【《F-OFDM的基本原理及其优势分析》2000字】

F-OFDM的基本原理及其优势分析1F-OFDM的基本原理OFDM有着诸多的优势，但未来通信发展的速度远远超乎我们想象，OFDM由多个子载波构成却只能进行单一的波形参数配置，并不能够满足多业务场景的发展趋势，OFDM急需更新换代以便更好的服务于5G通信需求。F-OFDM就是其中的一个演进方向。F-OFDM与OFDM一脉相承，同样的把系统的宽带分为若干个子带，经过串并变化与IFFT以及添加CP等过程，数据流信号经历完上述过程后形成的是OFDM信号，此时系统通过在每个子带上添加滤波器，对子带信号进行最关键的滤波处理用以抑制OFDM中存在的带外频谱泄露，并且可以实现子带的隔离减小干扰。同时在每个子带滤波器可以调节波形参数满足不同业务需求。图2-4所示为F-OFDM系统的原理框图。图2-4F-OFDM系统原理框图以下将具体介绍F-OFDM符号的产生及接收端滤波器对信号的滤波过程。对于单个子频带来讲，其信号数据的处理流程如下：子带1数据通过编码及载波映射得到x1，接着，将信号x从以上讨论可以看出，OFDM仅支持一个类型的波形参数，不能够满足5G通信下多场景的业务需求。F-OFDM在向OFDM添加子带滤波器的操作后可以形成任意数量根据实际服务场景需求配置不同的波形参数的子带，并且根据子带参数配置通过数字滤波器进行滤波，这意味着F-OFDM不仅可以支持丰富的应用场景，还充分继承了OFDM的传统优势。2OFDM与F-OFDM的对比分析F-OFDM作为一种基于OFDM通过对收发两端添加滤波器以对子带进行滤波的正交频分复用技术，其具有OFDM技术频谱利用率高抗多径衰弱能力强实现简单等优点，同时相较于OFDM其关键性能与技术特征都有一定程度的提升。如在系统的时域资源分配上，OFDM系统的子载波带宽和CP长度均固定，如图2-6所示。很明显OFDM这种单一分配方式并不适合5G通信中多业务场景对技术的要求。如端到端的车联网业务需要频域较宽的子载波带宽来提供极短的TTI，而物联网中的传感器传送数据量较低，但对系统连接数要求高，此时频域需要配置较窄的子载波来保证连接需求[4]。而在F-OFDM系统中可以为各类业务动态选择和分配不同资源参数，可以很好的解决上述问题。图2-6OFDM系统的时频资源分配图2-7F-OFDM系统的时频资源分进行F-OFDM与OFDM系统的功率谱仿真分析，相关参数设置为子载波N=600，IFFT点数为1024，循环前缀长度为72，采用sinc函数型滤波器与截断窗，信噪比为18dB，信道选用高斯信道，得到功率密度谱如图2-8所示。图2-8F-OFDM与OFDM的功率谱密度从图2-8中可以看到，与OFDM相比，F-OFDM有着更低的带外功率，在归一化频率等于|0.5|Hz时，相较于OFDM的-70dBW/Hz，F-OFDM功率降低至-200dBW/Hz，这是因为F-OFDM对每个子带都进行了滤波处理，且滤波器长度大于CP长度，大幅抑制了带外泄露，且受到高斯白噪声的影响更小。OFDM为了保证能够在高带外泄露的情况下正常通信，需要预留系统频谱资源的10%作为保护频带，而F-OFDM系统采用子载波间最小保护带取代了这个保护带，于是可以充分OFDM原来不能使用的零碎的频谱资源，从而又进一步提升了频带利用率；F-OFDM支持异步多址接入，极大地降低了信令开销和功率开销；还有就是为了保持OFDM中子载波的正交性，上行链路中均采用TA机制传输信号，这导致了系统对异步信号支持性能较差，而F-OFDM在通过在子带增加滤波器进行滤波并根据需求配置波形参数可以很好的解决上述存在于OFDM中的问题。两相对比之下不难看出，F-OFDM对频带资源分配能力有较强的灵活性，对频谱资源有更高的利用率，对发射基站有着更低的消耗。OFDM与F-OFDM的性能对比可总结为如下：在频带利用率上，OFDM采用频带资源的10%用作系统保护带，而F-OFDM的保护带带宽可以小到等于单个子载波的带宽，可见频谱资源有限的无线通信环境下，F-ODM更胜一筹。在面对复杂多变的业务场景时，OFDM只能提供单一的帧结构，而F-OFDM的子载波间隔与CP长度有多种配置方案，可以更好地为通信提供技术支持。在信令开销上，OFDM为了保持子载波的正交性，在上行传输时必须采用TA机制使得所有用户数据能够同时达到接收机，这大大增大了系统上行链路中的信令开销，同时导致对异步信号的传输性能较差。而F-OFDM由于滤波器的存在就不会面临上述困扰[3]。综上，F-OFDM能够根据不同业务的时频资源需求提供不同的子载波带宽和CP配置，通过优化滤波器设计，实现将不同子载波之间的保护频带降低为一个子载波的带宽，系统子带内部处理信号的方法与OFDM一致，可以很好的向前兼容4G[5]，并满足未来5G通信中多业务场景、海量设备连接数、大范围覆盖率和高速率高可靠低时延低功耗的需求。F-OFDM中也有一些固有缺陷，例如：依旧存在OFDM系统中的高峰值