5G介紹及相關(guān)應(yīng)用課件

1、 5G介紹及技術(shù)應(yīng)用2目錄5G介紹01技術(shù)特點02相關(guān)應(yīng)用033通信技術(shù)的發(fā)展1G與2G3G4G第1代移動通信系統(tǒng)（1G）是模擬式通信系統(tǒng)，模擬式是代表在無線傳輸采用模擬式的FM調(diào)制，將介于300Hz到3400Hz的語音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻率MHz上。從1G跨入2G的分水嶺則是從模擬調(diào)制進(jìn)入到數(shù)字調(diào)制，相比于第1代移動通信，第二代移動通信具備高度的保密性，系統(tǒng)的容量也在增加，同時能夠提高多種業(yè)務(wù)服務(wù)。從這一代開始手機(jī)也可以上網(wǎng)了。3G服務(wù)能夠同時傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百kbps以上。3G是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)，目前3G存在3種標(biāo)準(zhǔn)：CDMA200

2、0、WCDMA、TD-SCDMA。在3G的眾多標(biāo)準(zhǔn)之中，CDMA這個字眼曝光率最高，CDMA（碼分多址)是第三代移動通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。4G包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載。4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。第四代移動通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為技術(shù)核心。455G網(wǎng)絡(luò)空分復(fù)用智能天線云RAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)HetNets小基站波束成型大規(guī)模MIMO空中接口&SDND2D&M2M毫米波010305070902040608

3、10Prospective network techniques for 5G mobile communication: Asurvey6什么是5G？5G 是面向 2020 年以后移動通信需求而發(fā)展的新一代移動通信系統(tǒng). 根據(jù)移動通信的發(fā)展規(guī)律,5G 將具有超高的頻譜利用率和能效, 在傳輸速率和資源利用率等方面較 4G 移動通信提高一個量級或更高, 其無線覆蓋性能、傳輸時延、系統(tǒng)安全和用戶體驗也將得到顯著的提高。5G 移動通信將與其他無線移動通信技術(shù)密切結(jié)合, 構(gòu)成新一代無所不在的移動信息網(wǎng)絡(luò), 滿足未來 10 年移動互聯(lián)網(wǎng)流量增加 1000 倍的發(fā)展需求. 5G 移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也將

4、進(jìn)一步擴(kuò)展, 對海量傳感設(shè)備及機(jī)器與機(jī)器 (M2M) 通信的支撐能力將成為系統(tǒng)設(shè)計的重要指標(biāo)之一. 未來 5G 系統(tǒng)還須具備充分的靈活性,具有網(wǎng)絡(luò)自感知、自調(diào)整等智能化能力, 以應(yīng)對未來移動信息社會難以預(yù)計的快速變化The increasing growth of data traffic and the popularity of the intelligent terminals lead to the fact that the fourthgeneration mobile communication network ( 4G) cannot meet the demand in te

5、rms of capacity，speed，and the spectrumThereby the fifth generation mobile communication network ( 5G) comes into being 7目錄5G介紹01技術(shù)特點02相關(guān)應(yīng)用0385G要求根據(jù)行業(yè)和學(xué)術(shù)界的不同研究計劃，下一代5G系統(tǒng)的8個主要要求：1)實際網(wǎng)絡(luò)中1-10GBps的數(shù)據(jù)速率：這幾乎是傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)的理論峰值數(shù)據(jù)速率150 Mbps的10倍。2)1ms往返行程延遲：從4G的10ms往返時間減少近10倍。 3)單位面積中的高帶寬：需要在特定區(qū)域中使具有更高帶寬的大量連接的設(shè)備具有更

6、長 的持續(xù)時間。 4)大量的連接設(shè)備：為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的愿景，新興的5G網(wǎng)絡(luò)需要提供連接到成千上萬 的設(shè)備。 5)99.999的感知可用性：5G設(shè)想網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實際上總是可用的。 6)幾乎100的覆蓋“隨時隨地”連接：5G無線網(wǎng)絡(luò)需要確保完全覆蓋，而不管用戶的位 置。 7)能源使用量減少近90：標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)已經(jīng)考慮了綠色技術(shù)的發(fā)展。這對于高數(shù)據(jù)速率和 5G無線的大規(guī)模連接將更加重要。 8)高電池壽命：器件的功耗降低對新興的5G網(wǎng)絡(luò)十分重要。910信息傳播11頻率的選擇12毫米波新興的毫米波頻率提出了許多移動無線通信的新挑戰(zhàn)。 主要的挑戰(zhàn)是任何標(biāo)準(zhǔn)信道模型的不可用性。 對信道行為的技術(shù)理解提出了新的架構(gòu)技

7、術(shù)，不同的多址和空中接口的新方法。 此外，毫米波頻率的生物安全性也在審查。 還分析了安全問題的毫米波的非電離和熱特性。 1)傳播損耗：其中LFSL主要考慮毫米波的傳輸損耗，d表示發(fā)射機(jī) - 接收機(jī)距離，f是載波頻率?？磥?，在較高頻率下?lián)p耗突出。然而，只有在特定頻率的路徑損耗插入兩個各向同性天線。較短的波長使得在較小的區(qū)域中較小天線的密集封裝，從而對未來5G網(wǎng)絡(luò)的各向同性天線的使用提出挑戰(zhàn)。與自由空間損失相關(guān)的研究工作表明，對于相同的天線孔徑面積，與其較長的對應(yīng)物相比，較短的波長不應(yīng)該遭受任何主要的缺點。此外，mm波鏈路能夠鑄造非常窄的波束。例如，70 GHz鏈路比18 GHz鏈路窄四倍。此外，

8、最近的研究還表明，窄波束定向傳輸減少了干擾，提高了蜂窩應(yīng)用的空間復(fù)用能力。然而，毫米波束性能取決于許多其他因素，如節(jié)點之間的距離、無線電鏈路余量和多徑分集。13毫米波2)穿透和LOS(可視)通信：對于有效的系統(tǒng)設(shè)計，迫切需要理解在不同環(huán)境中的毫米波傳播。 為了理解室內(nèi)和室外環(huán)境中的傳播特性，就必須確定傳播信號在一般結(jié)構(gòu)、樹葉和人類周圍的傳播行為。 理解在不同環(huán)境下的毫米波的衍射，穿透，散射和反射，為5G網(wǎng)絡(luò)部署奠定了基礎(chǔ)。研究團(tuán)隊對信號中斷調(diào)查和建筑材料反射系數(shù)比較，如彩色玻璃，透明玻璃，干墻，門，立方體和金屬電梯，他的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，普通室外建筑材料對mm波具有高穿透阻力。此外，室內(nèi)環(huán)境結(jié)構(gòu)，如干

9、墻，白板，雜波和網(wǎng)眼玻璃也被發(fā)現(xiàn)顯著影響衰減，多徑分量和自由空間路徑損耗。 室內(nèi)信道脈沖響應(yīng)證實，人體對毫米波傳播造成了相當(dāng)大的阻礙。人們的運動產(chǎn)生陰影效應(yīng)，這可以通過更大的天線波束寬度和角度多樣性的引入來減輕。從可用的傳播結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，戶外mm波信號大多被確定為室外，很少的信號穿透室內(nèi)通過玻璃門。室內(nèi) - 室外隔離強(qiáng)調(diào)了不同節(jié)點對不同覆蓋位置的需要。然而，隔離的特性有助于在預(yù)期區(qū)域中配置能量。14毫米波此外，室內(nèi)和室外交通的分離減輕了與無線電資源分配和發(fā)射功率消耗相關(guān)的開銷。開銷通過靈活的聚類，有效的用戶選擇和自適應(yīng)反饋壓縮進(jìn)一步顯著降低。有趣的是，小型蜂窩結(jié)構(gòu)已經(jīng)在密集的城市地區(qū)

