FBMC与OFDM调制

这个例子比较了滤波器组多载波(FBMC)和正交频分复用(OFDM)，突出了第五代(5G)通信系统的候选调制方案的优点。

在3GPP Release 14期间，FBMC被认为是3GPP RAN研究第一阶段中OFDM的交替波形。

介绍

此示例将滤波器组多载波（FBMC）调制与通用OFDM调制进行了比较。FBMC提供了克服OFDM降低频谱效率和严格同步要求的已知限制的方法。这些优点使其被认为是5G通信系统的调制技术之一[2，4]。

本示例模拟具有可配置参数的滤波器组多载波调制，并强调基本的发送和接收处理。

s = rng (211);％设置重复性的RNG状态

系统参数

为示例定义系统参数。通过修改这些参数，可以了解对系统的影响。

numfft = 1024;% FFT点数numGuards = 212;双方的％护罩带K = 4;％重叠符号，2,3或4中的一个numsymbols = 100;符号中的％模拟长度bitsPerSubCarrier = 2;% 2: 4qam, 4: 16qam, 6: 64qam, 8: 256qamsnrdB = 12;％snr在db中

过滤器组多载波调制

FBMC在多载波系统中对每一副载波调制信号进行滤波。原型滤波器是用于零频率载波的滤波器，是其他子载波滤波器的基础。滤波器的特征是重叠因子，K这是在时域中重叠的多载波符号的数量。可以选择原型过滤器订单2 * k-1在哪里K= 2,3或4，按照Phydyas项目选择[1]。

目前的FBMC实现使用频率扩展。它使用了N * Klength时延为的符号重叠的IFFTN / 2，在哪里N是子载波的数量。这种设计选择可以轻松分析FBMC并与其他调制方法进行比较。

为了实现全容量，采用偏置正交振幅调制(OQAM)处理。复杂数据符号的实部和虚部不能同时传输，因为虚部延迟了符号持续时间的一半。

发送端处理如下图所示。

%原型滤波器开关K案件2 hkoneside =√(2)/2;案件3 hkoneside = [0.911438 0.411438];案件4 hkoneside =[0.971960根号(2)/2 0.235147];除此以外返回结尾％构建对称滤波器香港= = [普莱克尔（香港电池）1 HKONEY];%发送端处理%初始化数组L = numFFT-2 * numGuards;%每个OFDM符号的复杂符号数KF = K * numFFT;KL = K * L;dataSubCar = 0 (L, 1);dataSubCarUp = 0 (KL, 1);sumFBMCSpec = 0 (KF*2, 1); / /sumOFDMSpec = 0 (numFFT* 2,1); / / numFFT* 2,1numBits = bitsPerSubCarrier * L / 2;％账户用于2的过采购inpData = 0 (numBits, numSymbols);rxBits = 0 (numBits, numSymbols);txSigAll = complex(zero (KF, numSymbols));symBuf = complex(0 (2*KF, 1));%循环符号为了symIdx = 1: numSymbols%生成映射的符号数据inpdata（：，symidx）= randi（[0 1]，numbits，1）;moddata = qammod（inpdata（：，symidx），2 ^ bitspersubcarrier，.．.“InputType”，“一点”，'onemaveragepower',真正的);％OQAM调制器：备用实物和虚部如果快速眼动(symIdx 2) = = 1％奇数符号真正dataSubCar (1:2: L) = (modData);我dataSubCar (2:2: L) = 1 *图像放大(modData);别的％甚至符号DataSubcar（1：2：l）= 1i * imag（moddata）;DataSubcar（2：2：l）=真实（moddata）;结尾%上采样K，带保护垫，用原型滤波器进行滤波DataSubCarup（1：K：结束）= DataSubcar;databitsuppad = [zeros（numguards * k，1）;datasubcarup;零（numguards * k，1）];X1 =筛选器（HK，1，DataBareUppad）;%去掉1/2滤波器长度延迟x = [x1（k：结束）;0 (k - 1, 1)];对于传输符号的长度Kf％计算IFFTtxSymb = fftshift(传输线(X));发射信号是延迟的实图像符号的和symBuf = [symBuf (numFFT / 2 + 1:结束);复杂(0 (numFFT / 2,1)));symBuf(KF+(1:KF)) = symBuf(KF+(1:KF)) + txSymb;计算功率谱密度(PSD)currSym =复杂(symBuf (1: KF));[specFBMC, fFBMC] = periodogram(currSym, hann(KF，“周期”），KF * 2,1）;SUMFBMCSPEC = SUMFBMCSPEC + SPECFBMC;％存储所有符号的传输信号txsigall（：，symidx）= currsym;结尾%绘制功率谱密度sumFBMCSpec = sumFBMCSpec /意味着(sumFBMCSpec (1 + K + 2 * numGuards * K: end-2 * numGuards * K次方));情节(ffbmc - 0.5, 10 * log10 (sumFBMCSpec));网格在轴（[ -  0.5 0.5 -180 10]）;Xlabel（归一化频率的）;ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”） 标题（['FBMC，K ='num2str（k）“重叠的象征”]）设置（GCF，“位置”，图（[15 50 30 30]））;

