用于基于线性调制的通信系统的滤波器技术方案

描述了设计例如用于在FBMC/OQAM电信系统中使用的数字滤波器的方法，该数字滤波器具有目标重叠因子并满足指定的信号干扰比，由此，选择由脉冲响应定义的、满足尼奎斯特标准并具有比目标更高的重叠因子的候选滤波器设计；并且反转滤波器组脉冲响应的时间和频率系数以定义新的滤波器设计；以及将定义所述新的滤波器设计的脉冲响应截短成实现所述指定的信号干扰比的最小数量的系数。

Filters for communication systems based on linear modulation

【技术实现步骤摘要】
用于基于线性调制的通信系统的滤波器
本专利技术涉及用于基于线性调制的通信系统的滤波器及其设计。
技术介绍
即将出现的移动通信系统被预见在所有情况中提供无所不在的连接和无缝服务输送。大量设备以及所预期的以人为中心的和机器类型应用的共存将导致多种多样的通信情形和特征。在这个背景中，很多高级通信技术在研究中。这些技术中的每种一般适合于所预见的通信情形的子集。一种类别的技术基于滤波器组多载波通信原则。滤波器组多载波(FBMC)通信系统由用于调制的合成滤波器和用于解调的分析滤波器组成。合成和分析滤波器由通过用于通信系统的子载波所表示的M个信道组成。合成滤波器的信道号m在时隙n处对携带信息的复信号cn(m)进行调制。该信道由通过N的过采样操作组成，后面是有限脉冲响应滤波器Fm(z)。这些操作可以被表示如下：通过N进行上采样通过Fm(z)进行滤波g被称为原型滤波器，并且是具有有限长度的函数在每个信道输出的总和之后得到合成滤波器的输出处的经调制的信号s(k)：合成滤波器的输入和输出信号之间的等价关系可以被表示如下：该表达式导致合成滤波器的多相网络表示，其与直接合成滤波器表示相比，在计算上实现起来较复杂。关于合成滤波器，用于M个信道的发射机的双重操作由以下操作组成：通过Hm(z)进行滤波：通过N进行下采样：dn(m)＝rm(nN)(8)合成滤波器的输入和输出信号之间的等价关系可以被表示如下：该基本方法在很多调制方案中被使用，并且因此实现所述方法的滤波器的设计是重要的活动。FBMC技术的该定义相应于很多调制方案，取决于所强调的原型滤波器的设计和对不同集合的参数(M，N，L，...)的选择。一个这种调制方案是具有例如被研究并被认为是未来灵活的5G空中接口的关键促成因素的偏移正交幅度调制(FBMC/OQAM)的滤波器组多载波。它与传统正交频分复用(OFDM)相比展示出更好的频谱形状，并实现更好的频谱使用和提高的移动性支持。归功于使用原型滤波器，这是可能的，原型滤波器使提高收发机的时间和频率局部化特性变得可能。利用OQAM方案在实域中保持正交性。FBMC/OQAM实现不同于OFDM，因为它依赖于具有额外的低复杂度多相网络(PPN)滤波级的快速傅立叶变换(FFT)处理。然而，原型滤波器的选择对FBMC/OQAM调制是关键的，因为该滤波器的时间/频率局部化可以明显影响通信系统的不同的性能级别和帧结构。此外，原型滤波器的长度大大影响接收机复杂度。因此，新滤波器的设计对对抗信道损坏而提高FBMC/OQAM的鲁棒性并支持由各种5G情形强加的约束同时保持合理的接收机复杂度非常感兴趣。FBMC是引入滤波器组以对在每个单独子载波上传递的信号实现有效的脉冲成形的多载波传输方案。该额外的元件代表将输入信号分成多个分量或子载波的带通滤波器的阵列，每一个分量或子载波携带原始信号的单频子带。由滤波器组执行的分解的过程被称为分析(意味着在每个子带中在其分量方面对信号的分析)；分析的为输出被称具有与滤波器组中的滤波器一样多的子带的子带信号。重构过程被称为合成，意味着对从滤波过程产生的完整信号的重构。这样的收发机结构通常需要不仅与滤波步骤有关而且也与对调制器/解调器架构施加的修改有关的较高实现复杂度。然而，数字多相滤波器组结构的使用连同近年来数字处理能力的快速生长一起使FBMC成为实际可行的方法。作为滤波调制方案的有前途的变形，FBMC/OQAM(也被称为OFDM/OQAM或交错调制多音-SMT)通常可以实现比OFDM更高的频谱效率，因为它不需要插入循环前缀(CP)。额外的优点包括通过选择适当的原型滤波器类型和系数抵抗非常不一致的衰落信道条件和不完美的同步的鲁棒性。4G/LTE基于OFDM多载波调制。根据Balian低定理，OFDM：1)尊重复正交，2)通过采用矩形波形在频域中较差地被局部化，3)由于CP的添加而浪费可用带宽的部分。特性2导致高带外功率泄漏(OOBPL)，并且必须插入大防护带以尊重相邻信道泄漏功率比(ACLR)要求。此外，它导致差的抵抗多普勒频移和频率扩展的鲁棒性。相应的OFDM系统的另外的可能缺点与灵活频谱使用情形有关，其中频谱共享和分段使用不被有效地支持。为了克服OFDM的缺点2)和3)，FBMC/OQAM：a)被放宽到实域正交，b)在时间和频率上更好地被局部化，取决于所使用的原型滤波器，c)有效地使用可用带宽来实现较高的频谱效率。通过改变QAM符号映射到每个子载波上的方式来得到特性a)。不是如在经典CP-OFDM中那样发送持续时间T的复符号(I和Q)，实部和虚部被分离并以T/2的偏移(因而名称为偏移-QAM)被发送。改进b)来自滤波器组的引入并且因此高度依赖于其类型和系数。特性c)是CP的缺乏的结果。以前出版的著作已识别用于FBMC/OQAM系统的两个主要设计标准：●时间频率局部化(TFL)标准：用于在时域和频域中的更好局部化的波形，这归功于原型滤波器。可以预测，FBMC系统比在双色散信道中的CP-OFDM和在有同步误差的通信的情况下展示出更好的鲁棒性，如在A.Sahin等人的“Asurveyonmulticarriercommunications：Prototypefilters，latticestructuresandimplementationaspects”(IEEEcommunicationssurveys&Tutorials，第16卷，No.3，1312-1338页，2014)中所述的。为了这个目的，已提出具有优化的TFL标准的滤波器设计，例如具有等于4的重叠因子(OF)的各向同性正交变换算法。●较低边带标准：用于实现频域中的低带外功率泄漏并用于提高与其它系统的频谱共存。为了这个目的，应使用特定的滤波器类型，例如具有等于4的OF的Martin-Mirabassi-Bellange，如在PHYDYAS项目期间针对FBMC/OQAM考虑的，如在http：//www.ict-phydyas.org/所述的。FBMC/OQAM系统描述存在用于FBMC/OQAM调制的两个基本实现方法，每个方法在计算或硬件复杂度和性能方面具有不同的特征。图1示出PPNFBMC/OQAM发射机实现。如所示，图1的实现包括OQAM映射器110，其包括根据二进制输入创建实值和虚值的QAM映射器111。由延迟单元112将虚值相对于实值延迟T/2。实值和虚值被输出到各自的处理信道。每个处理信道顺序地包括预处理单元121、122、逆快速傅立叶变换(IFFT)单元131、132和多相网络(PPN)141、142。两个预处理信道的输出然后由加法器150组合。在操作中，从等效于OFDM的QAM映射器111得到在子载波指标m和时隙n处的脉冲幅度调制(PAM)符号an(m)，其中M是可用子载波的总数，并且Ns是FBMC符号的数量，实部和虚部分别在时隙2n和2n+1处分离。预处理单元121、122计算相位项φn(m)，其为了保持实域中的正交而必须是正交相位旋转项，即φn(m)＝jn+m，或φn(m)＝jn+m-nm两个逆快速傅立叶变换(IFFT)块131、132的输出根据下列方程单独地处理实和虚子载波：多相网络(PPN)141、142实际上对应于为每个子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设计具有目标重叠因子的满足指定的信号干扰比的数字滤波器的方法，所述方法包括下列步骤：选择由滤波器组脉冲响应定义的、满足尼奎斯特标准并具有比所述目标更高的重叠因子的候选滤波器设计；反转所述滤波器组脉冲响应的时间系数和频率系数以定义另一滤波器设计；以及将定义所述另一滤波器设计的频率响应截短到实现所述指定的信号干扰比的最小数量的系数。