10、部署。例如，在日本城市，BS間距離只有200米。因此，在小型小區(qū)環(huán)境中應(yīng)用LOS傳播有望成為毫米波通信的前景。確保LTE需要大規(guī)模的天線部署，沒有任何預(yù)定的模式。網(wǎng)絡(luò)特定的隨機(jī)部署預(yù)計將因情況而異。隨機(jī)，密集和現(xiàn)場特定LOS通信的示例圖如圖所示。 與LOS通信相關(guān)的挑戰(zhàn)自動需要調(diào)查非視線(NLOS)傳播和所需的基本支持。大規(guī)模部署15毫米波3)多徑和NLOS：在無線通信中，多徑是天線中信號接收的影響多于一個路徑。根據(jù)SMARAD卓越中心的Sylvain Ranvier和Mikko Kyro，通過選擇延遲擴(kuò)展作為驗證參數(shù)，很好地描述了通道的多徑特性。功率延遲特性(PDP)的均方根(RMS)有助于

11、探測毫米波通信中的多徑效應(yīng)。了解多徑可能使NLOS問題減輕。 LOS鏈路在動態(tài)室外環(huán)境中不一定可行。因此，探索部分阻塞LOS和NLOS鏈路的可能性是很重要的。 測量了平均雨衰，雨中短期信號電平，植被衰減，玻璃和寬帶功率延遲分布。與清晰，干燥的天氣條件相比，在雨中檢測到更多的多徑分量。在不同的指向角下的許多多徑分量可以用于鏈路改進(jìn)。建立角落，邊緣和人類活動可能不總是完全削弱LOS鏈接。相反，這些往往造成陰影。不同表面的反射系數(shù)表明陰影區(qū)域有合理的信號電平的可能性。還觀察到較寬的波束寬度天線給出接收信號的準(zhǔn)確估計。另一方面，較小的波束寬度天線具有空間方向性的優(yōu)點。波束拓寬技術(shù)的適當(dāng)組合探討了在小區(qū)

12、域中變化特性的優(yōu)點。此外，天線角度的最佳組合也使系統(tǒng)具有高信噪比和低均方根延遲擴(kuò)展。在NLOS路徑中的通信需要均衡器，這引入了高延遲，增加的功耗和低數(shù)據(jù)速率的新挑戰(zhàn)。多徑統(tǒng)計的知識有助于設(shè)計均衡器和選擇調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)有和當(dāng)前信道統(tǒng)計的適當(dāng)組合有助于解決大多數(shù)NLOS傳播挑戰(zhàn)。如圖所示。建議在延遲域信道模型，采用任意放置散射反射信號的點對點擴(kuò)展。信號屏蔽反射信號16小基站的提出毫米波雖然具有很大的帶寬，但是卻不能穿透建筑等介質(zhì)（頻率越高，就越貼近直線傳播），甚至?xí)恢参锔晁眨▊鞑ミ^程中衰減很明顯），為了解決這個問題，我們提出了采用微型基站的方法。目前，信號傳輸時通過一個大型高功率基站進(jìn)行傳輸

13、，為了不被介質(zhì)影響，所以通過大功率傳輸覆蓋更多的設(shè)備。如果是毫米波的話，只要你跟基站之間有介質(zhì)格擋，你就接收不到信號，我們的解決方法就是用上千個低功耗小型基站，進(jìn)行收發(fā)信號來代替現(xiàn)在的大型基站。這種技術(shù)特別適用于城市，當(dāng)你被障礙物擋住了信號的時候，手機(jī)會自動切換到另一個小基站來保證穩(wěn)定的連接。但是，如果讓運營商在城市中，布置那么龐大數(shù)量的小基站，成本過高，高通提出了毫米波的移動化，也就是客戶端在移動的時候依舊能提供服務(wù)，需要波束搜索和波束追蹤算法，等等17小基站隨著在傳統(tǒng)無線頻譜中亞毫秒等待時間和帶寬限制的要求，準(zhǔn)備打破以基站（BS）為中心網(wǎng)絡(luò)范式。圖描繪了從BS中心到設(shè)備中心網(wǎng)絡(luò)的這種逐漸移

14、動。5G網(wǎng)絡(luò)建議使用更高的頻率進(jìn)行通信。 在室外環(huán)境中，毫米波信號的傳播和穿透是相當(dāng)有限的。 因此，節(jié)點布局不能遵循傳統(tǒng)的蜂窩設(shè)計或其他任何定義模式。Rappaport和他的團(tuán)隊提出了5G無線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的場地特定節(jié)點布局。 例如，超密集部署在需要高數(shù)據(jù)速率的地區(qū)是必要的，例如地鐵站，商場和辦公室。 我們盡量選擇LOS通信。 或者，反射，散射和衍射信號仍然可能具有足夠的能量，這需要在LOS被完全阻擋時被探測18小基站5G蜂窩技術(shù)需要與大量用戶，各種設(shè)備和多樣化的服務(wù)一起工作。因此，主要關(guān)注的是5G BS與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的集成。 三星提出了不同的配置，如毫米波BS網(wǎng)格系統(tǒng)，毫米波與4G系統(tǒng)和毫米波獨

15、立系統(tǒng)集成。大波束成形增益擴(kuò)展了覆蓋范圍，同時減少了干擾并提高了小區(qū)邊緣的鏈路質(zhì)量。這個特性使得毫米波BS網(wǎng)格可以提供低延遲和成本效益的解決方案。圖(A)示出了mm波(5G)和傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)的混合系統(tǒng)。它提出了一個雙模式調(diào)制解調(diào)器，使用戶能夠在兩個網(wǎng)絡(luò)之間切換更好的體驗?；蛘?，mm波頻譜也可以僅用于數(shù)據(jù)通信，而控制和系統(tǒng)信息可以通過使用傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸。另一方面，在圖(B)中，獨立的5G系統(tǒng)僅在毫米波上工作。這樣的系統(tǒng)設(shè)想對回程和無線接入鏈路使用相同的毫米波頻譜。19小天線 毫米波傳播的小無線電波長需要小的天線尺寸。 這使得能夠使用大量較小的天線。 使用陣列天線控制信號的相位和幅度有助于增強(qiáng)所

16、需方向的電磁波，同時在所有其他方向消除。 這需要引入定向空氣界面。右圖示出了空中接口從單向傳輸?shù)蕉ㄏ騻鬏數(shù)倪@種改變。 可以通過使用自適應(yīng)波束成形技術(shù)來保證高定向輻射模式，從而引入空分多址(SDMA)。 有效的SDMA改進(jìn)了在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的波束成形天線的頻率復(fù)用。全方向天線 天線元素陣列 方向型的天線20頻譜復(fù)用技術(shù) 有三種經(jīng)典的頻譜復(fù)用方法：即時分復(fù)用（典型應(yīng)用：中國移動2G）、頻分復(fù)用（典型應(yīng)用：中國聯(lián)通3G）和碼分復(fù)用（典型應(yīng)用：中國聯(lián)通3G）。 可以用一個例子來說明時分復(fù)用、頻分復(fù)用和碼分復(fù)用的區(qū)別。在一個屋子里有許多人要彼此進(jìn)行通話，為了避免相互干擾，可以采用以下方法：1) 講話的人

