Equa ion Chap e 1 Sec ion 1
T abajo Fin de Más e
Más e Uni e si a io en Ingenie ía de
Telecomunicación
Es udio de o mas de onda candida as pa a
comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal
GFDM
Au o : Bo ja de los Ríos de la Peña
Tu o : Ma ía José Made o Ayo a
Dep. Teo ía de la Señal y Comunicaciones
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2018
iii
T abajo Fin de Más e
Ingenie ía de Telecomunicación
Es udio de o mas de onda candida as pa a
comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal
GFDM
Au o :
Bo ja de los Ríos de la Peña
Tu o :
Ma ía José Made o Ayo a
P o eso i ula
Dep. de Teo ía de la Señal y Comunicaciones
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2018
T abajo Fin de Más e : Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis
de señal GFDM
Au o :
Bo ja de los Ríos de la Peña
Tu o :
Ma ía José Made o Ayo a
El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os:
P esiden e:
Vocales:
Sec e a io:
Acue dan o o ga le la cali icación de:
Se illa, 2018
El Sec e a io del T ibunal

ii
A mi amilia
A mis amigos
A mis p o eso es
ix
Ag adecimien os
Son muchas las pe sonas a las que me gus a ía ag adece su apoyo y ayuda incondicional a lo la go de la
ealización del Más e que e mino con es e abajo.
En p ime luga , me gus a ía ag adece a mis compañe os de clase del más e ya que han conseguido, que pese
las épocas de mayo es és del cu so, se me hicie a más ameno, me sin ie a cómodo en clase y pudie a saca lo
adelan e g acias a su ayuda. Es oy segu o de que, en el u u o, nos segui emos iendo ue a de la escuela.
Po o o lado, g acias a mi amilia po pe mi i me es udia lo que me gus a y amplia mis conocimien os
ealizando es e más e .
Además, que ía ag adece a mi u o a, Ma ía José, po aconseja me y guia me en es e abajo. G acias a u
ayuda he e minado mucho más sa is echo con el esul ado inal es e abajo y de la memo ia del mismo.
Po úl imo, ag adece eno memen e a And ea po es a siemp e ahí desde p ác icamen e el comienzo de es a
e apa y aguan a me cuando no daba abas o con abajos, exámenes o p esen aciones de clase. Desde que nos
conocimos odo me ha ido ex ao dina iamen e bien y, en g an pa e, es g acias a i. G acias.
5.4.2. Diag ama de bloques 48
5.4.3. Compa ación del espec o UFMC con OFDM 49
5.4.4. Ven ajas e incon enien es de UFMC 50
6. Resul ados 51
6.3. Escena ios 52
6.3.1. Escena io lineal 52
6.3.2. Escena io no lineal (sa u ación) 52
6.4. Resul ados ob enidos 53
6.4.1. Resul ados de simulación en MATLAB 53
6.4.2. Resul ados del escena io lineal 55
6.4.3. Resul ados en el escena io no lineal (sa u ación) 57
6.5. Conclusiones de los esul ados 60
7. Conclusiones y abajo u u o 61
Anexo A 63
Re e encias 67
Glosa io 69

x ii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3-1. Pa áme os écnicos de los es ánda es de comunicación celula analógica 7
Tabla 3-2. Pa áme os cla e de 5G NR. 19
Tabla 3-3. Resumen del núme o de slo s po ama y sub ama. 21
Tabla 6-1. Pa áme os de las señales gene adas. 51
Tabla 6-2. PAPR ob enido pa a las señales “ideales”. 53
Tabla 6-3. Resul ados de PAPR, ACPR y NMSE pa a el escena io lineal. 56
Tabla 6-4. Resul ados de PAPR, ACPR y NMSE pa a el escena io no lineal. 59
Tabla 6-5. Tabla esumen con los alo es ob enidos del análisis de las señales GFDM y GS-GFDM an e
OFDM. 60
xix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figu a 2-1. F on al del gene ado ec o ial de señales SMU 200A. 3
Figu a 2-2. Analizado ec o ial de señal N9030 PXA. 4
Figu a 3-1. E olución de los disposi i os mó iles y ca ac e ís icas de cada gene ación. 5
Figu a 3-2. Espec o OFDM pa a 5 subpo ado as. 12
Figu a 3-3. Esquema de subpo ado as en OFDMA y SC-FDMA indicando di e en es símbolos con dis in os
colo es. 13
Figu a 3-4. In e e encia en e símbolos debido al mul i ayec o. 14
Figu a 3-5. P oblema de des iación en ecuencia e in e e encia en e subpo ado as (ICI). 14
Figu a 3-6. Es uc u a del símbolo OFDM con p e ijo cíclico. 15
Figu a 3-7. Si uación en ecepción de amas OFDM con p e ijo cíclico. 15
Figu a 3-8. Esquemá ico del aho o de ancho de banda ob enido con OFDM. 16
Figu a 3-9. Zona de ansmisión en banda (B) y ue a de banda (OOB) de una señal OFDM. 17
Figu a 3-10. Signi icado de sepa ación en e subpo ado as (∆𝑓). 19
Figu a 3-11. Fo mación de ama con SCS de 15 kHz. 20
Figu a 3-12. Fo mación de ama con SCS de 60 kHz. 20
Figu a 3-13. Ejemplo de uso y anchos de banda pa a dis in as con ig aciones de 5G NR. 21
Figu a 3-14. G á ico compa ando el á ico web, de co eo elec ónico y de da os de edes ijas y mó iles.
22
Figu a 3-15. Diag ama de acele ado es del c ecimien o del á ico pa a 2020. 23
Figu a 3-16. Núme o de disposi i os IoT conec ados mundialmen e de 2015 a 2025 (billones). 24
Figu a 3-17. Núme o de conexiones M2M a escala mundial de 2014 a 2021 (billones). 24
Figu a 4-1. Diag ama de bloques del modulado GFDM. 27
Figu a 4-2. Banco de il os pa a M = 9 jun o con un símbolo sob emues eado. 28
Figu a 4-3. Valo absolu o de la ma iz de ansmisión pa a unos alo es de K = 4 y M = 7. 29
Figu a 4-4. Rep esen ación de es pulsos de la ma iz de ansmisión. 30
Figu a 4-5. Respues a en ecuencia de pulsos que componen a la ma iz de ansmisión. 31
Figu a 4-6. Compa ación del uso del p e ijo cíclico en e GFDM y OFDM. 32
Figu a 4-7. Fo mación de las amas OFDM y GFDM. 32
Figu a 4-8. Banco de il os pa a M=9 y K=64. 33
Figu a 4-9. Magni ud de la espues en ecuencia pa a los pulsos que ansmi en los es p ime os subsímbolos.
34
Figu a 4-10. Banco de il os pa a M=9 y K=64. También se ep esen an las M p ime as mues as de los M
subsímbolos, donde la p ime a iene el alo ce o al ene el p ime subsímbolo a ce o. 34
Figu a 4-11. Símbolos en el iempo con p ime subsímbolo a ce o. 35
Figu a 4-12. Diag ama de bloques del ecep o GFDM u ilizando MF y el algo i mo cancelado de
in e e encia (IC) [9]. 37
Figu a 4-13. Con igu ación de amas GFDM y OFDM pa a downlink. 38
Figu a 4-14. Con igu ación de amas GFDM y OFDM pa a uplink. 38
Figu a 4-15. Espec os GFDM y OFDM ob enidos en simulación. 39
Figu a 4-16. Espec os GFDM, GS-GFDM y OFDM ob enidos en simulación. 39
Figu a 5-1. Fil ado de las subpo ado as po el banco de il os en FBMC. 41
Figu a 5-2. Fil o p o o ipo p opues o en [11]. 42
Figu a 5-3. Banco de il os pa a FBMC. 43
Figu a 5-4. Diag ama de bolques pa a el ansmiso FBMC. 44
Figu a 5-5. Diag ama de bloques pa a el ecep o FBMC. 44
Figu a 5-6. Respues a en magni ud del il o p o o ipo FBMC en compa ación con el il o OFDM. 45
Figu a 5-7. Compa ación del espec o de OFDM con FBMC pa a dis in os alo es del ac o de solapamien o.
46
Figu a 5-8. Fil ado de las subpo ado as po el banco de il os en UFMC. 47
Figu a 5-9. Diag ama de bloques del ansmiso UFMC. 48
Figu a 5-10. Diag ama de bloques del ecep o UFMC. 49
Figu a 5-11. Espec o mul iusua io UFMC (izquie da) y espec o OFDM con mismo núme o de subpo ado as
(de echa). 49
Figu a 6-1. Esquema del escena io líneal. 52
Figu a 6-2. Esquema del ci cui o no lineal. 52
Figu a 6-3. Ci cui o con espues a no lineal. 53
Figu a 6-4. Pa e eal de OFDM, GFDM y GS-GFDM en iempo. 54
Figu a 6-5. Espec os de las señales “ideales” OFDM, GFDM y GS-GFDM ob enidos en simulación. 54
Figu a 6-6. Espec os de las señales ob enidos po el equipo del labo a o io pa a el escena io lineal. 55
Figu a 6-7. Cálculo del ACPR pa a la señal OFDM en escena io lineal po el equipo del labo a o io. 55
Figu a 6-8. Cálculo del ACPR pa a la señal GFDM en escena io lineal po el equipo del labo a o io. 56
Figu a 6-9. Cálculo del ACPR pa a la señal GS-GFDM en escena io lineal po el equipo del labo a o io. 56
Figu a 6-10. Rep esen ación de la pa e eal de las señales OFDM, GFDM y GS-GFDM en el dominio del
iempo en el escena io lineal. 57
Figu a 6-11. Espec os de las señales ob enidos po el equipo del labo a o io pa a el escena io no lineal. 57
Figu a 6-12. Cálculo del ACPR pa a la señal OFDM en sa u ación po el equipo del labo a o io. 58
Figu a 6-13. Cálculo del ACPR pa a la señal GFDM en sa u ación po el equipo del labo a o io. 58
Figu a 6-14. Cálculo del ACPR pa a la señal GS-GFDM en sa u ación po el equipo del labo a o io. 58
Figu a 6-15. Rep esen ación de la pa e eal de las señales OFDM, GFDM y GS-GFDM en el dominio del
iempo en el escena io no lineal. 59
xxi

