FDMA с одной несущей

FDMA с одной несущей ( SC-FDMA ) — это схема множественного доступа с частотным разделением каналов . Первоначально известная как несущая интерферометрия , она также называется OFDMA с линейным предварительным кодированием ( LP-OFDMA ). Как и другие схемы множественного доступа (TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA), она связана с назначением нескольких пользователей общему ресурсу связи. SC-FDMA можно интерпретировать как схему OFDMA с линейным предварительным кодированием в том смысле, что она имеет дополнительный этап обработки DFT , предшествующий традиционной обработке OFDMA.

SC-FDMA привлек большое внимание как привлекательная альтернатива OFDMA , особенно в восходящей линии связи, где более низкое отношение пиковой мощности к средней ( PAPR ) приносит большую пользу мобильному терминалу с точки зрения эффективности мощности передачи и снижения стоимости усилителя мощности. Отсюда и название SC-FDMA: это сигнал OFDM, имитирующий характеристики сигнала QAM с одной несущей. ^{[ 1 ]} Она была принята в качестве схемы множественного доступа восходящей линии связи в 3GPP Long Term Evolution (LTE) или Evolved UTRA (E-UTRA). ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Характеристики SC-FDMA по отношению к OFDMA были предметом различных исследований. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Хотя разрыв в производительности невелик, преимущество SC-FDMA в низком PAPR делает его желательным для беспроводной передачи по восходящей линии связи в системах мобильной связи, где эффективность использования мощности передатчика имеет первостепенное значение.

Структура передатчика и приемника

Обработка передачи SC-FDMA очень похожа на обработку OFDMA. Для каждого пользователя последовательность передаваемых битов отображается в сложное сочетание символов ( BPSK , QPSK или M- QAM ). Тогда разным передатчикам (пользователям) присваиваются разные коэффициенты Фурье. Это назначение выполняется в блоках отображения и обратного отображения. Сторона приемника включает в себя один блок обратного преобразования, один блок IDFT и один блок обнаружения для каждого принимаемого пользовательского сигнала. Как и в OFDM , между блоками символов вводятся защитные интервалы (называемые циклическими префиксами) с циклическим повторением, чтобы эффективно устранить межсимвольные помехи из-за временного расширения (вызванного многолучевым распространением) между блоками.

В SC-FDMA множественный доступ среди пользователей становится возможным за счет назначения разным пользователям разных наборов непересекающихся коэффициентов Фурье (поднесущих). Это достигается на передатчике путем вставки (до IDFT) молчащих коэффициентов Фурье (в позициях, назначенных другим пользователям) и удаления их на стороне приемника после DFT.

Локализованное и распределенное картографирование

Отличительной особенностью SC-FDMA является то, что он приводит к передаче сигнала с одной несущей, в отличие от OFDMA, который представляет собой схему передачи с несколькими несущими. Отображение поднесущих можно разделить на два типа: локализованное отображение и распределенное отображение. При локализованном отображении выходные данные ДПФ преобразуются в подмножество последовательных поднесущих, тем самым ограничивая их лишь частью полосы пропускания системы. При распределенном отображении выходные данные ДПФ входных данных назначаются поднесущим по всей полосе пропускания непостоянно, что приводит к нулевой амплитуде для остальных поднесущих. Особый случай распределенного SC-FDMA называется чередующимся SC-FDMA ( IFDMA ), где занятые поднесущие равномерно распределены по всей полосе пропускания. ^{[ 8 ]}

Благодаря присущей ему структуре с одной несущей заметное преимущество SC-FDMA перед OFDM и OFDMA заключается в том, что его передаваемый сигнал имеет более низкое отношение пиковой мощности к средней (PAPR), что приводит к смягчению проектных параметров в тракте передачи абонента. единица. Интуитивно, причина заключается в том, что там, где символы передачи OFDM напрямую модулируют множество поднесущих, символы передачи SC-FDMA сначала обрабатываются блоком N-точечного DFT. ^{[ 9 ]}

В OFDM, как и в SC-FDMA, выравнивание достигается на стороне приемника после расчета ДПФ путем умножения каждого коэффициента Фурье на комплексное число. Таким образом, частотно-избирательному замиранию и фазовым искажениям можно легко противодействовать . Преимущество заключается в том, что коррекция в частотной области с использованием БПФ требует меньше вычислений, чем обычная коррекция во временной области, для которой требуются многоотводные КИХ- или БИХ-фильтры. Меньшее количество вычислений приводит к меньшей сложной ошибке округления, которую можно рассматривать как числовой шум.

