作者 徐兰天 我国电子科技集团公司第四十一研讨所(安徽 蚌埠 233010)
*基金项目：我国电科技能创新基金项目《微波毫米波大带宽大规模MIMO测验技能研讨》
徐兰天(1985-)，男，工程师，研讨方向：基带处理与测验技能。
摘要：针对5G体系大带宽下F-OFDM调制急剧添加运算量，提出了一种适用于FPGA完结的F-OFDM调制办法，使运算量只要本来的子带宽数分之一，满意5G体系对F-OFDM信号发生的低延时要求，可用于5G体系物理层信号发生单元，以及5G测验的信号源中。
导言
5G(The 5th Generation Mobile Communication System，5G)作为下一代移动通讯体系，ITU给出了清晰的时刻规划，估计2020年推出5G通讯规范[1]。如今，5G要害技能研讨现已正如火如荼展开。波形作为无线通讯物理层要害的技能之一，业界没有对5G体系波形给出清晰界说。F-OFDM以其灵敏参数装备，成为5G体系候选波形之一。F-OFDM是由华为提出的一种可变子带带宽的自适应空口波形调制技能，其基本思想是将OFDM 载波带宽区分红多个不同参数的子带，经过滤波完结各子带间参数装备的解耦。F-OFDM支撑每个子带可装备不同的传输时刻距离、CP长度和子载波距离等参数，因而完结灵敏自适应的空口，增强体系对各种事务的支撑才能，进步体系的灵敏性和可扩展性[2]。
F-OFDM调制技能研讨国内外已有许多参考文献[3-4]，首要针对F-OFDM功用，包含与传统OFDM功用比较，与其他候选波形(W-OFDM、FBMC、FB-OFDM和UFMC)功用比较。对F-OFDM调制详细完结研讨多是依据传统OFDM的根底进行的，调制带宽设置为20MHz。5G体系的调制带宽从几十MHz跨越到500MHz、1GHz、2GHz，聚合带宽到达10GHz，对F-OFDM调制完结提出了更高的要求。本文给出了一种合适FPGA完结的F-OFDM调制办法，可用于5G体系物理层信号发生单元，以及5G测验的信号源中。
1 F-OFDM调制原理
F-OFDM是依据OFDM的改善计划，能兼容LTE 4G体系、又能满意未来5G开展的需求。图1给出了5G体系F-OFDM调制流程，包含子带宽区分、子载波映射、IFFT、添加CP和滤波器等单元。与OFDM调制比较，F-OFDM把整个带宽区分若干独立的子带宽，每个子带宽参数能够依据信道特性设置，并进行OFDM调制，最终添加一级滤波器处理。因而F-OFDM除了具有传统 OFDM 的长处外，在带外信号频谱走漏和频谱利用率上有很好的功用。
1)子载波映射单元把数据别离映射到各个子带上，不同子带之间需求预留维护子载波来隔离子带间的搅扰;
2)IFFT单元对各个子带别离进行IFFT改换。因为2个子带的子载波距离不同，为了到达相同的采样率，需求运用不同的FFT size;
3)添加CP单元加循环前缀的操作与LTE中的办法相同;
4)滤波器单元完结各个子带用簿本带的滤波器进行滤波，约束簿本带在频域上的功率走漏。
2 F-OFDM调制完结
从F-OFDM调制原理能够看出，当整个带宽添加时，IFFT的长度也线性添加，这为F-OFDM调制FPGA完结带来了巨大应战。本文给出了合适FPGA完结的5G体系F-OFDM调制办法，经过子带宽数据的零频搬移，减小IFFT和滤波运算长度，下降F-OFDM调制的运算量，满意5G体系对F-OFDM信号发生的低延时要求，该调制办法流程图如图2所示，包含子载波零频映射单元、IFFT与CP单元、插零与滤波单元、频谱搬移与拼接单元和子带宽兼并单元。
2.1 子载波零频映
F-OFDM调制的各个子带宽的原始数据进入子载波零频映射单元，完结子载波映射的功用。子载波零频映射经过直接映射完结频谱的频域搬移，并构成IFFT运算的数据格式，如图3所示。
2.2 IFFT与CP
滤波器的脉冲呼应和频域呼应如图4所示。
2.4 频谱搬移与拼接
频谱搬移与拼接单元完结子载波映射复原以及子符号数据兼并的功用。为了确保搬移后的数据与理论值的一致性，时域复数正弦信号ti的相位要与IFFT的数据对齐，即IFFT的第一个数据对应零相位，一起要确保相位的连续性。
其间，Fio为子带宽的中心频率。为了消除时域分段滤波带来的影响，需对进行拼接处理。拼接处理流程是指相邻两个子符号的首尾lifilter-1数据进行叠加，其频谱比照如图5所示。
2.5 子带宽兼并
子带宽兼并单元经过信号兼并完结F-OFDM调制信号输出的功用。子带宽兼并直接把子带宽时域数据进行叠加。
3 定论
本文意图在于战胜5G体系大带宽下F-OFDM调制急剧添加运算量，提出了一种适用于FPGA完结的F-OFDM调制办法，经过子载波零频映射，下降IFFT和滤波运算长度，使运算量只要本来的1/N，其间N为体系区分的子带宽数目。该完结办法满意5G体系对F-OFDM信号发生的低延时要求，可应用到5G体系信号发生器和基带发生单元中，有用推动5G体系规范验证以及硬件研制。
参考文献：
[1] IMT-2020(5G)推动组.5G愿景与需求白皮书[R].2015.
[2] W. H. Chin, F. Zhong,R. Haines.Emerging Technologies and Research Challenges for 5g Wireless etworks. IEEE Wireless Commun.4, 2014.
[3]吴华.滤波器组多载波体系快速完结及同步技能研讨[D].重庆:重庆大学,2009.
[4]X ZHANG,M JIA,L CHEN,etal. Filtered-OFDM Enabler for Flexible Waveform in The 5th Generation Cellular Networks[C]. 2015 IEEE Global Communications Conference ( GLOBECOM). IEEE, 2015.
[5]华为技能有限公司.Filtered-OFDM 技能简介-for Inno-vateAsia[R].5G算法大赛, 2015..
本文来源于《电子产品世界》2017年第11期第39页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