17、按照順序輪流進(jìn)行發(fā)言（時分復(fù)用）。2) 講話的人可以同時發(fā)言，但每個人說話的音調(diào)不同（頻分復(fù)用）。3) 講話的人采用不同的語言進(jìn)行交流，只有懂同一種語言的人才能夠相互理解（碼分復(fù)用）。 當(dāng)然，這三種方法相互結(jié)合，比如不同的人可以按照順序用不同的語言交流（即中國移動3G的TD-SCDMA）。然而，這三種經(jīng)典的復(fù)用方式都無法充分利用頻譜資源，它們要么無法多用戶同時間通訊(TDMA)，要么無法使用全部頻譜資源(FDMA)，要么需要多比特碼元才能傳遞1比特數(shù)據(jù)(CDMA)。21空分復(fù)用 那么，有沒有一種方法可以克服以上多路方式的缺點，讓多個用戶同時使用全部頻譜通訊呢？讓我們先來思考一下，如果在一個房間

18、里大家同時用同一種音調(diào)同一種語言說話會發(fā)生什么？ 很顯然，在這種情況下會發(fā)生互相干擾。這是因為信號會向著四面八方傳播，所以一個人會聽到多個人說話的聲音從而無法有效通訊。但是，如果我們讓每個說話的人都用傳聲筒，讓聲音只在特定方向傳播，這樣便不會互相干擾了。 在無線通訊中，也可以設(shè)法使電磁波按特定方向傳播，從而在不同空間方向的用戶可以同時使用全部頻譜資源不間斷地進(jìn)行通訊，也即空分復(fù)用(space-division multiple access，SDMA)。 SDMA還有另一重好處，即可以減少信號能量的浪費：當(dāng)無線信號在空間中向全方向輻射時，只有一小部分信號能量被接收機(jī)收到成為有用信號。大部分信號

19、并沒有被相應(yīng)的接收機(jī)收到，而是輻射到了其它的接收機(jī)成為了干擾信號。 空分復(fù)用技術(shù)是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜效率數(shù)倍提升的技術(shù)。因為它可以使系統(tǒng)在同一時間、同一頻段、同一宏觀物理空間上進(jìn)行多路通信而且互不干擾，讓有限的頻譜資源得到最大化的利用。22波束成型 “波束”這個詞看上去有些陌生，但是“光束”大家一定都很熟悉。當(dāng)一束光的方向都相同時，就成了光束，類似手電筒發(fā)出的光。反之，如果光向四面八方輻射（如電燈泡發(fā)出的光），則不能形成光束。和光束一樣，當(dāng)所有波的傳播方向都一致時，即形成了波束。 光束實現(xiàn)很簡單，只要用不透明的材料把其它方向的光遮住即可。這是因為可見光近似沿直線傳播，衍射能力很弱。然而，在無線通

20、訊系統(tǒng)中，信號以衍射能力很強(qiáng)的電磁波的形式存在，所以無法使用生成光束的方法來實現(xiàn)波束成型，而必須使用其他方法。波束形成原理: 陣列輸出選取一個適當(dāng)?shù)募訖?quán)向量以補(bǔ)償各個陣元的傳播時延，從而使得在某一個期望方向上陣列輸出可以同向疊加，進(jìn)而使得陣列在該方向上產(chǎn)生一個主瓣波束；并在可以某個方向上對干擾進(jìn)行一定程度的抑制。自適應(yīng)波束形成是在某種最優(yōu)準(zhǔn)則下通過自適應(yīng)算法來實現(xiàn)權(quán)集尋優(yōu)，自適應(yīng)波束形成能適應(yīng)各種環(huán)境的變化，實時的將權(quán)集調(diào)整到最佳位置附近。23波束成型 無線通訊電磁波的信號能量在發(fā)射機(jī)由天線輻射進(jìn)入空氣，并在接收端由天線接收。因此，電磁波的輻射方向由天線的特性決定。天線的方向特性可以由輻射方向

21、圖（即天線發(fā)射的信號在空間不同方向的幅度）來描述。普通的天線的輻射方向圖方向性很弱（即每個方向的輻射強(qiáng)度都差不多，類似電燈泡），而最基本的形成波束的方法則是使用輻射方向性很強(qiáng)的天線（即瞄準(zhǔn)一個方向輻射，類似手電筒）。 然而，此類天線往往體積較大，很難安裝到移動終端上（想象一下iPhone上安了一個鍋蓋天線會是什么樣子）。另外，波束成形需要可以隨著接收端和發(fā)射端之間的相對位置而改變波束的方向。傳統(tǒng)使用單一天線形成波束的方法需要轉(zhuǎn)動天線才能改變波束的方向，而這在手機(jī)上顯然不可能。因此，實用的波束成形方案使用的是智能天線陣列24智能天線5G網(wǎng)絡(luò)的成功部署取決于有效的天線陣列設(shè)計。這利用了空中接口變化

22、的優(yōu)點。應(yīng)使用多波束智能天線陣列系統(tǒng)來實現(xiàn)SDMA能力。智能天線有助于干擾減輕，同時保持最佳的覆蓋區(qū)域和同時傳輸移動手持機(jī)和BS 的功率降低。此外，對于相同的物理孔徑尺寸，更多的能量可以通過使用窄波束在較高頻率傳輸。智能天線實現(xiàn)使得相同的信道可以被不同的波束使用。這減少了無線通信的主要問題之一：同信道干擾。波束形成天線的使用中與小數(shù)負(fù)載系數(shù)，進(jìn)一步稀釋了共信道干擾的問題。高度定向的波束的應(yīng)用不一定需要任何分?jǐn)?shù)負(fù)載。基礎(chǔ)設(shè)施費用和復(fù)雜操作阻礙了對定向天線的不加區(qū)別的使用。然而，甚至更少復(fù)雜的天線能夠提供相當(dāng)大的容量增益。25大規(guī)模MIMO 在單天線對單天線的傳輸系統(tǒng)中，由于環(huán)境的復(fù)雜性，電磁波在

23、空氣中經(jīng)過多條路徑傳播后在接收點可能相位相反，互相削弱，此時信道很有可能陷于很強(qiáng)的衰落，影響用戶接收到的信號質(zhì)量。而當(dāng)基站天線數(shù)量增多時，相對于用戶的幾百根天線就擁有了幾百個信道，他們相互獨立，同時陷入衰落的概率便大大減小，這對于通信系統(tǒng)而言變得簡單而易于處理。 大規(guī)模天線有哪些好處? 第一，當(dāng)然是大幅度提高網(wǎng)絡(luò)容量。第二，因為有一堆天線同時發(fā)力，由波速成形形成的信號疊加增益將使得每根天線只需以小功率發(fā)射信號，從而避免使用昂貴的大動態(tài)范圍功率放大器，減少了硬件成本。第三，大數(shù)定律造就的平坦衰落信道使得低延時通信成為可能。傳統(tǒng)通信系統(tǒng)為了對抗信道的深度衰落，需要使用信道編碼和交織器，將由深度衰落