Связанная концепция представляет собой комбинацию передачи на одной несущей со схемой выравнивания частотной области с одной несущей (SC-FDE). ^{[ 10 ]} Передача с одной несущей, в отличие от SC-FDMA и OFDM, не использует IDFT или DFT в передатчике, но вводит циклический префикс для преобразования линейной свертки канала в циклическую. После удаления циклического префикса в приемнике применяется ДПФ для перехода в частотную область, где может быть использована простая схема выравнивания частотной области с одной несущей (SC-FDE), за которой следует операция IDFT.

ДПФ: дискретное преобразование Фурье
IDFT: обратное дискретное преобразование Фурье
CP: циклический префикс
PS: Формирование импульса
ЦАП: цифро-аналоговый преобразователь
RF: Радиочастотный сигнал
АЦП: аналого-цифровой преобразователь.
LP-OFDMA: OFDMA с линейным предварительным кодированием

Полезные свойства

Низкий PAPR (крест-фактор)
Низкая чувствительность к сдвигу несущей частоты
Менее чувствителен к нелинейным искажениям и, следовательно, позволяет использовать недорогие усилители мощности.
Повышенная устойчивость к спектральным нулям

См. также

Ссылки

^ «SC-FDMA против модуляции OFDM — MATLAB & Simulink» . www.mathworks.com . Проверено 15 апреля 2024 г.
^ Мён, Хён; Лим, Чунсунг; Гудман, Дэвид (2006). «FDMA с одной несущей для беспроводной передачи по восходящей линии связи» (PDF) . Журнал IEEE автомобильных технологий . 1 (3): 30–38. дои : 10.1109/МВТ.2006.307304 . S2CID 12743526 .
^ Экстром, Х.; Фурускар, А.; Карлссон Дж.; Мейер, М.; Парквалл, С.; Торснер, Дж.; Вальквист, М. (2006). «Технические решения для долгосрочного развития 3G». Журнал коммуникаций IEEE . 44 (3): 38–45. дои : 10.1109/MCOM.2006.1607864 . S2CID 1168131 .
^ «Групповая техническая спецификация сети радиодоступа; аспекты физического уровня для развитой UTRA» . Проект партнерства третьего поколения (3GPP) .
^ Нисар, Мухаммад Датский; Ноттенштайнер, Ганс; Хинделанг, Томас (2007). «Об ограничениях производительности систем OFDM с распространением DFT». 16-й саммит IST по мобильной и беспроводной связи, 2007 г. (PDF) . стр. 1–4. дои : 10.1109/ISTMWC.2007.4299159 . ISBN 978-1-4244-1662-2 . S2CID 6077115 .
^ Приянто, Басуки Э.; Кодина, Гумберт; Рене, Сержи; Соренсен, Троэлс Б.; Могенсен, Пребен (2007). «Первоначальная оценка производительности SC-FDMA на основе DFT-распространения OFDM для восходящей линии связи UTRA LTE». 2007 г. 65-я конференция IEEE по автомобильным технологиям - VTC2007-весна . стр. 3175–3179. дои : 10.1109/VETECS.2007.650 . ISBN 978-1-4244-0266-3 . S2CID 206836778 .
^ Бенвенуто, Н.; Томасин, С. (2002). «О сравнении OFDM и модуляции с одной несущей с DFE с использованием фильтра прямой связи в частотной области». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 50 (6): 947–955. дои : 10.1109/TCOMM.2002.1010614 .
^ «SC-FDMA FDMA с одной несущей в LTE» (PDF) . Иксия .
^ Мён, Хён; Лим, Чунсунг; Гудман, Дэвид (2006). «Отношение пиковой мощности к средней мощности сигналов FDMA с одной несущей с формированием импульса». 2006 г. 17-й Международный симпозиум IEEE по персональной, внутренней и мобильной радиосвязи . стр. 1–5. дои : 10.1109/PIMRC.2006.254407 . ISBN 1-4244-0329-4 . S2CID 7457641 .
^ Фальконер, Д.; Ариявиситакул, СЛ; Беньямин-Сииар, А.; Эйдсон, Б. (2002). «Выравнивание частотной области для широкополосных беспроводных систем с одной несущей». Журнал коммуникаций IEEE . 40 (4): 58–66. дои : 10.1109/35.995852 .

