LTE笔记(二):OFDM在上行 / 下行链路中的应用

      OFDM即正交频分复用,当它被用作多址接入时,被称作正交频分多址接入(OFDMA)。

       OFDM系统的输出是多个子信道信号的叠加,因此,如果多个信号的相位一致,所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率。PAPR高,对发射机的线性度提出了很高的要求。所以在LTE上行链路,基于OFDM的多址接入技术并不适合用在UE侧使用。

 一、LTE上行链路采用的是SC-FDMA多址接入技术,该技术基于DFT-spread OFDM,同OFDM相比,具有较低的峰均比。

       DFT-spread OFDM多址接入技术

DFTS-OFDM的调制过程如下图所示:

                                

DFTS-OFDM的调制过程是以长度为M的数据符号块为单位完成的:

        1.  通过DFT离散傅里叶变换,获取这个时域离散序列的频域序列。这个长度为M的频域序列要能够准确描述出M个数据符号块所表示的时域信号。

        2.  DFT的输出信号送入N点的离散傅里叶反变换IDFT中去,其中N>M。因为IDFT的长度比DFT的长度长,IDFT多出的那一部分输入为用0补齐。

        3.  在IDFT之后,为避免符号干扰同样为这一组数据添加循环前缀。

        从上面的调制过程可以看出,DFTS-OFDM同OFDM的实现有一个相同的过程,即都有一个采用IDFT的过程,所以DFTS-OFDM可以看成是一个加入了预编码的OFDM过程。

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        如果DFT的长度M等于IDFT的长度N,那么两者级联,DFT和IDFT的效果就互相抵消了,输出的信号就是一个普通的单载波调制信号。当N>M并且采用零输入来补齐IDFT,IDFT输出的信号以下特性:

        1. 信号的PAPR较之于OFDM信号较小;

        2. 通过改变DFT输出的数据到IDFT输入端的映射情况,可以改变输出信号占用的频域位置。

        通过DFT获取输入信号的频谱,后面N点的IDFT,或者看成是OFDM的调制过程实际上就是将输入信号的频谱信息调制到多个正交的子载波上去。LTE下行OFDM正交的子载波上承载的直接是数据符号。正是因为这点,所以DFTS-OFDM的PAPR能够保持与初始的数据符号相同的PAPR。N=M时的特例最能体现这一点,如下图所示:

                                                           

       通过改变DFT的输出到IDFT输入端的对应关系,输入数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置。下图给出了集中式和分布式两种映射方式:

                        

       下图即为这两种方式下输出信号的频谱分布:

                                        

SC-FDMA多址接入技术

       利用DFTS-OFDM的以上特点可以方便的实现SC-FDMA多址接入方式,多用户复用频谱资源时只需要改变不同用户DFT的输出到IDFT输入的对应关系就可以实现多址接入,同时子载波之间具有良好的正交性,避免了多址干扰。

       通过改变DFT到IDFT的映射关系实现多址;改变输入信号的数据符号块M的大小,实现频率资源的灵活配置。如下图所示:

                                 

        SC-FDMA的两种资源分配方式:集中式资源分配、分布式资源分配是3GPP讨论过的两种上行接入方式,最终为了获得低的峰均比,降低UE的负担选择了集中式的分配方式。另一方面,为了获取频率分集增益,选用上行跳频作为上行分布式传输方式的替代方案。如下图:

                            

 

二、TE下行链路采用的是OFDMA 正交频分多址接入方式,是基于OFDM的应用。

       OFDMA将传输带宽划分成相互正交的子载波集,通过将不同的子载波集分配给不同的用户,可用资源被灵活的在不同移动终端之间共享,从而实现不同用户之间的多址接入。这可以看成是一种OFDM+FDMA+TDMA技术相结合的多址接入方式。

        如下图所示:如果将OFDM本身理解为一种传输方式,图(a)显示出就是将所有的资源—包括时间、频率都分配给了一个用户,OFDM融入FDMA的多址方式后如图(b)所示,就可以将子载波分配给不同的用户进行使用,此时OFDM+FDMA与传统的FDMA多址接入方式最大的不同就是,分配给不同用户的相邻载波之间是部分重叠的。一旦在时间对载波资源加以动态分配就构成了OFDM+FDMA+TDMA的多址方式,如图(c)所示,根据每个用户需求的数据传输速率、当时的信道质量对频率资源进行动态分配。

                              

在OFDMA系统中,可以为每个用户分配固定的时间-频率方格图,使每个用户使用特定的部分子载波,而且各个用户之间所用的子载波是不同的,如下图所示:

                                               

       OFDMA方案中,还可以很容易的引入跳频技术,即在每个时隙中,可以根据跳频图样来选择每个用户所使用的子载波频率。这样允许每个用户使用不同的跳频图样进行跳频,就可以把OFDMA系统变化成为跳频CDMA系统,从而可以利用跳频的优点为OFDM系统带来好处。跳频OFDMA的最大好处在于为小区内的多个用户设计正交跳频图样,从而可以相对容易地消除小区内的干扰,如下图所示:

                                         

 OFDMA把跳频和OFDM技术相结合,构成一种灵活的多址方案,其主要优点在于:

        OFDMA系统可以不受小区内干扰的影响,因此OFDMA系统可以获得更大的系统容量;

        OFDMA可以灵活的适应贷款要求。OFDMA通过简单地改变所使用的子载波数量,就可以适用于特定的传输带宽。

        当用户的传输速率提高时,OFDMA与动态信道分配技术结合使用,可支持高速数据的传输。

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转载自blog.csdn.net/sinat_33584425/article/details/98848698