24、引起的連續(xù)突發(fā)錯誤分散到各個不同的時間段上 (交織器的目的即將不同時間段的信號揉雜, 從而分散某一短時間內(nèi)的連續(xù)錯誤)，而這種揉雜過程導(dǎo)致接收機(jī)需完整接受所有數(shù)據(jù)才能獲得信息，造成時延。在大規(guī)模天線下，得益于大數(shù)定理而產(chǎn)生的衰落消失，信道變得良好，對抗深度衰弱的過程可以大大簡化，因此時延也可以大幅降低。26大規(guī)模MIMO 大規(guī)模天線陣列正是基于多用戶波束成形的原理，在基站端布置幾百根天線，對幾十個目標(biāo)接收機(jī)調(diào)制各自的波束，通過空間信號隔離，在同一頻率資源上同時傳輸幾十條信號。這種對空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴而稀缺的頻帶資源，并且成幾十倍地提升網(wǎng)絡(luò)容量。 通過使用簡單的線性信號處理技術(shù)

25、，大規(guī)模MIMO為BS提供了大量的天線。圖示出了大量的MIMO使能的BS。天線網(wǎng)格能夠引導(dǎo)水平和垂直波束。大規(guī)模MIMO顯著提高了光譜和能量效率。每個單個天線被定位以實現(xiàn)傳輸中的方向性。波前的相干疊加是大規(guī)模MIMO技術(shù)的基本原理。發(fā)射的波前在所期望的位置建設(shè)性地增加并且降低其他地方的強(qiáng)度。因此，在大規(guī)模MIMO啟用的BS的空間復(fù)用容量增加幾個量級。27空中接口 架構(gòu)和空中接口的變化強(qiáng)調(diào)小小區(qū)和增加的天線數(shù)量。在如此密集的5G部署中，許多服務(wù)器和路由器的配置和維護(hù)是一個復(fù)雜的挑戰(zhàn)。軟件設(shè)計網(wǎng)絡(luò)(SDN)為這一復(fù)雜挑戰(zhàn)提供了一個簡化的解決方案。 SDN考慮控制平面和數(shù)據(jù)平面之間的分割，從而在5G

26、網(wǎng)絡(luò)中引入快速和靈活性。圖9描繪了用戶和控制信號的分離。因此，用戶平面容量的增加變得獨立于控制平面資源。這使得5G網(wǎng)絡(luò)在所需位置具有高數(shù)據(jù)，而不會招致控制平面開銷。 SDN通過使用軟件組件來解耦數(shù)據(jù)和控制平面。這些軟件組件負(fù)責(zé)管理控制平面，從而減少硬件限制。兩個平面之間的交互通過使用開放接口實現(xiàn)，如OpenFlow 。它還便于在不同配置之間切換。28SDN產(chǎn)生背景歸結(jié)以上問題，實際上是網(wǎng)絡(luò)缺乏統(tǒng)一的大腦。一直以來，網(wǎng)絡(luò)的工作方式是：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過各種交互機(jī)制，獨立的學(xué)習(xí)整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，自行決定與其他節(jié)點的交互方式；當(dāng)流量過來時，根據(jù)節(jié)點間交互做出的決策，獨立的轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)報文；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點發(fā)生變化

27、時，其他節(jié)點感知變化重新計算路徑。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的這種分散決策的特點，在此前很長一段時間內(nèi)滿足了互聯(lián)互通的需要，但由于這種分散決策機(jī)制缺少全局掌控，在需要流量精細(xì)化控制管理的今天，表現(xiàn)出越來越多的問題。在此背景之下，SDN應(yīng)運而生。 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的運作模式是靜態(tài)的，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備是決定性的因素，控制單位和轉(zhuǎn)發(fā)單位緊密耦合。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接產(chǎn)生了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同廠商的交換機(jī)模型也各不相同，導(dǎo)致目前的網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所依賴的協(xié)議由于歷史原因，存在多樣化、不統(tǒng)一、靜態(tài)控制和缺少共性的問題，這進(jìn)一步加大了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。在網(wǎng)絡(luò)中增刪一臺中心設(shè)備是非常復(fù)雜的，往往需要多臺交換機(jī)、路由器、Web 認(rèn)證門戶等等

28、。這些因素都導(dǎo)致傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)適合于一種靜態(tài)的、不需要管理者太多干預(yù)的狀態(tài)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用依賴于兩點，即海量數(shù)據(jù)處理和預(yù)先定義好的計算模式，分布式的數(shù)據(jù)中心和集中式的控制中心，必然導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)批量傳輸及相關(guān)的聚合劃分操作，這對網(wǎng)絡(luò)的性能提出了非常高的要求，為了更好的利用網(wǎng)絡(luò)資源，大數(shù)據(jù)應(yīng)用需要按需調(diào)動網(wǎng)絡(luò)資源。29 SDN可以跨越OSI層來重新建模網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)完全自動化管理。 冗余接口由控制器減少，控制器將策略分配給路由器用于監(jiān)控功能。 應(yīng)用于無線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)的SDN本身表現(xiàn)為SON解決方案。 SON算法通過控制平面協(xié)調(diào)在粗粒度上優(yōu)化RAN，同時保持精細(xì)的粒度數(shù)據(jù)平面不受影響。 雖然SON提

29、供高增益，但是數(shù)據(jù)平面的改進(jìn)需要多個BS的協(xié)作來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 協(xié)調(diào)多點(CoMP)傳輸有助于以非常精細(xì)的時間尺度進(jìn)行協(xié)作數(shù)據(jù)傳輸。 Cloud RAN還通過分散數(shù)據(jù)平面提供了一個可行的解決方案。 數(shù)據(jù)和控制信號可以通過不同的節(jié)點，不同的頻譜甚至不同的技術(shù)路由，以管理網(wǎng)絡(luò)密度和多樣性。SON(Self-Organized Networks) 是在LTE的網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化階段由移動運營商主導(dǎo)提出的概念，其主要思路是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能（自配置、自優(yōu)化、自愈三大功能），減少人工參與，降低運營成本。CoMP:該技術(shù)的核心思想是通過處于不同地理位置的多個傳輸點之間的合作來避免相鄰基站之間的干擾或?qū)⒏?/p>

30、擾轉(zhuǎn)換為對用戶有用信號，以合作的方式實現(xiàn)用戶性能的改善。30云RAN的提出 如今，移動運營商正面臨著激烈的競爭環(huán)境，用于建設(shè)、運營、升級無線接入網(wǎng)的支出不斷增加，而收入?yún)s未必以同樣的速度增加。移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的流量迅速上升，由于競爭的緣故，單用戶的ARPU值卻增長緩慢，甚至在慢慢減少，這些因素嚴(yán)重地削弱了移動運營商的盈利能力。為了保持持續(xù)盈利和長期增長，移動運營商必須尋找低成本地為用戶提供無線業(yè)務(wù)的方法。 無線接入網(wǎng)(RAN)是移動運營商賴以生存的重要資產(chǎn)，通過無線接入網(wǎng)可以向用戶提供7x24小時不間斷、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)。傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)具有以下特點：第一，每個基站連接若干固定數(shù)量的扇區(qū)天線，并

