[发明专利]交替FBMC-QAM系统中原型滤波器设计方法

说明书

本发明公开一种交替FBMC‑QAM系统中原型滤波器设计方法，首先假定所围绕的FBMC‑QAM系统中奇偶子载波的合成滤波器组和分析滤波器组分别由四个不同的原型滤波器交替调制而来；其次，将系统中四个原型滤波器的设计描述成一个无约束的凸优化问题，其目标函数是交替FBMC‑QAM系统的符号间干扰(ISI)、载波间干扰(ICI)和原型滤波器的阻带能量之和。基于推导所得的目标函数梯度向量，采用双迭代机制求解优化问题，最终可以得到奇偶子载波中性能更优的合成滤波器和分析滤波器。与现有技术对比发现，本发明设计所得的FBMC‑QAM系统中原型滤波器的阻带能量更低，所得的FBMC‑QAM系统有着较好的性能，可为大型FBMC‑QAM系统设计提供一种有效的解决方案。

技术领域

本发明涉及滤波器设计技术领域，具体涉及一种交替FBMC-QAM系统中原型滤波器设计方法。

背景技术

在FBMC系统中，通过发送端的合成滤波器组和接收端的分析滤波器组分别实现信号的调制和解调。与OFDM的区别在于，FBMC采用具有更好频谱约束性的滤波器组代替了OFDM系统中的IDFT/DFT模块。采用OQAM调制的传统FBMC系统，由于自身存在的载波间干扰和符号间干扰，所以在MIMO中不能直接应用此技术。为突破该局限，研究人员提出了采用两个不同原型滤波器的FBMC-QAM系统来传输QAM符号。

由于FBMC系统中的合成滤波器和分析滤波器均是由一个或者多个原型滤波器调制而来，因此原型滤波器的设计即成为FBMC系统设计的核心问题，其决定了系统的整体性能。目前，FBMC系统中原型滤波器的设计算法主要有：(1)直接设计方法；(2)窗函数方法；(3)频率采样方法。直接设计方法通过直接对滤波器所有参数来对其进行优化设计。虽然直接设计方法设计所得的滤波器性能较好，但只要原型滤波器的长度稍有变长，其设计复杂度将随之急剧增大，并不是一种高效的设计方法。不同于直接设计方法，频率采样方法和窗函数方法是基于滤波器组的参数化结构，将滤波器组的设计问题转化为以结构参数为变量的优化问题。相比于直接设计方法，后两种方法更具高效性。

如Jeon等人在文献《Prototype filter design for QAM-based filter bankmulticarrier system》将原型滤波器的设计问题描述成一个带约束的优化问题(即半定规划方法)。该方法不同于频率采样法的是，其偶数子载波原型滤波器采用基于半定规划(Semi-Definite Program,SDP)的方法设计，属于直接设计方法中的一种。该设计方法可以获得性能不错的系统，但其高复杂度的求解使其不适用于大规模FBMC-QAM系统。

又如NAM等人在文献《A New Filter-Bank Multicarrier System With TwoPrototype Filters for QAM Symbols Transmission and Reception》中的设计思路是分别在奇偶子载波采用两个不同的原型滤波器来实现QAM符号的传输的FBMC-QAM系统，采用频率采样法设计奇数子载波的原型滤波器，后根据奇数与偶数子载波中原型滤波器的正交关系，求解出偶数子载波的原型滤波器(即频率采样法)。这种方法设计较为简单，但其最大不足是设计自由度小，限制系统的设计性能。

发明内容

本发明针对传统FBMC-OQAM系统存在固有的符号间干扰而使其不支持传统MIMO技术的问题，提供一种交替FBMC-QAM系统中原型滤波器设计方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

交替FBMC-QAM系统中原型滤波器设计方法，具体包括步骤如下：