1
1 INTRODUCCIÓN
l núme o de usua ios y disposi i os conec ados a las edes mó iles aumen a de mane a exponencial lo
que obliga a las elecomunicaciones y a las ecnologías a e oluciona cons an emen e. Así, las
ecnologías de edes mó iles pasan po épocas o gene aciones pe mi iendo sa is ace es e aumen o de la
demanda.
Ac ualmen e, la cua a gene ación (4G) log a que los usua ios expe imen en elocidades ele adas que les
pe mi en consumi con enido mul imedia, así como ealiza ideocon e encias, e ídeos en i o, e c. No
obs an e, en e a nue as necesidades exis en es y el desa ollo de nue os disposi i os y ecnologías, ya se ha
plan eado pasa a la quin a gene ación: 5G.
Es e abajo p e ende desa olla la idea de po qué la quin a gene ación es necesa ia y es udia nue as o mas
de onda candida as cuyas p es aciones pe mi an da paso a la siguien e gene ación.
1.1. Obje i os
El p ime obje i o de es e abajo es el es udio eó ico de es de las o mas de onda candida as más popula es
pa a la quin a gene ación: GFDM, FBMC y UFMC.
Pese a que se ealiza á un es udio eó ico pa a las es, se de alla á más en p o undidad GFDM consiguiendo
ene una idea más cla a de su uncionamien o ya que el siguien e obje i o del abajo se á la gene ación y
análisis de una señal GFDM. Es e obje i o comp ende la simulación, gene ación y análisis de la ansmisión
de la señal po di e en es escena ios y compa a el esul ado con una señal OFDM, u iliada en 4G.
No en a en los obje i os del abajo el diseño y ealización de un ecep o GFDM, po lo que las medidas y
p uebas ealizadas a la señal gene ada comp ende án la pa e de gene ación y ansmisión.
E
In elligence is he abili y o adap o change.
- S ephen Hawking -
In oducción
2
1.2. Con enido y es uc u a
Pa a log a desa olla e icazmen e lo expues o en el apa ado an e io , se ha decidido es uc u a el abajo de
la siguien e o ma:
- Capí ulo 2 - Ma e ial y mé odo: En el que se expond á la me odología u ilizada y se de alla á el
ma e ial u ilizado pa a las simulaciones, así como el u ilizado en el labo a o io.
- Capí ulo 3 – E olución de las edes mó iles: Pa a si ua al lec o en el con ex o de las edes mó iles
ac uales es con enien e epasa el pasado de las mismas, des acando ca ac e ís icas y necesidades
encon adas pa a la e olución de las comunicaciones.
- Capí ulo 4 – GFDM: En es e capí ulo se de alla á eó icamen e la o ma de onda seleccionada en es e
abajo pa a su pos e io gene ación y análisis.
- Capí ulo 5 – O as o mas de onda candida as: Un obje i o de es e abajo ambién es el es udio de
o as o mas de onda candida as pa a 5G pa a analiza eó icamen e sus en ajas e incon enien es
en e a la u ilizada ac ualmen e.
- Capí ulo 6 – Resul ados: Una ez inalizado el es udio eó ico de las o mas de onda candida as pa a
5G se ealiza un análisis de una señal GFDM gene ada y se compa a con la o ma de onda u ilizada en
4G: OFDM.
- Capí ulo 7 – Conclusiones y abajo u u o: Finalmen e se ex ae án las conclusiones de los esul ados
ob enidos en es e abajo además de expone un posible abajo u u o que pueda con inua el p esen e
abajo.
3
2 MATERIAL Y MÉTODO
a a comenza a ealiza es e abajo se ealizó una e isión bibliog á ica ace ca de las o mas de onda
más conocidas pa a comunicaciones 5G. Pa a ello se u iliza on las bases de da os de a ículos del IEEE,
además de a ios in o mes publicados en la web de la ITU y lib os disponibles como ecu sos en línea a
a és de la biblio eca de la Escuela Supe io de Ingenie ía de Se illa.
Con la bibliog a ía ob enida se ealizó un es udio eó ico de las es o mas de onda elegidas pa a es e abajo:
GFDM, FBMC y UFMC. De es as o mas de onda se ealizó un es udio en mayo p o undidad de GFDM ya
que, pos e io men e, se simula ía y analiza ía una señal que u iliza dicha o ma de onda.
El análisis eó ico an e io ue impo an e pa a en oca de mane a más e icien e la ase de gene ación y
simulación de la señal ya que se enía una idea más cla a de cómo gene a la y qué esul ados se espe aban
ob ene .
La gene ación y simulación de la señal GFDM se ealizó median e el so wa e MATLAB. Cuando en la
simulación se obse ó que el esul ado e a el deseado se gua dó la señal ob enida y se p ocedió a su
gene ación en el labo a o io.
Se u ilizó el gene ado de señal SMU 200A de Rohde & Schwa z pa a ob ene las señales ob enidas en
MATLAB. Esa señal gene ada, as pasa po di e en es disposi i os que con o maban di e en es escena ios
(lineal y no lineal) es analizada po el analizado ec o ial de señales N9030 PXA de Agilen .
Figu a 2-1. F on al del gene ado ec o ial de señales SMU 200A.
P
Inno a ion dis inguishes be ween a leade and a ollowe .
- S e e Jobs -
E olución de las Redes Mó iles
10
3.3.1. HSDPA y HSUPA (3.5G y 3.75G)
La e olución de UMTS dio luga a las ecnologías denominadas 3.5G (HSDPA) y 3.75G (HSUPA) de las que
se des acan las siguien es ca ac e ís icas:
- HSDPA:
o Se alcanzan elocidades de bajada de has a 14 Mbps.
o Adap ación de la asa de ansmisión po pa e de la es ación base en unción del es ado del
canal. Es o log a un uso más e icien e del canal en compa ación con UMTS.
o Además, el es ado del canal p o oca que la es ación base modi ique la plani icación de los
usua ios. Es a ca ac e ís ica hace un uso más e icien e de la po encia de ansmisión u ilizada
po la es ación base ya que en luga de despe dicia po encia in en ando una comunicación
hacia un usua io con un canal muy des a o able escoge o o usua io con un mejo canal en
ese momen o.
o HSPDA in oduce asas y e a dos a iables lo que no es adecuado pa a á ico de clase
con e sacional. No obs an e, se ob ienen mejo es p es aciones que con UMTS pa a se icios
que no poseen equisi os en los e a dos.
- HSUPA:
o Mejo a de UMTS cen ada en consegui mayo es elocidades de ansmisión y mayo
capacidad en uplink.
o Al igual que HSDPA, es e es ánda log a mejo es p es aciones pa a se icios sin lími e en los
e a dos.
o Se alcanzan asas de 5,7 Mbps en enlace ascenden e, aunque pos e io men e se log a ían
has a 11,5 Mbps.
o Reduce el e a do en el á ico de paque es espec o a UMTS.
3.4. Cua a gene ación (4G)
La cua a gene ación nace an e el aumen o del á ico de da os po pa e de los usua ios, eniendo un
c ecimien o exponencal desde 2007.
4G ambién es conocida como LTE. Es e e mino ue acuñado po la 3GPP pa a nomb a a la línea de abajo
que in es iga ía la mejo a de la ed UMTS.
Además, al igual que ya ocu ió an e io men e, la ITU elabo ó un comi é enca gado de de ini es a nue a
gene ación. A es e comi é se le conoce como IMT-Ad anced y su p incipal obje i o e a de ini las
especi icaciones a alcanza pa a conside a que se ha alcanzado la cua a gene ación. De las especi icaciones
de alladas po dicho comi é des aca la que exige que se alcancen unas elocidades de conexión máximas de
100 Mbps pa a e minales con una mo ilidad ele ada y de 1 Gbps pa a mo ilidades bajas.
El abajo pa a de ini LTE comenzó en 2005, no obs an e, no ue has a inales de 2009 cuando se lanzó la
p ime a ed come cial. Sin emba go, LTE seguía sin cumpli los equisi os es ablecidos po IMT-Ad anced
además de no cumpli con o as de iniciones más écnicas como la baja e iciencia espec al exigida a 4G.
Es po ello que LTE siguió e olucionando has a que se lanzó la Release 10 (siendo LTE la Release 8). En es a
Release se de inía el LTE-Ad anced (nomb e escogido pa a indica que es a cumpli ía los equisi os del IMT-
Ad anced). Todo es o hace que se mencione habi ualmen e a LTE como 3.99G y a LTE-Ad anced como 4G.

