高速移动环境下FBMC-OQAM技术的研究

高速移动环境下FBMC-OQAM技术的研究

作者：罗珍珍 王苏妍

来源：《科技视界》2019年第31期

【摘 要】针对高速移动环境下的通信特点，提出了一种基于FBMC-OQAM系统的方法用于抑制干扰。该方法以FBMC技术为基础，通过引入OQAM调制实现了全速率正交传输，用于增强系统对频偏的鲁棒性。结果表明，该方法能够在高速移动的环境下，有效消除多径信道中的干扰和衰落，提高误码率和系统性能。

【关键词】高速移动;FBMC-OQAM;鲁棒性;系统性能

中图分类号： TN929.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）31-0018-002 DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.008

Research on FBMC-OQAM Technology in High Speed Mobile Environment LUO Zhen-zhen1 WANG Su-yan2

（1.Institute of Information Technology of Guet，Guilin Guangxi 541004，China;

2.Guangdong Xin'an Vocational Technical College，Shenzhen Guangdong 518000，China） 【Abstract】For communication characteristics in high-speed mobile environments，a method of FBMC-OQAM system is proposed to suppress interference.The method is based on FBMC

technology，and full rate orthogonal transmission is achieved by introducing OQAM modulation to enhance the robustness of the system to frequency offset.As the results is shown，the proposed method can eliminate the interference and fading in multipath channels effectively，and improve the bit error rate and system performance in a high-speed mobile environment.

【Key words】High-speed movement;FBMC-OQAM;Robustness;System performance

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0 引言

移動通信的普及和第五代移动通信系统（5th Generation， 5G）的到来，通信技术已经彻底改变了人们的生活方式。与此同时，近几年高速铁路的快速发展，使得交通成为了国民经济的重要支柱，随着信息化时代的推进，越来越多的人希望在乘坐高铁出行中能够使用移动终端联网通信，享受浏览网页、视频直播等互联网服务，而在高铁快速移动环境下，使得通信信号发生频率偏移，信道呈现衰落性，而高铁轨道两侧的树木、建筑物等又使得电磁波产生多径传播效应[1]。为了提高通信系统传输速率，4G和5G中采用了OFDM技术■，它能够有效对抗频选衰落，但其同步要求高，会增加误码率。除此之外，多载波系统是FBMC■被广泛应用，其只有相邻子载波有重叠，因此具有一定的抗干扰能力。

本文针对系统全速率传输的特点，在FBMC技术的基础上，将OQAM调制与FBMC系统相结合，提出■■系统，以用于抑制高速移动环境下信道衰落及干扰，提高高速移动环境下的系统性能。 1 FBMC原理

FBMC系统使用滤波器组作为多载波调制器，各子载波之间只需满足实数域正交性，不需要像OFDM那样必须在整个复数域正交，所以不涉及影响到频谱效率下降的状况。另外，FBMC中的滤波器组由具有优良时频聚焦性的原型滤波器构造，系统的带外功率辐射非常低，从而导致重叠现象只会发生在相邻子载波，具有一定的抗ICI（子载波干扰）能力，这种优势正好与高速移动带来的ICI相契合。不过，因为滤波器组不可避免的存在正交性差异，在双选信道下，该干扰被串扰为了复数干扰，对接收端信号的检测接收技术提出新的挑战。 2 FBMC-OQAM系统

与FBMC相比，FBMC-OQAM系统，通过引入OQAM调制实现了全速率正交传输，从时频聚焦角度来看，该系统使用的原型滤波函数好于OFDM系统中的矩形窗函数，原型滤波器使带外幅度快速衰落，这种优势体现在其能够抵抗信道对信号的时频弥散干扰，增强系统对频偏的鲁棒性，实现对ICI的抑制。

因此，FBMC-OQAM系统框图可用如图1所示进行描述。

设定子载波个数为M，首先将待发送的比特流传入OQAM预处理模块，然后通过QAM调制映射为复信号，并根据子载波个数M进行串并变换。接着对复信号做偏移处理，先分别取出各个复信号的实部和虚部，然后通过对两者乘以相位旋转因子，并让其中一个先输出另外一个延迟τ0=Ts/2（Ts表示FBMC符号周期）输出实现时间上的实虚交错，再采用不同映射操作，使得相邻子载波上的符号有π/2的间隔，从而实现数据符号在时频格点上呈现虚、实交错分布。紧接着将其处理后的输出传入到综合滤波器，再通过IFFT以及PPN处理，然后实现多

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载波调制。最终，全部叠加发送到信道中。FBMC-OQAM系统基带等效发送信号表达式可以表示为： ■（1）

式中，am，n指的是第n个时隙第m个子载波上传送的实值符号，gm，n（t）则是时频点（m，n）处的原型滤波器函数，由下式获得： ■（2）

式中，f△为子载波间隔，g（t）表示原型滤波器的时域冲激响应。 在理想信道下，发送端信号x（t），FBMC-OQAM系统可以表示如下： ■（3）

其中，R表示取实数操作，只有当m=p时，ε■=1，当m≠p，ε■=0，即通过取实操作，消除了不同格点处符号之间求内积得出的纯虚数干扰，从而实现了实数域正交。由此，接收信号rm，n表示为： ■（4）

结合实数域正交性，上式还可以表示为： ■（5）

式中，im，n表示不同格点处符号之间求内积得出的纯虚数干扰，通常被称为系统固有虚部干扰。通过对分析滤波器输出符号进行取实部操作，恢复出原符号： ■（6）

在多径信道下，接收端信号表达式可以表示为： ■（7）

式中，h（t，τ）指的是时域信道冲激响应，■卷积运算，ω（t）则为高斯白噪声，hm，n表示时频格点（m，n）处的信道参数。则接收端分析滤波器输出的时频格点为（m0，n0）处的符号可以表示为： r■=〈y（t），g■〉■

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=■■h■a■〈g■，g■〉■+〈ω■，g■〉■=h■a■+ω■（8） 在理想信道估计下，即■m■，n■=hm■，n■，采用ZF均衡得： ■（9）

不考虑AWGN的情况下，即ω■=0，由式（9）得到原始发送信号为： ■■=a■（10）

图2 FBMC-OQAM系统性能图

在速度为300km/h环境下移动，采用6条径的COST207模型，使用该系统对其进行仿真，并与传统的FBMC比较，得到性能效果图如图2所示。图中曲线为归一化多普勒频移FdTs=0的条件下，采用提出的Sub-block DD-BDFE的过采样检测方案仿真得到。

从图2中可以看出，FBMC-OQAM系統的误比特率性能远好于传统系统。在BER为10-2时，其误比特率性能提高约，并且随着的增加性能提升的程度更大。意味着它能够消除掉存在于多径信道中的干扰。因此，将FBMC-OQAM技术引入高速移动环境下，随着信噪比EbNo的增加，误码率BER得到明显改善，系统性能大大提高。 3 结论

本文针对高速移动下环境的特点，为了进一步提高通信系统技术，首先简单介绍了FBMC的原理，然后在FBMC的基础上，通过引入OQAM调制，提出FBMC-OQAM系统，并分析其与FBMC的区别，最后将其应用于高速通信，同时通过仿真证明，该方法与FBMC相比，具有更高的频谱利用率和一定的抗频偏能力，能有效改善性能。 【参考文献】

[1]迟晓梅.双选择性衰落信道中OFDM检测算法研究[D]. 西安：西安电子科技大学，2017. [2]梁文斌.高速移动环境下多载波FBMC技术的研究[J]. 电子世界，2018，552（18）：102-103.

[3]孙杰.FBMC系统中的关键技术研究[D].北京：北京邮电大学，2017.