31、覆蓋小片區(qū)域，每個基站只能處理本小區(qū)收發(fā)信號；第二，系統(tǒng)的容量是干擾受限，各個基站獨立工作已經(jīng)很難增加頻譜效率；第三，基站通常都是基于專有平臺開發(fā)的“垂直解決方案”。這些特點帶來了以下挑戰(zhàn)：數(shù)量巨大的基站意味著高額的建設(shè)投資、站址配套、站址租賃以及維護(hù)費用，建設(shè)更多的基站意味著更多的資本開支和運營開支。此外，現(xiàn)有基站的實際利用率還是很低，網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)載一般來說大大低于忙時負(fù)載，而不同的基站之間不能共享處理能力，也很難提高頻譜效率。最后，專有的平臺意味著移動運營商需要維護(hù)多個不兼容的平臺，在擴(kuò)容或者升級的時候也需要更高的成本。31云RAN 在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，多協(xié)議功能和以太網(wǎng)一直延

32、伸到遠(yuǎn)程蜂窩站點。圖示出了典型的C-RAN架構(gòu)，其中來自許多遠(yuǎn)程站點的基帶單元(BBU)集中在虛擬BBU池。這導(dǎo)致統(tǒng)計復(fù)用增益，能量效率操作和資源節(jié)約。虛擬BBU池進(jìn)一步促進(jìn)可擴(kuò)展性，成本降低，不同服務(wù)的集成和減少現(xiàn)場試驗的時間消耗。遠(yuǎn)程射頻頭(RRH)包括變壓器組件，放大器和雙工器，可實現(xiàn)數(shù)字處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換，功率放大和濾波。 RRH通過高于1Gbps的單模數(shù)據(jù)速率連接到BBU池。這種簡化的BS架構(gòu)為密集的5G部署鋪平了道路，使其價格適中，靈活和高效。強(qiáng)大的云計算能力可以輕松處理所有復(fù)雜的控制過程。基帶池前向回傳光分配網(wǎng)絡(luò)32云RAN C-RAN中的C既可以指“集中式”無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN），

33、也可以指“云”無線接入網(wǎng)。這兩個概念是相關(guān)的，都與蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的新架構(gòu)有關(guān)。 C-RAN依然是一個相當(dāng)新的趨勢，只是在幾年前才由中國移動開始。但是世界各地的其他網(wǎng)絡(luò)運營商正在積極地部署集中式RAN網(wǎng)絡(luò)，以希望在市場成熟時能夠更多地承擔(dān)責(zé)任。在傳統(tǒng)的分布式蜂窩網(wǎng)絡(luò)，RAN是我們所認(rèn)為的蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)的一部分，其設(shè)備在蜂窩基站塔的頂端和塔下。 其主要的組件是基帶單元（BBU），這是一個無線電設(shè)備，每小時處理數(shù)十億比特的信息，并將最終用戶連接到核心網(wǎng)絡(luò)。 C-RAN提供了一種嶄新而高效的替代方案。 通過利用光纖用于前傳的巨大的信號承載能力，運營商們能夠?qū)⒍鄠€BBU集中到一個地點，它可以在一個蜂窩基

34、站，也可以在一個集中式的BBU池。將多個BBU集中起來精簡了每個蜂窩基站所需的設(shè)備數(shù)量，并且能夠提供更低延遲等其他各種優(yōu)勢。雖然C-RAN的最終歸宿是云RAN，那時網(wǎng)絡(luò)的一些功能開始在“云端”虛擬化。一旦BBU集中化以后，商用的現(xiàn)成服務(wù)器就能夠完成大部分的日常處理。這意味著BBU可以重新設(shè)計和進(jìn)行縮減以專門進(jìn)行復(fù)雜或?qū)Ｓ械奶幚?。借助云RAN處理的集中式基站簡化了網(wǎng)絡(luò)的管理，并且使資源池和無線資源得以協(xié)調(diào)。33D2D D2D通信技術(shù)是指兩個對等的用戶節(jié)點之間直接進(jìn)行通信的一種通信方式。在由D2D通信用戶組成的分布式網(wǎng)絡(luò)中，每個用戶節(jié)點都能發(fā)送和接收信號，并具有自動路由(轉(zhuǎn)發(fā)消息)的功能。網(wǎng)絡(luò)的參

35、與者共享它們所擁有的一部分硬件資源，包括信息處理、存儲以及網(wǎng)絡(luò)連接能力等。這些共享資源向網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)和資源，能被其它用戶直接訪問而不需要經(jīng)過中間實體。在D2D通信網(wǎng)絡(luò)中，用戶節(jié)點同時扮演服務(wù)器和客戶端的角色，用戶能夠意識到彼此的存在，自組織地構(gòu)成一個虛擬或者實際的群體。34M2M M2M是指多種不同類型的通信技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起：機(jī)器之間通信；機(jī)器控制通信；人機(jī)交互通信；移動互聯(lián)通信。M2M讓機(jī)器，設(shè)備，應(yīng)用處理過程與后臺信息系統(tǒng)共享信息，并與操作者共享信息。它提供了設(shè)備實時地在系統(tǒng)之間、遠(yuǎn)程設(shè)備之間、或和個人之間建立無線連接，傳輸數(shù)據(jù)的手段。 M2M技 術(shù)綜合了數(shù)據(jù)采集、GPS，遠(yuǎn)程監(jiān)控、電

36、信、信息技術(shù)，是計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、傳感器、人類等的生態(tài)系統(tǒng)，能夠使業(yè)務(wù)流程自動化，集成公司資訊科技 (IT)系統(tǒng)和非IT設(shè)備的實時狀態(tài)，并創(chuàng)造增值服務(wù)。這一平臺可在安全監(jiān)測、自動抄表、機(jī)械服務(wù)和維修業(yè)務(wù)、自動售貨機(jī)、公共交通系統(tǒng)、車隊管理、工業(yè) 流程自動化、電動機(jī)械、城市信息化等環(huán)境中運行并提供廣泛的應(yīng)用和解決方案。35物聯(lián)網(wǎng) 如圖所示，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)想數(shù)百萬個同時連接，涉及各種設(shè)備，連接的家庭，智能電網(wǎng)和智能交通系統(tǒng)。這個愿景最終只有隨著高帶寬5G無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)才能實現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)使許多智能對象和應(yīng)用程序的互聯(lián)網(wǎng)連接和數(shù)據(jù)互操作性成為可能。 IoT的六個獨特挑戰(zhàn)包括(i)自動傳感器配置，(ii)上下

37、文檢測，(iii)采集，建模和推理(iv)在“傳感即服務(wù)”模型中選擇傳感器(v)安全 - 隱私 - 信任和(vi)上下文共享。物聯(lián)網(wǎng)的實施是復(fù)雜的，因為它包括在各種粒度和抽象級別的大規(guī)模，分布式，自主和異構(gòu)組件之間的合作。云的概念，提供大存儲，計算和網(wǎng)絡(luò)功能，可以與各種支持物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備集成。36其他應(yīng)用 除了上述應(yīng)用，金融業(yè)隨著企業(yè)和客戶的增加，需要強(qiáng)大的計算和數(shù)據(jù)處理。 基于5G的未來移動網(wǎng)絡(luò)具有巨大的潛力轉(zhuǎn)變不同的金融服務(wù)，如銀行，支付，個人金融管理，社會支付，點對點交易和本地商業(yè)。 傳感，通信和控制提高了電網(wǎng)的效率和可靠性，從而使其現(xiàn)代化為智能電網(wǎng)(SG)。 SG使用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能量數(shù)據(jù)