[1] «SC-FDMA против модуляции OFDM — MATLAB & Simulink» . www.mathworks.com . Проверено 15 апреля 2024 г.

[2] Мён, Хён; Лим, Чунсунг; Гудман, Дэвид (2006). «FDMA с одной несущей для беспроводной передачи по восходящей линии связи» (PDF) . Журнал IEEE автомобильных технологий . 1 (3): 30–38. дои : 10.1109/МВТ.2006.307304 . S2CID 12743526 .

[3] Экстром, Х.; Фурускар, А.; Карлссон Дж.; Мейер, М.; Парквалл, С.; Торснер, Дж.; Вальквист, М. (2006). «Технические решения для долгосрочного развития 3G». Журнал коммуникаций IEEE . 44 (3): 38–45. дои : 10.1109/MCOM.2006.1607864 . S2CID 1168131 .

[4] «Групповая техническая спецификация сети радиодоступа; аспекты физического уровня для развитой UTRA» . Проект партнерства третьего поколения (3GPP) .

[5] Нисар, Мухаммад Датский; Ноттенштайнер, Ганс; Хинделанг, Томас (2007). «Об ограничениях производительности систем OFDM с распространением DFT». 16-й саммит IST по мобильной и беспроводной связи, 2007 г. (PDF) . стр. 1–4. дои : 10.1109/ISTMWC.2007.4299159 . ISBN 978-1-4244-1662-2 . S2CID 6077115 .

[6] Приянто, Басуки Э.; Кодина, Гумберт; Рене, Сержи; Соренсен, Троэлс Б.; Могенсен, Пребен (2007). «Первоначальная оценка производительности SC-FDMA на основе DFT-распространения OFDM для восходящей линии связи UTRA LTE». 2007 г. 65-я конференция IEEE по автомобильным технологиям - VTC2007-весна . стр. 3175–3179. дои : 10.1109/VETECS.2007.650 . ISBN 978-1-4244-0266-3 . S2CID 206836778 .

[7] Бенвенуто, Н.; Томасин, С. (2002). «О сравнении OFDM и модуляции с одной несущей с DFE с использованием фильтра прямой связи в частотной области». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 50 (6): 947–955. дои : 10.1109/TCOMM.2002.1010614 .

[8] «SC-FDMA FDMA с одной несущей в LTE» (PDF) . Иксия .

[9] Мён, Хён; Лим, Чунсунг; Гудман, Дэвид (2006). «Отношение пиковой мощности к средней мощности сигналов FDMA с одной несущей с формированием импульса». 2006 г. 17-й Международный симпозиум IEEE по персональной, внутренней и мобильной радиосвязи . стр. 1–5. дои : 10.1109/PIMRC.2006.254407 . ISBN 1-4244-0329-4 . S2CID 7457641 .

[10] Фальконер, Д.; Ариявиситакул, СЛ; Беньямин-Сииар, А.; Эйдсон, Б. (2002). «Выравнивание частотной области для широкополосных беспроводных систем с одной несущей». Журнал коммуникаций IEEE . 40 (4): 58–66. дои : 10.1109/35.995852 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]