Einzelträger-FDMA - Single-carrier FDMA

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Single-Carrier-FDMA ( SC-FDMA ) ist ein Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriffsschema . Es wird auch als linear vorcodiertes OFDMA ( LP-OFDMA ) bezeichnet. Wie andere Mehrfachzugriffsschemata (TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA) behandelt es die Zuweisung mehrerer Benutzer zu einer gemeinsam genutzten Kommunikationsressource. SC-FDMA kann als linear vorcodiertes OFDMA- Schema in dem Sinne interpretiert werden, dass es einen zusätzlichen DFT- Verarbeitungsschritt vor der herkömmlichen OFDMA-Verarbeitung aufweist.

SC-FDMA hat als attraktive Alternative zu OFDMA große Aufmerksamkeit auf sich gezogen , insbesondere bei der Uplink-Kommunikation, bei der ein niedrigeres Spitzen-Durchschnitts-Leistungsverhältnis ( PAPR ) dem mobilen Endgerät in Bezug auf die Sendeleistungseffizienz und die reduzierten Kosten des Leistungsverstärkers große Vorteile bringt . Es wurde als Uplink-Mehrfachzugriffsschema in 3GPP Long Term Evolution (LTE) oder Evolved UTRA (E-UTRA) übernommen.

Die Leistung von SC-FDMA in Bezug auf OFDMA war Gegenstand verschiedener Studien. Obwohl die Leistungslücke gering ist, macht der Vorteil von SC-FDMA mit niedrigem PAPR eine drahtlose Uplink-Übertragung in Mobilkommunikationssystemen wünschenswert, bei denen die Energieeffizienz des Senders von größter Bedeutung ist.

Sender- und Empfängerstruktur von LP-OFDMA / SC-FDMA

Die Übertragungsverarbeitung von SC-FDMA ist der von OFDMA sehr ähnlich. Für jeden Benutzer wird die Folge der übertragenen Bits auf eine komplexe Konstellation von Symbolen abgebildet ( BPSK- , QPSK- oder M- Quadratur-Amplitudenmodulation ). Dann werden verschiedenen Sendern (Benutzern) unterschiedliche Fourier-Koeffizienten zugewiesen. Diese Zuordnung erfolgt in den Mapping- und Demapping-Bausteinen. Die Empfängerseite enthält einen Demapping-Block, einen IDFT-Block und einen Erkennungsblock für jedes zu empfangende Benutzersignal. Genau wie bei OFDM werden Schutzintervalle (als zyklische Präfixe bezeichnet) mit zyklischer Wiederholung zwischen Symbolblöcken eingeführt, um Interferenzen zwischen Symbolen durch zeitliche Ausbreitung (verursacht durch Mehrwegeausbreitung) zwischen den Blöcken effizient zu beseitigen.

In SC-FDMA wird der Mehrfachzugriff zwischen Benutzern ermöglicht, indem verschiedenen Benutzern unterschiedliche Sätze nicht überlappender Fourier-Koeffizienten (Unterträger) zugewiesen werden. Dies wird am Sender erreicht, indem (vor IDFT) stille Fourier-Koeffizienten (an Positionen, die anderen Benutzern zugewiesen wurden) eingefügt und auf der Empfängerseite nach der DFT entfernt werden.

Lokalisiertes Mapping und verteiltes Mapping

Das Unterscheidungsmerkmal von SC-FDMA besteht darin, dass es im Gegensatz zu OFDMA, einem Mehrträger-Übertragungsschema, zu einem Einzelträger-Sendesignal führt. Die Unterträgerzuordnung kann in zwei Typen unterteilt werden: lokalisierte Zuordnung und verteilte Zuordnung. Bei der lokalisierten Zuordnung werden die DFT-Ausgänge einer Teilmenge aufeinanderfolgender Unterträger zugeordnet, wodurch sie nur auf einen Bruchteil der Systembandbreite beschränkt werden. Bei der verteilten Abbildung werden die DFT-Ausgänge der Eingangsdaten nicht kontinuierlich über die gesamte Bandbreite Unterträgern zugewiesen, was zu einer Amplitude von Null für die verbleibenden Unterträger führt. Ein Sonderfall von verteiltem SC-FDMA wird als Interleaved SC-FDMA ( IFDMA ) bezeichnet, bei dem die belegten Unterträger gleichmäßig über die gesamte Bandbreite verteilt sind.

