陳兆良

【摘要】 多載波傳輸技術(shù)將成為5G時代的核心任務，文章介紹了幾種新型多載波傳輸技術(shù)，包括通用濾波多載波、濾波器組多載波和廣義頻分復用技術(shù)。通過在具體的移動通信模擬傳輸中的效果對比，分析三種多載波技術(shù)的適用范圍。隨著我國移動通信的快速發(fā)展，5G的實現(xiàn)將成為一種必然，分析5G時期的多載波傳輸技術(shù)要點，并根據(jù)實際需求正確選擇多載波傳輸技術(shù)，將促進我國移動通信業(yè)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 多載波傳輸技術(shù) 5G技術(shù) 濾波器組多載波 技術(shù)對比

我國計劃于2020年實現(xiàn)5G通信，與4G時代相比，5G具有更高的通信效率，抗干擾能力更強，最重要的是，5G將實現(xiàn)全面的智能化，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)、更豐富的服務。移動通信技術(shù)在我國發(fā)展迅速，其核心技術(shù)也將不斷的改革。在傳統(tǒng)的移動通信中，無線蜂窩網(wǎng)技術(shù)是主要的傳輸方式。但隨著虛擬技術(shù)的出現(xiàn)，一些新興的傳輸技術(shù)將逐漸代替無線蜂窩網(wǎng)技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。一些技術(shù)已經(jīng)在其他行業(yè)開始應用，在移動通信行業(yè)的應用將體現(xiàn)在其技術(shù)更新上。世界各國也將實現(xiàn)5G通信列入國家發(fā)展綱要，多載波傳輸技術(shù)將成為5G時代核心傳輸技術(shù)之一，4G時代的CP-OFDM技術(shù)將在共存一段時間后被取代，隨之而產(chǎn)生通用濾波多載波、濾波器組多載波和廣義頻分復用技術(shù)等技術(shù)。采用新型的多載波技術(shù)有效的促進了移動通信效率的提高，使其更加靈活，可以為用戶提供更多的服務。文章對三種主要的多載波技術(shù)進行分析和總結(jié)。

一、4G時期的CP-OFDM缺陷

在4G通信網(wǎng)中，CP-OFDM能夠提高系統(tǒng)的抗干擾能力，并且支撐4G的寬帶頻譜，具有積極作用。但是進入5G時代，通信效率將極大的提高，此時采用使用CP-OFDM系統(tǒng)已經(jīng)不能適應5G時代需求，應采用智能化程度更高的多載波技術(shù)。為了便于多載波技術(shù)的設(shè)計與發(fā)展，筆者基于5G的發(fā)展特點，對CP-OFDM的缺陷做如下分析。

首先：靈活性問題。5G網(wǎng)絡將實現(xiàn)端對端傳輸，并且要求傳輸延時低于1ms，但是4G時期的CP-OFDM基本不能達到這一要求，系統(tǒng)無法在短時間內(nèi)提供施與符號，傳輸間隔也大于要求。CP-OFDM技術(shù)還無法滿足5G時代的帶寬需求。對于物聯(lián)網(wǎng)而言，更是屬于短包類突發(fā)式通信業(yè)務，對帶寬配置有較高的需求，一般需要比較窄的子載波，才能使時域符號和TTI足夠長，5G時期的物聯(lián)網(wǎng)幾乎無延遲，因此不再使用CP。這也使得CP-OFDM的靈活性存在明顯的不足，需要采用新的技術(shù)，提高其靈活性，通過改變性能和參數(shù)來改變其靈活性問題，但是這一技術(shù)依然處于理論階段，實現(xiàn)尚需要一定的技術(shù)支持。

