面向5G的無線寬帶多載波傳輸技術研究

劉洋 張樂 呂昊

【摘要】 5G是未來階段下移動通信的發展趨勢，在時延、傳輸速率、頻率利用率上，都比4G技術得到了顯著的提升。本文主要對目前主流的5G無線寬帶載波傳輸技術進行分析與比較，為5G網絡通信技術取得突破奠定良好基礎。

【關鍵詞】 多載波傳輸 5G網絡 通信技術

隨著時代的發展，5G網絡更加注重數據流的傳輸，對于無線傳輸的研究成為5G系統的核心領域。5G無線寬帶多載波傳輸技術，應著重解決實時應用、頻譜碎片化與異構網絡等問題，為未來移動通信業務帶來全新的體驗。

一、主流5G無線寬帶多載波傳輸技術

目前常見的新型多載波傳輸方式就是FBMC與GFDM，前者對于子帶同步運作的要求不高，不使用循環前綴，有著很好的頻譜效率，2009年提出的GFDM技術接收機復雜度低，有非常理想的頻譜效率，對子載波同步無嚴格的要求。在2013年UFMC技術的出現，結合了上述兩種技術的優勢，為5G網絡的發展提供了更大空間。

1.1面向5G的FBMC技術

早在上個世紀通信領域中的DMT和DWMT就是FBMC的一種類型，頻譜效率高，傳輸無需同步，這一技術在各個子載波上濾波，經過特殊的設計之后，濾波器就可以將符號干擾完全消除，其相鄰子帶的交疊與OFDM技術是相同的。由于傳輸產生的載波干擾問題，可以使用偏移正交幅度調制技術進行消除。在具體的傳輸過程中，需要通過多徑通道，需要達到時域均衡后子帶才能夠順利完成工作。FBMC技術需要使用濾波器組抑制旁瓣才能夠順利完成傳輸，該種濾波器實際上就是并行帶通濾波器，在傳輸過程中，只要使用低通原型濾波器就可以達到傳輸目的。此外，還可以使用FFT網絡來調制濾波器組，這樣可以有效降低計算的復雜型，如果信道中應用M個子載波，為了獲取到理想的帶外衰竭，共需要長度為K×M的等效FIR濾波器，其中K也是衡量子帶重疊的一個標準，即重疊因子。關于原型濾波器的設計，不僅需要滿足移植旁瓣的需求，還需要采取合理的措施減小符號干擾，這可以應用均方根奈奎斯特濾波器來實現。如果要滿足擴展FFT，可以使用頻率采樣法進行設計。為了獲取到更好的性能，可以采用IOTA等復雜的濾波器設計法，其中最常用的就是偏移正交幅度調制法，但是，這一技術在MIMO環境下需要采用其他的技術才能夠消除不良影響。

1.2 面向5G的GFDM技術

GFDM技術有著發送簡單、頻譜效率高、無需子帶同步的優勢，這一技術將S個時隙與M個子載波符號作為一個幀，只要設計好濾波器，并進行Tailbiting就能夠達到傳輸目的。與傳統PFDM技術不同，GFDM技術需要在子載波上使用CP，并不需要在調制后使用，而為了消除ICI，還需要采用DoubleSIC技術。在GFDM收發機設備中，每一個子帶原型低通濾波器都是相同的，這一技術不僅節約了成本，還可以利用FFT來快速計算出結果，在計算時，N倍內插步主要哦集中在頻域之中，將FFT結果進行復制處理。為了提升計算的準確性，在設計濾波器時，可以參照FBMC技術中的原型低通濾波器。

1.3面向5G的OFDM技術

與以上兩種技術相比，OFDM旁瓣偏大，需要使用濾波OFDM技術，并預留好保護帶，才能夠實現傳輸的目的。DOFM技術的使用需要在符號中設置濾波器壓縮旁瓣，并采用UFMC技術進行濾波。這樣，濾波器頻帶就會增寬，對器件性能的要求也會降低，OFDM技術在每組子載波上，會構成子帶，各個子帶之間是不會出現交疊問題的。此外，該種技術的應用不需要應用CP，這主要基于兩個原因：首先，同一個自帶中會出現載波間干擾，需要在接收端來處理；其次，濾波時域拖尾會導致系統出現符號干擾問題，因此，需要使用時域保護間隔。

二、三種無線多載波傳輸技術的比較

FBMC技術有著實現復雜度高、頻譜效率高的優勢，且不需要CP的參與，但是，為了達到更為理想的頻率效率，需要應用OQAM，關于這一技術的應用，目前學界已經開始進行了深入的研究。而GFDM需要使用CP，因此，這一技術的實現更加的簡單，在特定的環境下，可以轉化為OFDM。這幾種技術在接受機復雜度、頻譜效率、多址接入靈活性上有著良好的效果，能夠解決5G技術在發展過程中存在的不足，是現階段下5G多載波傳輸技術的研究重點和難點。從計算復雜型上進行分析，OFDM在三種技術中的計算是最為簡單的，其次就是GFDM技術與FBMC技術，其旁瓣抑制也顯著優于OFDM技術。其中，FBMC不需要應用CP，且子帶濾波器重疊，因此，其頻譜效率優于GFDM技術，但是，FBMC技術的應用會受到OQAM的限制。GFDM沒有上述的缺陷，使用起來非常靈活，只要應用簡單的收發機結構就可以完成任務，UFMC則是上述兩種技術的中間點。

結束語：綜上所述，5G網絡的應用為帶來了革命性的變化，具體使用哪種技術，需要根據均衡器來進行決定，就現階段來看，怎樣實現OFDM的頻域單點均衡，依然是一個有待進行深入研究的問題。相信在不久的將來，面向5G的無線寬帶多載波傳輸技術定能夠實現進一步發展。

參 考 文 獻

[1]丁巖，下一代通信網絡無線傳輸技術的研究[J]，中小企業管理與科技，2015.08

[2]趙錦程，黃斐一，孔繁盛，面向5G的無線寬帶傳輸技術[J]，移動通信，2015.09