11
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
4G es á basado en el p o ocolo IP pa a su uncionamien o, desca ando así la conmu ación de ci cui os y
u ilizando solamen e conmu ación de paque es. U iliza écnicas de ansmisión basadas en OFDM ( o ma de
onda que se explica á con más de alle pos e io men e) que pe mi en un uso más e icien e del espec o.
Con odo es o, la cua a gene ación apo a las siguien es mejo as espec o a an e io es gene aciones:
- Como ya se ha comen ado se log a un uso del espec o más e icien e g acias al uso de OFDM como
o ma de onda base pa a las comunicaciones.
- Funciona en nume osas bandas de ecuencias, lo que pe mi e un ancho de banda adap a i o.
- La la encia disminuye has a los 100 ms pa a el plano de con ol y los 10 ms pa a el plano de usua io.
- Apo a calidad de se icio ex emo a ex emo.
A con inuación, se de alla á la base y uncionamien o de OFDM, así como las en ajas que in odujo y sus
incon enien es. Es impo an e su análisis pues en capí ulos siguien es se compa a á con o mas de ondas
candida as pa a comunicaciones 5G.
3.4.1. Fo ma de onda 4G: OFDM
La capa ísica de la cua a gene ación, o LTE, u iliza OFDMA (O hogonal F equency-Di ision Mul iple
Access) y SC-FDMA (Single Ca ie F equency Di ision Mul iple Access) pa a enlace descenden e y
ascenden e. Ambas es án basadas en OFDM.
El p incipio undamen al de OFDM es descompone el ancho de banda (W) en K subbandas meno es que son
ansmi idas simul áneamen e median e subpo ado as [2]. Se puede u iliza modulación QAM o PSK en cada
subpo ado a pa a en ia la in o mación.
En o os sis emas de disión múl iple en ecuencia las po ado as es án espaciadas de al o ma que no se
solapan en ecuencia in oduciendo en algunos casos bandas de gua da. Es o pe mi e u iliza il os
con encionales y demodulado es en el ecep o pudiendo sepa a ácilmen e la in o mación ela i a a cada
usua io. No obs an e, se pie de e iciencia en la ansmisión y en el uso del espec o. Po o o lado, uno de los
concep os cla es que u iliza OFDM es la o ogonalidad en e subpo ado as. Es o quie e deci que el sis ema
es capaz de di e encia y ob ene la in o mación de cada subpo ado a, aunque se diseñen de al o ma que
solapen unas con o as.
Además, debido a que el núme o de subpo ado as K suele se ele ado pa a log a que los anchos de banda de
cada subbanda (W/K) sean lo su icien emen e es echos como pa a se meno que el ancho de banda de
cohe encia del canal, se ealizan los p ocesos de modulación y demodulación en iempo disc e o usando pa a
ello la IDFT (In e se Disc e e Fou ie T ans o m). y DFT (Disc e e Fou ie T ans o m).
La o ma de onda OFDM iene la siguien e exp esión en iempo:
𝑥(𝑡)= ∑ [∑𝑑𝑛,𝑘𝜙𝑘 (𝑡 − 𝑛𝑇𝑠)
𝑁−1
𝑘=0 ]
∞
𝑛=−∞
(3-1)
donde
𝜙𝑘(𝑡)= {𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑘𝑡 𝑡 ∈[0,𝑇𝑠]
0 𝑒𝑛 𝑜𝑡𝑟𝑜 𝑐𝑎𝑠𝑜
(3-2)
y
𝑓𝑘=𝑓0+𝑘
𝑇𝑠, 𝑘=0,…,𝐾−1
(3-3)
E olución de las Redes Mó iles
12
- 𝑑𝑛,𝑘 = símbolo ansmi ido du an e el in e alo de iempo n usando la subpo ado a k.
- 𝑇𝑠= du ación de símbolo.
- 𝐾= núme o de subpo ado as OFDM.
- 𝑓𝑘= ecuencia de la subpo ado a k, siendo 𝑓𝑜 la meno ecuencia de la banda.
La sepa ación en e subpo ado as es de ∆𝑓=1/𝑇𝑠. Con ello se consigue que dos subpo ado as di e en es
cumplan la condición de se o ogonales en el in e alo de du ación del iempo de símbolo. Es o quie e deci
que in eg ando en dicho in e alo el esul ado es nulo pa a di e en es subpo ado as:
<𝑥𝑖𝑥𝑗> =1
𝑇𝑠∫𝑥𝑖(𝑡)𝑥𝑗∗(𝑡)
𝑇𝑠
0𝑑𝑡=1
𝑇𝑠∫𝑒𝑗2𝜋(𝑖−𝑗)𝑓𝑘𝑡 𝑑𝑡
𝑇𝑠
0=1
𝑇𝑠∫𝑒𝑗2𝜋(𝑖−𝑗)(𝑡
𝑇𝑠)
𝑇𝑠
0𝑑𝑡=
= {1 𝑠𝑖 𝑖=𝑗
0 𝑠𝑖 𝑖≠𝑗
(3-4)
En la Figu a 3-2 se mues a el espec o de una señal OFDM pa a 5 subpo ado as. Se obse a cómo en la
ecuencia cen al de cada subpo ado a no exis e in e e encia de los o os canales. Po lo an o, si el ecep o
ealiza la co elación en e e encia a la ecuencia cen al de cada subpo ado a puede ecupe a la in o mación
ansmi ida sin in e e encia. Además, con el uso de la écnica mul ipo ado a basada en la DFT, la
mul iplexación en ecuencia es log ada median e a amendo en banda base en luga de en p ocesamien o
paso de banda.
Figu a 3-2. Espec o OFDM pa a 5 subpo ado as.
13
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Una ez que se ha explicado el uncionamien o de OFDM se puede comp ende mejo el uncionamien o de
OFDMA y SC-FDMA:
- Median e OFDMA se log a el acceso múl iple asignando de mane a dinámica las subpo ado as
OFDM en los in e alos de iempo de inidos. Es a asignación puede se una subpo ado a po usua io
o, lo que es más habi ual, asigna un núme o mayo de subpo ado as a un usua io.
- SC-FDMA di ide el ancho de banda en subbandas des inadas a cada usua io. Es as subbandas no
ienen po qué se de mismo ancho, a ia á según el eque imien o de los usua ios.
En la siguien e imagen se ep esen a de mane a simpli icada el uncionamien o y la di e encia en e OFDMA
y SC-FDMA. En es e ejemplo se u iliza solo una subpo ado a po usua io en OFDMA y se ese a el mismo
ancho de banda pa a cada usua io en SC-FDMA pa a acili a su comp esnsión aunque no es la con igu ación
habi ual:
Figu a 3-3. Esquema de subpo ado as en OFDMA y SC-FDMA indicando di e en es símbolos con dis in os
colo es.
3.4.1.1. Ven ajas ob enidas con OFDM
G acias al uso de OFDM se consiguie on nume osas en ajas:
- Asignación dinámica de ancho de banda a cada usua io: OFDM pe mi e asigna un núme o de
subpo ado as y, po an o, cie o ancho de banda de mane a dinámica cambiando cada cie o pe iodo
de iempo. Es o p opo ciona cie a lexibilidad pa a acomoda la elocidad de ansmisión
dependiendo del usua io o de la aplicación, además de log a de ini di e en es calidades de se icio
(QoS).
Además, en OFDMA, ambién es posible asigna subpo ado as no con iguas a un mismo usua io.
Eso apo a lexibilidad ecuencial.
- P esen a un buen uncionamien o en e al mul i ayec o: el p oblema del mul i ayec o es algo que
apa ece en cualquie comunicación mó il. La señal se e a ec ada po di e en es obs áculos
p o ocando múl iples e lexiones, cambiando su ayec o y llegando al e minal des ino a a és de
dis in os caminos. Es o p o oca que el e minal ea la misma señal a ias eces, pe o con cie o
e a do. Los p oblemas causados po el mul i ayec o son:
o In e e encia en e símbolos (ISI): debida al e a do exis en e en la señal que p o oca que se
eciban en el mismo ins an e de iempo dos símbolos di e en es. Po ejemplo, en la Figu a 3-4
se obse a la ecepción en iempo de a ias amas OFDM pa a dis in os ayec os (p). Si las
amas son idén icas sal o po un e a do en la ecepción se ob end á una in e e encia en e
di e en es símbolos de dicha ama:
E olución de las Redes Mó iles
14
Figu a 3-4. In e e encia en e símbolos debido al mul i ayec o.
o In e e encia en e subpo ado as (ICI): causada po la pé dida de o ogonalidad en e las
subpo ado as. En luga de mues ea una subpo ado a en su ecuencia cen al, se ealiza en
una ecuencia di e en e debido a una des iación en ecuencia. Es o p o oca que se ob enga
in e e encia po subpo ado as adyacen es como se obse a en la Figu a 3-5.
Figu a 3-5. P oblema de des iación en ecuencia e in e e encia en e subpo ado as (ICI).
OFDM u iliza el p e ijo cíclico pa a e i a an o la ISI como la ICI. Es a écnica consis e en si ua al
p incipio del símbolo, con du ación 𝑇𝑠, una po ción de iempo 𝑇𝑔 del inal de és e, po lo que el
símbolo end ía una du ación inal de 𝑇𝑠+𝑇𝑔 (Figu a 3-6). Con la elección adecuada de la du ación
del p e ijo cíclico se consigue que la in e e encia ob enida en la ecepción no sea p o ocada po
símbolos dis in os, sino po po ciones del mismo símbolo (Figu a 3-7).
15
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Es a écnica es e ec i a ya que, al ealiza la DFT en ecepción, la salida es in a ian e a desplazamien os
ci cula es como el que p oduce el p e ijo cíclico, po lo que las di e en es éplicas e a dadas de la señal
debidas al mul i ayec o dan luga a la misma in o mación.
Figu a 3-6. Es uc u a del símbolo OFDM con p e ijo cíclico.
Figu a 3-7. Si uación en ecepción de amas OFDM con p e ijo cíclico.
- Uso e icien e del ancho de banda: G acias a la o ogonalidad, OFDM log a hace un uso mucho más
e icien e del ancho de banda asignado ya que las subpo ado as pueden encon a se solapadas sin
p oduci es o in e e encia. Po lo an o, se puede da se icio a un mayo núme o de usua ios con el
mismo ancho de banda:

E olución de las Redes Mó iles
16
- Sencillez de implemen ación: OFDM abaja en el dominio digi al u ilizando p ocesos de FFT/IFFT
los cuales se encuen an muy op imizados.
- Adap ación del enlace: OFDM ambién se ca ac e iza po no ene es icciones espec o al núme o de
símbolos modulados en las subpo ado as. Es o implica que es posible la u ilización de di e en es
modulaciones. Las modulaciones más u ilizadas en LTE son la QPSK, la 16QAM y la 64QAM.
3.4.1.2. Des en ajas de OFDM:
- Sis ema ulne able a des iaciones en ecuencia: Al a a se OFDM de un sis ema mul ipo ado a, es
más sensible a allos en des iaciones de ecuencia que en sis emas de una sola po ado a. Los allos
en ecuencia pueden mos a se p incipalmen e de dos mane as:
o Desajus e en e el eloj de mues eo del ansmiso y ecep o p o ocando ICI.
o Pé dida de alineación en e la ecuencia de e e encia de ansmiso y ecep o debido a la
ines abilidad y a iabilidad del oscilado local p o ocadas po las condiciones an o de
ansmiso como de ecep o . P o oca una deg adación de la señal causada po la educción
de la ampli ud de la subpo ado a deseada y el ICI in oducido (Figu a 3-5).
- Pé dida de e iciencia debido a la in oducción de p e ijo cíclico y pe íodos de gua da: Como se ha
desa ollado en an e io es apa ados, en OFDM exis en p oblemas de ICI e ISI debido al mul i ayec o
inhe en e en las comunicaciones mó iles. Una mane a de educi la deg adación in oducida po
dichos p oblemas es el uso del p e ijo cíclico. No obs an e, su uso ambién in oduce cie a pé dida de
e iciencia ya que se es án ansmi iendo los mismos bi s (la pa e del p e ijo cíclico y el inal del
símbolo) a ias eces. Po cómo es á con igu ado el es ánda LTE se iene un o e head
1
(3-5) del
6,6% ó 7,2%.
𝛽𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑎𝑑 =𝑇𝑔
𝑇𝑔+𝑇𝑆
(3-5)
1
Hace e e encia a la can idad de bi s epe idos que se ansmi en en un símbolo. A mayo o e head peo es la e iciencia de la ansmisión.
Figu a 3-8. Esquemá ico del aho o de ancho de banda ob enido con OFDM.
17
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
- Ele ada elación en e la po encia ins an ánea y po encia media (PAPR): Uno de los e os a los que
se en en a OFDM es el alojamien o de un ango dinámico ele ado de la señal. Es e ango dinámico
hace e e encia a que en una señal OFDM se ob iene una a iación ele ada en e la media de la
po encia de la señal y el máximo de és a. Gene almen e, es e ango dinámico se desc ibe en é minos
de la PAPR.
𝑃𝐴𝑃𝑅= |𝑠(𝑡)|2
𝐸[|𝑠(𝑡)|2]
(3-6)
Un ango dinámico ele ado es algo p esen e en sis emas mul ipo ado as ya que cada una de ellas es
independien e de las demás. Es deci , es posible que la secuencia de da os alinee a las subpo ado as
de mane a cons uc i a (dando como esul ado una señal ele ada) o de mane a des uc i a
(p o ocando una disminución del ni el de señal). En gene al, un ele ado PAPR causa los siguien es
p oblemas:
o Es a a iación c ea p oblemas pa a el diseño del ansmiso y del ecep o ya que se equie e
que sean capaces de aloja es e posible ango dinámico ele ado con la mínima dis o sión
posible. En pa icula , el e o se encuen a en el diseño del ampli icado de po encia y del
ampli icado de bajo uido. Una salida ele ada conduci ía al ampli icado de po encia a la
egión no lineal (ce cano a sa u ación), lo que causa dis o sión. Es a dis o sión gene a lo que
se suele llama ec ecimien o o egene ación espec al y p oduce en la señal un aumen o de
ene gía ansmi ida en los canales adyacen es no deseada. Pa a da solución a es e p oblema,
OFDM debe asegu a que las ope aciones del ampli icado de po encia es án limi adas lo
máximo posible a la egión de ampli icación lineal po lo que OFDM debe abaja con la
media de po encia de la señal bas an e alejada de la zona no lineal pa a pe mi i al as
luc uaciones. Sin emba go, es o educe la e iciencia ya que conlle a a una salida
gene almen e de meno po encia.
o Un ele ado ni el de PAPR ambién p o oca una ele ada ansmisión de ene gía ue a del
ancho de banda de ansmisión (OOB). El p oblema de una ene gía OOB ele ada es la
in e e encia in oducida en los canales adyacen es. Pa a mi iga es a in e e encia los canales
debe án ene un ancho de banda de gua da en e ellos, aunque es o conlle a a un uso más
ine icien e del espec o. Además, o a o ma de mi iga la in e e encia en los canales
adyacen es que suelen in oduci los es ánda es consis e en es ablece una másca a espec al
que la señal debe cumpli .
Figu a 3-9. Zona de ansmisión en banda (B) y ue a de banda (OOB) de una señal OFDM.
E olución de las Redes Mó iles
18
Fundamen almen e, son los p oblemas de pé dida de e iciencia debido a la inclusión del p e ijo cíclico y el
ele ado ni el de PAPR los que hacen que OFDM no sea la o ma de onda candida a más adecuada pa a la
siguien e gene ación de comunicaciones mó iles 5G (se e á más en de alle en capí ulos pos e io es).
No obs an e, a inales del año 2017 salió a la luz la Release 15 ó 5G NR (5G New Radio) de iniendo un
es ánda des inado a apo a soluciones a alguna de las exigencias de 5G basado en OFDM.
3.5. 5G New Radio: adap ación de OFDM pa a 5G
En diciemb e de 2017 el 3GPP ap obó las especi icaciones pa a el p ime es ánda de 5G NR. El acue do es
pa a el 5G NR Non-S andalone (NSA) en el cual el disposi i o mó il usa anscep o es LTE y NR
simul áneamen e y pe mi i á ealiza p uebas come ciales de lo que se á en un u u o el 5G. Es o a o ece á a
las emp esas de elecomunicaciones y ab ican es de ha dwa e ya que cuen an con un es ánda ap obado que
les pe mi e p epa a se pa a la llegada del 5G in eg al.
El 14 de junio de 2018, el 3GPP anunciaba que se había llegado a un acue do de es ánda pa a el 5G NR modo
s andalone (SA) [3]. Es o quie e deci que pe mi i á ene nue as implemen aciones en zonas y egiones
donde no se use in aes uc u a LTE, es deci , edes que se cons uyen desde ce o y que se án 5G desde un
inicio.
Algunas de las ca ac e ís icas de 5G NR son:
- Uso de o a pa e del espec o: El es ánda 5G NR de ine a ios g upos del espec o des inados
especí icamen e pa a el uso de NR que an desde los 2,5 GHz a los 40 GHz. No obs an e, dos bandas
son las que se des ina án de mane a más inmedia a al despliegue en disposi i os mó iles: de 3,3 GHz
a 3,8 GHz y de 4,4 GHz a 5 GHz. De hecho, la banda de 3,3 GHz a 3,8 GHz pod ía e despliegues
5G en 2018. Los o ganismos egulado es en los Es ados Unidos, Eu opa y a ios países asiá icos ya
han libe ado es e espec o pa a el uso de 5G.
- Uso de haces analógicos y digi ales pa a op imiza la in ensidad de la señal: 5G NR u iliza una
combinación de haz analógico y digi al. La mo i ación pa a u iliza haces analógicos ecae en la
mayo di icul ad de p opagación de la señal en un espec o de mayo ecuencia y en la u ilización de
an enas de meno amaño. Po encima de 24 GHz, la o mación de haces analógicos de anchos de haz
más es echos les da a las es aciones base 5G la capacidad de di igi las señales de enlace descenden e
de mane a más e icien e. La es ación base ealiza un escaneo pudiendo iden i ica la ubicación del haz
más e ec i a pa a conec a con un e minal especí ico.
- Basado en OFDM: Pese a exis i a ias o mas de onda candida as pa a 5G, la p ime a ase de 5G NR
iene como base OFDM, la o ma de onda u ilizada en LTE. Pa a el enlace descenden e se u iliza
Ciclic P e ix-OFDM (CP-OFDM) y pa a el enlace ascenden e 5G NR u iliza CP-OFDM (OFDM con
p e ijo cíclico) y DFT-S-OFDM (simila a OFDM pe o ealizando una con e sión se ie a pa alelo del
ec o de símbolos ecibidos y ealizando a con inuación una DFT de dicha ma iz esul an e an es de
ealiza el mapeado de los símbolos en cada subpo ado a). No obs an e, el es ánda in oduce
cambios en el espaciado de las po ado as pa a apo a la lexibilidad en la o mación de la señal y de
las amas que demanda 5G.
3.5.1. Capa ísica en 5G NR
Como se comen ó an e io men e, 5G NR in oduce lexibilidad en el uso del espec o y la o mación de las
amas basándose en la o ma de onda OFDM y u ilizando un espaciado di e en e en e subpo ado as pa a
cada escena io. A es o se le denomina “nume ología”.
A con inuación, se expond án los pa áme os cla es de 5G NR, así como los posibles alo es de la sepa ación
en e po ado as y ejemplos que ayuden a asimila es os concep os.
19
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Tabla 3-2. Pa áme os cla e de 5G NR.
Pa áme o
0, …, 24 GHz
24, …, 100 GHz
Fo ma de acceso
Downlink: CP-OFDM; Uplink: CP-OFDM, DFT-s-OFDM
Ancho de banda po
po ado a
5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 90, 100 MHz
50, 100, 200, 400 MHz
Espaciado en e
subpo ado as
15, 30, 60 kHz
60, 120, 240 (no pa a da os) kHz
Modulación
QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM; uplink sopo a π/2-BPSK (sólo DFT-s-OFDM)
Longi ud de la
ama adio
10 ms
Du ación de la
sub ama
1 ms (alineamien o cada 1 ms)
Modo dúplex
TDD, FDD
TDD
En la Tabla 3-2 se obse an los pa áme os que pueden se u ilizados pa a la o mación de la señal 5G NR. A
des aca la posibilidad de elegi en e a ios espaciados en e subpo ado as di e en es. Cada uno de ellos
apo a á cie as en ajas pa a algunos escena ios especí icos que se e án más adelan e.
La nume ología en NR de ine el espaciado en e subpo ado as (SCS ó ∆𝑓) con la siguien e ó mula:
𝑆𝐶𝑆=15·2𝜇 𝑘𝐻𝑧,𝑐𝑜𝑛 𝜇∈{0,1,2,3,4}
Siendo SCS ó ∆𝑓 el indicado en la siguien e igu a
2
:
Figu a 3-10. Signi icado de sepa ación en e subpo ado as (∆𝑓).
En 5G NR se ienen 14 símbolos po slo . Además, a ios slo s (el núme o depende del alo de SCS) gene an
una sub ama que iene una du ación de 1 ms. Po úl imo, 10 sub amas de 1 ms con o man una ama de 10
ms. Además, se iene un p e ijo cíclico mayo al p incipio en el p ime símbolo OFDM. Pa a acla a es a
es uc u a se p opond án los siguien es ejemplos:
2
Hay au o es que de inen SCS como el espaciado en e los pasos po 0 del lóbulo p incipal de una subpo ado a.

27
4. GFDM
a o ma de onda Gene alized F equency Di ision Mul iplexing (GFDM) es ablece un esquema de
modulación mul ipo ado a lexible pa a edes 5G. Es á basada en la modulación de bloques
independien es los cuales es án compues os de un núme o de subpo ado as y de subsímbolos. Es os
bloques son modulados median e bancos de il os compues os po un pulso p o o ipo desplazado de mane a
ci cula en iempo y ecuencia. Es e capí ulo engloba á la gene ación, ansmisión y ecepción de la señal
GFDM pe mi iendo, jun o a una compa ación con OFDM, conclui sus p incipales en ajas e incon enien es.
4.1. Modulado GFDM
Figu a 4-1. Diag ama de bloques del modulado GFDM.
El modulado GFDM ecibe el ec o de N elemen os 𝑑, el cual descompone en K subpo ado as con M
subsímbolos cada una [7]. Es e paso se mues a en (4-1). El ec o esul an e 𝑑 con iene N = K M elemen os
en el que el elemen o 𝑑𝑘,𝑚 co esponde con el da o ansmi ido en la subpo ado a k del subsímbolo m del
bloque de elemen os.
L
We know he pas bu canno con ol i . We con ol he u u e bu canno know i .
- Claude Shannon -
GFDM
28
𝑑=(𝑑0
𝑇,…,𝑑𝑀−1
𝑇)𝑇 con 𝑑𝑚
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍

=(𝑑0,𝑚,…,𝑑𝐾−1,𝑚)𝑇
(4-1)
Cada subsímbolo pasa po un banco de il os compues o po el pulso u ilizado pa a ansmi i cada da o
desplazado ci cula men e en iempo. An es de es o, cada subsímbolo se sob emues ea con asa K
consiguiendo que los da os adyacen es no in e engan en el il ado como se obse a en la siguien e imagen:
G acias al diseño del il o p o o ipo y al sob emues o de cada subsímbolo se consigue que cuando se il a la
mues a n del subsímbolo m el il o enga alo nulo en la posición de las demás K – 1 mues as de los
es an es subsímbolos y donde el il o no enga alo nulo se enga un alo en las mues as de 0.
El da o 𝑑𝑘,𝑚 es ansmi ido con el pulso co espondien e:
𝑔𝑘,𝑚[𝑛]=𝑔[(𝑛−𝑚𝐾) 𝑚𝑜𝑑 𝑁] exp[−𝑗2𝜋𝑘
𝐾𝑛]
(4-2)
En la ecuación (4-2) el índice n indica el índice de iempo disc e o.
En GFDM se u iliza un il o p o o ipo 𝑔[𝑛] que ecuen emen e se a a de un coseno alzado (RC), aíz de
coseno alzado (RRC) o Di ichle , en e o os. Cada pulso 𝑔𝑘,𝑚[𝑛] es una e sión desplazada ci cula men e en
iempo del pulso 𝑔𝑘,0[𝑛] debido a la ope ación módulo y una e sión desplazada en ecuencia conseguida
g acias a la exponencial compleja.
Las mues as ansmi idas 𝑥=(𝑥[𝑛])𝑇 se ob ienen con la suma de odos los símbolos ansmi idos:
𝑥[𝑛]= ∑∑𝑔𝑘,𝑚[𝑛]
𝑀−1
𝑚=0 𝑑𝑘,𝑛 , 𝑛=0,…,𝑁−1
𝐾−1
𝑘=0
(4-3)
Una ez ob enido 𝑥 se añade el p e ijo cíclico de 𝑁𝐶𝑃 mues as as el modulado GFDM pa a p oduci 𝑥
󰇍
󰇍
󰇍

.
Figu a 4-2. Banco de il os pa a M = 9 jun o con un símbolo sob emues eado.
29
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Figu a 4-3. Valo absolu o de la ma iz de ansmisión pa a unos alo es de K = 4 y M = 7.
4.1.1. Ma iz de ansmisión A
Es usual ealiza las ope aciones de la ecuación (4-3) de mane a ma icial. Pa a ello se debe de ini la ma iz de
ansmisión A de amaño K M × K M de mane a que la ecuación (4-3) se puede e o mula como:
𝑥=𝐴𝑑
(4-4)
La es uc u a de la ma iz A queda de la siguien e o ma:
𝐴=(𝑔0,0… 𝑔𝐾−1,0 𝑔0,1 … 𝑔𝐾−1,𝑀−1)
(4-5)
Las columnas de la ma iz de ansmisión A son las e siones desplazadas ci cula men e en iempo y en
ecuencia de la p ime a columna 𝑔0,0 si uadas de la siguien e mane a:
- Se ag upan los K pulsos enca gados de ansmi i cada k mues as del p ime subsímbolo. A
con inuación, se si úan los K pulsos ansmiso es de las k mues as del segundo subsímbolo y así
sucesi amen e has a ene M bloques de K pulsos ansmiso es.
- Pa a cada ag upación de K pulsos se ealiza la ele ación en ecuencia co espondien e. El pulso k de
cada ag upación se ele a ía a la ecuencia 𝑘−1
𝐾 . De es e modo, se di ide el espec o en K bandas de
mane a que cada mues a del subsímbolo M se si ua en la banda k co espondien e.
De es a o ma, la ma iz A queda cons uida con M bloques de K pulsos cada uno. Pa a la mejo comp ensión
de es a ma iz se han ealizado las siguien es ep esen aciones omando unos alo es de M = 7 y K = 4:
- Rep esen ando el alo absolu o de la ma iz de ansmisión se ob iene:
GFDM
30
Figu a 4-4. Rep esen ación de es pulsos de la ma iz de ansmisión.
En la Figu a 4-3 se puede comp oba la es uc u a comen ada an e io men e: M bloques de K il os
desplazados. Se ep esen an a con inuación los pulsos indicados en colo ojo, e de y magen a:
Se obse a lo siguien e:
- El pulso ojo il a las mues as del p ime subsímbolo y se hace 0 pa a los alo es donde es án
si uadas las siguien es. En es e ejemplo se ía en la posición 1, siendo nulas las demás mues as con
alo 𝑛=𝑚𝐾+ 1, 𝑚= 1,…,𝑀− 1.
- Tan o el pulso e de como el magen a se enca gan de ansmi i el mismo subsímbolo, en es e caso la
e ce a mues a de los mismos (𝑛=3𝐾+1=13), pe o se obse a que su composición en pa e eal
e imagina ia es dis in a. Es o es debido a que cada uno es á si uado a una ecuencia dis in a. Pa a es e
caso pa icula se iene que el pulso e de co esponde con el p ime o del bloque de K pulsos, es deci ,
el pulso k = 1. Sus i uyendo en (4-2) se ob iene:
𝑔𝑘=1,𝑚=3[𝑛]=𝑔[(𝑛) 𝑚𝑜𝑑 𝑁] exp[0]
(4-6)
Es deci , que el pulso e de se a a del pulso p o o ipo desplazado en el iempo, pe o no en
ecuencia. Es po ello po lo que su pa e imagina ia iene un alo nulo. No obs an e, el pulso
magen a es el segundo del bloque, es deci , k = 2. Aplicando (4-2) como se hizo en (4-6) se iene un
desplazamien o en ecuencia.
Po ello, pese a que ambos pulsos ienen la misma espues a en alo absolu o y se enca gan de
ansmi i la posición de la mues a del símbolo, el esul ado es dis in o debido a la ele ación en
ecuencia.
Absolu o Real Imagina io
31
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Figu a 4-5. Respues a en ecuencia de pulsos que componen a la ma iz de ansmisión.
O a o ma de e lo explicado an e io men e es con su ep esen ación en ecuencia:
Respec o a la Figu a 4-5 se ealizan los siguien es comen a ios:
- El pulso ojo y azul coinciden en el espec o, es deci , es án si uados a la misma ecuencia pese a
pe enece a dos bloques de il os di e en es (Figu a 4-3). Es o es debido a que es án si uadas en la
misma posición en sus espec i os bloques (en es e caso en la posición k = 1) po lo que en (4-2) se
ob end ía la misma ecuencia a la que ele a dicho pulso.
- El espec o es di idido en K subbandas. Se obse a que a medida que aumen a el índice k se eco e el
espec o a a és de dichas di isiones. Pa a una k = 1 se iene el pulso al comienzo del espec o, pa a
k = 2 se obse a que el pulso a anza a la siguien e subbanda (pulso ama illo). Si se usa un alo de
k = -2 y k = -1 se ob ienen los pulsos penúl imo y an epenúl imo del bloque K an e io (pulsos e de y
iole a). Pa a es os dos úl imos casos se comp ueba como ocupan la penúl ima y an epenúl ima
subbanda del espec o.
- O o e ec o p esen e en la Figu a 4-5 es el de la ene gía que los pulsos con ienen ue a de la subbanda.
Es impo an e obse a cómo el pulso ojo iene meno ene gía ue a de banda que el pulso azul pese a
es a ambos en la misma subbanda. Dicho e ec o se á explicado en el apa ado “GS-GFDM: GFDM
con p ime subsímbolo a ce o”.

GFDM
32
4.1.2. Inse ción de p e ijo cíclico en GFDM
En OFDM cada símbolo eque ía un p e ijo cíclico, cuyo diseño dependía del canal. En GFDM el uso del
p e ijo cíclico se uel e más e icien e ya que se inse a un único p e ijo cíclico po cada símbolo comple o
GFDM, es deci , pa a M subsímbolos.
Figu a 4-6. Compa ación del uso del p e ijo cíclico en e GFDM y OFDM.
Es e uso del p e ijo cíclico apo a e iciencia espec al y educe la du ación o al de la ama, lo que a o ece a
las comunicaciones de baja la encia y conlle a un meno p ocesamien o de la señal.
Visualmen e, las amas OFDM y GFDM queda ían de la siguien e mane a:
De la Figu a 4-7 se comen a lo siguien e:
- La longi ud de la ama de OFDM es ex ensa en compa ación a la ama GFDM.
- En OFDM se incluye un p e ijo cíclico po cada símbolo.
- La ama GFDM se conside a de la misma longi ud que un símbolo LTE OFDM.
- En GFDM sólo se incluye un p e ijo cíclico en la ama.
- El conjun o de subsímbolos GFDM o man un bloque de p ocesamien o pa a la capa ísica.
Usualmen e a es e conjun o se denomina “Símbolo GFDM”.
Es a o mación del símbolo GFDM pe mi e la c eación de amas con du ación lexible como, po ejemplo,
pa a aplicaciones que equie en una la encia baja se pueden u iliza solo un núme o de subsímbolos, haciendo
la ama aún más co a y disminuyendo el iempo de comunicación. Po o o lado, en comunicaciones donde el
iempo de ansmisión no es c í ico, se pueden u iliza odos los subsímbolos pa a ansmi i los da os de un
usua io especí ico.
Figu a 4-7. Fo mación de las amas OFDM y GFDM.
33
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
4.1.3. GS-GFDM: GFDM con p ime subsímbolo a ce o
En la Figu a 4-5 se obse aba un e ec o que se comen a á en es e apa ado: la ene gía ue a de banda de los
pulsos de ansmisión iene un ni el dis in o según el bloque de pulsos de la ma iz de ansmisión en el que se
encuen e. En dicha igu a se no aba en los pulsos ojo y azul, pa a los que se obse a cómo la ene gía ue a de
banda del pulso azul es supe io al ojo es ando ambos si uados en la misma subbanda pe o en dis in o bloque
de pulsos de la ma iz de ansmisión.
Es e e ec o es causado po la p opia o mación de la ma iz median e el desplazamien o ci cula en el iempo
del pulso p o o ipo. Debido a es e desplazamien o exis en pulsos que su en g andes ansiciones p o ocando
una mayo ene gía ue a de banda que en los pulsos con ansiciones más sua es [8]. Es e e ec o puede
obse a se en la siguien e imagen:
Figu a 4-8. Banco de il os pa a M=9 y K=64.
Es e hecho p o oca una mayo ansmisión ue a de banda en la ansmisión de la señal GFDM, lo que
empeo a las p es aciones ya que se aumen a la elación PAPR y la in e e encia en e canales (ACPR).
P ime subsímbolo
Ele adas ansiciones in oducidas
po el p ime subsímbolo
GFDM
34
Si se ob iene la espues a en ecuencia de los pulsos ansmiso es del p ime , segundo y e ce subsímbolo se
ob iene lo siguien e:
Se obse a de mane a cla a cómo se iene mucha más ene gía ue a de banda pa a el p ime subsímbolo (en
azul) que pa a el segundo (en ojo) y el e ce o (el ama illo). A medida que el pulso es á si uado en una zona
más cen al de la ma iz de ansmisión se iene una ansición más sua e y la espues a en ecuencia es más
pa ecida a la del pulso coseno alzado o iginal.
Pa a subsana es e e ec o se p opone ansmi i el p ime subsímbolo con odas sus mues as a ce o eniendo
así un símbolo de gua da (‘GS’ po sus siglas en inglés), e i ando po lo an o ansmi i los pulsos que poseen
las ansiciones al as:
Figu a 4-9. Magni ud de la espues en ecuencia pa a los pulsos que ansmi en los es p ime os subsímbolos.
Figu a 4-10. Banco de il os pa a M=9 y K=64. También se ep esen an las M p ime as mues as de los M
subsímbolos, donde la p ime a iene el alo ce o al ene el p ime subsímbolo a ce o.
35
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
En la Figu a 4-10 se obse a que eniendo el p ime subsímbolo a ce o se consigue e i a ansmi i el p ime
pulso y, po lo an o, se consigue una meno ene gía ue a de banda en el espec o como se comp oba á más
adelan e.
En é minos de iempo, el ene el p ime subsímbolo a ce o se aduce a si ua pe iodos de gua da en e cada
símbolo ansmi ido:
Figu a 4-11. Símbolos en el iempo con p ime subsímbolo a ce o.
Hay que ene en cuen a que, al ene el p ime subsímbolo a ce o, se pie de capacidad bina ia de ansmisión
ya que se ienen ins an es de iempo en los que no se ansmi e in o mación.
4.2. Recep o GFDM
La ansmisión a a és de un canal inalámb ico puede se modelada po la siguien e ecuación [7]:
𝑦= 𝐻
𝑥+ 𝑤
󰇍
󰇍

