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        LTE關鍵技術研究-(OFDMA,SC-FDMA,MIMO)

        2013-10-29 14:22:15陳晶杰
        中國新通信 2013年7期
        關鍵詞:載波信噪比鏈路

        陳晶杰

        【摘要】OFDMA技術能有效對抗頻率選擇性衰落,提高數據傳輸效率;SC-FDMA技術能有效降低峰均比,降低硬件需求門檻,提高終端電池使用時間;MIMO技術能提高數據傳輸數率,增大系統(tǒng)傳輸容量。本文全面敘述了OFDMA; SC-FDMA和MIMO技術及其特點。先將OFDMA技術與SC-FDMA技術對比,闡述兩者在不同條件下的各自優(yōu)缺點及各自的適用的鏈路情況。隨后,分析MIMO技術帶來的傳輸容量的增益效果,分析不同環(huán)境下MIMO自適應模式間的轉換并結合分析MIMO容量和收發(fā)信天線數量的關系。最后,展現(xiàn)MIMO,OFDMA,SC-FDMA技術結合的優(yōu)點。這三者取長補短,推動LTE移動通信技術向著更高速率、更大容量、更好性能的方向發(fā)展。

        【關鍵詞】OFDMASC-FDMAMIMO

        一、LTE關鍵技術概述

        LTE(Long Term Evolution)項目是3G的演進,它改進并增強了3G的空中接入技術。通過運用OFDMA,SC-FDMA,MIMO這三種技術有效結合,達到3GPP LTE項目規(guī)定的主要性能指標。

        二、OFDMA技術

        2.1OFDMA技術原理

        OFDMA:正交頻分多址Orthogonal Frequency Division Multiple Access(OFDMA):主要思想:將信道分成若干正交子信道,將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流,調制到在每個子信道上進行傳輸,然后在部分子載波上加載傳輸數據。OFDMA技術優(yōu)點:頻譜效率高,來源于正交傳輸;采用CP回避用戶間干擾,頻譜效率高。OFDMA技術克服的是由于多徑效應產生的頻率選擇性衰弱。

        由上圖分析表明:采用IFFT產生OFDM信號決定了:子載波間隔△f=1/T(T為OFDM符號周期)。△f不能太?。罕仨毮苋萑桃欢ㄜ囁傧碌亩嗥绽疹l移動效應,起到分隔干擾效果。△f不能太大:T過小,則對應CP開銷過大,增加系統(tǒng)負擔。典型△f值:10-20kHZ,LTE實際經驗建議值:15kHZ(符號長度66.67us)。CP不能太?。罕仨毮芨采w主要多徑的時延擴展,容忍一定的定時誤差。CP不能太大:信令開銷限制了CP不能無限擴大。CP可以采用多個選項:LTE:常規(guī)CP:4.687ms擴展CP:16.67ms超長CP: 33.33。

        三、SC-FDMA技術

        3.1SC-FDMA技術原理

        SC-FDMA(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access,單載波頻分多址),是LTE推薦的上行鏈路多址技術。SC-FDMA產生方法:是在OFDM的IFFT調制之前對信號進行DFT擴展, SC-FDMA由于采用單載波的方式,與OFDMA相比之下具有較低的PAPR(峰值/平均功率比,peak-to-average power ratio),比多載波的PAPR低1-3dB左右。較低的PAPR終可以使手機降低硬件集成度門檻,減少突發(fā)性的高功耗硬件,進而可以延長手機電池的使用時間。

        4.4MIMO容量與天線數關系

        根據這兩幅圖各四條不同的曲線我們可以得出結論:

        1.當Y軸為定量時,信噪比不變的情況下,信道容量隨天線數量的增加而增大。MIMO發(fā)射天線在發(fā)射天線數量0到5的區(qū)間內的斜率較大,說明在該區(qū)間隨著發(fā)射天線的增加,容量的發(fā)射提升效果顯著。

        2.當X軸為定量時,即發(fā)射天線和接收天線的數量為定值時,信道容量隨信噪比的增大而增大。

        3.接收天線在SNR=15這一曲線,隨著天線數量增加保持著較高的斜率:較高的容量增長率,其增長率遠大于SNR=10,5,0的曲線,這就說明了在信噪比好的情況下,手機的傳輸速率將會獲得質的飛躍,速率將僅受限于網絡側的處理能力,而不再受限于無線信道的傳輸環(huán)境。

        4. MIMO發(fā)射天線在發(fā)射天線5到10天線區(qū)間,提升曲線略有提升,而隨著天線數量的增加,硬件正本急劇增加。10到15的區(qū)間內,提升曲線斜率趨于平緩,即超過10天線的MIMO系統(tǒng)會有硬件成本高,而容量提升不明顯的特點。

        綜上所述,這一實驗結論論證了:3GPP提出的MIMO-LTE系統(tǒng)建議天線區(qū)間為0到8的這一經驗理論,這是綜合考慮了MIMO容量提升和硬件成本的結果。

        4.5MIMO-OFDMA-SCFDMA技術結合及總結

        MIMO技術利用空間維度資源在發(fā)射端和接收端同時采用多天線技術,而OFDMA技術的實現(xiàn)又幫助彌補了MIMO系統(tǒng)中由于分集產生的時延而帶來的選擇性衰弱,這兩者優(yōu)缺點完美互補,提高系統(tǒng)容量,提升用戶感知。同時在上行鏈路中采用SC-FDMA,就降低終端的硬件需求,起到延長終端電池使用時間的效果。這三個技術的結合使LTE通信向著更高速率、更大容量、更好性能的方向發(fā)展。

        參考文獻

        [1] Schulze,H.,Luders,C. Theory and Applications of OFDMA and CDMA,Wiley

        [2] Myung,H.G.,Goodman,D.J., Single Carrier FDMA:A New Air Interface for Long Term Evolution,Wiley

        [3] H.Yang, A Road to Future Broadband Wireless Access: MIMO-OFDM-Based Air Interface ,IEEE Communication Magazine,pp.553-560

        [4] Harri Holma,Antti Toskala,LTE for UMTS-OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access

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