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LTE 系列:多址方式

LTE 多址方式详解

多址方式

LTE 的空中接口采用以 OFDM 技术为基础的多址方式,使用 15kHz 的子载波宽度,通过不同的子载波数目(72 ~ 1200 )实现了从 1.4 ~ 20MHz 之间多种可变的系统带宽。另外,考虑到在不同应用场景的情况下,无线信道的多径传输具有不同的时延扩展特性,所以 LTE 支持两种不同循环前缀(Cyclic Prefix,CP)长度的配置:Normal CPExtend CP,它们的长度分别约为 4.7μs16.7μs

OFDM 技术的基础上,根据下行和上行两个方向通信的不同特点,LTE 分别选择了多载波 OFDM单载波 SC-FDMA(即 DFT-SOFDM)作为多址方式的具体实现方法。

下行多址方式

LTE 采用 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)作为下行无线信号传输的多址方式。OFDM 是一种多载波调制的传输技术,将数据流经过串并变换,形成多路子数据流(N 路),使用它们分别去调制 N 路子载波后并行传输。通过这样的处理,子数据流的速率是原来的 1/N,即符号周期是原来的 N 倍,使得该符号周期远大于信道的时延扩展,从而实现了将一个宽带频率选择性信道划分成 N 个窄带平坦衰落信道,因此 OFDM 信号具有很强的抗无线信道多径衰落抗脉冲干扰的能力,并且由于实现方式简单,所以特别适用于高速无线数据传输。

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OFDM 调制的信号处理流程

上行多址方式

上行方向上,LTE 采用单载波 SC-FDMA(即 DFT-SOFDM) 作为多址方式。其中,同样采用了 15kHz 的子载波带宽,不同子载波数目实现不同的系统带宽。

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DFT-SOFDM 调制的信号处理流程

ODFM 中信号直接映射到频域的子载波上形成多载波信号不同,DFT-SOFDM 中信号由时域输入,通过 DFT 的操作转换到频域后再进行子载波的调制,因此 DFT-SOFDM 属于单载波的调制方式,其发射信号也具有单载波的特性。

OFDM 多载波调制中,由于多路信号在频域的并行传输,叠加后形成的时域输出信号具有较大峰均比。由于基站功率放大器的能力较强,因此在下行峰均比不会成为影响系统性能的主要问题。在上行方向上,考虑到终端的成本和功率效率,使用具有单载波特性的发送信号,这是因为较低的信号峰均比具有重要的意义。根据调制方式的不同(QPSK16QAM),与 OFDM 相比较,单载波信号具有 1.5 ~ 2.5dB 的峰均比增益,这也是 LTE 选择单载波 SC-FDMA 作为上行多址方式的主要原因

另一方面,为了使信号真正具有单载波的特性,DFT-SOFDM 调制过程中对于子载波的映射需要满足一定的限制。除了集中式的映射之外(此时,DFT-SOFDM 的信号处理过程相当于对输入信号进行时域的过采样),在分布式的映射中,为了保持单载波特性,DFT-SOFDM 调制必须采用等间隔的子载波映射,即 L1 =L2 =…=LN (此时,DFT-SOFDM 的处理过程相当于对输入信号进行时域的块重复),而不能够使用间隔不相等的分布式映射,因为那将破坏输出信号的单载波特性。

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OFDM/DFT-SOFDM 的子载波映射

参考

  • [1] LTE-Advanced 关键技术详解