Jaka jest przewaga SC-FDMA nad OFDM?
Wielodostęp z podziałem częstotliwości z pojedynczą nośną (SC-FDMA) i multipleksowanie z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) to techniki modulacji i dostępu stosowane w systemach komunikacji bezprzewodowej, szczególnie w sieciach 4G LTE i 5G. Każdy ma swoje zalety i w tym szczegółowym wyjaśnieniu zbadamy zalety SC-FDMA w porównaniu z OFDM:
Zredukowany stosunek mocy szczytowej do średniej (PAPR):
SC-FDMA wykazuje niższy PAPR w porównaniu z OFDM. PAPR odnosi się do różnicy pomiędzy mocą szczytową a mocą średnią transmitowanego sygnału. Wysoki PAPR może być problematyczny, ponieważ wymaga, aby wzmacniacze mocy działały w ich nieliniowym obszarze, co prowadzi do nieefektywności i zniekształceń. Niższy PAPR SC-FDMA sprawia, że jest on bardziej energooszczędny, umożliwiając dłuższą żywotność baterii w urządzeniach użytkownika i zmniejszając zużycie energii w stacjach bazowych.
Większa wydajność wzmacniacza mocy:
Ze względu na niższy PAPR, SC-FDMA bardziej nadaje się do wzmacniania energooszczędnego, co ma kluczowe znaczenie w urządzeniach mobilnych o ograniczonej pojemności baterii. Wzmacniacze mocy SC-FDMA mogą pracować bliżej zakresu liniowego, redukując zniekształcenia i poprawiając ogólną wydajność.
Lepsza wydajność widmowa:
SC-FDMA może osiągnąć podobną wydajność widmową do OFDM, oferując jednocześnie korzyści w zakresie wydajności energetycznej. To sprawia, że jest to preferowany wybór w scenariuszach, w których ważna jest zarówno wydajność widmowa, jak i energetyczna, takich jak systemy komunikacji mobilnej.
Niższe zakłócenia:
SC-FDMA ma węższą szerokość pasma w porównaniu do OFDM. Ta węższa szerokość pasma może pomóc w zmniejszeniu zakłóceń z sąsiednimi pasmami częstotliwości lub sąsiednimi komórkami w sieci komórkowej, poprawiając ogólną wydajność sieci i współistnienie widmowe.
Dolna szczytowa moc nadawcza:
SC-FDMA wymaga niższych szczytowych poziomów mocy nadawania w porównaniu z OFDM, aby osiągnąć te same szybkości transmisji danych. Może to być korzystne w sytuacjach, gdy ograniczenia regulacyjne ograniczają maksymalną dopuszczalną moc nadawania, umożliwiając SC-FDMA zapewnienie lepszego zasięgu i zasięgu w takich scenariuszach.
Poprawiona wydajność krawędzi komórki:
Zmniejszona szczytowa moc nadawcza SC-FDMA i niższy poziom zakłóceń mogą prowadzić do poprawy wydajności na krawędzi komórki. Użytkownicy na obrzeżach komórki mogą doświadczyć lepszej jakości sygnału i wyższych szybkości transmisji danych w systemach SC-FDMA, poprawiając ogólne wrażenia użytkownika.
Wyrównanie domeny częstotliwości:
SC-FDMA wykorzystuje korekcję w dziedzinie częstotliwości, która może być bardziej niezawodna w radzeniu sobie z kanałami zanikającymi selektywnie pod względem częstotliwości. Dzięki temu nadaje się do scenariuszy z trudnymi warunkami w kanale, takimi jak środowiska miejskie z propagacją wielodrożną.
Małe opóźnienia:
SC-FDMA może zaoferować mniejsze opóźnienia w porównaniu do OFDM ze względu na skrócony czas trwania symbolu. Małe opóźnienia są niezbędne w zastosowaniach czasu rzeczywistego, takich jak połączenia głosowe i wideo, gry online i pojazdy autonomiczne, gdzie szybki czas reakcji ma kluczowe znaczenie.
Uproszczony złożoność odbiornika:
Odbiorniki SC-FDMA są często prostsze niż ich odpowiedniki OFDM, ponieważ nie wymagają złożonej synchronizacji symboli i przetwarzania FFT (szybka transformata Fouriera). Może to skutkować mniejszą złożonością sprzętu odbiornika i zmniejszonym zużyciem energii w urządzeniach użytkownika.
Kompatybilność z komunikacją Uplink:
SC-FDMA jest powszechnie stosowany w kierunku łącza zwrotnego (użytkownik-sieć) w sieciach komórkowych. Jego zalety, zwłaszcza w zakresie wydajności energetycznej i redukcji PAPR, sprawiają, że doskonale nadaje się do łącza zwrotnego, gdzie urządzenia użytkownika zasilane bateryjnie przesyłają dane do sieci.
Odporność na opóźnienie rozprzestrzeniania się:
SC-FDMA jest bardziej odporny na rozprzestrzenianie się opóźnień, czyli zjawisko polegające na tym, że wiele kopii transmitowanego sygnału dociera do odbiornika z różnymi opóźnieniami czasowymi wynikającymi z propagacji wielościeżkowej. Wyrównanie domeny częstotliwości SC-FDMA pomaga złagodzić skutki rozprzestrzeniania się opóźnień, co prowadzi do poprawy niezawodności w trudnych warunkach kanału.
Podsumowując, SC-FDMA oferuje kilka zalet w porównaniu z OFDM, w tym zmniejszony PAPR, lepszą wydajność wzmacniacza mocy, lepszą wydajność widmową, niższe zakłócenia i niższą szczytową moc nadawania. Te zalety sprawiają, że SC-FDMA szczególnie dobrze nadaje się do systemów komunikacji mobilnej, gdzie wydajność energetyczna, zasięg i niezawodność są kluczowymi czynnikami. Chociaż OFDM jest nadal używany w łączu pobierającym, łącze w górę w wielu sieciach komórkowych opiera się na SC-FDMA w celu optymalizacji wydajności i zużycia energii w urządzeniach użytkowników.