5G系统中F-OFDM算法设计.pdf

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5G 支持丰富的业务场景, 每种业务场景对波形参数的需求 各不相同, 能够根据业务场景来动态地选择和配置波形参数, 同 时又能兼顾传统OFDM 的优点, 是对 5G 基础波形的必然要求。Filter - OFDM , 基于子带滤波的 OFDM , 就是能满足5G 需求的波形技术。该技术将系统划分 为若干个子带, 子带之间只存在极低的保护带开销, 各个子带可 以根据实际的业务场景来配置不同的波形参数, 支持5G 对动态 软空口的灵活需求。
表2常用升余弦窗函数比较 特点 汊宁窗使频谱的主瓣 是很有用的窗函数。 若生成的基带滤波器系数为h=(ho,h1,…hr-1) 加宽并降低,旁瓣刈显著如果测试信号有多亼频为滤波器长度,可得搬移后子带1的滤波器系数为 减小。主瓣加宽,相当于分率分量,频谱表现的十分 汉宁窗析带宽加宽,频率分辨力复杂,且测试的目的更多 Hanning下降。与矩形窗相比,带外关注频率点而非能量的 h(n)=h(n)exp(-12πn2048×△1,n∈[0.T-1](10) 泄漏、频谱波动都被大幅大小,需要选择汉宁窗。 子带2的滤波器系数为 度抑制,并且选择性也有所 提高 hz(n)=hn)exp(2mn1024X△2,n∈[0,T-1](11 与汉宁窗一样都是余 与汉明窗类似,也是 在接收端滤波器选取时采用匹配滤波器。匹配滤波器具有 汉明窗弦窗,又称改进的升余弦很有用的窗函数。 窗,只是加权系数不同。但 两个方面的功能:使输出信号有用成分尽可能强,抑制信号带 Hamming其旁瓣衰减速度比汉宁窗 外噪声,使得信号在抽样判决吋刻的信噪比最大。因此匹配滤 衰减速度慢。 波器与本文两个子带的应用场景相吻合,适用于对邻带干扰的 系统的两个子带分别占据不同的频点,因此子带滤波器进一步抑制,同时进行子带间的解耦。 的作用是实现其在频域上的解耦,并抑制带外泄漏,减小邻 子带1的接收机匹配滤波器为 带干扰。图5给出了表2中两科常用的窗函数频率响应特 性,通过对比可以看到,汉宁窗对旁瓣的抑制和旁瓣的衰减 hRx1(n=h1(T-n-1),nE[0, T-1 2) 速度要明显优于汉明窗,因此本文选择汉宁窗米设计滤波器。 了带2的妾收机匹配滤波器为 hRx2(n)h2(T-n-1).n∈[0,T-1] 13 Harning 3仿真结果及分析 Harming 3.1资源映射性能对比 为了验证資源映射算法的正确性,仿真时将整个颂 带分别配置为子载波间隔为15kHz的○FDM系统和子载 波间隔为30kHz的OFDM系统。 120 图6给出了仿真结果,可以看到,子载波间隔为 0.150.2 0350.40.45 30kHz的OFDM系统在采用参考LTE协议自行设计的资源映 归一化频率 射算法并通过加性高斯白噪声(AWGN)信道后,误码性能与子 图5窗函数蜘谱相应性能对北 载波间隔为15kHz的OFDM系统相近。 基带滤波器系数采用 MATLAB的 fdatool工具箱生 -15kH 成,之后根据两个子带的中心频率,将该基带系数进行 30k 相应的频率搬移。 10 由2.2节分析可知,子带1的屮心频率为 6QAM F1=Km+Kmxx△f1 (6) QPSK 子带2的中心频率为 F2=(Kma+N1)x△f1+(N2+M2+0.5)x△f2 (7 仍以两个子带各占据4个RB为例,即子带1的数 据映射子载波编号为[-24,-1],[1,24],并设N1=0,N2 1,则子带1的中心频率为: F1=-24+24×15=0 (8) 信噪比/dE 2 子带2的中心频率为 图6资源映射性能对比 F2=(24-0)×15+(1+12+0.5)×30=765kHz(9)3.2发射机带外泄漏和制生能 基带滤波器系数牛成时采用512阶的汉宁窗,并得到了 在不同子带保护间隔配置下,禾加子带滤波器和使用子带滤波 器滤波后的带外泄漏情况。 图7是在N1=0和N2=1的配置下系统发射机带外 泄漏情况。可以看到在未加窗时,整个频带的旁瓣衰减 缓慢,带外泄漏严重;在增加子带滤波器后,带外泄漏被 大幅度抑制,相比未加滤波器时,旁瓣衰减接近30dB 19 功率谱密度 64QAM 3/4 E 100 subband 1 OFDM suband of DM PT e— subband1FFDM 图7N1=0,N2=1发射机OOB性能 subband F-OFDM 0 图8是在N1=0和N2=3的配置下系统发射机带外 泄漏情况。可以看到相比于N1=0、N2=1的酤置,在N2=3 SNR/dB(a 时,两个子带之间有明显的保护间隔。在零频处,子带1 N1=0,N2=1 有一个凹陷,是因为零频处的子载波并没有映射数据。 功率谱密度 64QAM3/4 N1=0,N2=3 512阶汉宁窗 QPSK-1fB 功 R B - A subband 1 OFDM subband 2 OFDM 110 e- 1 F-OFDM +subband 2 F-OFDM 10 0.2-0.1 0.1 02 03 归一化频率图8N1 0,N2=3发射机OB性能 (b)N1=0,N2=3 图9OFDM系统和F-OFDM系统BLER性能对比 33OFDM和 F-OFDM系统性能对比 活的参数配置,因此具有更加广阔的应用场景。发送端子带 图9给出了在ETU3km/h的信道卜,不同的子带 滤波器的使用使得相邻子带间的带外泄漏得到了 保护间隔配置时,FDM和 F-OFDM的臥印性能对有效的抑制,接收端采用匹配滤波器完成各个子带的解耦。 比。链路的参数配置为QPSK调制、1/3 Turbo码率, 通过仿真结果可以看到,当存在邻带千扰时,F-OFDM系统 16QAM调制、1/2 Turbo码率和64QAM调制、3/4 Turbo 的性能明显优于OFDM系统 码率。可以看到F-OFDM系统通过子带滤波器对带外泄漏 的抑制,其两个子带的BLER性能优于存在邻带干扰的 OFDM系统。