图中包含一个坐标轴。标题为FBMC, K = 4个重叠符号的轴包含一个类型为line的对象。

绘制FBMC发射信号的功率谱密度以突出显示低带外泄漏。

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，但使用全占用频带，而没有循环前缀。

为了symidx = 1：numsymbols inpdata2 = randi（[0 1]，bitspersubcarier * l，1）;moddata = qammod（inpdata2,2 ^ bitspersubcarier，.．.“InputType”，“一点”，'onemaveragepower',真正的);symofdm = [零（numguards，1）;moddata;零（Numguards，1）];IFFTOUT = SQRT（NUMFFT）。* IFFT（IFFTSHIFT（SYMOFDM））;[specofdm，fofdm] =句点图（IFFTOUT，RECTWIN（长度（IFFTOUT）），.．.numFFT * 2, 1“中心”）;sumOFDMSpec = sumOFDMSpec + specOFDM;结尾在所有子载波上的％绘制功率谱密度（PSD）sumofdmspec = sumofdmspec /均值（sumofdmspec（1 + 2 * numguards：端2 * numguards））;数字;绘图（FOFDM，10 * log10（SUMOFDMSPEC））;网格在轴（[ -  0.5 0.5 -180 10]）;Xlabel（归一化频率的）;ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”） 标题（['OFDM，numfft ='num2str（numfft）]）集（GCF，“位置”，图（[46 50 30 30]））;

图中包含一个坐标轴。标题为OFDM, numFFT = 1024的轴包含一个类型为line的对象。

对比OFDM和FBMC方案的谱密度图，FBMC具有较低的旁瓣。这允许更高地利用分配的频谱，从而提高频谱效率。

FBMC接收器没有频道

该示例实现了一个基本的FBMC解调器，并在没有信道的情况下测量所选配置的误码率。该处理包括匹配过滤，然后OQAM分离，形成接收的数据符号。这些是反映射到位和结果的误码率是确定的。在信道存在的情况下，可以使用线性多抽头均衡器来减轻频率选择性衰落的影响。

接收端处理如下图所示。

数量= comm.ErrorRate;%过程symbol-wise为了symidx = 1：numsymbols rxsig = txsigall（：，symidx）;％添加WGN.rxNsig = awgn(rxSig, snrdB，'衡量'）;%执行FFTrxf = fft (fftshift (rxNsig));用原型过滤器％匹配过滤rxfmf =滤波器（HK，1，RxF）;％删除k-1延迟元素rxfmf = [rxfmf (K:结束);0 (k - 1, 1)];%去除警卫rxfmfg = rxfmf (numGuards * K + 1: end-numGuards * K);% OQAM后处理%下采样2K，提取实部和虚部如果REM（Symidx，2）%虚数部分是K次采样后的实数采样r1 =实际(rxfmfg (1:2 * K:结束);r2 =图像放大(rxfmfg (K + 1:2 * K:结束));Rcomb = complex(r1, r2);别的在假想之后，％实数是k样本r1 =图像放大(rxfmfg (1:2 * K:结束);r2 =实际(rxfmfg (K + 1:2 * K:结束));Rcomb = complex(r2, r1);结尾由上采样因子归一化rcomb = (1 / K) * rcomb;%反映射:执行艰难的决定rxBits(:， symIdx) = qamdemod(rcomb, 2^bitsPerSubCarrier，.．.“OutputType”，'少量'，'onemaveragepower',真正的);结尾用适当的延迟测量误码率的误码率。ReceiveDelay = bitsPerSubCarrier * KL;ber = ber (inpData(:)， rxBits(:)));％显示位错误DISP（['FBMC Reception for K = 'num2str（k）'，ber ='num2str (ber) (1).．.' at SNR = 'num2str（snrdb）“数据库”]）

FBMC接收K = 4，误码率= 0，信噪比= 12 dB

％恢复rng状态rng(年代);

结论与进一步探索

该实例介绍了FBMC调制方案的基本发送和接收特性。通过改变重叠符号的数量、FFT长度、保护频带长度和信噪比值来探索这个示例。

参考UFMC与OFDM调制以描述通用滤波多载波(UFMC)调制方案为例。

与OFDM相比，FBMC被认为具有更高的频谱效率。由于每个子载波滤波，它会招致更大的滤波延迟(与UFMC相比)，还需要OQAM处理，这需要对MIMO处理进行修改。

进一步的研究应该包括对MIMO处理的改进，使其具有更完整的链路级处理，包括信道估计和均衡[2]。

选定的书目

“FBMC物理层：一个底漆”，Phydyas欧盟FP7项目2010. http://www.ict-phydyas.org
Schellman，M.，Zhao，Z.，Lin，H.，Siohan，P.，Rajatheva，N.，Luecken，V.，Ishaque，A.，“FBMC的空中界面为5G手机：挑战和提出的解决方案”万博尤文图斯，Crowncom 2014，PP 102-107。
Farhang-Boroujeny，B.，“OFDM与滤波器银行Multicarrier”，IEEE®信号Proc。MAG。，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.， Eged, B.， Vago, P.，“5GNOW:中级框架结构和收发器概念”，Globecom工作坊，565-570页，2014。