FMT多载波技术及其SystemView仿真实现

摘 要： 在无线通信中，高速数据传输常常受限于ISI的影响，而FMT多载波技术采用并行处理方法能有效地突破这种限制。介绍了FMT多载波的理论推导，设计了FMT+QPSK的应用实例，结合SystemView软件给出了仿真结果。
关键词： ISI；FMT；QPSK；SystemView；高速数据传输

在典型的无线信道中，由于发送信号的多次反射导致多径传播、信道时间色散特性、信道群延时等储多物理因素，高速率通信常常受限于码间串扰(ISI)的影响。FMT多载波技术是一种突破信道物理限制的较好解决办法，其基本思想是将一个高速率的数据流分成许多低的子数据流，以并行的方式调制在多个子载波上，这样可以降低每子信道传输速率，使符号持续时间比信道的最大延迟小，从而减小符号间串扰的影响。Cherubini于1999年在JSAC中首次提出FMT多载波调制技术，并将其应用于有线VDSL高速信息传输[1]，同时，基于FMT的调制方案被ITU－T接纳为VDSL的备选方案[2]。本文重点探讨FMT技术在无线高速数据传输中的应用。
1 FMT多载波技术
FMT多载波调制技术通过非临界采样处理和滤波实现对频谱控制，使各子信道互不重叠，以达到子信道正交，从而能够避免因此而产生的信道间干扰(ICI)，保证了系统的性能。FMT系统实现框图如图1所示，左边部分为FMT调制，多路(M路)并行数据流经过上采样(K倍)后进入多路低通滤波器，然后对各路分别进行不同的载波调制，调制后的数据合成一路；右边部分为FMT解调，进入的数据与不同的载波相乘完成下变频后形成基带信号，基带信号完成低通滤波后，进行K倍下采样，恢复出原始数据。由于要进行正交调制处理，直接采取多路信号分别复数相乘无法保证各子载波的正交性，并且直接实现多路滤波也会占用较多资源，因此需采用等效并行方法才能实现FMT技术。

由上述推导可以看出，FMT的调制可以采用IDFT和多相滤波结构实现，等价的高效实现如图2所示。

参考图1，FMT多载波解调，基带信号可表示为[4]：

由上述推导可以看出，FMT的解调可以采用多相滤波和DFT结构实现，等价的高效实现如图3所示。

2 SystemView仿真
SystemView是一种能对各种通信、控制或其他系统进行分析、设计、仿真和综合试验的理想平台。SystemView软件不仅为用户提供了丰富的库资源，而且具备灵活的扩展接口，可以与Matlab和VC++配合使用，对于复杂的专用算法允许用户插入自己编写的Matlab和VC++用户代码库。
FMT只是多载波处理技术，该技术本身不具备星座映射以及同步能力，只有与QPSK或其他具备同步能力的技术结合才能有效地应用到无线数传中。图4描述了采用FMT+QPSK技术实现135 Mb/s数传的系统框图，采用16路多载波处理方式，每路传输8.437 5 Mb/s。

采用SystemView软件平台实现图4所示FMT数传方案，其中FMT以及QPSK解调算法采用C语言实现[5]。系统仿真参数设置如下：数传速率为135 Mb/s，每路8.437 5 Mb/s，多相滤波器采用成型系数为0.5的根升余弦滤波器，中频频率为720 MHz，AD采样设为202.5 MHz。图5为中频调制波形，该波形与QPSK调制波形基本相同，但由于多路叠加导致峰均比较大，这也是多载波处理的缺点之一。图6为中频频谱，可以看出由于采用了成型滤波16路载波都具备较好的滚降特性，并且频谱约束良好互相之间无重叠，具备很强的抗信道间干扰(ICI)特性。图7为多载波解调后，某一路的基带频谱，可以看出经多载波解调后能完好地恢复出单路的基带信号。图8为经QPSK同步解调后，某一路的星座图，可以看出QPSK的4个星座点分离的很清楚，具备良好的解调性能。

根据以上仿真结果，FMT+QPSK多载波调制仿真输出中频实信号频谱与设想的频谱结构完全一致，并由解调的星座图可以看出该技术具备良好的调制解调性能，为FMT技术的实际应用提供了很好的支撑。
FMT多载波技术是解决高速无线数据传输的一种有效途径，该技术具有频谱利用率高、频谱易于控制、适合无线信道传输的优点。FMT多载波技术与QPSK结合可以在高速数传中得到很好地应用。值得提出的是目前该系统的仿真只是基于高斯信道，对于FMT在多径信道的性能还需要进一步的研究。
参考文献
[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] 胡晓曦.高码速率QPSK解调器的实现方法[J].空间电子技术，2001(3):8-11.
[5] 侯昌磊.Systemview与VC++动态接口的实现[J].电讯技术，2005(4):169-171.