[论文解读] Out-of-Band Radiation Comparison of GFDM, WCP-COQAM and OFDM at Equal Spectral Efficiency

Ali Bulut Üçüncü|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

PAPR reduction in OFDM参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文在频谱效率相等的前提下，对GFDM、WCP-COQAM和OFDM在带外（OOB）辐射和载波频偏（CFO）抗性方面进行了公平比较，对三者均应用了加窗和保护间隔技术。结果表明，在频谱效率相等的条件下，三种调制方式的OOB辐射几乎完全相同，这削弱了文献中关于GFDM和WCP-COQAM在OOB方面优于OFDM的宣称，当抑制技术统一应用时该优势不复存在。

ABSTRACT

GFDM and WCP-COQAM are amongst the candidate physical layer modulation formats to be used in 5G, whose claimed lower out-of-band (OOB) emissions are important with respect to cognitive radio based dynamic spectrum access solutions. In this study, we compare OFDM, GFDM and WCP-COQAM in terms of OOB emissions in a fair manner such that their spectral efficiencies are the same and OOB emission reduction techniques are applied to all of the modulation types. Analytical PSD expressions are also correlated with the simulation based OOB emission results. Maintaining the same spectral efficiency, carrier frequency offset immunities will also be compared.

研究动机与目标

• 通过均衡频谱效率，对OFDM、GFDM和WCP-COQAM的OOB辐射进行公平比较。
• 对三种调制方式统一应用OOB抑制技术——加窗和保护间隔插入，以确保比较的公平性。
• 在频谱效率相等的条件下评估CFO抗性，以验证OOB比较的公平性。
• 推导解析的功率谱密度（PSD）表达式，并将其与仿真结果相关联，以进行OOB辐射分析。

提出的方法

• 通过增加OFDM的子载波数量，使其与GFDM和WCP-COQAM的频谱效率相等，同时保持相同的带宽。
• 利用从信号模型中推导出的解析PSD表达式预测OOB辐射水平，并通过蒙特卡洛仿真进行验证。
• 对三种调制方式（OFDM、GFDM、WCP-COQAM）均应用加窗和保护间隔插入技术以抑制OOB辐射。
• 采用静态COST-207丘陵地形信道模型，假设信道状态信息完美且使用单抽头迫零均衡，评估SER与SNR在CFO下的表现。
• 对GFDM采用匹配滤波（MF）、迫零（ZF）和干扰 canceling（MF-DSIC）接收机，以评估不同接收机类型下的性能。
• 将OFDM的解析AWGN性能与仿真结果进行比较，以验证模型和仿真设置的正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当频谱效率相等时，GFDM或WCP-COQAM是否在OOB辐射方面显著优于OFDM？
• RQ2 在频谱效率相等的条件下，加窗和保护间隔插入对OFDM、GFDM和WCP-COQAM的OOB辐射有何影响？
• RQ3 当OFDM的子载波数量增加至与GFDM和WCP-COQAM的频谱效率相当时，其CFO抗性是否受到影响？
• RQ4 解析PSD表达式在多大程度上能准确预测仿真中观察到的OOB辐射行为？

主要发现

• 在频谱效率相等且抑制技术统一应用的条件下，OFDM、GFDM和WCP-COQAM的OOB辐射几乎完全相同。
• 文献中常宣称的GFDM和WCP-COQAM在OOB辐射方面优于OFDM的优势，在频谱效率相等且共享抑制方法的公平比较条件下不复存在。
• 解析PSD表达式与仿真结果高度吻合，验证了模型在预测OOB行为方面的准确性。
• 尽管子载波数量更高，OFDM在频谱效率相等条件下并未表现出比GFDM或WCP-COQAM更差的CFO抗性，因为CFO引起的符号间干扰对所有系统的影响相似。
• 在CFO条件下，OFDM的SER性能与GFDM和WCP-COQAM相当，证实了比较框架的公平性。
• 该结论在不同脉冲成形（升余弦、狄利克雷、高斯）下均成立，表明研究结果对脉冲形状选择具有鲁棒性。