Qual è il vantaggio di SC-FDMA rispetto a OFDM?
L’accesso multiplo a divisione di frequenza a portante singola (SC-FDMA) e il multiplexing a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) sono entrambe tecniche di modulazione e accesso utilizzate nei sistemi di comunicazione wireless, in particolare nelle reti 4G LTE e 5G. Ognuno ha i suoi vantaggi e in questa spiegazione dettagliata esploreremo i vantaggi di SC-FDMA rispetto a OFDM:
Rapporto di potenza picco-media ridotto (PAPR):
SC-FDMA presenta un PAPR inferiore rispetto a OFDM. PAPR si riferisce alla differenza tra la potenza di picco e la potenza media del segnale trasmesso. Un PAPR elevato può essere problematico perché richiede che gli amplificatori di potenza funzionino nella loro regione non lineare, portando a inefficienze e distorsioni. Il PAPR inferiore di SC-FDMA lo rende più efficiente dal punto di vista energetico, consentendo una maggiore durata della batteria nei dispositivi utente e riducendo il consumo energetico nelle stazioni base.
Efficienza dell’amplificatore di potenza migliorata:
Grazie al suo PAPR inferiore, SC-FDMA è più adatto per l’amplificazione ad alta efficienza energetica, che è fondamentale nei dispositivi mobili con capacità della batteria limitata. Gli amplificatori di potenza SC-FDMA possono funzionare più vicino alla loro gamma lineare, riducendo la distorsione e migliorando l’efficienza complessiva.
Migliore efficienza spettrale:
SC-FDMA può raggiungere un’efficienza spettrale simile a OFDM offrendo allo stesso tempo vantaggi in termini di efficienza energetica. Ciò lo rende la scelta preferita negli scenari in cui sono importanti sia l’efficienza spettrale che quella energetica, come i sistemi di comunicazione mobile.
Interferenza inferiore:
SC-FDMA ha una larghezza di banda più stretta rispetto a OFDM. Questa larghezza di banda più stretta può aiutare a ridurre le interferenze con le bande di frequenza adiacenti o con le celle adiacenti in una rete cellulare, migliorando le prestazioni complessive della rete e la coesistenza spettrale.
Potenza di trasmissione di picco inferiore:
SC-FDMA richiede livelli di potenza di trasmissione di picco inferiori rispetto a OFDM per ottenere le stesse velocità di trasmissione dati. Ciò può essere vantaggioso in situazioni in cui i vincoli normativi limitano la potenza di trasmissione massima consentita, consentendo a SC-FDMA di fornire una migliore copertura e portata in tali scenari.
Prestazioni migliorate del bordo cella:
La ridotta potenza di trasmissione di picco di SC-FDMA e i livelli di interferenza più bassi possono portare a prestazioni migliori a bordo cella. Gli utenti ai margini di una cella possono sperimentare una migliore qualità del segnale e velocità di dati più elevate nei sistemi SC-FDMA, migliorando l’esperienza complessiva dell’utente.
Equalizzazione nel dominio della frequenza:
SC-FDMA utilizza l’equalizzazione nel dominio della frequenza, che può essere più efficace nella gestione dei canali di dissolvenza selettivi in frequenza. Ciò lo rende adatto a scenari con condizioni di canale difficili, come gli ambienti urbani con propagazione multipercorso.
Bassa latenza:
SC-FDMA può offrire una latenza inferiore rispetto a OFDM grazie alla durata ridotta del simbolo. Una bassa latenza è essenziale per applicazioni in tempo reale come chiamate vocali e video, giochi online e veicoli autonomi, dove tempi di risposta rapidi sono fondamentali.
Complessità del ricevitore semplificata:
I ricevitori SC-FDMA sono spesso più semplici delle loro controparti OFDM perché non richiedono la complessa sincronizzazione dei simboli e l’elaborazione FFT (Fast Fourier Transform). Ciò può comportare una minore complessità dell’hardware del ricevitore e un ridotto consumo energetico nei dispositivi dell’utente.
Compatibilità con la comunicazione Uplink:
SC-FDMA è comunemente usato nella direzione uplink (utente-rete) nelle reti cellulari. I suoi vantaggi, soprattutto in termini di efficienza energetica e riduzione del PAPR, lo rendono particolarmente adatto per l’uplink, dove i dispositivi utente alimentati a batteria trasmettono dati alla rete.
Robustezza per ritardare la diffusione:
SC-FDMA è più robusto nel ritardare la diffusione, che è il fenomeno in cui più copie di un segnale trasmesso arrivano al ricevitore con ritardi temporali diversi a causa della propagazione multipercorso. L’equalizzazione nel dominio della frequenza di SC-FDMA aiuta a mitigare gli effetti della diffusione del ritardo, portando a una migliore affidabilità in condizioni di canale difficili.
In sintesi, SC-FDMA offre numerosi vantaggi rispetto a OFDM, tra cui PAPR ridotto, migliore efficienza dell’amplificatore di potenza, migliore efficienza spettrale, minori interferenze e potenza di trasmissione di picco inferiore. Questi vantaggi rendono SC-FDMA particolarmente adatto per i sistemi di comunicazione mobile, dove l’efficienza energetica, la copertura e l’affidabilità sono considerazioni cruciali. Mentre OFDM è ancora utilizzato nel downlink, l’uplink in molte reti cellulari si basa su SC-FDMA per ottimizzare le prestazioni e il consumo energetico nei dispositivi degli utenti.