Estudio de formatos de señales para los futuros sistemas de comunicaciones de 5ª generación 5G.

Abstract

La modulación OFDM ha sido la modulación multiportadora más empleada en los estándares de comunicaciones inalámbricas debido a su robustez ante los desvanecimientos y a su baja complejidad computacional. Sin embargo, los sistemas basados en OFDM no son necesariamente los que mejor se adaptan a las condiciones demandadas en la actualidad, ya que requieren una alta eficiencia espectral. Es por ello por lo que se proponen modulaciones alternativas, como FBMC, que ofrece una menor interferencia entre los canales adyacentes, así como un uso del ancho de banda más eficiente en comparación con OFDM. FBMC se presenta como una candidata para la capa física de la quinta generación del estándar de telecomunicaciones 5G. Este proyecto esta orientado en continuar los estudios realizados por el proyecto fin de Grado “La Capa Física de los Futuros Sistemas de 5ª Generación 5G” de Luis Fernando Arias Macías, y en el que se presenta tanto el diseño en Matlab como la posterior implementación de un transmisor FBMC en un entorno de radio definida por software (SDR). El estudio comienza mediante la explicación del concepto de transmisión multiportadora, para proporcionar los fundamentos de la modulación FBMC. A continuación, se brindará una breve discusión sobre OFDM para indicar sus deficiencias ante los requisitos de los estándares de comunicación de próxima generación. El filtro prototipo que definirá el núcleo de FBMC se explicará junto con la derivación de los bancos de filtros correspondientes del filtro prototipo. Además, se describirá la cadena transmisora-receptora FBMC con todos los componentes del procesamiento de la señal. Esto incluye los detalles de implementación en MATLAB del transmisor FBMC, presentado "bloque por bloque". Finalmente, mediante simulaciones de software, se evalúan las propiedades de la señal y el rendimiento de la señal generada mediante FBMC. Los resultados de la simulación confirmarán que FBMC ofrece una eficiencia espectral mejorada en comparación con OFDM. El trabajo concluirá con los resultados obtenidos que confirmarán como FBMC puede ser una alternativa realizable para las futuras comunicaciones 5G.

Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) has been the most widely adopted multicarrier modulation (MCM) scheme among the broadband wireless standards due to its robustness against multipath fading and low computational complexity. However, OFDM based systems are not necessarily the best fit for more demanding conditions that require higher spectral efficiency. Filter Bank Multicarrier (FBMC) is an alternative multicarrier solution that offers superior adjacent channel leakage ratio properties and more efficient bandwidth usage compared to OFDM. Moreover, FBMC is a possible PHY-layer candidate for fifth generation of mobile telecommunications technology (5G) standards. This Project is focused on the further development of the previous studies achieved in the Project “La Capa Física de los Futuros Sistemas de 5ª Generación 5G”, written by Fernando Arias Macías, and we will perform the design by Matlab and implementation efforts of an FBMC transmitter in a software defined radio (SDR) environment. This Project begins with the explanations of multicarrier transmission, which provide the basics of the FBMC modulation. Then, a brief discussion on OFDM is given to indicate the deficiencies of the OFDM scheme to the requirements of the next generation communication standards. Prototoype filter that defines the core of the FBMC operation is explained together with the derivation of the corresponding filter banks from the prototype filter. Furthermore, the FBMC transmitter-receiver chain with all signal processing components is described. This includes MATLAB details of the FBMC transceiver presented "block by block". Finally, by means of software simulations, signal properties and performance of FBMC systems are evaluated. The simulation and measurement results indicate that FBMC offers improved spectral efficiency compared to OFDM. The talk will be concluded with the appropriate demonstration of why FBMC may be a feasible alternative for the future communication systems 5G.