【技术特征摘要】
2016.04.21 EP 16305462.01.一种设计具有目标重叠因子的满足指定的信号干扰比的数字滤波器的方法，所述方法包括下列步骤：选择由滤波器组脉冲响应定义的、满足尼奎斯特标准并具有比所述目标更高的重叠因子的候选滤波器设计；反转所述滤波器组脉冲响应的时间系数和频率系数以定义另一滤波器设计；以及将定义所述另一滤波器设计的频率响应截短到实现所述指定的信号干扰比的最小数量的系数。2.如权利要求1所述的方法，其中，选择候选滤波器的所述步骤还包括：选择在滤波器组脉冲响应方面定义的候选滤波器设计，所述候选滤波器设计具有有限数量的频率系数，所述频率系数当分别作为时间和频率分量被投影在具有一半符号周期和子载波间隔的时间和频率栅格上时具有大于1×10-2的值。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述候选原型滤波器设计是具有3到8、并且也包括3和8的重叠因子的“Martin-Mirabassi-Bellange”设计。4.如任一前述权利要求所述的方法，其中，定义候选原型滤波器的所述步骤包括使用各向同性正交变换算法或平方根升余弦函数。5.如权利要求1所述的方法，其中，定义候选原型滤波器的所述步骤包括使用毗邻IFFT滤波器的加权...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·纳达尔，C·阿卜杜勒努尔，A·巴格达迪，
申请(专利权)人：法国矿业电信学校联盟法国国立高等电信布列塔尼学院，
类型：发明
国别省市：法国,FR