FBMC与OFDM调制

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该示例将滤波器组多载波（FBMC）与正交频分复用（OFDM）进行比较，并突出显示第五代（5G）通信系统的候选调制方案的优点。

在3GPP版本14期间，FBMC被认为是3GPP RAN研究阶段I中OFDM的替代波形。

介绍

这个例子比较了滤波器组多载波(FBMC)调制和一般的OFDM调制。FBMC提供了克服OFDM已知的频谱效率降低和严格同步要求的方法。这些优势使得它被认为是5G通信系统的调制技术之一[2那4.］．

此示例使用可配置参数模拟过滤器组多载波调制，并突出显示基本传输和接收处理。

S = RNG（211）;为可重复性设置RNG状态

系统参数

为示例定义系统参数。您可以修改这些参数以探索其对系统的影响。

numFFT = 1024;％的FFT点数numguards = 212;两侧保护带k = 4;%重叠符号，2、3或4中的一个numSymbols = 100;%符号模拟长度bitspersubcarrier = 2;％2：4QAM，4：16QAM，6：64QAM，8：256QAMSNRDB = 12;%信噪比(dB)

滤波器组多载波调制

FBMC在多载波系统中滤除每个子载波调制信号。原型滤波器是用于零频率载波的原型滤波器，是其他子载波滤波器的基础。过滤器的特征在于重叠因子，K.也就是在时域中重叠的多载波符号的个数。原型滤波器的顺序可以选择为2 * k - 1在哪里K.= 2,3，或4，并根据PHYDYAS项目选择[1］．

当前的FBMC实现使用频率扩展。它使用一个n * K.长度IFFT与符号重叠，延迟N / 2.,在那里N为子载波数。这种设计选择便于对FBMC进行分析并与其他调制方法进行比较。

为了实现全部容量，采用偏移正交幅度调制（OQAM）处理。由于假想部分延迟符号持续时间的一半，因此不同时发送复杂数据符号的实数和虚部。

发送端处理如下图所示。

％原型过滤器转变K.情况下2 HKONESIDED = SQRT（2）/ 2;情况下3 HKONESIDED = [0.911438 0.411438];情况下4 HKONESIDED = [0.971960 SQRT（2）/ 2 0.235147];否则返回结束构建对称滤波器Hk = [fliplr(hkoneside) 1 hkoneside];％发送端处理％初始化阵列l = numfft-2 * numguards;每个OFDM符号的复数符号数量kf = k * numfft;kl = k * l;datasubcar = zeros（l，1）;datasubcarup = zeros（kl，1）;SUMFBMCSPEC =零（KF * 2,1）;sumofdmspec = zeros（numfft * 2,1）;numbits = bitspersubcarier * l / 2;%表示过采样2inpdata = zeros（numbits，numsymbols）;rxbits = zeros（numbits，numsymbols）;txsigall =复杂（零（kf，numsymbols））;symbuf =复杂（零（2 * kf，1））;％循环符号为Symidx = 1：NumSymbols％生成映射符号数据inpData(:， symIdx) = randi([0 1]， numBits, 1);modData = qammod(inpData(:， symIdx)， 2^bitsPerSubCarrier，......'输入类型'那'少量'那“UnitAveragePower”,真正的);OQAM调制器:实部和虚部交替如果REM（Symidx，2）== 1%奇怪的符号DataSubcar（1：2：l）=真实（moddata）;DataSubcar（2：2：l）= 1i * imag（moddata）;其他的%甚至符号我dataSubCar (1:2: L) = 1 *图像放大(modData);真正dataSubCar (2:2: L) = (modData);结束％k，垫与防护装置upsample，以及用原型滤波器过滤dataSubCarUp (1: K:结束)= dataSubCar;dataBitsUpPad = [0 (numGuards * K, 1);dataSubCarUp;0 (numGuards * K, 1)];X1 = filter(ref (close, 1)， 1);％删除1/2滤波器长度延迟X = (X1 (K:结束);零（k-1,1）];%计算传输符号长度KF的IFFTtxsymb = fftshift（ifft（x））;％传输信号是延迟真实的总和，Imag符号symbuf = [symbuf（numfft / 2 + 1：结束）;复合物（零（numfft / 2,1））];SYMBUF（KF +（1：KF））= SYMBUF（KF +（1：KF））+ TXSYMB;％计算功率谱密度（PSD）Currsym =复合物（Symbuf（1：Kf））;[specfbmc，ffbmc] =句号（Cursym，Hann（KF，'定期'1)、KF * 2);sumFBMCSpec = sumFBMCSpec + specFBMC;%存储所有符号的传输信号txSigAll (:, symIdx) = currSym;结束％绘图功率谱密度sumfbmcspec = sumfbmccsc /均值（sumfbmcspec（1 + k + 2 * numguards * k：ex-2 * numguards * k-k））;绘图（FFBMC-0.5,10 * log10（sumfbmcspec））;网格在轴([-0.5 0.5 -180 10]);包含('归一化频率'）;ylabel（'psd（dbw / hz）')标题(' fbmc, k = 'num2str (K)'重叠的符号'])集(gcf,'位置'， figposition([15 50 30 30]));

