[發明專利]一種濾波正交頻分復用系統的低階子帶濾波器設計方法

有效

• 申請號: 202010213869.X
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111277245B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 劉毅;毛寧;余逸航;劉堯龍;秦凡;張海林
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03H21/00
• 分類號: H03H21/00;H03H17/02;H04L27/26
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 侯瓊;王品華

本發明公開了一種濾波正交頻分復用系統的低階子帶濾波器設計方法，主要解決現有技術在保證子帶頻譜泄露抑制效果前提下，子帶濾波器階數過高的問題。其實現步驟為：1)獲得濾波正交頻分復用系統當前子帶的快速傅里葉變換FFT的點數；2)通過生成的sinc脈沖序列和凱瑟窗序列點乘得到初級子帶濾波器序列；3)通過級聯的方式，利用初級濾波器序列卷積生成次級濾波器序列；4)將次級濾波器搬移到子帶的中心頻率，得到子帶濾波器。本發明能夠有效抑制子帶的頻譜泄露且階數低于現有濾波器，能夠明顯降低子帶濾波器設計復雜度。可用于濾波正交頻分復用系統的子帶濾波環節。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及無線通信，更進一步涉及一種濾波正交頻分復用系統的低階子帶濾波器設計方法，可用于面向5G的濾波正交頻分復用F-OFDM系統的子帶濾波環節。

背景技術

濾波正交頻分復用F-OFDM(Filtered-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技術，是一種在OFDM系統基礎上衍生出來的新型空口波形調制技術，可以根據具體應用場景來自適應地調節子載波間的帶寬。其基本思想是把一個完整頻帶劃分為一定數量的子帶，每個子帶的數據經過各自的子帶濾波器處理后再疊加在一起進行傳輸，在單個子帶上可以根據具體的場景業務需要進行不同的參數配置，實現更好地按照需求分配利用頻譜資源。然而，在子帶濾波器設計上，需要濾波器能夠有很好地抑制子帶的頻譜泄露，減小系統的子帶間干擾。目前F-OFDM系統子帶濾波器的一個主要缺陷便在于，想要得到較好的阻帶衰減，達到抑制頻譜泄露的效果，則子帶濾波器的長度需要很長，即濾波器階數很高，從而導致濾波器設計復雜度變高。

楊立章等人在論文“Design of Subband Filter on the F-OFDM System andResearch on the Method of PAPR Reduction”中提出了一種基于Nuttall’s Blackman-Harris窗的子帶濾波器設計方法，該方法的實施步驟是：第一步，先通過子帶的快速傅里葉變換FFT點數求出理想濾波器的單位抽樣響應；第二步，設計Nuttall’s Blackman-Harris窗的窗函數序列，并設置窗函數的加權系數為：a₁＝0.4891775，a₁＝0.4891775，a₂＝0.1365995，a₃＝0.0106411；第三步，將Nuttall’s Blackman-Harris窗函數序列與理想濾波器的單位抽樣響應進行點乘，得到最終的子帶濾波器。這種方法設計的子帶濾波器能夠較好的抑制子帶的頻譜泄露，但是需要較長的濾波器長度才能達到較好的抑制效果，從而增大了設計的復雜度。

劉念慈等人在其發表的論文“Design of Subband Filter and Research on ICICancellation Technology in F-OFDM System”中提出一種基于凱瑟窗的F-OFDM子帶濾波器的設計方法，該方法的實施步驟是：第一步，通過sinc脈沖函數得到理想的線性相位濾波器；第二步，通過凱瑟窗的窗函數生成截斷窗序列，并設置凱瑟窗的β值為8.960；第三步，用截斷窗序列截斷理想線性相位濾波器，得到最終的子帶濾波器。該方法使用凱瑟窗窗函數，可以通過調節凱瑟窗的β值靈活地調節主瓣帶寬和旁瓣衰減的比重，從而能夠使濾波器得到較小的過濾帶，在阻帶近端的頻譜泄露具有更好地抑制效果。然而，如果既要減小過渡帶寬度，又要得到足夠的阻帶衰減，使用該方法仍然需要較長的窗函數，從而導致濾波器的階數過高，工程實現的設計復雜度變大。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足，提出一種濾波正交頻分復用系統的低階子帶濾波器設計方法，通過級聯低階初級濾波器的方式，在有效抑制頻譜泄露的基礎上，降低子帶濾波器的階數，從而降低了濾波器設計的復雜度。

本發明的設計思路是：首先設計得到基于凱瑟窗的低階初級濾波器，然后將初級濾波器進行級聯得到次級濾波器，即將初級濾波器的序列進行線性卷積，得到次級濾波器的序列，最后對次級濾波器序列進行頻譜搬移操作，搬移到子帶的中心頻率處。