UFMC vs. OFDM调制
这个例子比较了通用滤波多载波(UFMC)和正交频分复用(OFDM)，并强调了第五代(5G)通信系统的候选调制方案的优点。
在3GPP发布14期间的3GPP RAN研究阶段I中，UFMC被认为是OFDM的替代波形。
简介
OFDM作为一种多载波调制技术，已广泛应用于LTE、Wi-Fi®等4G通信系统中。它具有对信道延迟的鲁棒性、单点频域均衡和高效实现等优点。但人们往往忽略了它的成本，例如由于较高的旁瓣和严格的同步要求而导致的频谱效率损失。因此，正在为5G通信系统考虑新的调制技术，以克服其中一些因素。
例如，信道带宽为20 MHz的LTE系统使用100个资源块，每个资源块有12个子载波，每个子载波间隔为15 kHz。这只使用了18mhz的已分配频谱，导致10%的损耗。此外，每个OFDM符号144或160个样本的循环前缀导致另外7%的效率损失，可能的频谱效率总体损失为17%。
根据目前国际电联对5G系统的要求，应用程序需要更高的数据速率、更低的延迟和更有效的频谱使用。本例重点介绍一种新的调制技术，即通用滤波多载波(UFMC)，并在通用框架内将其与OFDM进行比较。
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。可以修改这些参数，以探索它们对系统的影响。
numFFT = 512;FFT点的百分比subbandSize = 20;%必须为> 1numSubbands = 10;% numsubband *subbandSize <= numFFTsubbandOffset = 156;% numFFT/2- subbandsize *numSubbands/2为带中心%海豚-切比雪夫窗设计参数filterLen = 43;%类似于循环前缀长度slobeAtten = 40;%旁瓣衰减，dBbitsPerSubCarrier = 4;% 2: 4qam, 4: 16qam, 6: 64qam, 8: 256qamsnrdB = 15;%信噪比(dB)
通用滤波多载波调制
UFMC被视为滤波OFDM和FBMC(滤波器组多载波)调制的推广。整个频带在经过滤波的OFDM中被滤波，单独的子载波在FBMC中被滤波，而一组子载波(子带)在UFMC中被滤波。
这种子载波分组允许减小滤波器长度(与FBMC相比)。此外，UFMC仍然可以使用QAM，因为它保留了复杂的正交性(与FBMC相比)，这与现有的MIMO方案一起工作。
子载波的全频带(N)分为子带。每个子带都有固定数量的子载波，并不是所有子带都需要用于给定的传输。一个N计算每个子带的IFFT，为未分配的载波插入零。每个子带由长度滤波器过滤l，并对不同子带的响应进行求和。滤波是为了减少带外光谱的发射。每个子带可以应用不同的滤波器，但是，在本例中，每个子带使用相同的滤波器。采用参数化旁瓣衰减的切比雪夫窗口对每个子带的IFFT输出进行滤波[1]。
发送端处理如下图所示。
%具有指定衰减的设计窗口prototypeFilter = chebwin(filterLen, slobeAtten);发送端处理初始化数组inpData = 0 (bitsPerSubCarrier*subbandSize, numSubbands);txSig = complex(0 (numFFT+ filterlen 1,1));hFig =图;轴([-0.5 0.5 -100 20]);持有在；网格在包含(归一化频率的）;ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”)标题(“UFMC”,num2str (numSubbands)“子带”，.．.num2str (subbandSize)“各子载波”])遍历每个子带为bandIdx = 1:numSubbands bitsIn = randi([0 1]， bitsPerSubCarrier*subbandSize, 1);符号映射器symbolsIn = qammod(bitsIn, 2^bitsPerSubCarrier，“InputType”，“一点”，.．.“UnitAveragePower”,真正的);inpData(:， banddidx) = bitsIn;% log位进行比较将子带数据打包到OFDM符号中offset = subbandOffset+(banddx -1)*subbandSize;symbolsInOFDM =[0(偏移量，1);symbolsIn;.．.0 (numFFT-offset-subbandSize 1)];ifftOut = ifft(ifftshift(symbolsInOFDM));每个子带的%滤波器在频率上移位bandFilter = prototypeFilter。*我exp(1 * 2 *π* (0:filterLen-1) / numFFT *.．.((bandIdx-1/2) * subbandSize + 0.5 + subbandOffset + numFFT / 2));filterOut = conv(bandFilter,ifftOut);%每子带功率谱密度(PSD)[psd,f] = periodogram(filterOut, rectwin(length(filterOut))，.．.numFFT * 2, 1“中心”）;情节(f, 10 * log10 (psd));将滤波后的子带响应相加以形成聚合传输%的信号txSig = txSig + filterOut;结束集(hFig,“位置”， figposition([20 50 25 30]));持有从；
计算峰值平均功率比(PAPR)PAPR = com . ccdf (“PAPROutputPort”,真的,“PowerUnits”，“瓦分贝”）;[~，~，paprUFMC] = PAPR(txSig);disp ([' UFMC的峰值平均功率比(PAPR) = 'num2str (paprUFMC)“数据库”]);
UFMC的峰值平均功率比(PAPR) = 8.2379 dB
对应参数的OFDM调制
为了进行比较，我们回顾了现有的OFDM调制技术，使用全占用频带，然而，没有循环前缀。
