Wielodostęp z podziałem częstotliwości z pojedynczą nośną (SC-FDMA) a wielokrotny dostęp z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDMA): kompleksowe porównanie
Wstęp:
Wielodostęp z podziałem częstotliwości z pojedynczą nośną (SC-FDMA) i wielokrotny dostęp z podziałem częstotliwości ortogonalnych (OFDMA) to zarówno kluczowe techniki modulacji, jak i wielokrotnego dostępu stosowane w systemach komunikacji bezprzewodowej. To szczegółowe wyjaśnienie bada podobieństwa, różnice i unikalne cechy SC-FDMA i OFDMA.
1. Podstawowe zasady:
1.1 OFDMA:
- Wielokrotny dostęp z podziałem częstotliwości: OFDMA to schemat wielokrotnego dostępu, który umożliwia wielu użytkownikom jednoczesne współdzielenie widma częstotliwości.
- Podnośne ortogonalne: OFDMA wykorzystuje podnośne ortogonalne, co oznacza, że widma częstotliwości tych podnośnych nie nakładają się, co pozwala im współistnieć bez zakłóceń.
- Równoległa transmisja danych: Różni użytkownicy lub usługi mają przypisane różne podzbiory podnośnych do równoległej transmisji danych.
1.2 SC-FDMA:
- Modulacja pojedynczej nośnej: SC-FDMA wykorzystuje przebieg pojedynczej nośnej, w przeciwieństwie do wielu podnośnych w OFDMA.
- Niski PAPR (stosunek mocy szczytowej do średniej): SC-FDMA jest znany z niskiego PAPR, co czyni go bardziej energooszczędnym w porównaniu do OFDMA.
- Sukcesywna transmisja danych: SC-FDMA przesyła dane sukcesywnie na jednej nośnej, dzięki czemu nadaje się do komunikacji typu uplink w sieciach komórkowych.
2. Łącze w górę a łącze w dół:
2.1 OFDMA (łącze w dół):
- Komunikacja w dół: OFDMA jest używana głównie w łączu w dół (od stacji bazowej do użytkownika) w sieciach komórkowych takich jak LTE.
- Równoległe strumienie danych: Różni użytkownicy lub usługi współdzielą widmo częstotliwości łącza w dół przy użyciu równoległych podnośnych.
2.2 SC-FDMA (łącze w górę):
- Komunikacja w górę: SC-FDMA jest przeznaczona do komunikacji w górę (od użytkownika do stacji bazowej) w sieciach komórkowych, takich jak LTE.
- Zaleta niskiego PAPR: Niski PAPR SC-FDMA jest szczególnie korzystny w łączu wysyłającym, gdzie wydajność energetyczna ma kluczowe znaczenie dla urządzeń użytkownika.
3. PAPR (stosunek mocy szczytowej do średniej):
3.1 OFDMA:
- Wysoki PAPR: Sygnały OFDMA często wykazują wysoki PAPR, co może prowadzić do nieefektywnego wykorzystania wzmacniacza mocy.
- Złożone wzmacniacze mocy: Zapotrzebowanie na złożone wzmacniacze mocy radzące sobie z wysokim PAPR jest brane pod uwagę w łączu pobierającym.
3.2 SC-FDMA:
- Niski PAPR: Sygnały SC-FDMA mają niższy PAPR w porównaniu do OFDMA, co czyni je bardziej energooszczędnymi.
- Efektywność energetyczna w łączu wysyłającym: Niski PAPR SC-FDMA jest szczególnie korzystny w łączu wysyłającym, gdzie urządzenia użytkownika mają ograniczone zasoby mocy.
4. Zastosowanie w LTE:
4.1 OFDMA w LTE:
- Komunikacja w łączu w dół: LTE wykorzystuje przede wszystkim OFDMA w łączu w dół do wydajnej komunikacji ze stacji bazowej do urządzeń użytkownika.
- Wysokie szybkości transmisji danych: Równoległa transmisja OFDMA umożliwia wysoką szybkość transmisji danych w łączu pobierającym.
4.2 SC-FDMA w LTE:
- Komunikacja w górę: LTE wykorzystuje SC-FDMA w łączu w górę do komunikacji od urządzeń użytkownika do stacji bazowej.
- Efektywność energetyczna: Niski PAPR i wydajność energetyczna SC-FDMA sprawiają, że nadaje się on do łącza nadrzędnego, gdzie urządzenia użytkownika mają ograniczoną pojemność baterii.
5. Wyrównanie kanału:
5.1 OFDMA:
- Cykliczny prefiks do wyrównywania: OFDMA używa cyklicznego przedrostka w celu uproszczenia korekcji kanałów i złagodzenia zakłóceń międzysymbolowych (ISI) w dziedzinie częstotliwości.
5.2 SC-FDMA:
- Brak prefiksu cyklicznego: SC-FDMA nie używa prefiksu cyklicznego, a korekcja kanałów jest zwykle wykonywana w dziedzinie czasu. Upraszcza to konstrukcję odbiornika, ale wymaga skutecznych technik korekcji.
6. Obsługa przesunięcia Dopplera:
6.1 OFDMA:
- Wyzwania związane z przesunięciem Dopplera: Sygnały OFDMA mogą napotykać wyzwania w obsłudze przesunięć Dopplera, szczególnie w scenariuszach o dużej mobilności.
6.2 SC-FDMA:
- Lepsza tolerancja Dopplera: SC-FDMA wykazuje lepszą tolerancję na przesunięcia Dopplera, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni do komunikacji w górę, gdzie urządzenia użytkownika mogą być w ruchu.
7. Przyszłe trendy:
7.1 OFDMA w 5G i później:
- Ciągłe użytkowanie: OFDMA pozostaje podstawową technologią w 5G i oczekuje się, że będzie nadal odgrywać znaczącą rolę w przyszłych standardach komunikacji bezprzewodowej.
7.2 Eksploracja nowych schematów modulacji:
- Potencjał nowych schematów modulacji: W miarę rozwoju technologii może nastąpić poszukiwanie nowych schematów modulacji, których celem jest połączenie mocnych stron OFDMA i SC-FDMA w celu optymalizacji wydajności w różnych scenariuszach.
Wniosek:
Podsumowując, SC-FDMA i OFDMA to podstawowe techniki modulacji i wielokrotnego dostępu w systemach komunikacji bezprzewodowej, z których każda ma swoje unikalne mocne strony i zastosowania. OFDMA przoduje w komunikacji w łączu w dół, oferując wysokie szybkości transmisji danych, podczas gdy SC-FDMA, dzięki niskiemu PAPR, doskonale nadaje się do energooszczędnej komunikacji w łączu w górę, szczególnie w scenariuszach z ograniczoną pojemnością baterii.