F-OFDM与OFDM调制

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该示例将正交频分复用（OFDM）与滤波OFDM（F-OFDM）进行了比较，并突出了第五代（5G）通信系统的候选调制方案的优点。

介绍

这个例子比较了滤波OFDM调制和通用循环前缀OFDM (CP-OFDM)调制。对于F-OFDM，在OFDM符号的时域中应用了一个精心设计的滤波器，在保持OFDM符号复域正交性的同时，提高了子带信号的带外辐射。

这个例子模拟了具有可配置参数的滤波ofdm调制。重点介绍了滤波器的设计技术和基本的发送/接收处理。

s = rng (211);%为重复性设置RNG状态

系统参数

为示例定义系统参数。可以修改这些参数，以了解其对系统的影响。

numFFT=1024；% FFT点数numRBs = 50;%资源块数rbSize = 12;%每个资源块的子载波数cpLen=72；%样本中的循环前缀长度bitsPerSubCarrier = 6;% 2: qpsk, 4: 16qam, 6: 64qam, 8: 256qamsnrdB=18；%信噪比(dB)toneOffset=2.5；音调偏移或超额带宽(以子载波计)L = 513;%过滤器长度（=过滤器顺序+1），奇数

Filtered-OFDM滤波器设计

F-OFDM的适当滤波满足以下标准：

子频带中的子载波上应有平坦的通带
应该有一个锐利的过渡带来最小化防护带吗
应具有足够的阻带衰减

具有矩形频率响应的滤波器，即sinc脉冲响应，满足这些条件。为了实现这种因果关系，低通滤波器使用一个窗口来实现，它有效地截断了脉冲响应，并在两端提供平滑过渡到零[3.]．

numDataCarriers=numRBs*rbSize；子频带内数据子载波数%半过滤=地板（L/2）；n=-HALFILT:HALFILT；%Sinc函数原型滤波器pb = sinc ((numDataCarriers + 2 * toneOffset)。* n / numFFT);% Sinc截断窗口w=（0.5*（1+cos（2*pi.*n/（L-1）））。^0.6；%归一化低通滤波器系数fnum = (pb。* w) / (pb。* w)总和;%滤波器脉冲响应h = fvtool (fnum,“分析”，“冲动”，．．．“NormalizedFrequency”，“关”，“财政司司长”15.36 e6);h.CurrentAxes.XLabel.String ='时间（\mus）'；h.FigureToolbar =“关”；

图形过滤器可视化工具-脉冲响应包含一个轴对象和其他类型的uitoolbar, uimenu对象。标题为脉冲响应的轴对象包含一个类型为stem的对象。

%使用dsp滤波对象进行滤波filtTx = dsp。FIRFilter (“结构”，直接形成对称的，．．．“分子”，fnum）；filtRx=克隆（filtTx）；%用于接收的匹配滤波器

F-OFDM传输处理

在F-OFDM中，子带CP-OFDM信号通过设计的滤波器。由于滤波器的通带对应于信号的带宽，因此只有靠近边缘的少数子载波受到影响。一个关键的考虑因素是允许滤波器长度超过F-OFDM的循环前缀长度[1]．由于使用加窗(带有软截断)的滤波器设计，引起的符号间干扰被最小化。

发射端处理操作如下F-OFDM发射机图所示。

%建立频谱图的数字hFig =图(“位置”， figposition([46 50 30 30])，菜单条的，“没有”）;轴([-0.5 0.5 -200 -20]);持有在；网格在xlabel(归一化频率的）;ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”)标题(“F-OFDM，”num2str (numRBs)'资源块'．．．num2str (rbSize)每副载波的])生成数据符号bitsIn=randi（[0 1]，bitsPerSubCarrier*numDataCarriers，1）；%QAM符号映射器symbolsIn = qammod(bitsIn, 2^bitsPerSubCarrier，“InputType”，“比特”，．．．“UnitAveragePower”,真正的);%将数据打包成OFDM符号偏移量=（numFFT numDataCarriers）/2；频带中心百分比symbolsInOFDM =[0(抵消,1);symbolsIn;．．．0 (numFFT-offset-numDataCarriers 1)];ifftOut =传输线(ifftshift (symbolsInOFDM));%前置循环前缀txSigOFDM = [ifftOut (end-cpLen + 1:结束);ifftOut];%过滤器，用零填充以齐平尾部。获取传输信号txSigOFDM=filtetx（[txSigOFDM；零（L-1,1）]；绘制功率谱密度(PSD)[psd,f] = periodogram(txSigFOFDM, rectwin(length(txSigFOFDM))，．．．numFFT * 2, 1“中心”）;情节(f, 10 * log10 (psd));

图中包含一个轴对象。标题为F-OFDM的轴对象，50个资源块，12个子载波每个包含一个类型为line的对象。

%计算峰均功率比（PAPR）PAPR=通信CCDF(“帕普劳普特波特”,真的,“动力装置”，“瓦分贝”）;[~, ~, paprFOFDM] =地表铺面(txSigFOFDM);disp ([F-OFDM的峰值平均功率比=num2str (paprFOFDM)“数据库”]）;

