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5G中F-OFDM调制的FPGA实现

更新时间：2019-12-08 03:10:41 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：5G fpga 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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针对5G系统大带宽下F-OFDM调制急剧增加运算量,提出了一种适用于FPGA实现的F-OFDM调制方法,使运算量只有原来的子带宽数分之一,满足5G系统对F-OFDM信号产生的低延时要求,可用于5G系统物理层信号发生单元,以及5G测试的信号源中.

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5G中F-OFDM调制的FPGA实现^*

FPGA actuaIization for F-OFDM in 5G

徐兰天

中国电子科技集团公司第四十一研究所（安徽蚌埠 233010）

摘要：针对5G系统大带宽下F-OFDM调制急剧增加运算量，提出了一种适用于FPGA实现的F-OFDM调制方

法，使运算量只有原来的子带宽数分之一，满足5G系统对F-OFDM信号产生的低延时要求，可用于5G系统物

理层信号发生单元，以及5G测试的信号源中。

关键词：5G；F-OFDM；子载波映射；CP

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2017.10.010

*基金项目：中国电科技术创新基金项目《微波毫米波大带宽大规模MIMO测试技术研究》

徐兰天（1985-），男，工程师，研究方向：基带处理与测试技术。

OFDM和UFMC）性能比较。对F-OFDM调制具体实

引言

现研究多是基于传统OFDM的基础进行的，调制带宽

设置为20MHz。5G系统的调制带宽从几十MHz跨越到

500MHz、1GHz、2GHz，聚合带宽达到10GHz，对

F-OFDM调制实现提出了更高的要求。本文给出了一种

适合FPGA实现的F-OFDM调制方法，可用于5G系统物

理层信号发生单元，以及5G测试的信号源中。

5G(The 5th Generation Mobile Communication

System，5G)作为下一代移动通信系统，ITU给出了明

确的时间规划，预计2020年推出5G通信标准^[1]。现今，

5G关键技术研究已经正如火如荼开展。波形作为无线通

信物理层关键的技术之一，业界尚未对5G系统波形给出

明确定义。F-OFDM以其灵活参数配置，成为5G系统候

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术，其基本思想是将OFDM

载波带宽划分成多个不同参数的子带，通过滤波实现各

子带间参数配置的解耦。F-OFDM支持每个子带可配置

不同的传输时间间隔、CP长度和子载波间隔等参数，因

而实现灵活自适应的空口，增强系

1 F-OFDM调制原理

F-OFDM是基于OFDM的改进方案，能兼容LTE 4G

系统、又能满足未来5G发展的需求。图1给出了5G系

统F-OFDM调制流程，包括子带宽划分、子载波映射、

统对各种业务的支持能力，提高系

统的灵活性和可扩展性^[2]。

F-OFDM调制技术研究国内

外已有许多参考文献 ^{[ 3 - 4 ]}，主要

针对F-OFDM性能，包括与传统

O F D M 性能比较，与其他候选

波形（W-OFDM、FBMC、FB-

图1 5G系统F-OFDM调制流程图

ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2017.11

3590

万方数据

201711.indd 50

2017/10/27 19:04:43

责任编辑：王金旺

2 F-OFDM调制实现

从F-OFDM调制原理可以

看出，当整个带宽增加时，

IFFT的长度也线性增加，这

为F-OFDM调制FPGA实现

带来了巨大挑战。本文给出

了适合FPGA实现的5G系统

F-OFDM调制方法，通过子

图2 5G系统F-OFDM调制FPGA实现系统

带宽数据的零频搬移，减小

IFFT和滤波运算长度，降低F-OFDM调制的运算量，

满足5G系统对F-OFDM信号产生的低延时要求，该调

制方法流程图如图2所示，包括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

元和子带宽合并单元。

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，实现子载波映射的功能。子载波零频映

射通过直接映射完成频谱的频域搬移，并形成IFFT运算

的数据格式，如图3所示。

图3 子载波零频映射频域图

2.2 IFFT与CP

IFFT、增加CP和滤波器等单元。与OFDM调制相比，

F-OFDM把整个带宽划分若干独立的子带宽，每个子带

宽参数可以根据信道特性设置，并进行OFDM调制，

最后增加一级滤波器处理。因此F-OFDM除了具备传统

OFDM 的优点外，在带外信号频谱泄漏和频谱利用率

上有很好的性能。

IFFT与CP单元实现IFFT运算以及增加CP的功能。

IFFT长度和CP长度相对于配置长度，都按比例降低。

IFFT长度l_i^ifft根据子带宽的带宽W_i和子载波间隔F_i确定，

W_i和F_i为系统参数，其中i为子带宽号。

l_i^ifft= 2 ^ ceil(log2(W F ))

(1)

其中，ceil为向上取整函数。CP长度l_i^cp根据IFFT长

1）子载波映射单元把数据分别映射到各个子带

上，不同子带之间需要预留保护子载波来隔离子带间的

干扰；

度l_i^ifft、CP配置长度L_i^cp和IFFT配置长度L_i^ifft确定，L_i^cp

L_i^ifft为系统参数。

和

ifft

l_i^cp= L l_i^ifft

(2)

(3)

2）IFFT单元对各个子带分别进行IFFT变换。由于2

个子带的子载波间隔不同，为了达到相同的采样率，需

要使用不同的FFT size；

ifft

= F_sF

其中，F_s是系统采样率。

2.3 插零与滤波

3）增加CP单元加循环前缀的操作与LTE中的方法

相同；

插零与滤波单元实现采样率匹配与滤波的功能。滤

波器设计采用sinc函数加汉宁窗的方法设计，滤波采用

卷积运算实现^[5]。

4）滤波器单元完成各个子带用本子带的滤波器进

行滤波，限制本子带在频域上的功率泄露。

插零个数l_i⁰根据IFFT长度l_i^ifft和IFFT配置长度L_i^ifft

确

4501

万方数据

201711.indd 51

2017/10/27 19:04:44

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