38、收集，電力監(jiān)測，保護(hù)和需求/響應(yīng)管理。智能信息和智能通信子系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的一部分。 智能電網(wǎng)無縫鏈接物理組件和代表大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的無線通信。 無線技術(shù)已經(jīng)被用于有效的實時需求響應(yīng)(DR)管理。 預(yù)計提出的5G的高帶寬和低延遲將解決與SG需求響應(yīng)相關(guān)的許多挑戰(zhàn)。 同樣，以自動化，嵌入式系統(tǒng)，娛樂，電器，效率和安全為根基的智能家居是一個積極的技術(shù)研究領(lǐng)域。 智能城市，可持續(xù)發(fā)展的基本要素正處于增長勢頭。 物聯(lián)網(wǎng)，M2M，云計算，與5G集成的主要概念在這些研究領(lǐng)域非常有說服力。37改善用戶體驗QoE 體驗質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）是指用戶對設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)、應(yīng)用或

39、業(yè)務(wù)的質(zhì)量和性能的主觀感受。QoE指的是用戶感受到的完成整個過程的難易程度。 5G時代的性能指標(biāo)高度集中于QoE 。訂閱，基于廣告的商業(yè)模式和內(nèi)容交付的增長正在推動互聯(lián)網(wǎng)上視頻傳輸?shù)膸缀踔笖?shù)增長。不久以來，互聯(lián)網(wǎng)上的視頻預(yù)計在觀眾數(shù)量方面超過電視。然而，互聯(lián)網(wǎng)視頻生態(tài)系統(tǒng)缺乏正規(guī)的質(zhì)量測量技術(shù)。傳統(tǒng)的QoS度量，包括丟包，丟失率，網(wǎng)絡(luò)延遲，PSNR和往返時間，現(xiàn)在被認(rèn)為對視頻移動互聯(lián)網(wǎng)無效。另一方面，QoE強(qiáng)調(diào)用戶的感知滿意度。對于整體用戶體驗，QoS的技術(shù)條件仍然至關(guān)重要，但不夠充分。圖給出了QoS和QoE之間的關(guān)系。更高的QoS不一定意味著更高的QoE 。產(chǎn)品的交互性，產(chǎn)品的感覺，服務(wù)目的

40、的能力和融入整個環(huán)境是定義QoE特征的一些主要經(jīng)驗。感覺使用的結(jié)果38 云 VR/ARn VR/AR 對帶寬的需求是巨大的。高質(zhì)量 VR/AR 內(nèi)容處理走向云端，滿足用戶日益增長的體驗要求的同時降低設(shè)備價格，VR/AR 將成為移動網(wǎng)絡(luò)最有潛力的大流量業(yè)務(wù)。n 雖然現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量可以達(dá)到 100Mbps，但一些高階 VR/AR 應(yīng)用需要更高的速度和更低的延遲。39目錄5G介紹01技術(shù)特點02相關(guān)應(yīng)用0340車聯(lián)網(wǎng)n 驅(qū)動汽車變革的關(guān)鍵技術(shù)-自動駕駛、編隊行駛、車輛生命周期維護(hù)、傳感器數(shù)據(jù)眾包等都需要安全、可靠、低延遲和高帶寬的連接，這些連接特性再高速公路和密集城市中至關(guān)重要，只有 5

41、G 可以同時滿足這樣的要求。n 根據(jù) ABI Research 預(yù)測，到 2025 年 5G 連接的汽車將達(dá)到 5030 萬輛。汽車的典型換代周期是 710 年，因此，汽車將 再 2025 年2030 年之 間大幅增長。41智能制造n 雖然近年 Wifi、藍(lán)牙和 wirelessHART 等無線方案已經(jīng)在制造車間開始使用，但是這些方案在帶寬、可靠性和安全性等方面都存在局限性。對于最新最尖端的智慧制造，靈活、可移動、高帶寬、低時延和高可靠性的通信是基礎(chǔ)的要求，而 5G 能更好的滿足這些要求。預(yù)測顯示，從 2022 年到 2026 年，5G IIOT 的平均年復(fù)合增長率將達(dá)到 464%42智能能源

42、43無線醫(yī)療在最近的 B2B 調(diào)查中，醫(yī)療領(lǐng)域 42%的受訪者已經(jīng)制定了部署 5G 的計劃，并確信5G 將作為先進(jìn)醫(yī)療解決方案的使能因素。44無線家庭娛樂高清晰 8K 視頻和云游戲?qū)⒋呱鷮?5G 的極大需求。45聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)46個人 AI 輔助導(dǎo)盲頭盔 the best you areTHANK YOU!482022-4-26 FBMC調(diào)研492022-4-26大綱 FBMC發(fā)展歷史 FBMC的研究現(xiàn)狀 FBMC的熱門研究點 參考文獻(xiàn)502022-4-26OFDM的缺點 OFDM載波之間是相互正交的，這種正交性有效的抵抗了窄帶干擾和頻率選擇性衰落。 OFDM 技術(shù)也存在很多不足之處。比如， OF

43、DM 系統(tǒng)的濾波方式為矩形窗濾波，并且在信號中插入循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）以對抗多徑衰落2，這帶來了無線資源的浪費以及數(shù)據(jù)傳輸速度受損等缺陷。 此外, 由于 OFDM技術(shù)采用了方波作為基帶波形, 載波旁瓣較大, 從而在各載波同步不能嚴(yán)格保證的情況下使得相鄰載波之間的干擾比較嚴(yán)重2。 OFDM旁瓣較高的危害很多，主要有以下幾個方面：較高的旁瓣會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的頻譜感知精度和效率，因為旁瓣能量過大，因此當(dāng)按傳統(tǒng)的能量感知方法進(jìn)行感知的時候，無法判斷檢測到的到底是有用信號還是旁瓣，這會造成誤判等后果；而且一般而言通信系統(tǒng)中發(fā)送的信號能量有限，較高的旁瓣會占去主要信號的能量，導(dǎo)致能量

44、的消耗和浪費；OFDM 信號旁瓣過大會導(dǎo)致相鄰子載波間的保護(hù)間隔變長，這會降低系統(tǒng)的頻譜利用率和用戶密度1。 對載波頻偏的敏感性高, 具有較高的峰均比; 另外, 各子載波必須具有相同的帶寬, 各子載波之間必須保持同步, 各子載波之間必須保持正交等, 限制了頻譜使用的靈活性. 512022-4-26FBMC的發(fā)展 在 5G系統(tǒng)中，由于支撐高數(shù)據(jù)速率的需要，將可能需要高達(dá)1GHz的帶寬。但在某些較低的頻段，難以獲得連續(xù)的寬帶頻譜資源，而在這些頻段，某些無線傳輸系統(tǒng)，如電視系統(tǒng)中，存在一些未被使用的頻譜資源 (空白頻譜)。但是，這些空白頻譜的位置可能是不連續(xù)的，并且可用的帶寬也不一定相同，采用OFD