F-OFDM的峰均功率比= 11.371 dB

相应参数的OFDM调制

为了比较，我们回顾了现有的OFDM调制技术，使用全占用频带，具有相同长度循环前缀。

%绘制OFDM信号的功率谱密度（PSD）[psd,f] = periodogram(txSigOFDM, rectwin(length(txSigOFDM)))， numFFT*2，．．．1，“中心”）;hFig1 =图(“位置”， figposition([46 15 30 30]));情节(f, 10 * log10 (psd));网格在轴([-0.5 0.5 -100 -20])xlabel(归一化频率的）;ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”)标题(“OFDM，”num2str (numRBs * rbSize)副载波的])

图中包含一个axes对象。标题为OFDM的axes对象，600个子载波包含一个line类型的对象。

%计算峰均功率比（PAPR）PAPR2=通信CCDF(“帕普劳普特波特”,真的,“动力装置”，“瓦分贝”)；[~，~，paprOFDM]=PAPR2（txSigOFDM）；disp([OFDM的峰值平均功率比=num2str (paprOFDM)“数据库”]）;

OFDM的峰均功率比= 9.721 dB

比较CP-OFDM和F-OFDM方案的频谱密度图，F-OFDM具有较低的旁瓣。这允许更高的频谱利用率，从而提高频谱效率。

指的是comm.OFDMModulator系统对象™ 也可用于实现CP-OFDM调制。

无信道F-OFDM接收机

下面的示例重点介绍了单个OFDM符号的F-OFDM基本接收处理。接收到的信号通过一个匹配滤波器，然后是普通的CP-OFDM接收机。它考虑了FFT操作前的滤波爬升和延迟。

本例中没有考虑衰落信道，但在接收信号中加入噪声以达到预期的信噪比。

%添加WGNrxSig = awgn(txSigFOFDM, snrdB，“测量”）;

接收处理操作如以下F-OFDM接收机图所示。

接收匹配滤波器rxSigFilt=filterx（rxSig）；%考虑滤波器延迟rxSigFiltSync = rxSigFilt (L:结束);删除循环前缀rxSymbol = rxSigFiltSync (cpLen + 1:结束);%执行FFTRxSymbols = fftshift (fft (rxSymbol));%选择数据子载波dataRxSymbols = RxSymbols(抵消+ (1:numDataCarriers));% Plot收到符号星座开关比特子载波案例2%QPSKrefConst=qammod（（0:3）。”，4，“UnitAveragePower”,真正的);案例4% 16 qamrefConst = qammod((0:15)。”,16日“UnitAveragePower”,真正的);案例6% 64 qamrefConst = qammod((0:63)。”,64年,“UnitAveragePower”,真正的);案例8% 256 qamrefConst = qammod((0:255)。”,256年,“UnitAveragePower”,真正的);终止constDiagRx = comm.ConstellationDiagram (．．．“ShowReferenceConstellation”,真的,．．．“参考告知”，refConst，．．．“位置”， figposition([20 15 30 40])，．．．“EnableMeasurements”,真的,．．．“测量神经”，长度（数据符号），．．．“标题”，“F-OFDM解调的符号”，．．．“名字”，“F-OFDM接待”，．．．“XLimits”(-1.5 - 1.5),“YLimits”[-1.5 - 1.5]);constDiagRx (dataRxSymbols);

这里不需要信道均衡，因为没有对信道建模%误码率计算数量= comm.ErrorRate;执行艰难的决策并衡量错误rxBits = qamdemod(dataRxSymbols, 2^bitsPerSubCarrier，“OutputType”，“比特”，．．．“UnitAveragePower”,真正的);ber = ber (bitsIn, rxBits);disp (['F-OFDM Reception, BER = 'num2str (ber) (1)' at SNR = '．．．num2str（snrdB）“数据库”]）;

F-OFDM接收，信噪比为18 dB时的误码率为0.00083333

%恢复RNG状态rng(年代);

如上所述，F-OFDM在发送端和接收端的现有CP-OFDM处理中添加了一个滤波阶段。该示例为用户的全频带分配建模，但相同的方法可应用于上行链路异步操作的多个频带（每个用户一个）。

指的是comm.OFDMDemodulator系统对象™，可用于在接收匹配滤波后实现CP-OFDM解调。

结论与进一步探索

该示例介绍了通信系统发送端和接收端F-OFDM调制方案的基本特征。探讨了资源块数、每个块的子载波数、滤波器长度、音调偏移和SNR的不同系统参数值。

通用滤波多载波（UFMC）调制方案是子带滤波OFDM的另一种方法。有关更多信息，请参阅UFMC与OFDM调制该F-OFDM示例使用单个子带，而UFMC示例使用多个子带。

F-OFDM和UFMC都使用时域滤波，在滤波器的设计和应用方式上存在细微差异。对于UFMC，滤波器的长度被限制为等于循环前缀长度，而对于F-OFDM，它可以超过CP长度。

对于F-OFDM，滤波器设计导致了轻微的正交性损失(严格地说)，这只影响边缘子载波。

精选书目

贾敏，马军，“滤波OFDM:未来无线系统的新波形”，2015 IEEE®第16届无线通信信号处理进展国际研讨会(SPAWC)，上海，2015，第66-70页。
r1 - 162152。“基于OFDM的5G柔性波形。”3GPP TSG RAN WG1会议84bis。华为;HiSilicon。2016年4月。
r1 - 165425。F-OFDM方案和滤波器设计。3GPP TSG RAN WG1会议85华为;HiSilicon。2016年5月。