文献综述（或调研报告）：
光滤波器组多载波系统研究
文献综述
一、文献调研简介
1.1光正交频分复用调研
无线光通信（OWC）中，通常采用强度调制/直接检测（IM/DD）调制解调方式[2]，首先与射频（RF）通信联系起来的是正交频分复用（OFDM）系统。由于IM调制方式要求输入信号为正实数，才能利用发光二极管（LED）发送信号。因此根据正实性信号处理方法的不同，主要提出了如下表所示的几种方案。
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方案名称 |
内容简介 |
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直流偏置光正交频分复用（DCO-OFDM） |
发送端：符号共轭对称扩展和快速傅立叶逆变换（IFFT）后，通过添加直流偏置（DC Bias）与截断（clipping）变为正实信号发送。 接收端：去除DC，快速傅立叶变换（FFT），频域均衡与判决得到原信号估计。 |
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非对称截断光正交频分复用（ACO-OFDM） |
为固有的单极性OFDM。 发送端：符号共轭对称扩展之后需要在符号前插零（2倍过采样），IFFT（长度为相同条件的DCO-OFDM的IFFT的两倍），得到极性相反的对称的时域信号，再做零值截断将双极性实信号转换为正实信号后发送。 接收端：FFT和频域均衡后，提取奇子载波，判决得到原信号估计。 |
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翻转正交频分复用（Flip-OFDM） |
为固有的单极性OFDM。 发送端：符号共轭对称扩展，IFFT和零值截断之后，分离正负实信号，相反极性处置为零，负实信号取反，再与正实信号时分复用（TDM）发送。 接收端：解TDM，正负时域信号相加，FFT，频域均衡，判决得到原信号估计。 |
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脉冲幅度调制-离散多音频（PAM-DMT） |
为固有的单极性OFDM。 发送端：将PAM调制后的实信号分别乘以虚数单位j，再经（开头和中间插零的）共轭对称扩展，IFFT，得到极性相反的对称的时域信号，再做零值截断将双极性实信号转换为正实信号后发送。 接收端：FFT和频域均衡后，提取前一半或后一半子载波，去除首零元，乘以-j，判决得到原信号估计。 |
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混合方案的正交频分复用（Hybrid OFDM） |
例如，DCO-OFDM与PAM-DMT混合方案。 发送端：PAM调制符号分两路传输，1路用DCO-OFDM，2路用PAM-DMT，叠加后发送。 接收端：FFT后提取符号虚部，检测出PAM-DMT链路的数据，再将该路的时域信号作为干扰消除，最后得到实部数据。 |
表1 已提出的光正交频分复用（O-OFDM）方案
这些方案都是在原有的OFDM的基础上提出的，具体的性能比较在很多文献中给出，需要权衡性能以及系统实现的复杂度，选择更实用的方案。另外[9][10]中还分别给出了DCO-OFDM和Flip-OFDM的增强接收算法，[9]中提出在发送端，根据所需的光功率引入具有自适应斜率的分段函数来有效地消除截断噪声；[10]中提出在接收端，用迭代方法来提高信噪比，改善性能。
O-OFDM系统的介绍仅为引出更具有一般性的光滤波器组多载波（O-FBMC）系统。
1.2 O-FBMC调研
FBMC相比OFDM有着很多优点，如抗窄带干扰能力更高，支持异步传输（文献[2][7]中有相关的分析），子载波可以非正交，频谱利用率更高。FBMC与OFDM不同的是，IFFT和FFT模块替换为综合滤波器组（SFB）和分析滤波器组（AFB）模块，SFB和AFB模块包括过采样/降采样模块和原型滤波器移位得到的滤波器组。
翻译原文[2]中提出DC偏置的FBMC和非DC偏置的FBMC（定制的Flip-FBMC）。其中DCO-FBMC与DCO-OFDM类似，仅在原型滤波器设计上有所不同，因此可以考虑文献[9]中的增强方案；Flip-FBMC与Flip-OFDM中不同，后者是将正负极性信号分块再组帧，而前者则利用采样编码达到类似的效果，采样编码可以确保数据连续传输，另外[2]中还说明了采样编码的一种和ACO-OFDM中类似的降噪方案。
文献[1]中提出用宽带子带替换窄带子带组的思想，目的是降低峰均功率比（PARP）和计算复杂度，在后续的仿真中可以利用这一结论。
系统的可达速率分析即系统的信道容量分析，可以用来说明研究非正交的多载波系统的意义，在文献[3][4][8]中有关于可达数据速率的计算与分析，可以在毕业设计的仿真分析中简单的论述这些内容。
BER计算不仅可以用来分析比较不同方案的性能，还可以为方案优化提供一个标准（约束）。在文献[4][6]中有详细的BER计算和分析过程，文献[5]中提出了通过BER上界最小化的标准来得到多用户情况的子带分配算法，其中BER的上界也有不同的算法得到。因此后续可以对这些方法做详细的整理与比较，并提出新的标准与算法。
专利[11]中详细介绍了DCO-FBMC系统的实现，提出一些改进方法，即利用宽子带滤波器组的设计来降低峰均功率比（PARP）和系统复杂度；以及两种应用于FBMC的可选预处理/后处理方案，分别为循环前缀（CP）模块和零填充（ZP）模块，两种方案都曾在OFDM中应用。
与文献[1]不同的是，专利中使用多LED的发射装置，每个用户用单独的LED发送，类似于射频中的多天线发送；后处理后将时域信号转换到频域，再进行最小均方误差（MMSE）联合频域均衡，这些方案的优缺点还需要继续研究。
三、存在问题
现有的文献中，FBMC的实现都有着较高的复杂度，设计数字滤波器的时候用到迭代的方法来逼近最优结果的系数，并且得到的滤波器组在运算时不像OFDM中多载波调制可以用IFFT/FFT的快速算法来解决，因此需要找到一类可以简化计算滤波器组的算法。