图9(a)是在N1=0,N2=1的条什下两个子 带的性能对比;图9(b)是在N1=0,N2=3的条件下两个 子带的性能对比。从图9(b)可以看出当两个相邻子带之间的 保护间隔增大时,F-OFDM系统的BLER值会进一步降 低,当然这是以牺牲频谱利用率为代价的。 4结论 OFDM技术作为第4代无线通信中的主要波形技术,有其 强大的优势,但是却对定时偏差敏感,且带外泄漏严重,在整个 频带上只支持一朴参数配置。随着5G 的到来,OFDM波形技术已经不能满足灵活多变的业务需求 此时F-OFDM技术应运而生,支持各个子带上灵 Vehicular Technology Conference, 2006, VTC 2006-Spring Performance analysis of least mean square time-domain lEEE63rd.|EEE.2006,5:2125-2129 equalizer in long-haul direct-detection optical OFDM trans- 10] SEYEDI A, SAULNIER G J. General ICI self -cancellation mission[C]. Photonics(ICP), 2010: 1-4 scheme for OFDM systems [J]. vehicular Technology, IEEE [15]KUMARAPANDIAN S. REENA M P. Performance analysis Transactions on, 2005, 54(1): 198-210 of CFo mitigation algorithms in asynchronous cooperative 11]HOU WS, CHEN B S. ICl cancellation for OFDM comm OFDM communication system[C ]. Sustainable Energy and unication systems in time-varying multipath fading chan Intelligent Systems( SEISCON 2011). 2011: 632-637 nels J.IEEE Transactions on Communications. 2005, 4(5) (收稿日期:2016-04-05) 2100-2110 121 TANG S. GONG K, SoNG J. Intercarrier interference can-作者简介 cellation with frequency diversity for OFDM systems[C] 口广东(1968-),男,教授,主要研究方向:物联网与智慧 lEEE Trans. Broadcast 2007, 53: 132-137 城市。 13]k G, BAEWG. Adaptive step control of LMs-based 干珊(1991-),女,在读硕士,主要研究方向:无线通信 interference cancellation for wman| CS radio repeater[o].技术。 Information Networking(ICoIN), 2015: 253-258 何萍(1989-),女,在读硕士,主要研究方向:无线通信 [14]GHANBARISABAGH M. ALlAS MY. Abdul-Rashid H 技术。 ! (上接第16页) EEE ISIT2011,2011:1-5 5] ARIKAN E. Channel combining and splitting for cut of rate [10]NIU K, CHEN K. Stack decoding of polar codes [ j improvement[J].IEEE Trans. Inf Theory, 2006, 52 (02): 628-639 Elec-tronics Letters, 2012, 48 (12): 695-697 6]王东学,宋管,张士伟.极化码SC译码算法的设计[].电[11]NUK, CHEN K.CRC- Aided decoding of polar codes[J 光系统,2014(3):10-13 IEEE Communications Letters. 2012, 16(10): 1668-1671 (收稿日期:2016-03-21) 1 HUANGZL. DIAO C J, CHEN M Latency reduced meth者间介 for modified successive cancellation decoding of polar codes[J] Electronics Letters, 2012, 48 (23): 1506-1506 何天光(1991-),男,硕士研究生,主要研究方向:无线通 8]李纯,童新海.极化码序列连续删除译码算法的改进设 信技术与应用。 计[].通信技术,2015(1):19-22 杜江(1969-),男,博上后,教授,主要研究方向:新一代 [9]TAL I, VARDY A. List decoding of polar code[c]. US A 无线通信技术的理论及其芯片设计。 (上接第20页) 通信、数字信号处理,E-mail:yoga14@fudan.edu.cn principles, algorithms, and applications [m]. 2013 杨涛(1970-),男,副教授,主要研究方向:认知无线电 (稿日期:2016-03-02)网络信息感知及融合、智能信号处理。 作者简介: 胡波(1968-),男,教授,主要研究方向:数字管号处 高业楠(1991-),男,硕士研究生,主要研究方向:无线 微信扫前以下二维码,免费加入【5c俱乐部】,整套:5G前沿、NBT、 汁(yoT)资料。 口口

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