濾波正交頻分復用(Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing,F-OFDM)是為了滿足5G(Fifth Generation)更高的通信要求而產(chǎn)生的一種新型的多載波調(diào)制技術(shù)。F-OFDM系統(tǒng)是在OFDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加子帶濾波器,子帶濾波器的設(shè)計會影響系統(tǒng)的實現(xiàn)復雜度、子帶帶外功率泄露水平,因此子帶濾波器的設(shè)計是F-OFDM系統(tǒng)研究重點,但是目前的子帶濾波器設(shè)計存在無法根據(jù)通信場景靈活調(diào)整濾波器參數(shù)的問題。同時,F-OFDM系統(tǒng)在受到載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)時,會產(chǎn)生子載波間干擾(Inter Carrier Interference,ICI),嚴重影響系統(tǒng)性能,但是目前仍未有F-OFDM系統(tǒng)ICI消除方面的研究,因此本文以F-OFDM為研究對象,對子帶濾波器設(shè)計以及ICI消除兩個方面進行了研究。首先,針對目前子帶濾波器無法根據(jù)通信場景靈活調(diào)整濾波器參數(shù)的問題,本文提出基于凱塞窗的窗函數(shù)法設(shè)計F-OFDM子帶濾波器,本文所設(shè)計的濾波器,可以根據(jù)不同的通信需求,通過調(diào)整濾波器的長度N和控制窗函數(shù)形狀的參數(shù)β,調(diào)整主瓣寬度及旁瓣幅度之間的平衡,克服了其他子帶濾波器,當選定具體的窗函數(shù)后,無法更改阻帶衰減的缺點,具有更強的靈活性。其次,針對CFO會對原始F-OFDM的可靠性造成顯著影響的問題,在分析了F-OFDM系統(tǒng)產(chǎn)生CFO的原因及整數(shù)倍及小數(shù)倍頻率偏移對F-OFDM系統(tǒng)造成的影響的基礎(chǔ)上,本文提出了 F-OFDM系統(tǒng)MCSR(Mirror Conjugate Symbol Repetition)ICI自消除算法。通過將互為共軛關(guān)系的符號映射到鏡像對稱的子載波上,利用接收信號干擾系數(shù)互為共軛的關(guān)系,降低CFO及IQ不平衡對F-OFDM系統(tǒng)造成的ICI干擾。仿真結(jié)果表明,在AWGN(Additive White Gaussian Noise)信道下,所提出的F-OFDM的鏡像對稱共軛(MCSR)干擾自消除算法相比于其他ICI自消除算法,其誤比特率(Bit Error Ratio,BER)性能與載波干擾功率比(Carrier to Interference power Ratio,CIR)性能均優(yōu)于其他方案。最后,針對ICI自消除算法隨著CFO頻偏越來越大,系統(tǒng)的誤碼率性能無法被明顯改善的問題,本文提出了兩種改進的MCSR算法。第一種基于時域頻偏估計的改進算法,利用F-OFDM系統(tǒng)CP(Cyclic Prefix,CP)與其重復部分的相關(guān)性,在時域進行頻偏估計,直接將估計的頻偏反饋回接收端,進行頻偏校正。第二種基于頻域頻偏估計的改進算法在接收信號經(jīng)過FFT變換后,利用鏡像對稱子載波上的發(fā)送數(shù)據(jù)互為共軛的相關(guān)關(guān)系,估計出系統(tǒng)的載波頻偏。將估計出來的載波頻偏反饋到系統(tǒng)的接收端,對接收端信號進行相位補償。仿真結(jié)果表明,本文所提改進算法與未改進的方法相比,雖然提高了系統(tǒng)接收端的計算復雜度,但是降低甚至抵消了載波偏移造成的ICI。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.53;TN713
【部分圖文】：