其次：精確的同步。5G時代的OFDM技術(shù)采用正交的子載波間，可以實現(xiàn)精確同步。但是目前的4G技術(shù)并不能滿足這一需求，但是對于物聯(lián)網(wǎng)而言，采用太多的同步將使網(wǎng)絡信令增多，最終造成網(wǎng)絡阻塞，影響網(wǎng)絡運行速度。因此，未來將增加異步傳輸技術(shù)，主要解決電力問題和信道阻塞問題。此外，在對零散頻段的利用上，受到技術(shù)的影響，依然無法實現(xiàn)分散頻段的使用。但是隨著增大的移動通信需求，CP-OFDM的瓣功率泄露較，使載波之間的干擾增大，因此依然無法滿足分散頻段使用的需求，未來將研發(fā)一種能夠?qū)⒘闵㈩l率應用起來的通信技術(shù)，下文我們將幾種滿足5G時期的通信傳輸技術(shù)進行分析。

二、幾種5G 新型多載波傳輸技術(shù)的應用

基于上文研究，我們知道4G時期的CP-OFDM技術(shù)無法滿足5G發(fā)展的需求，目前5G實現(xiàn)上存在一定的困難，但是我們堅信5G的實現(xiàn)具有可行性。目前，相關(guān)專家研究的集中于新型的多載波傳輸技術(shù)對于5G的實現(xiàn)具有積極意義。其中，我國已經(jīng)研究并且預計可以使用的技術(shù)為通用濾波多載波、濾波器組多載波和廣義頻分復用。當然，這些技術(shù)是否能夠?qū)崿F(xiàn)，如何實現(xiàn)都值得研討。下文我們就將三種新型的多載波技術(shù)進行分析，對比其與傳統(tǒng)技術(shù)的差別，并且對技術(shù)缺陷進行改進，旨在早日推行5G通信模式，滿足快速發(fā)展的移動通信需求。

2.1通用濾波多載波

在4G通信網(wǎng)時代，F(xiàn)BMC濾波器的幀長無法滿足短距離通信業(yè)務，而我們對于5G的分析中發(fā)現(xiàn)，短包技術(shù)將占據(jù)較大的一部分通信，因此對該技術(shù)的革新就成為一種必然。通用濾波多載波（UFMC）是對4G時代的FBMC技術(shù)的一種革新，是將若干個連續(xù)的子載波進行濾波操作，UFMC實際上就是考慮了多種FBMC 傳輸情況，當每組中子載波數(shù)為1時，傳輸方式為FBMC傳輸，基于此我們將其稱之為通用濾波的OFDM，該技術(shù)很好的解決了傳統(tǒng)FBMC系統(tǒng)的幀長問題。UFMC不再使用循環(huán)前綴，因此自帶的寬度直接決定了濾波器的長度。這樣可以根據(jù)需求來設(shè)置寬帶的長度，可以滿足不同用網(wǎng)需求，使移動通信網(wǎng)絡配置更加靈活?？傊琔FMC是對FBMC的更新，它不僅具有FBMC系統(tǒng)所有的優(yōu)點，還可以在這一基礎(chǔ)上支持更多的通信業(yè)務，最重要的是解決了FBMC無法支持短包類業(yè)務的弊端。

2.2濾波器組多載波

器組多載波（FBMC）系統(tǒng)由發(fā)送端的綜合濾波器組和接收端的分析濾波器共同構(gòu)成。信號從分析濾波器來，并將其分成若干個字帶信號。由綜合濾波器組完成自帶信號的重組和輸出過程，也就是說，F(xiàn)BMC的兩個系統(tǒng)屬于互為逆向結(jié)構(gòu)關(guān)系。二者共同組成了原型濾波器，并通過頻移建立函數(shù)獲得其他的濾波器。接收端輸入數(shù)據(jù)是將從發(fā)射端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化和系列抗干擾處理后進入多相濾波器組，并通過相應的逆變換恢復原始數(shù)據(jù)。在4G環(huán)境中，主要采用正交頻率的傳輸軟件，但是新型濾波器可以自動調(diào)節(jié)帶寬，也就是根據(jù)需求設(shè)置帶寬，因此不再需要以正交的方式存在，其優(yōu)勢是靈活性更高，但是不同的子載波之間的互相干擾增大，因此需要使用OQAM數(shù)據(jù)處理方式，這種方式通過相同的FFT碼率來降低相鄰子載波之間的干擾。FBMC濾波器將是未來一段時間內(nèi)技術(shù)人員攻克的要點，但是目前僅集中于頻譜感知或認知無線電上，實現(xiàn)這一技術(shù)能夠?qū)⒘闵⒌念l段合理的利用，最終提高通信網(wǎng)的運行效率，降低寬帶外泄露現(xiàn)象的發(fā)生概率，通過非正交的運行方式也使得小頻率可以使用。

