摘 要

未来，人类将在海量信息中搜索资源，在高速飞驰间同步响应，在光波无线中争取资源。信息无处不在，信号遍布全球，5G的脚步越来越近，为了满足5G时代多种业务的发展以及高吞吐量、大连接数、低时延的需求，空口技术的波形选择面临着巨大挑战。

在4G中，OFDM系统能够根据每个子信道的不同信道条件，灵巧的对频谱资源进行合理分配，具有更高频谱利用率，抗衰落能力强，由于信号叠加带来的高功率峰均比，载波频偏敏感性也限制着它的发展。5G波形领域的视角从传统的正交波形技术转向非正交波形技术，F-OFDM技术将OFDM载波带划分为不同参数的子带分别分配给各种业务，并对子带进行滤波消除子带间干扰。本文主要论述了F-OFDM的系统原理，从其灵活适应多业务的特点及频谱利用率高的优势来深入研究。利用MATLAB仿真F-OFDM系统，探究其误码率BLER的特性曲线以及频谱曲线，同时通过与OFDM的性能对比分析，研究适应于5G的优势。

关键词：F-OFDM；非正交波形；子带滤波器

Abstract

In the future, humans will search for resources in massive amounts of information, in the high-speed flight between the synchronization response, in the light of wireless resources. Information is everywhere, the signal around the world, 5G footsteps getting closer, in order to meet the 5G era of a variety of business development and high throughput, large number of connections, low latency needs, the air port technology waveform selection is facing great challenges.

In 4G, the OFDM system can rationally allocate the spectrum resources according to the different channel conditions of each subchannel, with higher spectrum utilization, strong anti-fading ability, high power peak-to-average ratio due to signal superposition, carrier Frequency bias sensitivity also limits its development. 5G waveform field from the traditional orthogonal waveform technology to non-orthogonal waveform technology, F-OFDM OFDM carrier band is divided into different parameters of the sub-band were assigned to a variety of business, and sub-band filter to eliminate sub-band Interference. This paper mainly discusses the system principle of F-OFDM, and studies it from the advantages of multi-service and the high spectrum utilization. The characteristic curve and the spectral curve of BLER are analyzed by MATLAB simulation F-OFDM system. At the same time, the advantages of 5G are studied by comparing with OFDM performance.

Key words: F-OFDM; non-orthogonal waveform; subband filter

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 1

第1章 绪论 1

1.1 国内外通信发展及研究现状 1

1.2 F-OFDM概述 3

1.3文章概况 4

第2章 F-OFDM结构原理 6

2.1 OFDM基本原理 6

2.1.1 载波调制原理 7

2.1.2保护间隔和循环前缀 9

2.2 F-OFDM关键技术原理 10

2.2.1子带资源分配 10

2.2.2 子载波映射 14

2.2.3子带滤波器的系数设计 14

2.2.4 滤波操作 17

2.2.5 接收机部分 18

第3章 仿真设计与结果分析 19

3.1 F-OFDM系统下行多用户链路仿真 19

3.1.1 F-OFDM系统搭建 19

3.1.2窗函数选择 20

3.1.3 滤波过程实现 22

3.1.4 仿真结果分析 24

3.2 与OFDM系统的性能对比 26

3.2.1 参数设计 26

3.2.2 Welch法功率谱估计 27

3.2.3 仿真结果分析 27

第4章 总结与展望 30

参考文献 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 国内外通信发展及研究现状

无线通信网络的发展经历了三个阶段：

1. 20世纪八十年代，第一代模拟无线通信网络面世，基于频分多址技术（FDMA），人们仍记得典型的通话机是“大哥大”，当时仅支持模拟语音业务。仅仅几年之后，移动通信发展形势迅猛，通信系统上网市场发展和需求迅猛增长，其设计容量和业务质量就已经无法满足市场需求。
2. 随后，九十年代初，推出了第二代数字无线通信网络（2G），数字信号随着灵巧拨号的“小灵通”登上历史舞台。当时存在两种系统，一种是基于时分多址技术（TDMA）的无线蜂窝无线通信系统，以及基于码分多址技术（CDMA）。TDMA包括GSM、JDC等，相比起FDMA蜂窝系统，TDMA在频谱效率、系统容量和安全性上都有诸多优势。而美国Qualcomm公司提出的CDMA技术在容量、可靠性、保密性方面都要优于TDMA。虽然两者空口技术有所不同，但存在两个共通性，一是网络都基于电路交换，再者网络除了承载语音业务外，也可提供低速率数据业务。
3. 为了适应人们对数据业务种类和速率越来越高的需求，3G时代到来。此时可支持的业务范围扩展到了图像传输、视频流传输、互联网浏览等基本移动互联网业务。3G的多址接入技术以CDMA技术为主，比第二代通信系统拥有更高的系统容量和传输速率。其主要特点有：一是分组交换逐步代替电路交换，二是可支持的业务种类丰富起来^[1]。
4. 以OFDM、MIMO为核心技术的长期演进系统（LTE）的出现，不仅显著提高了对系统容量和数据率的要求，在减少传送等待时间、灵活运用频谱以及采用IP核心网和简化网络架构方面有很大改进，多种五花八门的新型业务和终端以破冰之势出现在人们面前，迎来更智能化的4G时代。此时主流的空口技术便是正交频分复用技术（OFDM），广泛应用于ADSL非对称数字用户线路、HDTV高清电视信号传输、DVB数字视频广播、WLAN、WWAM等领域。

随着4G技术成熟并广泛商用，移动互联网和物联网的兴起推动移动通信向5G的发展阶段进行迈进。5G将在现有4G系统能力的基础上大幅度提升性能，满足人们对高速率高带宽、高数据容量、广泛连接数量、节能通信、极致用户体验的无线接入要求。

2013年2月，中国政府组织创设了IMT-2020(5G)推进组，成员涵盖了中国主要的运营商、制造商、高效以及研究机构，推动5G技术的研究和发展。于2014年5月发布了《5G愿景与需求》，文章讲述在5G时代，虚拟现实、增强现实、视频实时会话、等业务新兴而起并有效保障，使人们拥有“一触即发”的快感和更丰富的用户体验，提出了在灵活性、频谱利用率、可扩展性上比4G更高的要求。