無線多徑信道對(duì)濾波多音(FMT)調(diào)制性能的影響
發(fā)布時(shí)間:2007/4/23 0:00:00 訪問次數(shù):727
關(guān)鍵詞:濾波多音(FMT) 多徑信道 誤碼率可達(dá)比特率
移動(dòng)通信的發(fā)展要解決的重要問題是高數(shù)據(jù)傳輸速率、高頻譜資源利用率和功率利用率。在無線多徑衰落環(huán)境下進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸,容易造成符號(hào)周期小于信道多徑擴(kuò)展,符號(hào)間干擾(ISI)問題嚴(yán)重。多載波技術(shù)是將信道的頻帶劃分為若干條子信道,信息在每條子信道上并行傳輸。采用并行傳輸,將使每個(gè)信道內(nèi)符號(hào)周期增加,并大于信道的記憶長度或信道多徑擴(kuò)展,這樣,系統(tǒng)就可以有效克服信道造成的ISI,達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
圖1
根據(jù)劃分信道的頻譜重疊情況,可以將多載波技術(shù)分為兩類。一類是以正交頻分復(fù)用(OFDM)或離散多音(DMT)為代表的各子信道頻譜重疊方式。OFDM技術(shù)已經(jīng)被多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE802.11a、HIPERRLAN/2、DAB等)所采用,是無線通信中的研究熱點(diǎn),也是相對(duì)成熟的技術(shù)。另一類多載波技術(shù)是以濾波多音(FMT)調(diào)制技術(shù)為代表的子信道頻譜重疊方式。FMT技術(shù)在1999年首先由Giovanni Chenrubin等人提出,用于高速數(shù)字用戶環(huán)路(VDSL)的接入。該技術(shù)可以有效地避免近端串?dāng)_(NEXT)、回聲(ECHO)和窄帶射頻干擾等問題,因此成為VDSL的物理層標(biāo)準(zhǔn)。
圖2
FMT技術(shù)不局限于VDSL,也可以用于無線信道,但是到目前為止,在無線信道下FMT技術(shù)的性能研究很少。本文研究了FMT技術(shù)在無線多徑信道中的信息誤碼率和可達(dá)比特率性能,分析了多徑信道對(duì)FMT系統(tǒng)性能的影響。
1 FMT調(diào)制系統(tǒng)模型
濾波多音(FMT)調(diào)制是通過濾波器組將整修信道劃分為頻帶有限且互不重疊的子信道,用多個(gè)子載波在這些子信道上并行傳輸信息。
如圖1所示,F(xiàn)MT發(fā)射端首先將符號(hào)周期為T的調(diào)制碼元Am(nT)經(jīng)過采樣因子為K的插值(圖1中用↑K表示),再經(jīng)過原型濾波器H(f)帶限,用一組頻率間隔相等的子載波調(diào)制到不同的子信道中,調(diào)制信號(hào)疊加以K/T的傳輸速率傳輸串行數(shù)據(jù)。在接收端,對(duì)應(yīng)于載波解調(diào)制信號(hào),通過原型濾波器的匹配濾波器H*(f)后,以采樣因子L進(jìn)行抽取(圖1中用↓L表示),得到符號(hào)周期為LT/K的接收碼元。通常抽取因子L取值為K,得到符號(hào)周期為T的接收碼元。
當(dāng)采樣因子K與信道個(gè)數(shù)M相等時(shí),系統(tǒng)為嚴(yán)格采樣;當(dāng)K>M時(shí),系統(tǒng)為非嚴(yán)格采樣。由圖1(b)可以看出,當(dāng)K>M,即系統(tǒng)為嚴(yán)格采樣時(shí),發(fā)送信號(hào)的頻譜相對(duì)于嚴(yán)格采樣時(shí)有所展寬,但這樣可以降低對(duì)原型濾波器的性能要求和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。因此,在實(shí)現(xiàn)過程中可以考慮非嚴(yán)格采樣以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能和復(fù)雜度的折衷。
發(fā)送端輸出信號(hào)x(kT/K)可以表示為:
明顯地,ai(nT)是Am(nT)的逆離散傅立葉變換(IFFT),而(4)式中的h(lMT/K+iT/K)是原型濾波器H(f)的一個(gè)多相分量。
假設(shè)信道理想,則接收端第I條路徑解調(diào)輸出信號(hào)為:
是原型濾波器的匹配濾波器H*(f)的一個(gè)多相分量。所以,F(xiàn)MT系統(tǒng)可以用IDFT/DFT與原型濾波器多相分量結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用嚴(yán)格抽樣時(shí),系統(tǒng)的IDFT/DFT+原型濾波器多相分量的有效實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。
僅從FMT頻譜圖像,除了相鄰子信道間沒有保護(hù)間隔外,它與單載波頻分復(fù)用(FDD)系統(tǒng)的頻譜十分相似。但FMT與單頻波頻分復(fù)用最大的區(qū)別是:信息碼元通過串/并變換在子信道上并行傳輸,增大了碼元周期。通過保證了信道的符號(hào)周期大于信道的記憶長度,F(xiàn)MT系統(tǒng)比普通單載波頻分復(fù)用(FDD)系統(tǒng)的頻譜十分相似。但FMT與單載波分復(fù)用最大的區(qū)別是:信息碼元通過串/并變換在子信道上并行傳輸,增大了碼元周期。通過保證了信道的符號(hào)周期大于信道的記憶長度,F(xiàn)MT系統(tǒng)比普通單載波頻分復(fù)用技術(shù)支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
