采用新波形技术的LTE系统可以满足未来5G业务需求？

摘 要： 将F(filter)-OFDM的框架应用在传统的LTE系统上。利用该新的波形技术，LTE系统可以支持更加灵活的参数配置，满足未来5G丰富的业务需求。通过发射机子带滤波器的设计，相邻子带间的带外泄漏(OOB)可以被大幅度抑制。接收机采用匹配滤波机制实现各个子带的解耦。最后通过实验仿真，比较OFDM系统和F-OFDM系统的误块率(BLER)性能，可以看到当存在邻带干扰时，后者通过子带滤波器对干扰的抑制，系统性能明显优于前者。
 

0 引言

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)凭借其实现简单、抗多径衰落能力强、抗码间干扰能力强等诸多优点，已经在4GLTE系统中得到了广泛应用[1]。但由于OFDM空口技术在整个系统带宽上只支持一种固定的参数配置，如循环前缀(Cyclic Prefix，CP)长度、子载波间隔、FFT点数等，且矩形脉冲频率响应的旁瓣较大，衰减缓慢，导致OFDM系统具有对频率偏差敏感、频谱泄漏高、带外干扰大等诸多缺点，使其在未来无线通信中的应用受到了严重的限制[2]。

5G支持丰富的业务场景，每种业务场景对波形参数的需求各不相同，能够根据业务场景来动态地选择和配置波形参数，同时又能兼顾传统OFDM的优点，是对5G基础波形的必然要求。Filter-OFDM，基于子带滤波的OFDM，就是能满足5G需求的波形技术。该技术将系统划分为若干个子带，子带之间只存在极低的保护带开销，各个子带可以根据实际的业务场景来配置不同的波形参数，支持5G对动态软空口的灵活需求。

1 F-OFDM系统模型

F-OFDM系统简化模型如图1所示。与传统的OFDM系统相比，F-OFDM将整个频带划分为多个子带，在收发两端均增加了子带滤波器。每个子带可根据实际的业务需求来配置不同的波形参数，如子载波间隔、CP长度、FFT点数等。发送端各个子带的数据通过子载波编号后映射到不同的子载波上，并经子带滤波器进行滤波，抑制邻带频谱泄漏带来的干扰。接收端采用匹配滤波器实现各子带数据的解耦。为了简化分析，本文只考虑两个子带的情况。

2 算法设计

2.1 两个子带的资源映射设计

由于两个子带的数据是独立生成，为了保证采样率一致，需要针对不同的子带采用不同的时频资源映射方案。表1中给出了两个子带的基本波形参数配置。

对于子带1，采用标准的LTE协议来进行参数配置，其资源映射也按照标准协议来进行[3]。在一个资源块(Resource Block，RB)中，参考信号位置如图2所示。

子带1的子载波间隔为15 kHz，每个RB包含12个子载波，其采样率为：

子带2的时频资源映射参考具有标准协议的子带1来进行，在一个RB中，参考信号位置如图3所示。

子带2的子载波间隔为30 kHz，每个RB包含6个子载波，其采样率为：

这样两个子带的采样率保持一致。

2.2 子载波映射

两个不同配置的子带同时传输数据，为了在接收端进行正确的解耦，需要把整个频带的所有子载波进行统一编号，并把两个子带的数据映射到不同编号的子载波上，使其在频域分开。

若子带1作数据映射的子载波数量为M1，在所有2 048个子载波中的编号为[Kmin Kmax]，其中Kmin和Kmax的取值为[-1 023，1 024]范围内的整数。同时，以子带1的子载波间隔(15 kHz)为间距的保护子载波数量为N1。并假设子带2作数据映射的子载波总数为M2，以子带2的子载波间隔(30 kHz)为间距的保护子载波数量为N2。两个子带的子载波映射关系如图4所示。

则第2个子带的子载波编号为：

其中：Kmax+N1为偶数。