(4-7)
Donde 𝐻
 deno a la ma iz del canal la cual es una ma iz de con olución de amaño
𝑁+𝑁𝐶𝑃+𝑁𝑐ℎ−1×𝑁+𝑁𝐶𝑃 cuya diagonal es á o mada po la espues a al impulso de canal de longi ud
𝑁𝑐ℎ. Po o o lado, 𝑤
󰇍
󰇍

~ 𝒞𝒩(0,𝜎𝑤
2 𝐼𝑁+𝑁𝐶𝑃+𝑁𝑐ℎ−1) deno a el uido blanco Gaussiano adi i o. Suponiendo una
pe ec a sinc onización en iempo y en ecuencia, el p e ijo cíclico puede se u ilizado pa a simpli ica el
modelo de canal p esen ado en (4-7) po :
𝑦= 𝐻𝑥+ 𝑤
󰇍
󰇍

(4-8)
eemplazando la ma iz 𝐻
 po una ma iz N po N deno ada po H, la cual es la ma iz de con olución ci cula
co espondien e. Es a simpli icación pe mi e usa la ecualización de canal “Ze o Fo cing” de mane a an
e icien e como se u iliza en OFDM. Desa ollando (4-8):
𝑦= 𝐻𝑥+ 𝑤
󰇍
󰇍

𝑦= 𝐻𝐴𝑑+ 𝑤
󰇍
󰇍

𝐷𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑣=𝐻−1𝐻𝐴𝑑+𝐻−1𝑤
󰇍
󰇍

=𝐴𝑑+ 𝑤
󰇍
󰇍

𝑑󰆹=𝐵𝑣
(4-9)
Donde B es la ma iz de ecepción de amaño KM × KM.
O as o mas de onda candida as
42
5.3.2. Fil ado
La longi ud de dicho il o es de KN, siendo N el núme o de subpo ado as y K el ac o de solapamien o
debido a que, en FBMC, cada símbolo se solapa con K símbolos ecinos en el dominio del iempo. Es e hecho
conlle a a diseña el il o p o o ipo cumpliendo el c i e io de Nyquis , es deci , un il o donde el máximo
co esponda a la subpo ado a que se desee il a y donde enga un alo de 0 en las demás subpo ado as.
ℎ(𝑛𝑇𝑠)={ 1;𝑛=0
0;𝑛≠0
(5-1)
Un ac o cla e en FBMC es, po lo an o, el diseño del il o p o o ipo ℎ(𝑛). En [11] se p opone el siguien e
il o p o o ipo con un ac o de solapamien o K = 4 po lo que en ecuencia el il o se compone de 2K-1
pulsos:
Figu a 5-2. Fil o p o o ipo p opues o en [11].
Algo que puede obse a se en la Figu a 5-2 es que se ha educido conside ablemen e la ene gía con enida en
el il o ue a de la zona de il ado de la subpo ado a co espondien e. Es o se aduci á en el espec o de la
señal con una meno ansmisión ue a de banda.
Con el il o p o o ipo ℎ(𝑛) se cons uye el banco de il os con el que se consegui á il a indi idualmen e
cada subpo ado a. Debido al ac o K se p oduce un solapamien o en e il os ecinos, lo que p o oca á una
pé dida de o ogonalidad po la p opagación de ene gía en e subpo ado as adyacen es c eando in e e encia
en e po ado as (ICI). En la Figu a 5-3 se obse a es e hecho en e los canales pa es ( il ados po un il o de
colo ojo) y los canales impa es ( il ados po un il o de colo azul):

43
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Figu a 5-3. Banco de il os pa a FBMC.
No obs an e, es e solapamien o no exis e en e los il os pa a subpo ado as pa es o impa es en e sí. Pa a
ecupe a la o ogonalidad sin la necesidad de in oduci p e ijo cíclico o iempos de gua da se aplica la
modulación O se QAM (OQAM) a los símbolos modulados. La modulación OQAM desplaza los
componen es en ase QAM la mi ad de la longi ud del símbolo (T/2) espec o a los componen es que no es án
en ase.
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑘 𝑝𝑎𝑟, {𝑠𝑘(𝑛)=𝑅𝑒[𝑑𝑘(𝑙)]
𝑠𝑘(𝑛+1)=𝐼𝑚[𝑑𝑘(𝑙)]𝑗
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑘 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑟, {𝑠𝑘(𝑛)=𝐼𝑚[𝑑𝑘(𝑙)]𝑗
𝑠𝑘(𝑛+1)=𝑅𝑒[𝑑𝑘(𝑙)]
donde 𝑛=2𝑙. Con ello se consigue que la in e e encia en e po ado as se p o oque en e pa es en ase y
ue a de ase de la misma subpo ado a y educiendo la in e e encia en e subpo ado as adyacen es.
O as o mas de onda candida as
44
5.3.3. Diag ama de bloques
El diag ama de bloques del ecep o pa a la o ma de onda FBMC se ía el ep esen ado en la siguien e igu a:
Figu a 5-4. Diag ama de bolques pa a el ansmiso FBMC.
Dónde el il o 𝑓𝐾(𝑚) es el il o p o o ipo ℎ(𝑛) desplazado a la ecuencia de la subpo ado a K:
𝑓𝑘(𝑚)=ℎ(𝑚)𝑒𝑗2𝜋(𝑘𝑚
𝑁) , 𝑚=0,1,…,𝐾𝑁−1
(5-2)
La señal ansmi ida 𝑥(𝑚) se ob end ía al suma las señales OQAM 𝑠𝐾(𝑛) sob emues eadas il adas po el
il o desplazado co espondien e:
𝑥(𝑚)=∑ ∑ 𝑠𝑘(𝑛)𝑓𝑘(𝑚−𝑛𝑁
2)
∞
𝑛=−∞
𝑁−1
𝑘=0
(5-3)
Una ez ecibida la señal se pasa po el il o 𝑔𝐾(𝑚), el cual es el il o complemen a io a 𝑓𝐾(𝑚) u ilizado en
el ecep o . Pos e io men e se submues ea po N/2 pa a ob ene la asa o iginal. Pa a elimina la ICI que se
haya podido p oduci se u iliza un igualado FIR pa a ob ene la señal es imada modulada en OQAM.
Finalmen e, se modula a QAM ob eniendo la señal es imada co espondien e a la señal 𝑑𝐾(𝑙) o iginal.
Figu a 5-5. Diag ama de bloques pa a el ecep o FBMC.
45
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Suponiendo un canal ideal y ausencia de uido, el símbolo ecibido en el iempo 𝑛0 y subcanal 𝑘0 iene dado
po :
ŝ𝑘𝑜(𝑛0)=∑ ∑ 𝑓𝑘0(𝑚)∗𝑔𝑘(𝑚+ 𝑁
2𝑛0)|𝑚=𝑛𝑁
2 𝑠𝑘(𝑛)
+∞
𝑛=−∞
𝑁−1
𝑘=0
(5-4)
5.3.4. Compa ación del espec o FBMC con OFDM
Como se ha is o en el apa ado eó ico, el il o p o o ipo u ilizado en FBMC posee una meno ene gía en los
canales o subpo ado as adyacen es a o eciendo así la educción de la in e e encia en e los mismos. Es o se
puede obse a en MATLAB gene ando un il o p o o ipo FBMC con un ac o de solapamien o K = 4 y
compa ándolo con el usado en OFDM:
Figu a 5-6. Respues a en magni ud del il o p o o ipo FBMC en compa ación con el il o OFDM.
Se obse a cómo la espues a del il o p o o ipo de FBMC decae de o ma más ab up a en la zona ue a de
banda, mien as que la espues a del il o OFDM se man iene con una ene gía más ele ada y decae con mayo
len i ud.
O as o mas de onda candida as
46
Pa a compa a el espec o de una ansmisión FBMC y OFDM se u iliza á una imagen ob enida del ab ican e
Keysigh Technologies:
Figu a 5-7. Compa ación del espec o de OFDM con FBMC pa a dis in os alo es del ac o de solapamien o.
Se co obo a lo expues o an e io men e. Es a meno ansmisión ue a de banda ob enida en FBMC
a o ece ía la compa ición del espec o pe mi iendo un mayo núme o de usua ios con una meno
in e e encia en e los mismos en el mismo ancho de banda.
5.3.5. Ven ajas e incon enien es de FBMC
Respec o a la écnica FBMC se ob ienen las siguien es en ajas e incon enien es [12] [13]:
Ven ajas:
- No es necesa io el uso del p e ijo cíclico. Es o se aduce en una mayo e iciencia de ansmisión (no
se ansmi en a ias eces los mismos símbolos) y en la conse ación del ancho de banda o iginal. En
OFDM el p e ijo cíclico e a eque ido pa a e i a la ISI po lo que se pe día e iciencia y se eque ía un
mayo ancho de banda pa a ansmi i .
- Se educe la ansmisión ue a de banda en compa ación con la ansmisión OFDM. Es o se aduce
en un mejo uso del ancho de banda disponible, de un uso más e icien e de la banda disponible pa a
los múl iples usua ios y una meno in e e encia en e los mismos.
- En cuan o a la de ección del espec o, en la ansmisión FBMC se ealiza de mane a más di ec a y
sencilla. En OFDM e a de una complejidad mayo debido a ugas espec ales de las señales.
47
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Incon enien es:
- La inse ción de subpo ado as pilo os pa a la es imación del canal se uel e más compleja que en
OFDM.
- Se pie de lexibilidad en los escena ios MIMO. Es necesa io inclui un igualado FIR en el ecep o
pa a e i a la in e e encia p oducida po el mul i ayec o.
- En cuan o a la complejidad compu acional se uel e más complejo que OFDM.
5.4. UFMC
5.4.1. In oducción
En UFMC (Uni e sal Fil e Mul i-Ca ie ) se ealiza el il ado a un conjun o de subpo ado as. Cada
conjun o de subpo ado as que comp ende el il o se denomina subbanda [14].
El núme o de subpo ado as po subbanda es un pa áme o de diseño en UFMC: a mayo núme o de
subpo ado as po subbanda se ob iene una meno ca ga en el p ocesamien o de la señal, pe o a su ez, se
educe el endimien o de la ansmisión.
F ecuencia
. . .
Subbanda
Subbanda
Subbanda
. . .
Figu a 5-8. Fil ado de las subpo ado as po el banco de il os en UFMC.