45、M技術(shù)難以實現(xiàn)對這些可用頻譜的使用。靈活有效地利用這些空白的頻譜，是5G系統(tǒng)設(shè)計的一個重要問題2。 為了克服多徑信道和高速寬帶無線通信帶來的頻率選擇性衰落，一個十分自然的想法就是在頻域上劃分成多個子帶，使得每一個子信道上的頻譜特性都近似平坦，同時使用多個相互獨立的子帶并行傳輸數(shù)據(jù)，這就有效的解決了延長符號周期和傳輸速率的矛盾。在接收機(jī)中利用子帶之間的正交性或近似正交性來分離各自的信息，并且還可以在子帶之間進(jìn)行信號的頻率分集，進(jìn)一步增強(qiáng)通信的可靠性，這就是多載波調(diào)制的基本思想6。52 為了解決這些問題, 基于濾波器組的多載波 (FBMC，filter-bank based multicarrie

46、r) 實現(xiàn)方案被認(rèn)為是解決以上問題的有效手段，被我國學(xué)者最早應(yīng)用于國家863計劃后3G試驗系統(tǒng)中2。濾波器組技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，由 Saltzberg，Chang，Weinstein 和 Bingha 等人提出，最初受制于實現(xiàn)上的復(fù)雜性并沒有在業(yè)界受到重視5，主要應(yīng)用在多速率采樣，減少計算復(fù)雜度以及減少傳輸數(shù)據(jù)率和存儲單元的要求，并在20世紀(jì)80年代開始受到關(guān)注，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)及集成電路的發(fā)展，尤其是快速傅立葉算法、大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，從 90 年代開始，多載波技術(shù)逐漸得到了大范圍的應(yīng)用。在幾十年的發(fā)展過程中，濾波器組的研究經(jīng)歷了從基礎(chǔ)理論分析到各種理論的豐富完善，發(fā)展到現(xiàn)在已

47、經(jīng)產(chǎn)生了多種濾波器組理論、結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，其應(yīng)用也從最初的語音處理擴(kuò)展到通信信號處理、圖像編碼/壓縮、自適應(yīng)濾波、雷達(dá)信號處理、快速計算、系統(tǒng)辨識、噪聲消除等許多領(lǐng)域 3。2022-4-2653 濾波器組技術(shù)開始受到人們的關(guān)注時期是在1980年，Johnston提出了兩通道正交鏡像濾波器組(Quadrature Mirror Filter，QMF)。它可以完全消除混迭失真和相位失真，只存在微小的幅度失真。1986年，Smith和Bowell提出了共扼正交濾波器組。(Conjugate Quadrature Mirror Filter，CQF)，首次實現(xiàn)了完全重構(gòu)。接著，Vaidyanathan

48、在1987年引入了多相位(Polyphase)分解的方法對濾波器組進(jìn)行分析和設(shè)計，極大的簡化了濾波器組設(shè)計的思想，為濾波器組的實現(xiàn)提供了一種可靠的結(jié)構(gòu)，同時也為格型濾波器組理論的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。1992年，KoilpillaiR.D提出了余弦調(diào)制(eosine-modulated filter bank，C璐B)的M帶濾波器組，給出了完全重構(gòu)條件，并用格型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。這些工作不但極大的推動了濾波器組理論的研究，同時還為后續(xù)的深入研究提供了理論基礎(chǔ)3。2022-4-2654 濾波器組多載波技術(shù)在20世紀(jì)90年代由不同的研究者從不同的角度進(jìn)行分析和提出的，其中濾波多音調(diào)制、廣義多載波等是基于多抽樣率

49、數(shù)字信號處理，從調(diào)制濾波器組的思路對該技術(shù)進(jìn)行的分析，即發(fā)射機(jī)對串并變換后的多路信號，首先進(jìn)行上插值，然后分別通過帶通調(diào)制濾波器調(diào)制到不同的頻帶上，時域合成以后就構(gòu)成寬帶多載波信號，而接收機(jī)的處理是對應(yīng)的逆過程，通過一組不同中心頻率的帶通濾波器得到對應(yīng)子帶的信號后再進(jìn)行下抽樣、解調(diào)輸出。而非正交多載波、時頻局部化多載波的理論基礎(chǔ)是二維時頻面上的框架理論42-47，它把發(fā)送和接收原型脈沖的時移和頻移構(gòu)成的網(wǎng)格看成是時頻面上一組基函數(shù)。發(fā)射機(jī)就是把各個子帶上的每個符號投影到二維時頻網(wǎng)格，再進(jìn)行信號綜合得到寬帶合成信號，接收端是對應(yīng)的信號分析的逆過程，利用網(wǎng)格在時域和頻域上的正交或近似正交特性，來解

50、調(diào)輸出6。因此無論實際的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)還是一些理論上討論濾波器組性能分析、估計和均衡、同步都還是采用的能量歸一化的平方根升余弦濾波器6。2022-4-26552022-4-26 在基于濾波器組的多載波技術(shù)中，存在分析濾波器組、綜合濾波器組以及上下采樣器。發(fā)送端通過綜合濾波器組來實現(xiàn)多載波調(diào)制，接收端通過分析濾波器組來實現(xiàn)多載波解調(diào)。綜合濾波器組和分析濾波器組由一組并行的成員濾波器構(gòu)成，其中各個成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器。 在濾波器組中，一般存在三種失真：(1)混疊失真，這是由于分析濾波器組和綜合濾波器組的頻帶不能完全分開及抽樣頻率不能滿足奈奎斯特抽樣定理所致；(2)幅度及

51、相位失真，這兩項失真來源于分析及綜合濾波器組的頻帶在通帶內(nèi)不是全通函數(shù)，而其相頻特性不具有線性相位所致；(3)對各子帶信號作處理時(如編碼)所產(chǎn)生的誤差(如量化誤差)。 一般存在混疊失真的濾波器組是線性周期時變系統(tǒng)，而完全消除混疊失真的系統(tǒng)是線性時不變系統(tǒng)。如果濾波器組的輸出是輸入的純延時，則稱為完全重構(gòu)系統(tǒng)(PerfeetReeonstruetion，PR)3。56研究發(fā)展史 該技術(shù)其本質(zhì)上就是把一路寬帶高速數(shù)據(jù)流通過串并變換轉(zhuǎn)換為并行的多路相對低速的數(shù)據(jù)流，然后再對應(yīng)調(diào)制到相互正交的多個子載波上，從而有效延長符號周期，降低多徑帶來的頻率選擇性衰落影響。OFDM 作為多載波技術(shù)中的特例，相當(dāng)

52、于采用矩形脈沖做成型濾波，所以其對抗符號間干擾（ISI）有著先天的優(yōu)勢。但是在頻域，其頻譜可以看作是 Sinc 函數(shù)在各個子載波頻點上的保持相互正交的疊加，由于 Sinc 函數(shù)旁瓣較大、衰減緩慢。 當(dāng) OFDM 系統(tǒng)處于復(fù)雜移動條件下的快時變衰落信道中時，子載波間正交性被破壞不能得到保證，所以受載波間的干擾（ICI）影響十分嚴(yán)重，為了達(dá)到多載波技術(shù)對 ISI 和ICI 干擾的折衷考慮，實現(xiàn)在時頻雙色散信道下的可靠通信，一些相關(guān)文獻(xiàn)提出了采用非矩形脈沖子帶成型的多載波，如 Kozek，Haas，Blcskei，Matz，F(xiàn).M.Han等提出的非正交多載波和脈沖成型多載波，Cherubini，As