symbolsIn = qammod(inpData(:))， 2^bitsPerSubCarrier，“InputType”，“一点”，.．.“UnitAveragePower”,真正的);一起处理所有子带offset = subbandOffset;symbolsInOFDM =[0(偏移量，1);symbolsIn;.．.0 (numFFT-offset-subbandSize * numSubbands, 1)];ifftOut = sqrt(numFFT).*ifft(ifftshift(symbolsInOFDM));%所有子载波的功率谱密度(PSD)[psd,f] = periodogram(ifftOut, rectwin(length(ifftOut))， numFFT*2，.．.1，“中心”）;hFig1 =图;情节(f, 10 * log10 (psd));网格在轴([-0.5 0.5 -100 20]);包含(归一化频率的）;ylabel (“PSD(瓦分贝/ Hz)”)标题(OFDM,num2str (numSubbands * subbandSize)副载波的])集(hFig1,“位置”， figposition([46 50 25 30]));
计算峰值平均功率比(PAPR)PAPR2 = com . ccdf (“PAPROutputPort”,真的,“PowerUnits”，“瓦分贝”）;[~，~，paprOFDM] = PAPR2(ifftOut);disp ([OFDM的峰值平均功率比(PAPR) = 'num2str (paprOFDM)“数据库”]);
OFDM的峰值平均功率比(PAPR) = 8.8843 dB
对比OFDM方案和UFMC方案的谱密度图，UFMC方案具有较低的旁瓣。这允许更高的已分配频谱利用率，从而提高频谱效率。UFMC也显示出略好的PAPR。
无信道的UFMC接收机
下面的示例强调了基本的UFMC接收处理，与OFDM一样，它是基于fft的。子带滤波将接收时间窗口扩展到FFT操作的下一个2次方长度。每个交替频率值对应一个副载波主瓣。在典型情况下，每子载波均衡用于均衡信道和子带滤波的联合效应。
在这个例子中，只有子带滤波器是均衡的，因为没有建模信道效应。将噪声添加到接收信号中以获得所需的信噪比。
%添加WGNrxSig = awgn(txSig, snrdB，“测量”）;
接收端处理如下图所示。
% Pad接收矢量为FFT长度的两倍(注意使用txSig作为输入)%没有使用窗口或额外的过滤yrxpadding = [rxSig;0 (2 * numFFT-numel (txSig), 1)];%执行FFT和降采样2RxSymbols2x = fftshift(fft(yrxpadding));RxSymbols = RxSymbols2x(1:2:结束);%选择数据子载波dataRxSymbols = RxSymbols(subbandOffset+(1:numSubbands*subbandSize));%图接收符号星座constDiagRx = com . constellationdiagram (“ShowReferenceConstellation”，.．.假的,“位置”， figposition([20 15 25 30])，.．.“标题”，“UFMC预均衡符号”，.．.“名字”，“UFMC接待”，.．.“XLimits”， [-150 150]，“YLimits”， [-150 150]);constDiagRx (dataRxSymbols);
在OFDM解调后使用零强制均衡器rxf = [prototypeFilter.*exp(1i*2*pi*0.5*(0:filterLen-1)'/numFFT);.．.0 (numFFT-filterLen 1)];prototypeFilterFreq = fftshift(fft(rxf));1./ prototypeFilterInv (numFFT/2-subbandSize/2+(1:subbandSize));%每子带均衡-消除滤波器失真dataRxSymbolsMat =重塑(dataRxSymbols,subbandSize,numSubbands);EqualizedRxSymbolsMat = bsxfun(@times,dataRxSymbolsMat,prototypeFilterInv);EqualizedRxSymbols = EqualizedRxSymbolsMat(:);%图均衡符号星座constDiagEq = com . constellationdiagram (“ShowReferenceConstellation”，.．.假的,“位置”， figposition([46 15 25 30])，.．.“标题”，“UFMC均衡符号”，.．.“名字”，“UFMC均衡”）;constDiagEq (EqualizedRxSymbols);
误码率计算BER = com . errorrate;%执行硬决策和测量错误rxBits = qamdemod(EqualizedRxSymbols, 2^bitsPerSubCarrier，“OutputType”，“一点”，.．.“UnitAveragePower”,真正的);ber = ber (inpData(:)， rxBits);disp (['UFMC接收，BER = 'num2str (ber) (1)' at SNR = '.．.num2str (snrdB)“数据库”]);
接收，误码率= 0，信噪比= 15 dB
恢复RNG状态rng(年代);
结论及进一步探索
本例给出了通信系统发射端和接收端UFMC调制方案的基本特性。探索子带数、每个子带子载波数、滤波器长度、旁瓣衰减和信噪比的不同系统参数值。
指FBMC vs. OFDM调制为描述滤波器组多载波(FBMC)调制方案的示例。的F-OFDM与OFDM调制实例描述了滤波- ofdm调制方案。
与OFDM相比，UFMC被认为具有更高的频谱效率。子带滤波的优点是减少了子带之间的保护，也减少了滤波器长度，这使得该方案对短爆发有吸引力。后者的特性也使其与FBMC相比具有吸引力，后者的滤波器长度要长得多。
选定的参考书目
Schaich, F.， Wild, T.， Chen, Y.，“5G波形竞争者-适合短数据包和低延迟传输”，车辆技术会议，第1-5页，2014年。
Wild, T.， Schaich, F.， Chen Y.，“基于通用滤波(UF-)OFDM的5G空中接口设计”，第19届国际数字信号处理会议论文集，第699-704页，2014。
您也可以从以下列表中选择一个网站:
