FBMC和OFDM调制

这个例子比较了滤波器组基于(FBMC)和正交频分复用(OFDM)和突出的候选人调制方案的优点第五代(5克)通信系统。

FBMC被视为另一种波形OFDM在3 gpp跑学习阶段我在3 gpp释放14。

介绍

这个例子比较滤波器银行基于(FBMC)与通用调制OFDM调制。FBMC提供方法来克服OFDM的已知的限制减少了频谱效率和严格的同步要求。这些优势使它被视为一个5 g通信系统的调制技术(2,4]。

这个示例模型滤波器银行基于调制可配置参数和突出的基本传输和接收处理。

s = rng (211);%设置RNG状态可重复性

系统参数

定义系统参数的例子。您可以修改这些参数来探索它们对系统的影响。

numFFT = 1024;% FFT点数numGuards = 212;%保护双方的乐队K = 4;%符号重叠,一个2、3或4numSymbols = 100;仿真长度百分比符号bitsPerSubCarrier = 2;% 2:4 qam, 4: 16 qam, 6: 64 qam, 8: 256 qamsnrdB = 12;在dB %信噪比

过滤器银行基于调制

FBMC过滤器每副载波调制信号在多载波系统中。原型滤波器是一个用于零频率载波和其他副载波过滤器的基础。过滤器的特点是重叠因子,K这是多载波符号的数量在时域重叠。可以选为原型滤波器的顺序2 * k - 1在哪里K= 2、3或4,选择按照PHYDYAS项目(1]。

当前FBMC实现使用频率扩散。它使用一个N * K传输线长度与符号重叠的延迟N / 2,在那里N是副载波的数量。这个设计的选择很容易分析FBMC和比较与其他调制方法。

为了达到满负荷,抵消正交调幅(OQAM)处理。复杂数据的实部和虚部符号不同时传播,虚部是推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情况下2 HkOneSided =√(2) / 2;情况下3 HkOneSided = (0.911438 - 0.411438);情况下4 HkOneSided =(0.971960倍根号(2)/ 2 0.235147);否则返回结束%建立对称滤波器香港= [fliplr (HkOneSided) 1 HkOneSided];%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);numBits = bitsPerSubCarrier * L / 2;%占过采样2inpData = 0 (numBits numSymbols);rxBits = 0 (numBits numSymbols);numSymbols txSigAll =复杂(0 (KF));symBuf =复杂(0 (2 * KF, 1));%循环标志为symIdx = 1: numSymbols%生成映射的符号数据randi inpData (:, symIdx) = ([0 1] numBits 1);modData = qammod (inpData (:, symIdx)、2 ^ bitsPerSubCarrier,…“InputType”,“一点”,“UnitAveragePower”,真正的);% OQAM调制器:替代实部和虚部如果快速眼动(symIdx 2) = = 1%奇怪的符号真正dataSubCar (1:2: L) = (modData);我dataSubCar (2:2: L) = 1 *图像放大(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% Upsample K,与守卫垫,与原型滤波器过滤dataSubCarUp (1: K:结束)= dataSubCar;dataBitsUpPad = [0 (numGuards * K, 1);dataSubCarUp;0 (numGuards * K, 1)];X1 =过滤器(香港,1 dataBitsUpPad);%去除1/2滤波器长度延迟X = (X1 (K:结束);0 (k - 1, 1)];%计算传输线长度KF的传播符号txSymb = fftshift(传输线(X));%传输信号延迟的和真实的,图像放大符号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] =周期图(currSym损害(KF,“周期”1)、KF * 2);sumFBMCSpec = sumFBMCSpec + specFBMC;%符号存储传输信号txSigAll (:, symIdx) = currSym;结束%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]);包含(归一化频率的);ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”)标题(“FBMC, K =”num2str (K)“重叠的象征”])集(gcf,“位置”figposition ([15 50 30 30]));