53、salini 等提出的濾波多音調(diào)制，高西奇、尤肖虎等提出的廣義多載波等5。2022-4-2657FBMC-OQAM OQAM調(diào)制：干擾系數(shù)都是實虛交替分布的，利用這個性質(zhì)，將原先復(fù)數(shù)信號的實數(shù)部分和虛數(shù)部分分開處理，時間間隔為符號周期T/2。在干擾項為實數(shù)的單位塊發(fā)送虛數(shù)部分，在干擾項為虛數(shù)的單位塊發(fā)送實數(shù)部分，這樣在接收端解調(diào)時，就可以通過實部和虛部的分別處理來去除干擾項，從而得到原始的發(fā)送信號，調(diào)制框圖如下14。2022-4-2658 FBMC系統(tǒng)基本框架 和普通FFT濾波器組相比，發(fā)送端IFFT之前增加了OQAM預(yù)處理模塊，對復(fù)數(shù)信號進(jìn)行了實部和虛部分離；在IFFT之后增加了多相結(jié)構(gòu)PP

54、N模塊，實現(xiàn)了頻域的擴(kuò)展，接收端也有對應(yīng)的操作。IFFT和PPN(Poly Phase Network-多項濾波器組)稱為綜合濾波器組(Synthesis Filter Bank，SFB)，對應(yīng)的接收端FFT和PPN稱為分析濾波器組(Analysis Filter Bank， AFB)。此框架可以實現(xiàn)基本的基于FBMC的多載波調(diào)制解調(diào)功能14。 多相濾波器組的方法是從時域的角度出發(fā),保持FFT位數(shù)為M不變,通過在時域上做些額外的處理來實現(xiàn)原型濾波器的實現(xiàn)14。2022-4-2659多項濾波器組2022-4-26 發(fā)送端濾波器組60 發(fā)送端PPN的實現(xiàn)：2022-4-26612022-4-26F

55、BMC的研究點 FBMC-OQAM降低峰均比（PAPR） FBMC-OQAM可以保持和FFT濾波器組相同的碼率 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀一類是通過信號無失真技術(shù)來降低 OFDM 信號的峰均功率比，這一類的代表性方法有部分傳輸序列法 以及選擇性映射法（Selective Mapping，SLM）。另一類是通過信號有失真技術(shù)來降低 OFDM 信號的峰均功率比，其中比較著名的方法有剪切法（Clipping），壓擴(kuò)法（Companding），多音預(yù)留法，剪波加濾波法（Clipping and Filtering）以及星座擴(kuò)展法（Active Constellation Extension，ACE）。并且以這些方

56、法為基礎(chǔ)延伸出來的分支和改進(jìn)的方法也很多。 目前已有的文獻(xiàn)中，關(guān)于降低FBMC-OQAM信號PAPR的文章和方法都非常少。常見的有：Alexandre Skrzypczak 等人套用了 OFDM 系統(tǒng)中的 SLM 方法并提出了 OSLM（Overlapped SLM）方法來降低 FBMC-OQAM 信號的PAPR；Alexandre Skrzypczak 等人分析了 FBMC-OQAM 信號的互補(bǔ)累積函數(shù)（Complementary Cumulative Distribution Function ，CCDF）并將理論分析結(jié)果與實際仿真結(jié)果進(jìn)行了對比；M. Usman Rahim 等人對剪切法

57、進(jìn)行了分析，通過分析發(fā)現(xiàn)剪切法會明顯影響到 FBMC-OQAM 信號的旁瓣，雖然降低了 PAPR，但對FBMC-OQAM 信號的其它性能會有很大的影響。Zs. Kolar 等人用迭代剪切的方法降低 FBMC 信號的 PAPR。這些研究和分析中主要都是對 FBMC-OQAM 系統(tǒng)特點的分析，實質(zhì)性的可以降低 FBMC-OQAM 信號 PAPR 的方法卻不多。62 文獻(xiàn)1 數(shù)據(jù)塊聯(lián)合優(yōu)化（Multi-Block-Joint-Optimization，MBJO）的架構(gòu)，并基于該架構(gòu)提出了一個改進(jìn)的部分傳輸序列（Partial Transmission Sequence，PTS）方法來降低 FBMC-

58、OQAM信號的 PAPR。 優(yōu)化算法：（1）基于動態(tài)規(guī)劃（Dynamic Programming，DP）的算法；（2）用載波預(yù)留（Tone Reservation，TR）的方法降低 FBMC-OQAM信號的PAPR。2022-4-2663 基于訓(xùn)練序列的 FBMC 系統(tǒng)符號定時同步改進(jìn)算法由于 FBMC存在著時域上符號之間的重疊，其符號同步實現(xiàn)起來較復(fù)雜4。為了提高傳統(tǒng)濾波器組多載波( FBMC） 系統(tǒng)符號定時同步算法的精確度，提出了一種新的基于訓(xùn)練序列的符號定時估計算法。該算法考慮了噪聲因素對定時性能的影響，通過對訓(xùn)練符號重復(fù)延遲特性的分析，運用最小二乘法實現(xiàn)了較高精度的同步定時估計4。n研

59、究現(xiàn)狀針對這一問題，近年來提出了一些解決方案。Fusco等人提出盲同步定時估計，但是該方法適用于非彌散信道且需要大量的數(shù)據(jù)符號；Tonello等人將Schmidl等人算法應(yīng)用到FBMC系統(tǒng)中，通過傳輸一組具有重復(fù)冗余的訓(xùn)練序列實現(xiàn)定時估計，該方法的定時不確定性較大；Fusco等人改進(jìn)了Tonello的定時度量函數(shù)，提高了定時估計的精確度; 吳華等人在Fusco 等人的基礎(chǔ)上改進(jìn)延遲相關(guān)處理的長度，得到了相對較好的性能4。2022-4-2664n濾波器組多載波系統(tǒng)載波同步和符號定時同步技術(shù)6由于影響的大小決定系統(tǒng)同步訓(xùn)練序列的選擇、同步資源的開銷和系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)，因此有必要首先得到 FBMC 受同步

60、偏差的量化分析6。一種基于成型脈沖濾波的 FBMC 系統(tǒng)高效快速實現(xiàn)算法。該算法先把多載波連續(xù)系統(tǒng)抽樣得到離散化模型, 然后對系統(tǒng)模型延時進(jìn)行因果化處理，最后利用成型脈沖的有限截斷長度和復(fù)指數(shù)函數(shù)的周期性簡化離散模型并得到快速實現(xiàn)算法。該算法計算復(fù)雜度僅略大于 OFDM 中基于 FFT 的快速實現(xiàn)算法，并且可以靈活的選擇濾波器截斷長度和系統(tǒng)基帶采樣頻率6。不過盡管 FBMC 的原型脈沖帶來了復(fù)雜的符號間交疊，其具體的分析思路和分析工具和 OFDM 有所不同，但基本方向是一致的，即通過多載波基帶等效模型，研究其同步偏差帶來的加性干擾和有用信號之間的信干比以及通過仿真來比較同步偏差帶來的誤碼率情況6。 2022-