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,設計了FMT+QPSK的應用實例,結合SystemView軟件給出了仿真結果。
關鍵詞: 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擾(ISI)的影響。FMT多載波技術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,從而減小符號間串擾的影響。Cherubini于1999年在JSAC中首次提出FMT多載波調制技術,并將其應用于有線VDSL高速信息傳輸[1],同時,基于FMT的調制方案被ITU-T接納為VDSL的備選方案[2]。本文重點探討FMT技術在無線高速數(shù)據(jù)傳輸中的應用。
1 FMT多載波技術
FMT多載波調制技術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調制,多路(M路)并行數(shù)據(jù)流經(jīng)過上采樣(K倍)后進入多路低通濾波器,然后對各路分別進行不同的載波調制,調制后的數(shù)據(jù)合成一路;右邊部分為FMT解調,進入的數(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,進行K倍下采樣,恢復出原始數(shù)據(jù)。由于要進行正交調制處理,直接采取多路信號分別復數(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。
由上述推導可以看出,F(xiàn)MT的調制可以采用IDFT和多相濾波結構實現(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,基帶信號可表示為[4]:
由上述推導可以看出,F(xiàn)MT的解調可以采用多相濾波和DFT結構實現(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)進行分析、設計、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,該技術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結合才能有效地應用到無線數(shù)傳中。圖4描述了采用FMT+QPSK技術實現(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解調算法采用C語言實現(xiàn)[5]。系統(tǒng)仿真參數(shù)設置如下: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采樣設為202.5 MHz。圖5為中頻調制波形,該波形與QPSK調制波形基本相同,但由于多路疊加導致峰均比較大,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為多載波解調后,某一路的基帶頻譜,可以看出經(jīng)多載波解調后能完好地恢復出單路的基帶信號。圖8為經(jīng)QPSK同步解調后,某一路的星座圖,可以看出QPSK的4個星座點分離的很清楚,具備良好的解調性能。
根據(jù)以上仿真結果,F(xiàn)MT+QPSK多載波調制仿真輸出中頻實信號頻譜與設想的頻譜結構完全一致,并由解調的星座圖可以看出該技術具備良好的調制解調性能,為FMT技術的實際應用提供了很好的支撐。
FMT多載波技術是解決高速無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N有效途徑,該技術具有頻譜利用率高、頻譜易于控制、適合無線信道傳輸?shù)膬?yōu)點。FMT多載波技術與QPSK結合可以在高速數(shù)傳中得到很好地應用。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一步的研究。
參考文獻
[1] CHERUBINI G, ELEFTHERIOU E, OLCER S. Filtered multitone modulation for VDSL[C]. in Proc. IEEE Globecom’99, Rio de Janeiro, Brazil, 1999.
[2] CHERUBINI G, ELEFTHERIOU E, OLCER S, et al. Filter bank modulation techniques for very high speed digital subscriber lines[J]. IEEE Communications Magazine, 2000,38:98-104.
[3] CHERUBINI G. Filtered multitone modulation for very high-speed digital subscriber lines[J]. IEEE Communications Magazine, 2002,20(6):1016-1028.
[4] 胡曉曦.高碼速率QPSK解調器的實現(xiàn)方法[J].空間電子技術,2001(3):8-11.
[5] 侯昌磊.Systemview與VC++動態(tài)接口的實現(xiàn)[J].電訊技術,2005(4):169-171.