O as o mas de onda candida as
48
5.4.2. Diag ama de bloques
La o ma de onda UFMC se cons uye siguiendo el siguien e diag ama:
Figu a 5-9. Diag ama de bloques del ansmiso UFMC.
La IFFT es de N pun os y el il o es de longi ud L. La señal gene ada en el dominio del iempo pa a un
conjun o de subpo ado as del usua io K es la supe posición de los componen es il ados de su subbanda
co espondien e:
𝑥𝑘=∑𝐹𝑖𝑘𝑉𝑖𝑘𝑠𝑖𝑘
𝐵
𝑖=1
(5-5)
Dónde:
- 𝒔𝒊𝒌 es un ec o de longi ud 𝒏𝒊 que con iene los símbolos QAM complejos de la subbanda i.
- 𝑽𝒊𝒌 es una ma iz de amaño N x 𝒏𝒊 que ealiza la IDFT y ans o ma los símbolos al dominio del
iempo.
- 𝑭𝒊𝒌 ma iz Toepli z de amaño (N+L-1) x N compues a po la espues a al impulso del il o, que
ealiza una con olución lineal pa a il a cada subbanda.
- 𝒙𝒌 es la señal UFMC gene ada que consis e en un ec o de amaño N+L-1.
49
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
Pa a la es imación de los símbolos UFMC, el p ocedimien o es el siguien e:
Figu a 5-10. Diag ama de bloques del ecep o UFMC.
Hay que ene en cuen a que as la FFT de 2N pun os solo se conse an los símbolos pa es debido a que los
símbolos impa es con ienen ICI [15].
5.4.3. Compa ación del espec o UFMC con OFDM
Pa a ealiza la compa ación del espec o en e una señal UFMC y o a OFDM se supond á lo siguien e [16]:
- La señal UFMC es a á compues a po 10 subbandas de 20 subpo ado as en o al.
- Pa a que la señal OFDM sea compa able se gene a á de 200 subpo ado as ac i as.
- No se añadi á p e ijo cíclico ni pe iodos de gua da a la señal OFDM.
Figu a 5-11. Espec o mul iusua io UFMC (izquie da) y espec o OFDM con mismo núme o de subpo ado as
(de echa).
O as o mas de onda candida as
50
Se comp ueba cómo en UFMC se p oduce una meno ansmisión ue a de banda que en la ansmisión
OFDM. Es o a o ece una mejo compa ición del espec o pudiendo coexis i a ios usua ios en la misma
banda que una señal OFDM p oduciéndose una meno in e e encia en e los mismos.
Si se calcula el PAPR de ambas señales se ob iene:
- PAPR de la señal UFMC: 8.2379 dB
- PAPR de la señal OFDM: 8.8843 dB
5.4.4. Ven ajas e incon enien es de UFMC
Las en ajas e incon enien es de UFMC se pueden esumi en [12] [14]:
Ven ajas:
- Se ob iene una buena e iciencia espec al (simila a FBMC).
- Es una opción adecuada pa a ansmisiones basadas en á agas co as debido a una longi ud meno de
los il os compa ados con los u ilizados en FBMC.
- Se consigue una baja la encia en la ansmisión.
- Se iene un meno ni el de PAPR que en OFDM pe mi iendo un uso e icien e de ampli icado es de
po encia.
Incon enien es:
- Se pie de pa cialmen e la o ogonalidad. Es o hace que UFMC no sea adecuado pa a ansmisiones
con asas de ansmisión ele adas.
- Se equie e ealiza una FFT de un amaño ele ado (2N) en el ecep o . Es o p o oca un aumen o en
la complejidad del sis ema.
- Debido al aspaso de ene gía en e subbandas adyacen es se p oduce in e e encia.
51
I will soon be possible o ansmi wi eless messages a ound he wo ld so simply ha any
indi idual can ca y and ope a e his own appa a us.
- Nikola Tesla-
The idea behind digi al compu e s may be explained by saying ha hese machines a e
in ended o ca y ou any ope a ions which could be done by a human compu e .
- Alan Tu ing-
6. RESULTADOS
as el es udio eó ico de es o mas de onda candida as pa a la quin a gene ación, se p ocede a gene a
median e MATLAB una señal GFDM. Es a señal gene ada se compa a á con o a señal OFDM con las
mismas ca ac e ís icas pa a comp oba si con la o ma de onda GFDM se ob ienen mejo es p es aciones
y, po lo an o, es una mejo candida a pa a 5G que una señal OFDM. P incipalmen e se medi án el PAPR de
la señal de en eada
5
ACPR, pe o ambién se ob end á el espec o gene ado po cada señal. Además, pa a los
dos escena ios se medi á el e o (NMSE) en e la señal ideal ob enida en MATLAB y la señal ob enida as el
paso po el mon aje expe imen al del escena io. Es e alo da á una idea de la a iación o de o mación que
su e la señal en dicho escena io.
Las señales gene adas ienen los siguien es pa áme os (siguiendo [7]):
Tabla 6-1. Pa áme os de las señales gene adas.
Fo ma de onda
GFDM
OFDM
Núme o de subpo ado as ac i as
576
576
Pa áme o M
9
-
Pa áme o K
64
-
F ecuencia cen al (𝑓𝑐) [GHz]
3,6
3,6
𝛥𝑓 [kHz]
15
15
Ancho de banda del canal [MHz]
8,64
8,64
Ancho de banda ese ado po
canal [MHz]
9,4
9,4
Además, se gene a á una señal GS-GFDM con los mismos pa áme os que la señal GFDM, pe o añadiendo
un subsímbolo a 0 al comienzo.
Se p oba án las p es aciones de ambas señales pa a dos escena ios dis in os, uno lineal y o o no lineal
median e un ampli icado de po encia en sa u ación. Una ez ob enidas las medidas de los equipos del
labo a o io se p ocede á a ealiza un c osscheck o comp obación c uzada de las mismas con MATLAB. Es o
pe mi i á sabe si las medidas ob enidas ue on co ec as (en los equipos como en MATLAB se ob ienen
esul ados simila es) o hubo algún allo en la oma de las medidas ( esul ados dispa es en e los equipos del
labo a o io y MATLAB).
5
A la ho a de diseña el sis ema, el ni el de PAPR que in e esa conoce es el de la señal de en ada ya que cuan o más al o sea es e alo
mayo dis o sión causa á.
T
Resul ados
58
P o oca que la señal enga una ene gía ele ada en zonas ue a del ancho de banda ese ado pa a el canal.
Es o es lo que causa que en sa u ación el ACPR de las señales aumen e.
Pa a el caso del escena io en sa u ación ya no se obse a an bien como en el escena io lineal la mejo ía
in oducida po GFDM o GS-GFDM con espec o OFDM. Sí que se obse a que en un p incipio la ene gía
ob enida po el ec ecimien o espec al es la misma pa a las es señales. No obs an e, a medida que se aleja en
ecuencia del canal, an o GFDM como GS-GFDM man ienen un ni el in e io a OFDM. Es o conlle a á a
un meno ACPR en las señales de GFDM y GS-GFDM. Las imágenes ecogidas del equipo donde se calcula
el ACPR pa a un canalizado de 9,4 MHz se p esen an a con inuación:
Figu a 6-12. Cálculo del ACPR pa a la señal OFDM en sa u ación po el equipo del labo a o io.
Figu a 6-13. Cálculo del ACPR pa a la señal GFDM en sa u ación po el equipo del labo a o io.
Figu a 6-14. Cálculo del ACPR pa a la señal GS-GFDM en sa u ación po el equipo del labo a o io.
De las imágenes an e io es cabe des aca que, pa a el segundo canal adyacen e, ya se es a ía consiguiendo
has a 3 dBc menos de in e e encia con GFDM o GS-GFDM que con OFDM.

