一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法，主要解决现有技术在保证子带频谱泄露抑制效果前提下，子带滤波器阶数过高的问题。其实现步骤为：1)获得滤波正交频分复用系统当前子带的快速傅里叶变换FFT的点数；2)通过生成的sinc脉冲序列和凯瑟窗序列点乘得到初级子带滤波器序列；3)通过级联的方式，利用初级滤波器序列卷积生成次级滤波器序列；4)将次级滤波器搬移到子带的中心频率，得到子带滤波器。本发明专利技术能够有效抑制子带的频谱泄露且阶数低于现有滤波器，能够明显降低子带滤波器设计复杂度。可用于滤波正交频分复用系统的子带滤波环节。

A design method of low order subband filter for filter orthogonal frequency division multiplexing system

【技术实现步骤摘要】
一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法
本专利技术属于通信
，涉及无线通信，更进一步涉及一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法，可用于面向5G的滤波正交频分复用F-OFDM系统的子带滤波环节。
技术介绍
滤波正交频分复用F-OFDM(Filtered-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术，是一种在OFDM系统基础上衍生出来的新型空口波形调制技术，可以根据具体应用场景来自适应地调节子载波间的带宽。其基本思想是把一个完整频带划分为一定数量的子带，每个子带的数据经过各自的子带滤波器处理后再叠加在一起进行传输，在单个子带上可以根据具体的场景业务需要进行不同的参数配置，实现更好地按照需求分配利用频谱资源。然而，在子带滤波器设计上，需要滤波器能够有很好地抑制子带的频谱泄露，减小系统的子带间干扰。目前F-OFDM系统子带滤波器的一个主要缺陷便在于，想要得到较好的阻带衰减，达到抑制频谱泄露的效果，则子带滤波器的长度需要很长，即滤波器阶数很高，从而导致滤波器设计复杂度变高。杨立章等人在论文“DesignofSubbandFilterontheF-OFDMSystemandResearchontheMethodofPAPRReduction”中提出了一种基于Nuttall’sBlackman-Harris窗的子带滤波器设计方法，该方法的实施步骤是：第一步，先通过子带的快速傅里叶变换FFT点数求出理想滤波器的单位抽样响应；第二步，设计Nuttall’sBlackman-Harris窗的窗函数序列，并设置窗函数的加权系数为：a1＝0.4891775，a1＝0.4891775，a2＝0.1365995，a3＝0.0106411；第三步，将Nuttall’sBlackman-Harris窗函数序列与理想滤波器的单位抽样响应进行点乘，得到最终的子带滤波器。这种方法设计的子带滤波器能够较好的抑制子带的频谱泄露，但是需要较长的滤波器长度才能达到较好的抑制效果，从而增大了设计的复杂度。刘念慈等人在其发表的论文“DesignofSubbandFilterandResearchonICICancellationTechnologyinF-OFDMSystem”中提出一种基于凯瑟窗的F-OFDM子带滤波器的设计方法，该方法的实施步骤是：第一步，通过sinc脉冲函数得到理想的线性相位滤波器；第二步，通过凯瑟窗的窗函数生成截断窗序列，并设置凯瑟窗的β值为8.960；第三步，用截断窗序列截断理想线性相位滤波器，得到最终的子带滤波器。该方法使用凯瑟窗窗函数，可以通过调节凯瑟窗的β值灵活地调节主瓣带宽和旁瓣衰减的比重，从而能够使滤波器得到较小的过滤带，在阻带近端的频谱泄露具有更好地抑制效果。然而，如果既要减小过渡带宽度，又要得到足够的阻带衰减，使用该方法仍然需要较长的窗函数，从而导致滤波器的阶数过高，工程实现的设计复杂度变大。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法，通过级联低阶初级滤波器的方式，在有效抑制频谱泄露的基础上，降低子带滤波器的阶数，从而降低了滤波器设计的复杂度。本专利技术的设计思路是：首先设计得到基于凯瑟窗的低阶初级滤波器，然后将初级滤波器进行级联得到次级滤波器，即将初级滤波器的序列进行线性卷积，得到次级滤波器的序列，最后对次级滤波器序列进行频谱搬移操作，搬移到子带的中心频率处。本专利技术实现上述目的的具体步骤如下：(1)获得滤波正交频分复用F-OFDM系统当前子带的快速傅里叶变换FFT的点数N；(2)生成初级子带滤波器序列：(2a)按照下式，计算初级子带滤波器的长度L1：其中，点数N的取值为2的偶次幂，且N≥8；(2b)令i表示初级滤波器的序列号，则i∈[0,L1-1]，生成长度为L1的sinc脉冲序列P(i)；(2c)利用Kaiser窗函数生成长度为L1的加窗序列W(i)；(2d)按照下式，得到初级滤波器序列F1(i)，并将其归一化：其中，·代表序列之间点乘；(3)按照下式，利用初级滤波器序列F1(i)生成次级滤波器序列F2(n)，并计算其长度L：L＝2L1-1，其中，n表示次级滤波器的序列号，且n∈[0,L-1]；表示序列之间的线性卷积操作；(4)将次级滤波器F2(n)搬移到子带的中心频率，得到子带滤波器序列F(n)：其中，e表示自然常数，j表示虚数符号，π表示圆周率，fc表示当前子带的中心频率，Δf表示当前子带的子载波间隔。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一、由于本专利技术采用级联低阶滤波器的方式，级联的卷积效果使得滤波器抑制子带的频谱泄露的效果更佳，且级联后的次级滤波器长度依然较短，从而降低了子带滤波器的阶数，克服了现有技术同等抑制效果下，滤波器阶数过高的缺点，使子带滤波器复杂度变低；第二、由于本专利技术采用的初级滤波器为低阶的凯瑟窗窗函数设计的滤波器，使得级联后的滤波器依然可以通过调节β值来改变过渡带的宽度，且对阻带衰减的影响不会太大，从而在低阶的情况下既保证了足够的阻带衰减，又能减小过渡带宽度。附图说明图1为本专利技术方法的实现流程图；图2为本专利技术与现有技术的频谱泄露抑制效果对比仿真结果图；图3为本专利技术与现有技术的接收信号误比特率对比仿真结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的做进一步的描述。参照附图1，本专利技术提出的一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法，包括如下步骤：步骤1：获得滤波正交频分复用F-OFDM系统当前子带的快速傅里叶变换FFT的点数N；步骤2：生成初级子带滤波器序列：(2a)按照下式，计算初级子带滤波器的长度L1：其中，点数N的取值为2的偶次幂，且N≥8；(2b)令i表示初级滤波器的序列号，则i∈[0,L1-1]，生成长度为L1的sinc脉冲序列P(i)，具体步骤如下：第一步，获得滤波正交频分复用F-OFDM系统的快速傅里叶变换FFT的点数N和当前子带的子载波数subnum，并设置超额带宽toneoffset＝1.5；第二步，根据下式，生成长度为L1的sinc脉冲序列P(i)：其中，k表示偶对称序列，且k∈[-(L1-1)/2,(L1-1)/2]；·代表序列之间点乘；subnum表示当前子带的子载波数；toneoffset表示超额带宽；sin()表示正弦函数，π表示圆周率。(2c)利用Kaiser窗函数生成长度为L1的加窗序列W(i)，具体步骤如下：第1步，综合考虑Kaiser窗函数的过渡带宽度和旁瓣幅度，设置主旁瓣比重调节参数β为3.05；第2步，按照下式，计算得到长度为L1的加窗序列W(i)：其中，I0表示修正过的零阶贝塞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法，包括如下步骤：/n(1)获得滤波正交频分复用F-OFDM系统当前子带的快速傅里叶变换FFT的点数N；/n(2)生成初级子带滤波器序列：/n(2a)按照下式，计算初级子带滤波器的长度L

