LTE SC-FDMA und LTE-Uplink
LTE (Long-Term Evolution) nutzt ein spezielles Modulationsschema für den Uplink, das als Single-Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) bekannt ist. SC-FDMA ist ein Modulations- und Zugangsschema, das Vorteile für die Uplink-Übertragung in LTE-Netzwerken bietet.
- Einführung in SC-FDMA und Uplink-Frame-Struktur
- Verbindung von Single-Carrier-Übertragung und FDMA
- Uplink SC-FDMA-Sende- und Empfangsketten
- Peak to Average Power Ratio (PAPR)-Vergleich mit SC-FDMA und OFDMA
Hier sind einige Schlüsselaspekte von LTE SC-FDMA und dem LTE-Uplink:
SC-FDMA im LTE-Uplink:
In der Uplink-Richtung von LTE wird SC-FDMA als Modulationsschema verwendet. SC-FDMA ist eine Form des Frequency Division Multiple Access (FDMA), bei dem jedem Benutzer eine bestimmte Teilmenge von Unterträgern für die Übertragung zugewiesen wird.
SC-FDMA bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen FDMA-Systemen, indem es das Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) reduziert und die Energieeffizienz verbessert. Dies ist besonders wichtig für mobile Geräte mit begrenzter Akkuleistung.
Uplink-Ressourcenzuweisung:
Bei LTE werden die Uplink-Ressourcen basierend auf ihren Kanalbedingungen und ihrer Qualität dynamisch verschiedenen Benutzern zugewiesen. Die Uplink-Ressourcenzuweisung wird von der Basisstation (eNodeB) mithilfe von Techniken wie Uplink-Planung und Leistungssteuerung durchgeführt.
Die Uplink-Ressourcen werden im Frequenzbereich und im Zeitbereich zugewiesen, wobei die Teilmenge der Unterträger und die Übertragungsdauer für jeden Benutzer angegeben werden.
Direktzugriffsverfahren:
Der LTE-Uplink umfasst ein Zufallszugriffsverfahren, das es UEs ermöglicht, Zugriff auf das Netzwerk anzufordern und eine Uplink-Übertragung zu initiieren. Dieses Verfahren wird für den ersten Verbindungsaufbau, Übergaben und andere Signalaustausche verwendet.
Während des Direktzugriffsverfahrens überträgt das UE eine Präambel auf einem bestimmten Satz von Unterträgern, und der eNodeB antwortet mit einer Gewährung von Uplink-Übertragungsressourcen.
Uplink-Kanalqualitätsberichte:
Die Berichterstattung über die Qualität des Uplink-Kanals ist ein wesentlicher Bestandteil des LTE-Uplink-Betriebs. UEs messen regelmäßig die Qualität des Uplink-Kanals und melden sie dem eNodeB. Diese Informationen werden für die Ressourcenzuweisung, Planung und Optimierung der Leistungssteuerung verwendet.
Durch den Einsatz von SC-FDMA im Uplink erreicht LTE ein Gleichgewicht zwischen Energieeffizienz, spektraler Effizienz und Robustheit. SC-FDMA reduziert den PAPR im Vergleich zu anderen Modulationsschemata wie Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) und eignet sich daher für Uplink-Übertragungen von batteriebetriebenen Geräten. Die dynamische Zuweisung von Uplink-Ressourcen, Direktzugriffsverfahren und Kanalqualitätsberichte tragen zum effizienten und zuverlässigen Betrieb des LTE-Uplinks bei.
Warum wird SC-FDMA im Uplink für LTE verwendet?
SC-FDMA (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access) wird im Uplink für LTE (Long-Term Evolution) verwendet, da es gegenüber anderen Modulationsschemata mehrere Vorteile bietet. Hier sind die Hauptgründe, warum SC-FDMA im Uplink für LTE verwendet wird:
Energie-Effizienz:
SC-FDMA bietet eine bessere Energieeffizienz im Vergleich zu anderen Modulationsschemata wie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Es weist ein niedrigeres Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) auf, was bedeutet, dass die Leistungsverstärker in Benutzergeräten effizienter arbeiten können, was den Stromverbrauch senkt und die Batterielebensdauer verlängert. Dies ist besonders wichtig für Uplink-Übertragungen von batteriebetriebenen Geräten wie Smartphones und IoT-Geräten.
Geringere Interferenz:
SC-FDMA bietet im Vergleich zu OFDMA ein geringeres Maß an Out-of-Band- und In-Band-Interferenzen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Energie eines übertragenen Signals über einen engeren Frequenzbereich verteilt wird, was zu einer geringeren Interferenz benachbarter Unterträger führt. Niedrigere Interferenzpegel verbessern die Gesamtsystemleistung und ermöglichen eine bessere Koexistenz mit benachbarten Frequenzbändern.
Bessere Empfängerleistung:
SC-FDMA weist eine bessere Empfängerleistung hinsichtlich der Empfängerkomplexität und der Toleranz gegenüber Frequenzfehlern und Phasenrauschen auf. Die Empfängerkomplexität wird reduziert, da SC-FDMA einen einzigen Träger anstelle mehrerer Träger wie OFDMA verwendet. Darüber hinaus verfügt SC-FDMA über eine verbesserte Toleranz gegenüber frequenzselektivem Fading und Doppler-Effekten, die die Leistung des Empfängers beeinträchtigen können.
Kontinuierliche Ressourcenzuweisung:
SC-FDMA ermöglicht eine zusammenhängende Ressourcenzuweisung, was bedeutet, dass die zugewiesenen Unterträger im Frequenzbereich nebeneinander liegen. Dies ist besonders für die Uplink-Übertragung von Vorteil, da es eine effizientere Implementierung der Frequenzbereichsentzerrung ermöglicht und die Empfängerverarbeitung vereinfacht.
Kompatibilität mit bestehenden Technologien:
SC-FDMA ermöglicht einen reibungslosen Übergang von Legacy-Technologien wie WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Es ermöglicht Abwärtskompatibilität durch Wiederverwendung der vorhandenen WCDMA-Infrastruktur und Hochfrequenzkomponenten und minimiert so den Bedarf an kostspieligen Upgrades.
Durch den Einsatz von SC-FDMA im Uplink erreicht LTE ein gutes Gleichgewicht zwischen Energieeffizienz, spektraler Effizienz, Empfängerleistung und Kompatibilität mit älteren Technologien. Aufgrund dieser Vorteile eignet sich SC-FDMA gut für Uplink-Übertragungen in LTE und bietet eine effiziente und zuverlässige Kommunikation für verschiedene Geräte im Netzwerk.