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摘 要

多载波调制技术是一种高效的传输技术，而正交频分复用（OFDM）一直是其中最为瞩目的一个，虽然OFDM具有很多优点，但缺陷也十分明显。相对于OFDM，FBMC技术的原型滤波器带外衰落快速，非相邻滤波器之间不存在干扰。因此，在带外衰落方面，FBMC的原型滤波器设计具有明显的优势。

本文主要研究FBMC/OQAM系统下原型滤波器的设计以及系统中各原型滤波器的性能分析。

本文首先针对FBMC/OQAM系统进行了细致的介绍，包括多载波技术、OQAM调制方法，阐述了其基本原理、基本框架以及实现过程。随后对滤波器组的结构进行了详细的分析说明，包括分析滤波器组(AFB)和综合滤波器组（SFB）的有效实现。原型滤波器的设计是复杂调制滤波器组的核心所在，所有综合分析滤波器均可由原型滤波器经过频移得到。本文涵盖了各种原型滤波器的设计方法以及可供选择的最优化准则，并予以大量的理论推导，数值计算以及程序仿真的支撑。其中主要介绍了频率采样法和窗函数法两种技术进行原型滤波器的设计，利用频率采样法设计出初始滤波器，并按照优化方案对其进行优化。最后通过仿真对比了优化前后以及各优化方案的优化效果。

关键词：FBMC/OQAM系统，原型滤波器设计，频率采样，窗函数，滤波器组，多载波技术

ABSTRACT

Multicarrier modulation is an efficient transmission technique, in which the OFDM technique has been always popular during the several years. It’s advantage is obvious，as well as its disadvantage. The FBMC technique does well in quick out-of-band fading, comparing to the OFDM technique. There is no interference between Non adjacent filter, in which case the FBMC technique performs well.

This paper concentrates on the prototype filter design in the FBMC/OQAM communication system and then gives analysis and simulation of the performance of various designs.

First of all, it introduces the FBMC/OQAM communication system in details, including multicarrier technique, OQAM modulation method, and then illustrates the basic principle and the basic frame of this system. Furthermore, it gives analysis to the filter bank structure，which consists of the efficient implement of analysis filter bank and synthesis filter bank. As a key element of in the complex modulated filter banks, the prototype filter can be designed, using Frequency sampling technique and Windowing based techniques. And all synthesis and analysis filters are frequency shifted versions of the corresponding lowpass prototype filter frequency response. Different prototype filter design methods and alternative optimization criteria are included and extensive numerical results theoretical derivation and program simulation are provided to characterize the resulting designs. This paper then gives analysis and simulation of the performance of various designs and finally provides several optimization schemes.

Keywords: FBMC/OQAM communication system, prototype filter design, frequency sampling technique, windowing based technique, filter banks, multicarrier technique

符号说明

英文缩略语表

目录

第一章 绪论 1

1.1 论文的研究背景 1

1.2 论文的研究工作 2

第二章 FBMC/OQAM系统 3

2.1 引言 3

2.2 多载波技术简介 4

2.2.1 OFDM系统与FBMC系统 4

2.3 OQAM调制过程 5

2.4 本章小结 7

第三章 滤波器组结构 8

3.1 引言 8

3.2 TMUX系统描述 8

3.2.1 OQAM预后期处理 9

3.2.2 综合-分析滤波器组（SFB AFB） 10

3.3 滤波器组结构的有效实现 11

3.3.1 综合滤波器组（SFB）的多相结构 12

3.3.2 分析滤波器组（AFB）的多相结构 14

3.4 本章小结 15

第四章 原型滤波器设计 17

4.1 引言 17

4.2 设计技术 18

4.2.1 频率采样技术 18

4.2.2 窗函数法 20

4.3 最优化设计 21

4.3.1 设计准则 21

4.3.2 约束条件 22

4.4 设计结果 23

4.4.1 频率采样技术 24

4.4.2 窗函数法 24

4.5 本章小结 24

第五章 总结与展望 25

5.1 全文总结与主要贡献 25

5.2 进一步研究的方向 25

参考文献 27

致谢 31

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景

近期由基于认知无线电的研究引发的兴趣攫取了大量对频谱感知和以及检测环境中的无线用户方面的关注。基本的想法是以可以接受的代价作为权衡来检测存在于一个特定方案下的无线电用户。其首要目标是在限制错误警报的概率的前提下将检测的概率最大化，同时将感测和检测无线电的复杂度以及时间最小化。考虑到有限的频谱用于密集的无线通讯以及低下的频谱利用效率，利用新的通信模式：认知无线电（可以投机地对未经使用的频谱加以利用）很有必要。目前正开展的研究工作都在认知无线电领域，包括不同的物理层方面(如认知过程)；不同的调制技术(用于认知无线电中的信号传输技术以及不同频谱的感知技术。认知无线电被定性为一个未来无线通信系统，一个能够在与其所运营的无线环境进行认知交互的基础上调整其传输和接收参数的系统。一些原因让频谱感知在实际上成为一个颇有挑战性的任务。频谱感知是认知无线电物理层的主要任务。认知无线电反映了在特定边带的情况下初级和次级用户占用相同的信道空间。它也负责频谱感知与传输参数的重置。认知无线电可以重置其运行频率，调制，信道编码和无硬件替换下的输出功率，这是认知无线电网络与其他无线网络物理层的最大的区别。

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