图包含轴。具有标题FBMC，K = 4重叠符号的轴包含类型线的对象。

FBMC发射信号的功率谱密度被标绘出来，以突出低的带外泄漏。

具有相应参数的OFDM调制

为了比较，我们审查了现有的OFDM调制技术，使用完整的占用频段，而不没有循环前缀。

为symIdx = 1:numSymbols inpData2 = randi([0 1]， bitsPerSubCarrier*L, 1);modData = qammod(inpData2, 2^bitsPerSubCarrier，......'输入类型'那'少量'那“UnitAveragePower”,真正的);(numGuards symOFDM = [0, 1);modData;0 (numGuards 1)];ifftOut =√numFFT)。*传输线(ifftshift (symOFDM));[specOFDM,fOFDM] = periodogram(ifftOut, rectwin(length(ifftOut))，......numfft * 2,1，'中心'）;sumofdmspec = sumofdmspec + specofdm;结束%绘制所有副载波的功率谱密度(PSD)sumOFDMSpec = sumOFDMSpec /意味着(sumOFDMSpec (1 + 2 * numGuards: end-2 * numGuards));图;情节(fOFDM 10 * log10 (sumOFDMSpec));网格在轴([-0.5 0.5 -180 10]);包含('归一化频率'）;ylabel（'psd（dbw / hz）')标题('OFDM, numFFT = 'num2str (numFFT)])组(gcf'位置'， figposition([46 50 30 30]));

图包含轴。具有标题OFDM，NUMFFT = 1024的轴包含类型线的对象。

比较OFDM和FBMC方案的光谱密度的曲线，FBMC具有下侧叶。这允许较高利用分配的频谱，从而提高光谱效率。

没有信道的FBMC接收器

该示例实现了一个基本的FBMC解调器，并在不存在频道的情况下为所选择的配置进行测量。该处理包括匹配的滤波，然后是OQAM分离以形成所接收的数据符号。这些被解映射到位，并且确定了结果误码率。在通道存在下，可以使用线性多抽头均衡器来减轻频率选择性衰落的效果。

接收端处理如下图所示。

Ber = Comm.Errorrate;％过程符号 - 明智为symIdx = 1:numSymbols rxSig = txSigAll(:， symIdx);%添加WGNrxnsig = awgn（rxsig，snrdb，“测量”）;％执行FFT.rxf = fft（fftshift（rxnsig））;%与原型滤波器匹配滤波rxfmf = filter(Hk, 1, rxf);%删除K-1延迟元件rxfmf = [rxfmf（k：结束）;零（k-1,1）];％移除卫兵rxfmfg = rxfmf（numguards * k + 1：end-numguards * k）;％OQAM后处理百分比下降2K，提取真实和虚部如果快速眼动(symIdx, 2)真实一体化的％虚部是k样本R1 = Real（rxfmfg（1：2 * k：结束））;r2 = imag（rxfmfg（k + 1：2 * k：结束））;rcomb =复合体（R1，R2）;其他的%实部是K个抽样后的虚数r1 = imag（rxfmfg（1：2 * k：结束））;R2 = Real（rxfmfg（k + 1：2 * k：端））;rcomb =复杂（R2，R1）;结束%按上采样系数归一化rcomb =（1 / k）* rcomb;％de-mapper：执行硬决策rxbits（：，symidx）= qamdemod（rcomb，2 ^ bitspersubcarier，......'OutputType'那“一点”那“UnitAveragePower”,真正的);结束％测量BER适当的延迟ber.receivedelay = bitspersubcarrier * kl;ber = ber（inpdata（:)，rxbits（:)）;显示位错误disp (['k ='的FBMC接收num2str (K)'， ber = 'num2str（BER（1））......'在snr ='num2str (snrdB)' D b']）

用于k = 4的FBMC接收，SNR = 12 dB处的BER = 0

%恢复RNG状态RNG;

结论和进一步的探索

该示例介绍了FBMC调制方案的基本发射和接收特性。通过更改重叠符号，FFT长度，保护频带长度和SNR值的数量来探索此示例。

指UFMC与OFDM调制对于描述通用滤波的多载波（UFMC）调制方案的示例。

与OFDM通过提供更高的光谱效率，FBMC被认为是有利的。由于每个子载波滤波，它会引起更大的滤波器延迟（与UFMC相比），并且还需要OQAM处理，这需要修改MIMO处理。

进一步的探索应该包括具有更多完整链路级处理的MIMO处理的修改，包括信道估计和均衡[2］．

选定的参考书目

“FBMC物理层:底漆”，PHYDYAS EU FP7项目2010。http://www.ict-phydyas.org
Schellman, M.， Zhao, Z.， Lin, H.， Siohan, P.， Rajatheva, N.， Luecken, V.， Ishaque, A.，“基于fbmc的5G移动空中接口:挑战和提出的解决方案”，CROWNCOM 2014, pp 102-107。万博尤文图斯
farang - boroujeny，“OFDM与滤波器组多载波”，IEEE信号学报，vol. 28, pp. 92-112, 2011年5月。
Wunder，G.，Kasparick，M.，Wild，T.，Schaich，F.，Yejian Chen，Dryjanski，M.，Buczkowski，M.，Pietrzyk，S.，Michailow，N。，Matthe，M.，Gaspar，I.，Mendes，L.，Festag，A.，Fettweis，G.，Dore，J.-B.，Cassiau，N.，Ktenas，D.，Berg，V.，Eyge，B.，Vago，P.，“5GNow：中间框架结构和收发器概念”，Globecom MoreShops，PP。565-570,2014。