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象标题FBMC K = 4重叠符号包含一个类型的对象。

FBMC传输信号的功率谱密度是策划强调低带外漏。

OFDM调制与相应的参数

相比之下,我们审查现有的OFDM调制技术,充分利用被占领的乐队,但是,没有一个循环前缀。

为symIdx = 1: numSymbols inpData2 =兰迪([0,1],bitsPerSubCarrier * L, 1);modData = qammod (inpData2 2 ^ bitsPerSubCarrier,…“InputType”,“一点”,“UnitAveragePower”,真正的);(numGuards symOFDM = [0, 1);modData;0 (numGuards 1)];ifftOut =√numFFT)。*传输线(ifftshift (symOFDM));[specOFDM, fOFDM] =周期图(ifftOut rectwin(长度(ifftOut)),…numFFT * 2, 1“中心”);sumOFDMSpec = sumOFDMSpec + specOFDM;结束%绘制功率谱密度(PSD)副载波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(归一化频率的);ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”)标题(“OFDM numFFT =”num2str (numFFT)])组(gcf“位置”figposition ([46 50 30 30]));

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象标题OFDM numFFT = 1024包含一个类型的对象。

比较的谱密度OFDM的情节和FBMC计划,FBMC叶有较低的一边。这允许分配频谱的利用率,从而提高频谱效率。

FBMC接收器没有通道

这个例子实现了一个基本FBMC解调器和措施选择的数量配置在缺乏一个通道。处理包括匹配滤波,随后OQAM分离形成了接收的数据符号。这些de-mapped比特和由此产生的比特误码率。在一个通道的存在,线性转接插座均衡器可以用来减轻频率选择衰落的影响。

接收端处理如下图所示。

数量= comm.ErrorRate;%过程symbol-wise为symIdx = 1: numSymbols rxSig = txSigAll (:, symIdx);%添加WGNrxNsig = awgn (rxSig snrdB,“测量”);%执行FFTrxf = fft (fftshift (rxNsig));%与原型滤波器匹配滤波rxfmf =过滤器(香港,1 rxf);%去除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% Downsample 2 k,提取实部和虚部如果快速眼动(symIdx, 2)%虚部是K样本后,真正的一个r1 =实际(rxfmfg (1:2 * K:结束);r2 =图像放大(rxfmfg (K + 1:2 * K:结束));rcomb =复杂(r1, r2);其他的%实部是K在虚构的一个样本r1 =图像放大(rxfmfg (1:2 * K:结束);r2 =实际(rxfmfg (K + 1:2 * K:结束));rcomb =复杂(r1, r2);结束% upsampling规范化的因素rcomb = (1 / K) * rcomb;% De-mapper:执行艰难的决定rxBits (:, symIdx) = qamdemod (rcomb 2 ^ bitsPerSubCarrier,…“OutputType”,“一点”,“UnitAveragePower”,真正的);结束%测量误码率与适当的延迟的误码率。ReceiveDelay = bitsPerSubCarrier * KL;数量=误码率(inpData (:), rxBits (:));%显示一些错误disp ([“FBMC接待K =”num2str (K)= ' ',误码率num2str (ber) (1)…“在信噪比= 'num2str (snrdB)“数据库”])

FBMC接待K = 4,误码率在信噪比= 0 = 12 dB

%恢复RNG状态rng(年代);

结论和进一步勘探

示例介绍了基本的传输和接收的特点FBMC调制方案。探索这个例子通过改变一些重叠的象征,FFT长度、保护带长度,和信噪比的值。

指UFMC和OFDM调制为例,描述了通用的基于过滤(UFMC)调制方案。

FBMC相比,被认为是有利的OFDM通过提供更高的频谱效率。由于每副载波过滤时,它会增加更大的过滤延迟(UFMC相比),还需要OQAM处理,需要修改的再分配处理。

进一步探索应该包括修改为MIMO链路级别处理更完整的处理包括信道估计和均衡2]。

选定的参考书目

“FBMC物理层:入门”,欧盟PHYDYAS FP7 2010项目之下。http://www.ict-phydyas.org
Schellman, M。赵,Z。林,H。,Siohan, P., Rajatheva, N., Luecken, V., Ishaque, A., "FBMC-based air interface for 5G mobile: Challenges and proposed solutions", CROWNCOM 2014, pp 102-107.
Farhang-Boroujeny B。,"OFDM versus filter bank multicarrier", IEEE® Signal Proc. Mag., vol. 28, pp. 92-112, May 2011.
奇迹,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: Intermediate frame structure and transceiver concepts", Globecom workshops, pp. 565-570, 2014.