[发明专利]一种基于子带滤波OFDM系统的子带滤波器生成方法

说明书

本发明涉及一种基于子带滤波OFDM系统的子带滤波器生成方法，包括以下步骤：设计满足目标频率响应的通带边缘由1滚降到滚降截止幅度δ的线性相位滤波器，且可由滚降带因子控制其通带边缘滚降截止幅度δ和滚降带宽度；将线性相位滤波器的滚降函数取为升余弦函数；选择窗函数；将所选择的窗函数对设计好的线性相位滤波器进行软截断来生成子带滤波器。本发明所设计的子带滤波器具有较大的阻带衰减、较小的通带波纹系数、较小的时域冲激响应拖尾和较窄的过渡带。

技术领域

本发明涉及子带滤波器技术领域，特别是涉及一种基于子带滤波OFDM系统的子带滤波器设计方法。

背景技术

现有5G新波形设计一般基于OFDM多载波调制系统，见图1。目前有两种设计角度：第一种为重塑脉冲成型滤波器法，该方法对p(n)进行改进，即在频域上对每个子载波进行脉冲整型，FBMC和WOLA属于此类范畴；第二种为加带通滤波器法，即对一块连续的子载波进行频域带通加窗处理，子带滤波(简称“filtered”)OFDM(FOFDM、RB-FOFDM)、UFMC、FCP-OFDM属于此类范畴。

FBMC是对单个子载波进行滤波，因此滤波器的时域冲激响应拖尾较大，不支持5G低时延业务和小数据包传输业务；且FBMC没有加入CP，导致ISI不能完全避免，但是ISI带来的信号失真很小，可以忽略。WOLA通过时域加窗实现，由于其矩形脉冲两端经过了平滑处理，使其相比于CPOFDM有较好的旁瓣衰减；接收端去CP的过程使其对其他非同步用户的干扰有更好的抑制作用；且实现简单，易于与MIMO技术进行整合。

FOFDM是对整个频带进行滤波处理。根据不同的链路情况，系统分为不同的子带来进行数据传输，子带可以根据不同的链路特性和用户需求设计相应的系统参数(numerology)；每个子带的OFDM符号通过一个频谱整型滤波器，避免把干扰泄漏到相邻子带，由于是对整个子带进行滤波，所以滤波器的通带带宽较大，相应的时域冲激响应拖尾较小，可支持5G低时延业务；若通带足够平坦，通带范围内的子载波不会受到影响，子载波之间的正交性未遭到破坏，进而降低了ICI；但是通带边缘的子载波会受到影响，因此滤波器通带边缘的波纹系数应越小越好；滤波器的过渡带的宽度决定了子带间的保护频带的大小，因此滤波器的过渡带应尽可能窄。RB-FOFDM是FOFDM的特例，针对非连续频谱资源信道进行设计，发送端进行上采样处理，接收端进行下采样处理，降低FFT/IFFT的采样速率，相应的IFFT/FFT的点数也可以降低，从而降低了实现复杂度。

UFMC发送端和RB-FOFDM类似，不同之处在于其没有加循环前缀CP和上采样的过程，其是在IFFT符号之间插入零来作为保护间隔(GI)替代循环前缀(CP)，然后通过发送滤波器对指定的RB进行滤波处理；接收端的解调过程采用2N点FFT来恢复信号，导致接收端的信噪比较高，导致其性能较差。FCP-OFDM和UFMC的不同之处在于将ZP灵活的拆分为ZP和CP两部分^[1]，目的是为了获得多径干扰的抑制和带外泄露抑制的折中。

综上，在OOB方面，几种波形都较传统OFDM表现更好，但由于存在不可避免的ISI，几种波形都存在性能损失。特别地，UFMC接收端由于存在额外噪声干扰，性能表现最差，而FBMC则由于滤波器脉冲长拖尾而不适合5G低时延场景。综合比较，filtered OFDM(FOFDM和RB-FOFDM)比较适合5G应用场景。

目前，针对filtered OFDM系统，滤波器设计一般有三种方法：雷米兹交换算法、软截断Sinc函数子带滤波器(Sinc-Filter)和软截断升余弦子带滤波器(RC-Filter，Raised-Cosine Filter)。

使用雷米兹交换算法设计的等波纹滤波器的时域冲激响应在头部和尾部不连续，当信噪率(Signal to Noise Ratio，SNR)很大或ISI是影响性能的主要因素时，会限制系统性能的提升。此外，雷米兹交换算法需要迭代运算，无法在线生成滤波器。