Dlaczego LTE wykorzystuje OFDMA dla łącza w dół i SC-FDMA dla łącza w górę?

LTE (Long-Term Evolution) wykorzystuje kombinację wielu schematów dostępu dla transmisji łącza w dół (DL) i łącza w górę (UL). W szczególności LTE wykorzystuje OFDMA (wielokrotny dostęp z podziałem częstotliwości ortogonalnych) dla łącza w dół i SC-FDMA (wielokrotny dostęp z podziałem częstotliwości z pojedynczą nośną) dla łącza w górę. Ten strategiczny wybór jest podyktowany unikalnymi wymaganiami i cechami każdego kierunku komunikacji. Przyjrzyjmy się szczegółowo, dlaczego LTE wykorzystuje OFDMA dla łącza w dół i SC-FDMA dla łącza w górę:

1. Łącze w dół (DL) — OFDMA:

Wydajność spektralna:

OFDMA, ponieważ oferuje wysoką wydajność widmową. Umożliwia jednoczesną transmisję wielu strumieni danych do różnych użytkowników na wielu podnośnych. Ta równoległa transmisja zwiększa przepustowość łącza w dół, umożliwiając efektywne wykorzystanie dostępnego widma.

Różnorodność częstotliwości:

OFDMA zapewnia różnorodność częstotliwości poprzez dystrybucję danych na wielu podnośnych. Ta różnorodność pomaga zwalczać zanikanie selektywne pod względem częstotliwości, w którym określone składowe częstotliwości mogą ulegać osłabieniu, zapewniając solidniejszą i niezawodniejszą komunikację w łączu w dół.

Obsługa wielu użytkowników:

OFDMA do przydzielania różnych podnośnych wielu użytkownikom jednocześnie obsługuje transmisję wielu użytkowników. Jest to niezbędne do jednoczesnego dostarczania danych wielu użytkownikom w tej samej komórce, optymalizacji przepustowości łącza w dół i poprawy komfortu użytkownika.

Możliwość dostosowania do warunków kanału:

OFDMA umożliwia adaptacyjną modulację i kodowanie, dostosowując schemat modulacji i szybkość kodowania w oparciu o warunki kanału. Ta zdolność adaptacji zapewnia efektywną transmisję danych przy różnej sile sygnału i środowiskach propagacji, przyczyniając się do poprawy wydajności łącza w dół.

Efektywna alokacja zasobów:

OFDMA umożliwia elastyczną alokację zasobów radiowych, umożliwiając dynamiczne dostosowywanie w celu dopasowania do różnych wymagań użytkowników dotyczących szybkości transmisji danych. Ta efektywność alokacji zasobów zwiększa ogólną przepustowość łącza w dół i szybkość reakcji na wymagania użytkownika.

Wysokie szybkości transmisji danych:

Możliwość transmisji równoległej OFDMA w połączeniu z możliwością obsługi schematów modulacji wyższego rzędu umożliwia uzyskanie wysokich szybkości transmisji danych w łączu pobierającym. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku świadczenia usług wymagających dużej przepustowości, takich jak strumieniowe przesyłanie wideo i szybkie pobieranie danych.

2. Łącze wysyłające (UL) — SC-FDMA:

Zredukowany stosunek mocy szczytowej do średniej (PAPR):

SC-FDMA ze względu na korzystny stosunek mocy szczytowej do średniej (PAPR). SC-FDMA wykazuje niższy PAPR w porównaniu do OFDMA, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni dla urządzeń użytkowników o ograniczonym poborze mocy, takich jak smartfony i inne urządzenia zasilane bateryjnie. Ta cecha pomaga wydłużyć żywotność baterii urządzenia.

Zmniejszone zakłócenia w sąsiednich kanałach:

SC-FDMA wykazuje lepsze ograniczenie widma w porównaniu z OFDMA, co skutkuje zmniejszonym promieniowaniem pozapasmowym. Ta cecha minimalizuje zakłócenia w sąsiednich pasmach częstotliwości, co jest kluczowe dla spełnienia wymagań prawnych i zapewnienia współistnienia z innymi systemami bezprzewodowymi.

Wydajność wzmacniacza:

SC-FDMA również przyczynia się do poprawy wydajności wzmacniacza w łączu w górę. Jest to szczególnie ważne w przypadku urządzeń użytkowników, gdyż pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie energii akumulatora podczas transmisji, zwiększając ogólną efektywność energetyczną sieci.

Uproszczona implementacja odbiornika:

SC-FDMA upraszcza implementację odbiornika łącza zwrotnego, czyniąc go mniej skomplikowanym w porównaniu z odbiornikiem OFDMA. To uproszczenie jest korzystne w przypadku urządzeń użytkowników o ograniczonych możliwościach przetwarzania i zasobach, umożliwiając opłacalne i energooszczędne wdrożenia.

Przydatność dla kanałów Uplink:

Charakterystyka SC-FDMA, w tym niższy PAPR i zakres widma, dobrze odpowiadają charakterowi kanałów łącza zwrotnego. SC-FDMA doskonale nadaje się do wymagających środowisk transmisji łącza zwrotnego, gdzie ograniczenia mocy i zakłócenia mają kluczowe znaczenie.

Wniosek:

Podsumowując, użycie OFDMA w łączu w dół i SC-FDMA w łączu w górę to strategiczny wybór oparty na unikalnych cechach i wymaganiach każdego kierunku komunikacji. OFDMA optymalizuje przepustowość łącza w dół, obsługuje wysokie szybkości transmisji danych i efektywnie przydziela zasoby, podczas gdy SC-FDMA poprawia wydajność łącza w górę, zmniejszając zużycie energii, minimalizując zakłócenia i upraszczając implementacje odbiorników. Ta kombinacja schematów wielokrotnego dostępu w LTE zapewnia skuteczne i zrównoważone podejście do wymagań transmisji zarówno w dół, jak i w górę w nowoczesnych sieciach bezprzewodowych.