2.3廣義頻分復用技術(shù)

廣義頻分復用（GFDM）技術(shù)也是一種新的多載波傳輸技術(shù)，具有信號接收方式簡單、帶外功率泄露小、無需正交傳輸?shù)葍?yōu)勢，并且該技術(shù)對干擾的控制更加理想。將若干個時隙和子載波上的符號作為一幀，通過一組濾波器的設(shè)計加上Tailbiting功能來完成發(fā)送端的濾波轉(zhuǎn)化為循環(huán)卷積，節(jié)省了發(fā)送濾波器拖尾消耗的CP長度。與傳統(tǒng)的技術(shù)不同，GFDM是將每個子載波上都加上CP，接收端則利用一階頻域均衡，在Double-SIC技術(shù)的支持下，降低了干擾，徹底的消除了ICI。發(fā)送過程中的Tailbiting不僅降低了CP開銷，還可以通過FFT功能來使計算復雜度降低，使信號傳輸更加順暢。其中所謂N倍內(nèi)插，就是指在系統(tǒng)的頻域范圍內(nèi)，將M點FFT的結(jié)果復制N次。GFDM濾波器的設(shè)計與FBMC具有相同之處，一般是依照原型低通濾波器而設(shè)計，因此在功能和特點上也具有一定的共同點。CP的作用在于使多徑信道等同于循環(huán)卷積信道，因此接收機部分可使用頻域單點均衡，這一點則與傳統(tǒng)的OFDM技術(shù)相似。

UFMC技術(shù)是對傳統(tǒng)技術(shù)和FBMC技術(shù)的更新，該技術(shù)的優(yōu)勢更加明顯，但是由于不使用CP，因此對于短時間的不重合性更加敏感，對零散的頻譜的利用率不高。如果當?shù)鼗据^多，用網(wǎng)需求較大時，采用該技術(shù)無法實現(xiàn)將零散頻率的收集，也就無法提高頻率的拓寬。因此不應用這一場合，一般是將該技術(shù)和FBMC技術(shù)結(jié)合使用。隨著對我國移動通信發(fā)展的研究，技術(shù)人員通過研究提出了廣義頻分復用（GFDM）技術(shù)。在其原理設(shè)計中，我們對其進行分析，進一步確定了其優(yōu)勢，其中，GFDM根據(jù)不同類型的業(yè)務與應用對空口的要求，實現(xiàn)脈沖成型濾波器的隨意選擇，這樣可以將不同類型的CP，發(fā)揮CP在系統(tǒng)中的重要作用，該算法也較簡單，由于其具體信號頻域稀疏性特征，因此采用的計算方式和接收方式均較為簡單。此外GFDM設(shè)置獨立的塊調(diào)制，通過配置不同的子載波與子符號，提高了其靈活性，提供多樣化的業(yè)務。GFDM的子載波利用有效的原型濾波器濾波，在頻率和時間域被循環(huán)移位，從而減少了帶外泄漏，是目前技術(shù)下可以開發(fā)的的最先進的多載波技術(shù)，也將成為5G核心技術(shù)，與MIMO多天線等基本技術(shù)一起發(fā)揮積極的作用，提高移動通信效率。

三、總結(jié)

多載波傳輸技術(shù)是未來5G的核心技術(shù)，本文重點介紹了三種通用濾波多載波、濾波器組多載波和廣義頻分復用技術(shù)。三種新型技術(shù)各具優(yōu)勢，其中廣義頻分復用技術(shù)對零散的頻譜的利用率不高，但是抗干擾能力更強，并且更好的減少了帶外泄露。未來技術(shù)人員將進一步研究移動通信多載波技術(shù)，將先進的技術(shù)應用于5G中，得到5G預計的傳輸速度和網(wǎng)絡運行速度，并且將干擾降到最低，促進移動業(yè)的發(fā)展。

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