由于低通原
關(guān)鍵詞:濾波多音(FMT) 多徑信道 誤碼率可達(dá)比特率
移動(dòng)通信的發(fā)展要解決的重要問題是高數(shù)據(jù)傳輸速率、高頻譜資源利用率和功率利用率。在無線多徑衰落環(huán)境下進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸,容易造成符號(hào)周期小于信道多徑擴(kuò)展,符號(hào)間干擾(ISI)問題嚴(yán)重。多載波技術(shù)是將信道的頻帶劃分為若干條子信道,信息在每條子信道上并行傳輸。采用并行傳輸,將使每個(gè)信道內(nèi)符號(hào)周期增加,并大于信道的記憶長度或信道多徑擴(kuò)展,這樣,系統(tǒng)就可以有效克服信道造成的ISI,達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
圖1
根據(jù)劃分信道的頻譜重疊情況,可以將多載波技術(shù)分為兩類。一類是以正交頻分復(fù)用(OFDM)或離散多音(DMT)為代表的各子信道頻譜重疊方式。OFDM技術(shù)已經(jīng)被多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE802.11a、HIPERRLAN/2、DAB等)所采用,是無線通信中的研究熱點(diǎn),也是相對(duì)成熟的技術(shù)。另一類多載波技術(shù)是以濾波多音(FMT)調(diào)制技術(shù)為代表的子信道頻譜重疊方式。FMT技術(shù)在1999年首先由Giovanni Chenrubin等人提出,用于高速數(shù)字用戶環(huán)路(VDSL)的接入。該技術(shù)可以有效地避免近端串?dāng)_(NEXT)、回聲(ECHO)和窄帶射頻干擾等問題,因此成為VDSL的物理層標(biāo)準(zhǔn)。
圖2
FMT技術(shù)不局限于VDSL,也可以用于無線信道,但是到目前為止,在無線信道下FMT技術(shù)的性能研究很少。本文研究了FMT技術(shù)在無線多徑信道中的信息誤碼率和可達(dá)比特率性能,分析了多徑信道對(duì)FMT系統(tǒng)性能的影響。
1 FMT調(diào)制系統(tǒng)模型
濾波多音(FMT)調(diào)制是通過濾波器組將整修信道劃分為頻帶有限且互不重疊的子信道,用多個(gè)子載波在這些子信道上并行傳輸信息。
如圖1所示,F(xiàn)MT發(fā)射端首先將符號(hào)周期為T的調(diào)制碼元Am(nT)經(jīng)過采樣因子為K的插值(圖1中用↑K表示),再經(jīng)過原型濾波器H(f)帶限,用一組頻率間隔相等的子載波調(diào)制到不同的子信道中,調(diào)制信號(hào)疊加以K/T的傳輸速率傳輸串行數(shù)據(jù)。在接收端,對(duì)應(yīng)于載波解調(diào)制信號(hào),通過原型濾波器的匹配濾波器H*(f)后,以采樣因子L進(jìn)行抽取(圖1中用↓L表示),得到符號(hào)周期為LT/K的接收碼元。通常抽取因子L取值為K,得到符號(hào)周期為T的接收碼元。
當(dāng)采樣因子K與信道個(gè)數(shù)M相等時(shí),系統(tǒng)為嚴(yán)格采樣;當(dāng)K>M時(shí),系統(tǒng)為非嚴(yán)格采樣。由圖1(b)可以看出,當(dāng)K>M,即系統(tǒng)為嚴(yán)格采樣時(shí),發(fā)送信號(hào)的頻譜相對(duì)于嚴(yán)格采樣時(shí)有所展寬,但這樣可以降低對(duì)原型濾波器的性能要求和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。因此,在實(shí)現(xiàn)過程中可以考慮非嚴(yán)格采樣以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能和復(fù)雜度的折衷。
發(fā)送端輸出信號(hào)x(kT/K)可以表示為:
明顯地,ai(nT)是Am(nT)的逆離散傅立葉變換(IFFT),而(4)式中的h(lMT/K+iT/K)是原型濾波器H(f)的一個(gè)多相分量。
假設(shè)信道理想,則接收端第I條路徑解調(diào)輸出信號(hào)為:
是原型濾波器的匹配濾波器H*(f)的一個(gè)多相分量。所以,F(xiàn)MT系統(tǒng)可以用IDFT/DFT與原型濾波器多相分量結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用嚴(yán)格抽樣時(shí),系統(tǒng)的IDFT/DFT+原型濾波器多相分量的有效實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。
僅從FMT頻譜圖像,除了相鄰子信道間沒有保護(hù)間隔外,它與單載波頻分復(fù)用(FDD)系統(tǒng)的頻譜十分相似。但FMT與單頻波頻分復(fù)用最大的區(qū)別是:信息碼元通過串/并變換在子信道上并行傳輸,增大了碼元周期。通過保證了信道的符號(hào)周期大于信道的記憶長度,F(xiàn)MT系統(tǒng)比普通單載波頻分復(fù)用(FDD)系統(tǒng)的頻譜十分相似。但FMT與單載波分復(fù)用最大的區(qū)別是:信息碼元通過串/并變換在子信道上并行傳輸,增大了碼元周期。通過保證了信道的符號(hào)周期大于信道的記憶長度,F(xiàn)MT系統(tǒng)比普通單載波頻分復(fù)用技術(shù)支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
由于低通原
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