Aufgrund seiner inhärenten Einzelträgerstruktur besteht ein herausragender Vorteil von SC-FDMA gegenüber OFDM und OFDMA darin, dass sein Sendesignal ein niedrigeres Spitzen-Durchschnitts-Leistungsverhältnis (PAPR) aufweist, was zu entspannten Entwurfsparametern im Sendepfad eines Teilnehmers führt Einheit. Intuitiv liegt der Grund in der Tatsache, dass dort, wo OFDM-Sendesymbole mehrere Unterträger direkt modulieren, SC-FDMA-Sendesymbole zuerst von einem N-Punkt-DFT-Block verarbeitet werden.

Sowohl in OFDM als auch in SC-FDMA wird nach der DFT-Berechnung auf der Empfängerseite eine Entzerrung erreicht, indem jeder Fourier-Koeffizient mit einer komplexen Zahl multipliziert wird. Somit kann frequenzselektivem Fading und Phasenverzerrung leicht entgegengewirkt werden. Der Vorteil besteht darin, dass der Frequenzbereichsausgleich unter Verwendung von FFTs weniger Berechnungen erfordert als der herkömmliche Zeitbereichsausgleich, der FIR- oder IIR-Filter mit mehreren Abgriffen erfordert. Weniger Berechnungen führen zu weniger zusammengesetzten Rundungsfehlern, die als numerisches Rauschen angesehen werden können.

Ein verwandtes Konzept ist die Kombination einer Einzelträgerübertragung mit dem Einzelträger-Frequenzdomänenausgleichsschema (SC-FDE). Die Einzelträgerübertragung verwendet im Gegensatz zu SC-FDMA und OFDM keine IDFT oder DFT am Sender, führt jedoch das zyklische Präfix ein, um die lineare Kanalfaltung in eine kreisförmige umzuwandeln. Nach dem Entfernen des zyklischen Präfixes am Empfänger wird eine DFT angewendet, um in den Frequenzbereich zu gelangen, wo ein einfaches SC-FDE-Schema (Single-Carrier Frequency Domain Equalization) verwendet werden kann, gefolgt von der IDFT-Operation.

SC-FDMA.svg

Nützliche Eigenschaften

  1. Niedriger PAPR (Crest Factor)
  2. Geringe Empfindlichkeit gegenüber Trägerfrequenzversatz
  3. Es ist weniger empfindlich gegenüber nichtlinearen Verzerrungen und ermöglicht daher die Verwendung kostengünstiger Leistungsverstärker
  4. Höhere Robustheit gegenüber spektralen Nullen

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Hyung G. Myung, Junsung Lim, und David J. Goodman, " Single Carrier FDMA für drahtlose Uplink-Übertragung ", IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 1, nein. 3, Sep. 2006, S. 30–38
  2. ^ H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsner und M. Wahlqvist, „Technische Lösungen für die 3G-Langzeitentwicklung“, IEEE Commun. Mag., Vol. 44, nein. 3, März 2006, S. 38–45
  3. ^ Partnerschaftsprojekt der 3. Generation (3GPP); Technische Spezifikation Gruppe Funkzugangsnetz; Aspekte der physischen Schicht für Evolved UTRA, http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25814.htm
  4. ^ M. Danish Nisar, Hans Nottensteiner und Thomas Hindelang, „ Über Leistungsgrenzen von DFT-verbreiteten OFDM-Systemen “, beim 16. IST Mobile Summit im Juli 2007 in Budapest, Ungarn.
  5. ^ BE Priyanto, H. Codina, S. Rene, TB Sorensen, P. Mogensen, „Erste Leistungsbewertung von DFT-Spread-OFDM-basierten SC-FDMA für UTRA LTE Uplink“, IEEE Vehicular Technology Conference (VTC) 2007 Spring, Dublin, Irland, April 2007
  6. ^ N. Benvenuto und S. Tomasin, "Zum Vergleich zwischen OFDM und Einzelträgermodulation mit einem DFE unter Verwendung eines Frequenzbereichs-Feedforward-Filters", IEEE Trans. on Commun., vol. 50, nein. 6, Juni 2002, S. 947–955
  7. ^ Xixia Leader in Converged IP Testing, "Single Carrier FDMA in LTE", 915-2725-01 Rev. A November 2009.
  8. ^ HG Myung, J. Lim und DJ Goodman, "Peak-to-Average-Leistungsverhältnis von Einzelträger-FDMA-Signalen mit Pulsformung", 17. jährliches IEEE Internationales Symposium für persönliche, Innen- und Mobilfunkkommunikation (PIMRC '06), Helsinki, Finnland, September 2006
  9. ^ D. Falconer, SL Ariyavisitakul, A. Benyamin-Seeyar und B. Eidson, "Frequency Domain Equalization for Single-Carrier Broadband Wireless Systems", IEEE Commun. Mag., Vol. 40, nein. 4, April 2002, S. 58–66