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5G中F-OFDM调制的FPGA实现
资料介绍
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
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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liifft根据子带宽的带宽Wi和子载波间隔Fi确定，
Wi和Fi为系统参数，其中i为子带宽号。
liifft = 2 ^ ceil(log2(W F ))
(1)
i
i
其中，ceil为向上取整函数。CP长度licp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liifft、CP配置长度Licp和IFFT配置长度Liifft确定，Licp
Liifft为系统参数。
和
cp
i
ifft
licp = L liifft
L
i
(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
L
= Fs F
i
i
其中，Fs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li0根据IFFT长度liifft和IFFT配置长度Liifft
确
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