第四代移动技术部属刚刚完成的情况下，又迎来了5G网络时代，5G网络相对于2G、3G、4G网络更加注重数据流的传输，对于无线传输的研究成为5G系统的核心领域。5G无线宽带多载波传输技术，应着重解决实时应用、频谱碎片化与异构网络等问题，为未来移动通信业务带来全新的体验。本文主要对第五代移动通信无线宽带载波传输技术进行分析与探讨，以供同仁参考。

二、第五代移动无线宽带多载波传输技术

（1）FBMC技术。早在上个世纪通信领域中的DMT和DWMT就是FBMC的一种类型，频谱效率高，传输无需同步，这一技术在各个子载波上滤波，经过特殊的设计之后，滤波器就可以将符号干扰完全消除，其相邻子带的交叠与OFDM技术是相同的。由于传输产生的载波干扰问题，可以使用偏移正交幅度调制技术进行消除。在具体的传输过程中，需要通过多径通道，需要达到时域均衡后子带才能够顺利完成工作。FBMC技术需要使用滤波器组抑制旁瓣才能够顺利完成传输，该种滤波器实际上就是并行带通滤波器，在传输过程中，只要使用低通原型滤波器就可以达到传输目的。此外，还可以使用FFT网络来调制滤波器组，这样可以有效降低计算的复杂型，如果信道中应用M个子载波，为了获取到理想的带外衰竭，共需要长度为K×M的等效FIR滤波器，其中K也是衡量子带重叠的一个标准，即重叠因子。关于原型滤波器的设计，不仅需要满足移植旁瓣的需求，还需要采取合理的措施减小符号干扰，这可以应用均方根奈辛斯特滤波器来实现。如果要满足扩展FFT，可以使用频率采样法进行设计。为了获取到更好的性能，可以采用IOTA等复杂的滤波器设计法，其中最常用的就是偏移正交幅度调制法，但是，这一技术在MIM0环境下需要采用其他的技术才能够消除不良影响。

（2）GFDM技术。GFDM技术有着发送简单、频谱效率高、无需子带同步的优势，这一技术将S个时隙与M个子载波符号作为一个帧，只要设计好滤波器，并进行Tailbiting就能够达到传输目的。与传统PFDM技术不同，GFDM技术需要在子载波上使用CP，并不需要在调制后使用，而为了消除ICI，还需要采用DouhleSlC技术。在GFDM收发机设备中，每一个子带原型低通滤波器都是相同的，这一技术不仅节约了成本，还可以利用FFT来快速计算出结果，在计算时，N倍内插步主要哦集中在频域之中，将FFT结果进行复制处理。为了提升计算的准确性，在设计滤波器时，可以参照FBMC技术中的原型低通滤波器。

（3）OFDM技术。与以上两种技术相比，OFDM旁瓣偏大，需要使用滤波OFDM技术，并预留好保护带，才能够实现传输的目的。DOFM技术的使用需要在符号中设置滤波器压缩旁瓣，并采用UFMC技术进行滤波。这样，滤波器频带就会增宽，对器件性能的要求也会降低，OFDM技术在句组子载波上，会构成子带，各个子带之间是小会出现交叠问题的。此外，该种技术的应用小需要应用GP，这主要基于两个原因:首先，同一个自带中会出现载波间干扰，需要在接收端来处理；其次，滤波时域拖尾会导致系统出现符号干扰问题，因此，需要使用时域保护间隔。

（4）UFMC技术。UFMC每组子载波构成一个子带，子带间互不交叠。UFMC在提出时没有采用CP，不使用CP的代价有:1)同个子带内产生了载波间干扰(ICI)，需要在接收端进行均衡；2)对于滤波后的时域拖尾造成的符号间干扰(ISI)，UFMC设定了时域保护间隔，故与CP系统相比并没有提高频谱效率。不难发现，UFMC实际上是以发射机和均衡器的复杂度增加为代价，获得了子带无需同步的特性。

三、四种无线多载波传输技术的比较

（1）技术特点。FBMC技术有着实现复杂度高、频谱效率高的优势，且不需要CP的参与，但是，为了达到更为理想的频率效率，需要应用OQAM，关于这一技术的应用，目前学界已经开始进行了深人的研究。而GFDM需要使用CP，因此，这一技术的实现更加的简单，在特定的环境下，可以转化为OFDM。这几种技术在接受机复杂度、频谱效率、多址接入灵活性上有着良好的效果，能够解决5G技术在发展过程中存在的不足，是现阶段下5G多载波传输技术的研究重点和难点。从计算复杂型上进行分析，OFDM在三种技术中的计算是最为简单的，其次就是GFDM技术与FBMC技术，其旁瓣抑制也显著优于OFDM技术。其中，FBMC不需要应用CP，且子带滤波器重叠，因此，其频谱效率优于GFDM技术，但是，FBMC技术的应用会受到OQAM的限制。GFDM没有上述的缺陷，使用起来非常灵活，只要应用简单的收发机结构就可以完成任务，UFMC则是上述两种技术的中间点。

（2）计算复杂度。表2粗略分析了OFDM,FBMC和GFDM这3种多载波技术的实现复杂度。载波总数均为N，实际使用M个子载波，复杂度的衡量标准为发送SXM个符号流所需要的乘法运算次数。FBMC重叠因子K的典型值为4。FBMC-P是多相网络实现方式，FBMC-E是可扩展FFT方式。

四、结束语

综上所述，5G网络的应用为带来了革命性的变化，具体使用哪种技术，需要根据均衡器来进行决定，就现阶段来看，怎样在频谱效率、接收机复杂度、多址接入灵活性等方面取得较好的折衷，同时解决OFDM在5G下的不足，是5G多载波传输技术研究的重点，同时也是难点。目前要实现与OFDM复杂度相仿的频域单点均衡，仍依赖CP的使用，从而浪费了无线资源，也不适合频繁的短帧通信需要。如何在这一点上取得突破，将是新一代多载波传输方法研究接下来需要解决的核心问题。

参考文献:

[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学，2014,44(5):551-563