通信与网络中的3GPP LTE中的OFDMA和SC-FDMA性能比较
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资源说明:通用陆地无线接入(UTRA)演进的目标是构建出高速率、低时延、分组优化的无线接入系统[1]。 演进的UTRA致力于建立一个上行速率达到50 MHz、下行速率达到100 MHz、频谱利用率为3G R6的3~4倍[2] 的高速率系统。为达到上述目标,多址方案的选择应该考虑在复杂度合理的情况下,提供更高的数据速率和频谱利用率。在上行链路中,由于终端功率和处理能力的限制,多址方案的设计更具挑战性,除了性能和复杂度,还需要考虑峰值平均功率比(PAPR)对功率效率的影响。   在3GPP LTE的标准化过程中,诺基亚、北电等公司提交了若干多址方案,如多载波(MC)-WCDMA,MC-TD-SCDMA,正 在3GPP长期演进(LTE)通信标准中,多址接入技术对于实现高速率、低时延的目标至关重要。在UTRA(通用陆地无线接入)的演进中,目标是建立一个上行速度达50 MHz、下行速度达100 MHz、频谱效率比3G R6提升3到4倍的系统。为了达到这一目标,必须选择能够在复杂度合理的前提下,提供更高数据速率和频谱利用率的多址技术。 在3GPP LTE的标准化进程中,多种多址方案被提出,如多载波-WCDMA、MC-TD-SCDMA、OFDMA(正交频分多址)和IFDMA(交织频分复用),以及DFT-S OFDM(基于傅立叶变换扩展的正交频分复用)。OFDMA因其在抵抗无线信道频率选择性衰落方面的优势,成为下行链路的首选,同时也作为上行链路的候选方案。诺基亚和北电等公司的提案中,OFDMA被用于FDD(频分双工)模式,而信息产业部电信传输研究所则提出使用其在TDD(时分双工)模式下。 OFDMA的基本原理在于将整个频带划分为多个子载波,每个子载波对应一个平坦的衰落子信道,以抵抗频率选择性衰落。用户间的正交性使得不同用户可以在同一时间使用不同的子载波进行传输,减少了小区内的干扰。通过分布式或集中式的子载波分配,可以利用信道衰落的独立性获取分集增益。在下行链路中,如果上行链路也采用OFDMA,可以简化终端设计,提高上下行链路的一致性。 然而,OFDMA的峰值平均功率比(PAPR)较高,这会影响功率效率,特别是对于功率受限的终端设备。为了解决这个问题,SC-FDMA(单载波频分复用)被提出作为上行链路的候选方案,因为它具有较低的PAPR,从而改善了功率利用率和上行链路的覆盖范围。 DFT-S OFDM是SC-FDMA的一种变体,其通过在发送端先进行DFT变换来降低PAPR,然后在子载波上进行调制。尽管DFT-S OFDM在PAPR方面优于OFDMA,但在链路性能的比较中,尤其是在无线信道中的表现,可能不如OFDMA。实际仿真结果表明,尽管DFT-S OFDM的PAPR较低,但其链路级性能可能不那么理想。 OFDMA和SC-FDMA(DFT-S OFDM)在3GPP LTE中的选择是一个平衡性能、复杂度和PAPR的复杂过程。在下行链路中,OFDMA因其高数据速率和频谱效率被广泛采用,而在上行链路中,SC-FDMA因其较低的PAPR而受到青睐,以应对功率效率和覆盖范围的挑战。未来的技术发展将继续探索如何在这些多址技术之间找到最佳的平衡点,以优化整体系统的性能和效率。
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