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近年来,随着移动互联网和物联网的发展,世界各国加入到了以5G为代表的宽带多场景通信研发中。增强型移动宽带、超高可靠与超低时延通信以及大规模机器类通信已定义为了5G的三大应用场景,为了能很好地适应这三大应用场景各自的性能需求,在波形技术方面,F-OFDM(Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,基于子带滤波的正交频分复用)成为了5G候选波形技术之一。F-OFDM支持丰富的应用场景且兼具传统OFDM的优点,但仍有些性能需要进一步优化。本文将根据5G三大应用场景对系统的性能需求,重点研究F-OFDM系统的数字子带滤波器设计、PAPR(Peak to Average Power Ratio,峰值平均功率比)抑制算法以及符号定时同步算法。首先,因不同的应用场景对系统的性能需求不同,而目前F-OFDM各子带的数字子带滤波器往往很少根据系统各子带具体的应用场景特点进行合理设计,所以本文利用常见窗函数特点结合窗函数法根据5G三大应用场景对系统的相应性能需求设计出相应的数字子带滤波器。经仿真表明,本文设计的数字子带滤波器对F-OFDM系统的性能优化起到了良好的作用。其次,针对F-OFDM系统的PAPR问题,本文根据5G三大应用场景特点提出了一种基于迭代限幅滤波的次优PTS(Partial Transmit Sequences,部分传输序列)抑制算法,通过对比仿真结果表明,该算法能更好地提高系统的PAPR抑制性能。然后,针对子带3的大规模机器类通信应用场景,提出了一种基于改进CP(Cyclic Prefix,循环前缀)的滑动平均最大似然同步算法。通过仿真结果表明,在多径衰落信道中该算法优于传统的基于CP的最大似然同步算法。此外,根据该系统另外两个子带所面向的应用场景特点,均选取了复杂度比较低且易于实现的Schmidl&Cox算法。最后,为了验证算法的可行性,本文采用软件无线电平台搭建了面向5G三大应用场景的三子带单发单收的F-OFDM系统测试验证平台并对所改进的算法进行测试验证。测试结果表明算法在系统中具有可行性。本文以5G三大应用场景作为应用背景,对F-OFDM系统的性能优化研究所改进的算法及思路,可以作为对F-OFDM系统在其它宽带多场景通信中性能优化研究方面的参考。