FMT多載波技術(shù)及其SystemView仿真實現(xiàn)

摘 要： 在無線通信中，高速數(shù)據(jù)傳輸常常受限于ISI的影響，而FMT多載波技術(shù)采用并行處理方法能有效地突破這種限制。介紹了FMT多載波的理論推導(dǎo)，設(shè)計了FMT+QPSK的應(yīng)用實例，結(jié)合SystemView軟件給出了仿真結(jié)果。
關(guān)鍵詞： ISI；FMT；QPSK；SystemView；高速數(shù)據(jù)傳輸

在典型的無線信道中，由于發(fā)送信號的多次反射導(dǎo)致多徑傳播、信道時間色散特性、信道群延時等儲多物理因素，高速率通信常常受限于碼間串?dāng)_(ISI)的影響。FMT多載波技術(shù)是一種突破信道物理限制的較好解決辦法，其基本思想是將一個高速率的數(shù)據(jù)流分成許多低的子數(shù)據(jù)流，以并行的方式調(diào)制在多個子載波上，這樣可以降低每子信道傳輸速率，使符號持續(xù)時間比信道的最大延遲小，從而減小符號間串?dāng)_的影響。Cherubini于1999年在JSAC中首次提出FMT多載波調(diào)制技術(shù)，并將其應(yīng)用于有線VDSL高速信息傳輸[1]，同時，基于FMT的調(diào)制方案被ITU－T接納為VDSL的備選方案[2]。本文重點探討FMT技術(shù)在無線高速數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用。
1 FMT多載波技術(shù)
FMT多載波調(diào)制技術(shù)通過非臨界采樣處理和濾波實現(xiàn)對頻譜控制，使各子信道互不重疊，以達(dá)到子信道正交，從而能夠避免因此而產(chǎn)生的信道間干擾(ICI)，保證了系統(tǒng)的性能。FMT系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖1所示，左邊部分為FMT調(diào)制，多路(M路)并行數(shù)據(jù)流經(jīng)過上采樣(K倍)后進(jìn)入多路低通濾波器，然后對各路分別進(jìn)行不同的載波調(diào)制，調(diào)制后的數(shù)據(jù)合成一路；右邊部分為FMT解調(diào)，進(jìn)入的數(shù)據(jù)與不同的載波相乘完成下變頻后形成基帶信號，基帶信號完成低通濾波后，進(jìn)行K倍下采樣，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。由于要進(jìn)行正交調(diào)制處理，直接采取多路信號分別復(fù)數(shù)相乘無法保證各子載波的正交性，并且直接實現(xiàn)多路濾波也會占用較多資源，因此需采用等效并行方法才能實現(xiàn)FMT技術(shù)。

由上述推導(dǎo)可以看出，F(xiàn)MT的調(diào)制可以采用IDFT和多相濾波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，等價的高效實現(xiàn)如圖2所示。

參考圖1，F(xiàn)MT多載波解調(diào)，基帶信號可表示為[4]：

由上述推導(dǎo)可以看出，F(xiàn)MT的解調(diào)可以采用多相濾波和DFT結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，等價的高效實現(xiàn)如圖3所示。

2 SystemView仿真
SystemView是一種能對各種通信、控制或其他系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、仿真和綜合試驗的理想平臺。SystemView軟件不僅為用戶提供了豐富的庫資源，而且具備靈活的擴展接口，可以與Matlab和VC++配合使用，對于復(fù)雜的專用算法允許用戶插入自己編寫的Matlab和VC++用戶代碼庫。
FMT只是多載波處理技術(shù)，該技術(shù)本身不具備星座映射以及同步能力，只有與QPSK或其他具備同步能力的技術(shù)結(jié)合才能有效地應(yīng)用到無線數(shù)傳中。圖4描述了采用FMT+QPSK技術(shù)實現(xiàn)135 Mb/s數(shù)傳的系統(tǒng)框圖，采用16路多載波處理方式，每路傳輸8.437 5 Mb/s。

采用SystemView軟件平臺實現(xiàn)圖4所示FMT數(shù)傳方案，其中FMT以及QPSK解調(diào)算法采用C語言實現(xiàn)[5]。系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置如下：數(shù)傳速率為135 Mb/s，每路8.437 5 Mb/s，多相濾波器采用成型系數(shù)為0.5的根升余弦濾波器，中頻頻率為720 MHz，AD采樣設(shè)為202.5 MHz。圖5為中頻調(diào)制波形，該波形與QPSK調(diào)制波形基本相同，但由于多路疊加導(dǎo)致峰均比較大，這也是多載波處理的缺點之一。圖6為中頻頻譜，可以看出由于采用了成型濾波16路載波都具備較好的滾降特性，并且頻譜約束良好互相之間無重疊，具備很強的抗信道間干擾(ICI)特性。圖7為多載波解調(diào)后，某一路的基帶頻譜，可以看出經(jīng)多載波解調(diào)后能完好地恢復(fù)出單路的基帶信號。圖8為經(jīng)QPSK同步解調(diào)后，某一路的星座圖，可以看出QPSK的4個星座點分離的很清楚，具備良好的解調(diào)性能。

根據(jù)以上仿真結(jié)果，F(xiàn)MT+QPSK多載波調(diào)制仿真輸出中頻實信號頻譜與設(shè)想的頻譜結(jié)構(gòu)完全一致，并由解調(diào)的星座圖可以看出該技術(shù)具備良好的調(diào)制解調(diào)性能，為FMT技術(shù)的實際應(yīng)用提供了很好的支撐。
FMT多載波技術(shù)是解決高速無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N有效途徑，該技術(shù)具有頻譜利用率高、頻譜易于控制、適合無線信道傳輸?shù)膬?yōu)點。FMT多載波技術(shù)與QPSK結(jié)合可以在高速數(shù)傳中得到很好地應(yīng)用。值得提出的是目前該系統(tǒng)的仿真只是基于高斯信道，對于FMT在多徑信道的性能還需要進(jìn)一步的研究。
參考文獻(xiàn)
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