【技术特征摘要】
1.一种滤波正交频分复用系统的低阶子带滤波器设计方法，包括如下步骤：
(1)获得滤波正交频分复用F-OFDM系统当前子带的快速傅里叶变换FFT的点数N；
(2)生成初级子带滤波器序列：
(2a)按照下式，计算初级子带滤波器的长度L1：



其中，点数N的取值为2的偶次幂，且N≥8；
(2b)令i表示初级滤波器的序列号，则i∈[0,L1-1]，生成长度为L1的sinc脉冲序列P(i)；
(2c)利用Kaiser窗函数生成长度为L1的加窗序列W(i)；
(2d)按照下式，得到初级滤波器序列F1(i)，并将其归一化：



其中，·代表序列之间点乘；
(3)按照下式，利用初级滤波器序列F1(i)生成次级滤波器序列F2(n)，并计算其长度L：



L＝2L1-1，
其中，n表示次级滤波器的序列号，且n∈[0,L-1]；表示序列之间的线性卷积操作；
(4)将次级滤波器F2(n)搬移到子带的中心频率，得到子带滤波器序列F(n)：



其中，e表示自然常数，j表示虚数符号，π表示圆周率，fc表示当前子带的中心频率，Δf表示当前子带的子载波间隔。


2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤(2b)中生成长度为L1的sinc脉冲序列P(i)的具体步骤如下：
(2b1)获得滤波正交频分复用F-OFDM系统的快速傅里叶变换FFT的点数N和当前子带的子载波数subnum，并设置超额带...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，毛宁，余逸航，刘尧龙，秦凡，张海林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61