无线通信中的多载波调制.pdf

无线通信技术的发展随着移动互联网和多媒体业务的普及而加速，随着人们对于移动数据业务的需求不断增长，无线通信系统面临的挑战也越来越多。其中频谱资源的紧张和频谱利用效率的低下是目前无线通信技术的主要难题。频谱资源的有限性以及现有授权频段使用率的不足，促使通信行业不断探索更为高效和灵活的无线通信技术。 在这样的背景下，多载波调制技术成为了4G和5G无线通信中的重要组成部分。多载波调制技术指的是将高速数据流分解为多个低速数据流，并在多个载波上同时进行调制的技术。OFDM（正交频分复用）是目前应用最广泛的多载波调制技术之一，而FBMC（基于滤波器组的多载波技术）则是一种新兴的解决方案。 OFDM技术之所以被广泛应用于WiMaX、LTE和LTE-A系统等无线通信系统，主要是由于其具有频谱效率高、抗多径衰落能力强、抗码间串绕能力强以及实现复杂度低等优点。然而，OFDM也有其固有的缺点，例如为了减少多径效应而引入循环前缀导致无线资源浪费，对载波频偏的敏感性高，以及子载波必须保持同步等问题。此外，OFDM系统中由于采用方波作为基带波形，载波旁瓣较大，这在子载波同步不佳的情况下会导致严重干扰。 为了解决OFDM技术中存在的问题，FBMC技术应运而生。FBMC技术采用非正交的子载波，因此不需要插入循环前缀，并能灵活控制子载波带宽和交叠程度，进而提高频谱使用效率。FBMC技术的原型滤波器的冲击响应和频率响应可灵活设计，不必每个子载波保持正交，也不要求严格同步，非常适合用于上行链路。尽管如此，FBMC技术同样存在子载波间相互干扰和时域干扰的问题，需要通过特定技术进行干扰消除。 OFDM和FBMC技术都基于将高速数据信号转换为并行的低速子数据流，并在多个子信道上进行调制和传输的原理。OFDM通过使用正交子信道和IDFT（逆离散傅立叶变换）/DFT（离散傅立叶变换）技术来实现这一过程，而FBMC则是通过滤波器组来完成多载波调制和解调。OFDM系统的滤波器组结构框图和FBMC多载波系统收发端示意图描绘了这些技术在实际应用中的实现框架和组成部分。 在OFDM技术中，正交子信道的创建使得子信道间的相互干扰得到抑制，而子信道带宽的缩小使得信道均衡变得简单。尽管如此，OFDM技术在实际应用中也存在一些限制和挑战。例如，OFDM信号是由矩形窗函数截取的DFT信号构成，因此会有较大的旁瓣，导致子载波间存在一定程度的干扰。此外，为了适应不同的应用需求，OFDM技术的原型滤波器和调制滤波器的设计至关重要，需要平衡信号质量和实现复杂度等因素。 OFDM和FBMC都是当前无线通信领域内应对频谱资源紧张和提高频谱使用效率的重要技术，各自具有独特的优势和面临的挑战。随着无线通信技术的持续进步和用户需求的不断提升，这些技术也将不断演进，以适应未来的通信需求。