LTE SC-FDMA e LTE Uplink

LTE (Long-Term Evolution) utilizza uno schema di modulazione specifico per l’uplink noto come Single-Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). SC-FDMA è uno schema di modulazione e accesso che offre vantaggi per la trasmissione uplink nelle reti LTE.

Introduzione a SC-FDMA e alla struttura del frame uplink
Matrimonio tra trasmissione a portante singola e FDMA
Uplink SC-FDMA trasmette e riceve catene
Confronto del rapporto potenza picco-media (PAPR) con SC-FDMA e OFDMA

Ecco alcuni aspetti chiave di LTE SC-FDMA e dell’uplink LTE:

SC-FDMA nell’uplink LTE:

Nella direzione uplink di LTE, SC-FDMA viene utilizzato come schema di modulazione. SC-FDMA è una forma di accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA) in cui a ciascun utente viene assegnato un sottoinsieme specifico di sottoportanti per la trasmissione.

SC-FDMA offre vantaggi rispetto ai tradizionali schemi FDMA riducendo il rapporto di potenza picco-media (PAPR) e migliorando l’efficienza energetica. Ciò è particolarmente importante per i dispositivi mobili con una carica della batteria limitata.

Allocazione risorse uplink:

In LTE, le risorse di uplink vengono allocate dinamicamente a diversi utenti in base alle condizioni e alla qualità del canale. L’allocazione delle risorse di uplink viene eseguita dalla stazione base (eNodeB) utilizzando tecniche come la pianificazione del uplink e il controllo della potenza.

Le risorse di uplink sono allocate nel dominio della frequenza e nel dominio del tempo, specificando il sottoinsieme di sottoportanti e la durata della trasmissione per ciascun utente.

Procedura di accesso casuale:

L’uplink LTE include una procedura di accesso casuale che consente alle UE di richiedere l’accesso alla rete e avviare una trasmissione di uplink. Questa procedura viene utilizzata per la creazione iniziale della connessione, gli handover e altri scambi di segnalazioni.

Durante la procedura di accesso casuale, la UE trasmette un preambolo su un insieme specifico di sottoportanti, e l’eNodoB risponde con una concessione per risorse di trasmissione verso monte.

Report sulla qualità del canale Uplink:

Il reporting sulla qualità del canale uplink è una parte essenziale delle operazioni di uplink LTE. Le UE misurano periodicamente la qualità del canale di uplink e la segnalano all’eNodeB. Queste informazioni vengono utilizzate per l’allocazione delle risorse, la pianificazione e l’ottimizzazione del controllo energetico.

Utilizzando SC-FDMA nell’uplink, LTE raggiunge un equilibrio tra efficienza energetica, efficienza spettrale e robustezza. SC-FDMA riduce il PAPR rispetto ad altri schemi di modulazione come OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), rendendolo adatto per trasmissioni uplink da dispositivi alimentati a batteria. L’allocazione dinamica delle risorse di uplink, le procedure di accesso casuale e il reporting sulla qualità del canale contribuiscono al funzionamento efficiente e affidabile dell’uplink LTE.

Perché SC-FDMA viene utilizzato nell’uplink per LTE?

SC-FDMA (Accesso multiplo a divisione di frequenza a portante singola) viene utilizzato nell’uplink per LTE (Evoluzione a lungo termine) grazie ai numerosi vantaggi che offre rispetto ad altri schemi di modulazione. Ecco i motivi principali per cui SC-FDMA viene utilizzato nell’uplink per LTE:

Efficienza Energetica:

SC-FDMA fornisce una migliore efficienza energetica rispetto ad altri schemi di modulazione come OFDMA (Accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale). Presenta un rapporto di potenza picco-media (PAPR) inferiore, il che significa che gli amplificatori di potenza nei dispositivi utente possono funzionare in modo più efficiente, riducendo il consumo energetico e prolungando la durata della batteria. Ciò è particolarmente importante per le trasmissioni uplink da dispositivi alimentati a batteria come smartphone e dispositivi IoT.

Interferenza inferiore:

SC-FDMA offre un livello inferiore di interferenze fuori banda e in banda rispetto a OFDMA. Ciò si ottiene distribuendo l’energia di un segnale trasmesso su una gamma di frequenze più ristretta, con conseguente riduzione delle interferenze sulle sottoportanti adiacenti. Livelli di interferenza più bassi migliorano le prestazioni complessive del sistema e consentono una migliore coesistenza con le bande di frequenza vicine.

Migliori prestazioni del ricevitore:

SC-FDMA mostra migliori prestazioni del ricevitore in termini di complessità del ricevitore e tolleranza agli errori di frequenza e al rumore di fase. La complessità del ricevitore è ridotta perché SC-FDMA utilizza una singola portante invece di più portanti come OFDMA. Inoltre, SC-FDMA ha migliorato la tolleranza allo sbiadimento selettivo della frequenza e agli effetti Doppler, che possono ridurre le prestazioni del ricevitore.

Allocazione contigua delle risorse:

SC-FDMA consente l’allocazione contigua delle risorse, il che significa che le sottoportanti assegnate sono adiacenti l’una all’altra nel dominio della frequenza. Ciò è particolarmente vantaggioso per la trasmissione uplink, poiché consente un’implementazione più efficiente dell’equalizzazione nel dominio della frequenza e semplifica l’elaborazione del ricevitore.

Compatibilità con le tecnologie esistenti:

SC-FDMA fornisce una transizione graduale dalle tecnologie legacy come WCDMA (accesso multiplo a divisione di codice a banda larga). Consente la compatibilità con le versioni precedenti riutilizzando l’infrastruttura WCDMA esistente e i componenti a radiofrequenza, riducendo al minimo la necessità di costosi aggiornamenti.

Utilizzando SC-FDMA nell’uplink, LTE raggiunge un buon equilibrio tra efficienza energetica, efficienza spettrale, prestazioni del ricevitore e compatibilità con le tecnologie legacy. Questi vantaggi rendono SC-FDMA adatto per le trasmissioni uplink in LTE, fornendo una comunicazione efficiente e affidabile per vari dispositivi nella rete.