59
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
En cuan o al dominio espec al, el e ec o in oducido po el disposi i o en sa u ación pa ece no a ia en g an
medida la señal espec o al escena io an e io :
Figu a 6-15. Rep esen ación de la pa e eal de las señales OFDM, GFDM y GS-GFDM en el dominio del
iempo en el escena io no lineal.
Al es a midiendo el ni el PAPR de la señal de en ada el esul ado ob enido no a ía en e el escena io lineal
y no lineal.
A con inuación, se de allan los alo es ob enidos en el escena io no lineal:
Tabla 6-4. Resul ados de PAPR, ACPR y NMSE pa a el escena io no lineal.
Fo ma de onda
OFDM
GFDM
GS-GFDM
Mé odo de ob ención
MATLAB
Labo a o io
MATLAB
Labo a o io
MATLAB
Labo a o io
PAPR (dBm)
10,94
11
8,04
8,02
7,75
7,8
ACPR (dBc)
Canal
an e io
-37,39
-37,1
-38,32
-38,1
-37,95
-37,8
Canal
pos e io
-37,33
-37,3
-38,21
-38,3
-37,74
-37,9
NMSE (dB)
-28,6
-30,9
-30,7
Es impo an e des aca el aumen o del e o NMSE debido a la dis o sión que su en las señales en sa u ación.
Resul ados
60
6.5. Conclusiones de los esul ados
Como se ha podido comp oba con los esul ados ob enidos as la gene ación y análisis de las es señales en
gene al GFDM y GS-GFDM p opo cionan mejo es p es aciones espec o a OFDM:
- En el escena io lineal se ob iene has a 3 dB menos de ni el PAPR con GS-GFDM espec o a OFDM.
- En ni el de in e e encia en el canal adyacen e no cambia signi ica i amen e en el escena io lineal.
- Cuando las señales se encuen an some idas a dis o sión p o ocada po un disposi i o que ope a en
sa u ación (escena io no lineal), el ni el de PAPR se man iene simila al escena io lineal. Po lo que
siguen mos ando mejo es p es aciones las señales GFDM an e la señal OFDM.
- El ni el ACPR sí cambia signi ica i amen e en el escena io no lineal, consiguiendo del o den, de 1 dB
menos de in e e encia en el p ime canal adyacen e y de has a 3 dB menos de in e e encia en el
segundo canal adyacen e con las señales GFDM que con OFDM.
Tabla 6-5. Tabla esumen con los alo es ob enidos del análisis de las señales GFDM y GS-GFDM an e
OFDM.
Fo ma de onda
OFDM
GFDM
GS-GFDM
Mé odo de ob ención
MATLAB
Labo a o io
MATLAB
Labo a o io
MATLAB
Labo a o io
Escena io Lineal
PAPR (dBm)
10,95
10,91
8,01
8,02
7,73
7,76
ACPR (dBc)
Canal
an e io
-66,17
-51,7
-66,28
-53,3
-66,07
-60,8
Canal
pos e io
-66,13
-52
-66,17
-58,2
-66,04
-61
NMSE (dB)
-47,3
-48,5
-48
Escena io No Lineal
PAPR (dBm)
10,94
11
8,04
8,02
7,75
7,8
ACPR (dBc)
Canal
an e io
-37,39
-37,1
-38,32
-38,1
-37,95
-37,8
Canal
pos e io
-37,33
-37,3
-38,21
-38,3
-37,74
-37,9
NMSE (dB)
-28,6
-30,9
-30,7
61
The idea behind digi al compu e s may be explained by saying ha hese machines a e
in ended o ca y ou any ope a ions which could be done by a human compu e .
- Alan Tu ing-
The idea behind digi al compu e s may be explained by saying ha hese machines a e
in ended o ca y ou any ope a ions which could be done by a human compu e .
- Alan Tu ing-
7. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
as ob ene los esul ados del análisis de la señal GFDM en el escena io lineal y no lineal y compa a sus
p es aciones con una señal OFDM se pueden ex ae las siguien es conclusiones.
GFDM hace en e al p oblema exis en e en OFDM de un ele ado ni el de PAPR. G acias a es o se puede
acili a el diseño y la e iciencia de los disposi i os, ya que no es necesa io limi a el ango de uncionamien o
de los ampli icado es de po encia pa a asegu a se el abaja en la zona lineal. Y, aunque el ni el de po encia
de la señal lle e al ampli icado a abaja en zona de sa u ación, se ha comp obado que GFDM sigue dando
unas p es aciones mejo es espec o a OFDM en lo que espec a al ni el PAPR.
Además, GFDM apo a cie a lexibilidad a la ho a de su cons ucción g acias a los pa áme os de diseño (M y
K) que incluye. Es o pe mi e ajus a dis in os anchos de banda pa a dis in as aplicaciones y di idi la banda
disponible en un núme o de usua ios que se adap e al escena io.
La disminución del ni el ACPR conseguido g acias a GFDM p opo ciona una mejo compa ición del
espec o ya que no se ía necesa io un ancho de banda de gua da ele ado en e canales pa a ob ene una
in e e encia en e los mismos acep able. Es o pe mi e que en el mismo ancho de banda se puedan aloja a un
mayo núme o de usua ios simula áneamen e.
Es os esul ados dan luga a la conclusión de que GFDM p esen a mejo es p es aciones y es una mejo
candida a a comunicaciones de quin a gene ación que OFDM debido a las ca ac e ís icas exis en es en es a
nue a gene aciópn de edes mó iles.
Po úl imo, en es e abajo se ha analizado la gene ación y el compo amien o de una señal GFDM y GS-
GFDM an e dis in os escena ios. Sin emba go, pa a ealiza un análisis y una compa a i a comple a es
necesa io e mina la comunicación ealizando un ecep o y compa a las p es aciones apo adas po el
sis ema comple o. Es po ello que, en un abajo u u o y con inuando con lo expues o en es e abajo, se
encuen a el diseño y ealización de un ecep o GFDM pa a compa a un sis ema de comunicación comple o
GFDM y OFDM pa a di e en es en o nos y ex ae conclusiones sob e en qué ambien e se ob ienen mejo es
p es aciones u ilizando GFDM pa a en oca su uso hacia un sec o más conc e o de la quin a gene ación.
T
Conclusiones y abajo u u o
62
62
63
ANEXO A
El siguien e código gene a en “x_ x” una señal GFDM ó GS-GFDM según se seleccione en el código
(cambiando de alo a la a iable GS). En “o dm_ x” gene a una señal OFDM con los mismos pa áme os que
la señal GFDM.
%%--------------------------------------------------------
% Au o : Bo ja de los Ríos de la Peña
% TFM: Gene ación de señal GFDM
% Desc ipción:
% Gene ación de señal u ilizando la o ma de onda candida a pa a 5G GFDM y
% compa ación con una señal OFDM de las mismas ca ac e ís icas.
%---------------------------------------------------------
close all
clea
% pa áme os del a ículo de Michailo
M=9;
K=64;
N=K*M;
%Bande a GS-GFDM
GS=0;
% núme o de símbolos a c ea
Num_simb=32;
%Núme o de mues as a usa en el p e ijo cíclico
CP=40;
% Se u iliza á una semilla pa a ob ene el mismo esul ado en cada
% simulación.
seed=22;
and('seed', seed);
andn('seed', seed);
%Modulación 16 QAM
modula ion = sq (1/10)*...
[-3+3*1i, -1+3*1i, +1+3*1i, +3+3*1i, ...
-3+1*1i, -1+1*1i, +1+1*1i, +3+1*1i, ...
-3-1*1i, -1-1*1i, +1-1*1i, +3-1*1i, ...
-3-3*1i, -1-3*1i, +1-3*1i, +3-3*1i];
% De inición de a iables:
n = (0:N-1).';
x_ x_lab=ze os(1,Num_simb*N);
x_ x_lab_cp=ze os(1,Num_simb*(N+CP));
% Se c ea el il o con la o ma coseno alzado u ilizando la unción de
% MATLAB " cosdesign"
h = cosdesign(0.9,(M),K,'no mal');
h=ci cshi (h(1:leng h(h)-1),[0,N/2]).';

Anexo A
64
64
% Se c ea la ins ancia pa a la ma iz de ansmisión "A"
A=ze os(M*K);
% La ma iz A se gene a á median e mul iplicación del il o h con la
% con olución ci cula ealizada y del ec o de ecuencias:
w2 = exp(1j*2*pi/K);
o k=0:K-1
o m=0:M-1
A(:,m*K+k+1) = ci cshi (h,[m*K,0]) .* w2.^(k*n);
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
o ii=1:Num_simb
i GS==0
%GENERA UNA GFDM
%%------------------------------------------------------------
% Se gene a un ec o alea o io de mues as pa a cada símbolo
indice_simbolos = ceil(leng h(modula ion)* and(1,N));
% Gene a la señal a ansmi i
simbolos = modula ion(indice_simbolos);
% Con ie e el ec o de mues as gene ado a una ma iz:
simb_ma ix= eshape(simbolos,K,M);
%%---------------------------------------------------
else
%GENERA UNA GS-GFDM:
%%-----------------------------------------------------------
indice_simbolos = ceil(leng h(modula ion)* and(1,K*(M-1)));
simbolos = modula ion(indice_simbolos);
simb_ma ix= eshape(simbolos,K,M-1);
simb_ma ix=[ze os(K,1),simb_ma ix];
%%------------------------------------------------------------
end
% Sob emues ea con ac o K
simb_up_ma ix=upsample(simb_ma ix.',K);
% C eación de la ma iz de símbolos a ansmi i :
x=A.'*simb_up_ma ix;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%Gene ación de la señal submues eando y eliminando las mues as
%%in e medias en e las mues as de in e és.
o i=1:M
x_ es (i,:)=x(i+(i-1)*K,:);
end
% T ans o mación de ma iz a ec o :
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Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
x_ es _2=x_ es .';
x_end=x_ es _2(:);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%Inse ción del p e ijo cíclico y conca enación de los Num_simb símbolos
x_end_cp=Inse a _CP(x_end,CP);
% C eación del ec o a ansmi i jun ando odos los símbolos gene ados
x_ x_lab((ii-1)*N+1:(ii-1)*N+1+leng h(x_end)-1)=x_end.';
x_ x_lab_cp((ii-1)*(N+CP)+1:(ii-1)*(N+CP)+1+leng h(x_end_cp)-1)=x_end_cp.';
% Gene ación de la señal OFDM
o m = 1:M
indice_simbolos = ceil(leng h(modula ion)* and(1,K));
% Gene a la señal a ansmi i
x2 = modula ion(indice_simbolos);
x2= shi (i (x2));
o dm((ii-1)*N+(m-1)*K+(1:K)) = x2;
end
% Inse ción del p e ijo cíclico en señal OFDM_CP
o dm_cp((ii-1)*(N+CP)+1:(ii-1)*(N+CP)+1+leng h(x_end_cp)-
1)=Inse a _CP(o dm(1,(ii-1)*N+1:(ii)*N),CP);
end
% Es as ope aciones si en pa a la co ec a izualización de las señal en
% los equipos del labo a o io
x_ x= esample(x_ x_lab,4,1);
x_ x_cp= esample(x_ x_lab_cp,4,1);
o dm_ x= esample(o dm,4,1);
o dm_ x_cp= esample(o dm_cp,4,1);
x eo =Spec um_Shaping(x_ x_lab.',1,4,0.1,96);
x eo _CP=Spec um_Shaping(x_ x_lab_cp.',1,4,0.1,96);
X = shi ( (x_ x));
X =X /s d(X );
X Idx = 1:leng h(X );
X _o dm= shi ( (o dm_ x));
X _o dm=X _o dm/s d(X _o dm);
X _cpIdx = 1:leng h(X _o dm);
igu e,
plo (X _cpIdx,mag2db(abs(X _o dm)),' ');g id;
hold on,plo (X Idx,mag2db(abs(X )));g id;
i GS==1
legend('OFDM','GS-GFDM')
else
legend('OFDM','GFDM')
end
Anexo A
66
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Además, son necesa ias las siguien es unciones:
unc ion x eo _RRC = Spec um_Shaping(x eo ,Fd,Fs,alpha,delay)
%% Fil amos pa a hace Spec um Shaping
x_ex = [x eo (end-delay+1:end); x eo ; x eo (1:delay)];
% i NPRB == 100, Fs = 2; else, Fs = 4; end
%i NPRB == 100, Fs = 2; else, Fs = 6; end
y_ex = cos l (x_ex, Fd, Fs, ' i ', alpha, delay); % Fil o RC
x eo _RRC = y_ex(2*delay .* Fs/Fd + 1:end-(2*delay .* Fs/Fd));
end
unc ion x_cp=Inse a _CP(x,cp)
[~,Col]=size(x);
i Col==1
x_cp=[x(end-(cp-1):end).',x.'];
else
x_cp=[x(end-(cp-1):end),x].';
end
end
67
Es udio de o mas de onda candida as pa a comunicaciones 5G: Gene ación y análisis de señal GFDM
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