文献[2]中提到了Flip-FBMC的噪声消除算法，目前对DCO-FBMC的增强检测算法的研究还比较少。由于DCO-FBMC需要截断操作，会引入失真，因此需要研究一些非截断方法，或采用非传统的检测方法来对处理截断后的信号。
最后，文献[5]的给出了子带分配方案的解决方法，采用传统的几种的检测算法，本文应结合本文研究的检测算法来给出分配方案。文献[5]采用最大BER最小化的约束条件来得带子带分配，采用其他方法如平均BER最小化的方法，可能会比文献中的约束方法更优，需要研究和比较。另外值得研究的是，可以用图论中的方法来分析子带分配，目前了解的有KM算法。
参考文献
[1] J. Dang, M. Guo, Z. Zhang, and L. Wu. Imperfect reconstructed filter bank multiple
access system using wide-banded subbands. In 2017 IEEE 85th Vehicular Technology
Conference (VTC Spring), pages 1–6, June 2017.
[2] J. Dang, Z. Zhang, L. Wu, and L. Guo. Dc and non-dc biased optical fi lter bank mul-ticarrier communication for im/dd channel. In 2016 IEEE International Conference
on Communications Workshops (ICC), pages 423–429, May 2016.
[3] J. Dang, Z. Zhang, L. Wu, and Y. Wu. A new framework of filter bank multi-carrier: Getting rid of subband orthogonality. IEEE Transactions on Communications, 65(9):3922–3932, Sept 2017.
[4] J. Dou, Z. Zhang, J. Dang, L. Wu, Y. Wei, and C. Sun. Properties and achievable
data rate of a cyclic prefix based imperfect reconstruction filter bank multiple access system. IET Communications, 10(17):2427–2434, 2016.
[5] J. Mao, C. Chen, L. Bai, H. Xiang, and J. Choi. Subcarrier and power allocation for multiuser mimo-ofdm systems with various detectors. In 2016 IEEE 83rd Vehicular
Technology Conference (VTC Spring), pages 1–5, May 2016.
[6] R. Nissel and M. Rupp. Ofdm and fbmc-oqam in doubly-selective channels: Calculating the bit error probability. IEEE Communications Letters, 21(6):1297–1300,June 2017.
[7] A. Saljoghei, F. A. Gutiuml;brvbar;rrez, P. Perry, D. Venkitesh, R. D. Koipillai, and L. P. Barry. Experimental comparison of fbmc and ofdm for multiple access uplink pon.
Journal of Lightwave Technology, 35(9):1595–1604, May 2017.
[8] M. Wu, J. Dang, Z. Zhang, and L. Wu. Achievable rate of dco-fbmc with low-resolution adcs for optical wireless communication. In 2017 9th International Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP), pages 1–6, Oct
2017.
[9] Y. Yang, Z. Zeng, J. Cheng, and C. Guo. An enhanced dco-ofdm scheme for dimming
control in visible light communication systems. IEEE Photonics Journal, 8(3):1–13,June 2016.
[10] Y. Zheng, Z. Zhang, J. Dang, and L. Wu. A novel receiver for flip-ofdm in optical
wireless communication. In 2015 IEEE 16th International Conference on Communication Technology (ICCT), pages 620–625, Oct 2015.
[11]党建,吴梦婷,吴亮,等.一种基于宽子带滤波器组的非相干光通信多址接入系统:中国,201810184507.5[P].2018-03-07.
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1.1光正交频分复用调研
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