OFDM-Grundlagen
OFDM wurde für den Downlink ausgewählt, weil es
- Verbesserte spektrale Effizienz
- ISI-Effekt durch Multipath reduzieren
- Bietet besseren Schutz gegen frequenzselektives Fading
OFDM ist ein Schema, das eine gute Resistenz gegen Multipath bietet und heute weithin als Methode der Wahl zur Reduzierung von Multipath für Breitband-Wireless gilt. Es kann problemlos auf ein Mehrfachzugriffsschema namens OFDMA erweitert werden, bei dem jedem Benutzer ein anderer Satz von Unterträgern zugewiesen wird.
Verbesserung der Frequenzspektraleffizienz
OFDM erhöht die spektrale Effizienz durch die Integration mehrerer Träger in denselben Frequenzraum wie ein einzelner Träger.
Reduzierung der Auswirkungen durch Inter-Symbol-Interferenz (ISI)
Die Verbesserung der frequenzspektralen Effizienz erfordert die Reduzierung der Intersymbolinterferenz (ISI). Dies wird durch einen engeren Frequenzabfall und die Ausrichtung von Nullen und Spitzen zwischen verschiedenen Frequenzen erreicht.
Besserer Schutz vor Frequenzschwund
Kleinere Unterträger- und Ressourcenblockbandbreite erhöhen die Robustheit gegenüber frequenzbedingtem Schwund. Mit dieser kleineren Trägerbandbreite ist die Frequenzkohärenzbandbreite viel kleiner als bei 3G-Systemen, während der Korrelationsfaktor viel höher ist.
Infolgedessen wird es auch viel einfacher sein, einen auf Frequency Selective Scheduling basierenden Planungsalgorithmus zu implementieren, um den Systemdurchsatz auf die unten gezeigte Weise zu verbessern.
SC-FDMA-Grundlagen
Single Carrier-FDMA ist eine kürzlich entwickelte Single-Carrier-Mehrfachzugriffstechnik, die eine ähnliche Struktur und Leistung wie OFDMA aufweist. SC-FDMA kann als ein spezielles OFDMA-System angesehen werden, bei dem das Signal des Benutzers durch diskrete Fourier-Transformation (DFT) vorcodiert wird, daher auch bekannt als DFT-vorcodiertes OFDMA oder DFT-Spread OFDMA.
Ein herausragender Vorteil von SC-FDMA gegenüber OFDMA ist das niedrigere PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) der Sendewellenform für Modulationen niedriger Ordnung wie QPSK und BPSK, was den mobilen Benutzern in Bezug auf Batterielebensdauer und Energieeffizienz zugute kommt.
OFDM-Signale haben ein höheres Spitzen-zu-Durchschnitts-Verhältnis (PAR) – oft als Spitzen-zu-Durchschnitts-Leistungsverhältnis (PAPR) bezeichnet – als Einzelträgersignale. Der Grund dafür ist, dass ein Mehrträgersignal im Zeitbereich die Summe vieler Schmalbandsignale ist. Manchmal ist diese Summe groß und manchmal klein, was bedeutet, dass der Spitzenwert des Signals wesentlich größer ist als der Durchschnittswert.
Dieser hohe PAR ist eine der größten Herausforderungen bei der Implementierung von OFDM, da er die Effizienz verringert und damit die Kosten des HF-Leistungsverstärkers erhöht, der eine der teuersten Komponenten im Radio ist. Die folgende Abbildung zeigt die Beziehung zwischen OFDM und SC-FDMA in LTE.
Der Hauptunterschied zwischen dem Downlink- und dem Uplink-Übertragungsschema besteht darin, dass jeder Unterträger im Uplink Informationen zu jedem übertragenen Modulationssymbol trägt, wie in der Abbildung unten dargestellt, während im Downlink jeder Unterträger nur Informationen zu einem bestimmten Modulationssymbol trägt. Daher muss auch der Uplink-Leistungspegel aufgrund von SC-FDMA um 2 bis 3 dB erhöht werden, um das zusätzliche Rauschen aufgrund der stärkeren Ausbreitung auszugleichen.
