FMT多載波技術及其SystemView仿真實現(xiàn)

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.