Filtered OFDM子带滤波器的优化及仿真

发布时间：2020-05-15 10:09

【摘要】：Filtered-OFDM是以子带级滤波方式成为5G的动态软空口算法之一,是基于子带级滤波的非正交波形,可以满足5G丰富的业务场景,基本原理是将系统带宽分成若干个子带,子带之间存在较窄的保护间隔,并且可以灵活的使用OFDM不能使用的零散频段。每个子带会根据具体的业务配置不同的参数,各个子带分别通过自适应滤波器进行滤波,较好的实现子带之间的解耦。从而在满足5G丰富业务的同时,降低了LTE-OFDM系统存在较高的带外泄露,旁瓣衰减增加了大约23dB,提高了频谱的利用率。Filtered-OFDM系统波形是各个子带时域叠加传输,当子带传输波形同相位或者相近时,会产生波形峰值叠加,造成瞬时峰值功率较大的情况。较大的瞬时峰值功率将使得子带信号进入功率放大器的非线性区域,严重造成信号的畸变,导致信号产生非线性失真。因此采用离散傅里叶扩展滤波正交频分复用波形技术(DFT-s F-OFDM),改进的波形优化了Filtered-OFDM波形本身较高的峰均比PAPR。滤波处理也有可能增加信号峰均比,在发射端采用循环限幅滤波的方式进一步降低了瞬时峰均比,实现峰均比接近2dB的增益。对于Filtered-OFDM波形需要各个子带分别进行滤波处理,因此对于传统滤波使用最小均方(Least Mean Square,LMS)和递归最小二乘(Recursive Least Square,RLS)算法明显不符合标准。归一化子带自适应滤波算法(Normalized SAF,NSAF)可以改善输入有色信号的问题,但是如果系统背景噪声较高,则会使信号出现较高的偏差,因此提出改进的归一化子带自适应滤波器的优化算法(Improved NSAF,INSAF)。INSAF算法使用最小均方欧几里得范数,对当前权值矢量和过去的p个权值矢量进行最小约束,防止抽头权值有较大的波动。为了达到收敛速度和稳态失调的折中,从而提出一种变步长改进子带自适应滤波器的优化算法(Variable Step-size INSAF,VSS-INSAF),算法的核心是子带系统噪声的功率等于子带后验误差信号的功率。进一步分析,组合步长仿射投影自适应滤波器CSS-IAPSAF,利用双曲函数来修改混合步长参数,使其获得组合步长,从而获得更低的稳态失调,大约降低了5dB。比例化的组合步长仿射投影自适应滤波器PCSS-IAPSAF,较好的结合了IAPSAF和CSS-IAPSAF,利用正定矩阵来配置计算出的抽头权值,根据权值比例的大小来获得步长大小的分配。从而在加快了收敛速度的情况下,进一步优化了稳态失调,降低了大约4dB。
【图文】：

功率谱,功率谱,子带,系统概述

Filtered OFDM 系统概述和滤波算法发展FDM 系统采用子带级滤波处理，对每个子带分别采用子带自适应滤波器进行处理，合理用了 OFDM 系统不能利用的零散频段，并且不需要更多的保护间隔进行频谱隔离，并且外泄露被大幅抑制，旁瓣衰减增加了大约 23dB。从而节省了 5G 所需广泛业务紧张的零谱资源，从而极大的提高了业务的灵活性和频谱的利用率。

波形,限幅,误码率,峰均比

图 7：限幅 DFT-s F-OFDM 与 F-OFDM 误码率比较根据图 8 可知，横坐标 PAPR 表示所有统计信号的 PAPR 值，，纵坐标表示互不累计概布函数（ComplementaryCumulative DistributionFunction，CCDF）。对两种系统波形峰均研究分析如下。通过对限幅 DFT-s F-OFDM 与 F-OFDM 波形的 PAPR 仿真可以看出，CDF 为210 时，改进的波形明显降低了原始波形比较高的峰均比，获得了接近 2dB 的增益二次迭代进一步降低 0.5dB 左右。通过信号输入时的预编码 DFT 和信号发射输出的迭代滤波操作可以有效的降低原始信号较高的峰均比，收发机仅此增加了 DFT 和 IFFT 运算代滤波模块，计算复杂度不高，可以通过优化系统性能来弥补，因此对信号波形的异步更加有利。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TN713

【参考文献】