若干并行的低速子載波中進行傳輸。低速的子載波數(shù)據(jù)的碼元周期較長，從而可??以對抗頻率衰落。并且ＯＦＤＭ在一個符號時間間隔內(nèi)，任意兩個子載波間嚴格正??交，從而降低了子載波間干擾。ＯＦＤＭ系統(tǒng)發(fā)送端的原理如圖２－１所示。??子載??ＩＳ—＾波料映一＾?ｉＮｆ？ｔ?—＾加⑶一－??＼?射??圖２－丨ＯＦＤＭ技術(shù)發(fā)送端原理圖??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?ｏｆ?ＯＦＤＭ??子帶?子載?ｖ占?加?子帶??數(shù)據(jù)￣￣？波映一？?＾?Ｊ?—？濾波一￣？??Ｓｋ?射?ＩＦＦＴ?ｃｐ?器??圖２－２?Ｆ－ＯＦＤＭ技術(shù)發(fā)送端原理圖??Ｆｉｇ．２－２?Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?ｏｆ?Ｆ－ＯＦＤＭ??Ｆ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)發(fā)送端模型如圖２－２所示。Ｆ－ＯＦＤＭ波形調(diào)技術(shù)的基礎(chǔ)是ＯＦＤＭ??波形調(diào)制技術(shù)，與ＯＦＤＭ不同的是，Ｆ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)在系統(tǒng)的發(fā)送端將系統(tǒng)帶寬劃??分為不同的子帶，每個子帶根據(jù)不同的通信業(yè)務類型設(shè)置相應的子載波間隔、保??護間隔及ＣＰ長度等子帶參數(shù)。Ｆ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)通過對子帶信號進行濾波操作，降低??１０??

若干并行的低速子載波中進行傳輸。低速的子載波數(shù)據(jù)的碼元周期較長，從而可??以對抗頻率衰落。并且ＯＦＤＭ在一個符號時間間隔內(nèi)，任意兩個子載波間嚴格正??交，從而降低了子載波間干擾。ＯＦＤＭ系統(tǒng)發(fā)送端的原理如圖２－１所示。??子載??ＩＳ—＾波料映一＾?ｉＮｆ？ｔ?—＾加⑶一－??＼?射??圖２－丨ＯＦＤＭ技術(shù)發(fā)送端原理圖??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?ｏｆ?ＯＦＤＭ??子帶?子載?ｖ占?加?子帶??數(shù)據(jù)￣￣？波映一？?＾?Ｊ?—？濾波一￣？??Ｓｋ?射?ＩＦＦＴ?ｃｐ?器??圖２－２?Ｆ－ＯＦＤＭ技術(shù)發(fā)送端原理圖??Ｆｉｇ．２－２?Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?ｏｆ?Ｆ－ＯＦＤＭ??Ｆ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)發(fā)送端模型如圖２－２所示。Ｆ－ＯＦＤＭ波形調(diào)技術(shù)的基礎(chǔ)是ＯＦＤＭ??波形調(diào)制技術(shù)，與ＯＦＤＭ不同的是，Ｆ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)在系統(tǒng)的發(fā)送端將系統(tǒng)帶寬劃??分為不同的子帶，每個子帶根據(jù)不同的通信業(yè)務類型設(shè)置相應的子載波間隔、保??護間隔及ＣＰ長度等子帶參數(shù)。Ｆ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)通過對子帶信號進行濾波操作，降低??１０??

?＞??／??圖２－４多場景信號接入頻譜示意圖??Ｆｉｇ．２－４?Ｍｕｌｔｉ－Ｓｃｅｎｅ?Ｓｉｇｎａｌ?Ａｃｃｅｓｓ?Ｓｐｅｃｔｒｕｍ?Ｄｉａｇｒａｍ??￣￣ｒＴ＾ＴＴＴＩ??三三Ｎ——Ｘ．?????ｆ??圖２－５多場景信號視頻分辨圖??Ｆｉｇ．２－５?Ｔｉｍｅ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?Ｍａｐ?ｏｆ?Ｍｕｌｔｉ－Ｓｃｅｎｅ?Ｓｉｇｎａｌｓ??由于Ｆ－ＯＦＤＭ發(fā)送端的信號是將各子帶的信號疊加在一起進行發(fā)送，所以取??圖２－３中的一路Ｆ－ＯＴＯＭ信號來分析。單路信號的Ｆ－ＯＦＤＭ如圖２－６所示。??ｘ｛ｎ??．中），??？?—？添加?〇＞?—？?ｆ｛ｒｉ）??？??―）．????Ｓ／Ｐ?．?ＩＦＦＴ?Ｐ／Ｓ??＾－＞０?＿??圖２－６單子帶Ｆ－ＯＦＤＭ發(fā)射端模型??Ｆｉｇ．２－６?Ｔｈｅ?ｓｉｎｇｌｅ?ｂａｎｄ?ｏｆ?Ｆ－ＯＦＤＭ?ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?ｍｏｄｅｌ??１２??
【參考文獻】

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本文編號：2868854