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FDMA de portadora única ( SC-FDMA ) es un esquema de acceso múltiple por división de frecuencia . También se le llama OFDMA linealmente precodificado ( LP-OFDMA ). Como otros esquemas de acceso múltiple (TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA), se ocupa de la asignación de múltiples usuarios a un recurso de comunicación compartido. SC-FDMA se puede interpretar como un esquema OFDMA precodificado linealmente , en el sentido de que tiene un paso de procesamiento DFT adicional que precede al procesamiento OFDMA convencional.

SC-FDMA ha atraído gran atención como una alternativa atractiva a OFDMA , especialmente en las comunicaciones de enlace ascendente, donde una menor relación de potencia pico a promedio ( PAPR ) beneficia enormemente al terminal móvil en términos de eficiencia de potencia de transmisión y costo reducido del amplificador de potencia. Se ha adoptado como esquema de acceso múltiple de enlace ascendente en 3GPP Long Term Evolution (LTE) o Evolved UTRA (E-UTRA). [1] [2] [3]

El desempeño de SC-FDMA en relación con OFDMA ha sido objeto de varios estudios. [4] [5] [6] Aunque la brecha de rendimiento es pequeña, la ventaja de SC-FDMA de bajo PAPR lo hace deseable para transmisión inalámbrica de enlace ascendente en sistemas de comunicaciones móviles, donde la eficiencia de potencia del transmisor es de suma importancia.

Estructura del transmisor y receptor de LP-OFDMA / SC-FDMA

El procesamiento de transmisión de SC-FDMA es muy similar al de OFDMA. Para cada usuario, la secuencia de bits transmitidos se mapea a una constelación compleja de símbolos ( BPSK , QPSK o modulación de amplitud en cuadratura M ). Luego, a los diferentes transmisores (usuarios) se les asignan diferentes coeficientes de Fourier. Esta asignación se realiza en los bloques de mapeo y demapeo. El lado del receptor incluye un bloque de demapeo, un bloque IDFT y un bloque de detección para cada señal de usuario que se va a recibir. Como en OFDM, se introducen intervalos de guarda (denominados prefijos cíclicos) con repetición cíclica entre bloques de símbolos con el fin de eliminar eficazmente la interferencia entre símbolos de la propagación del tiempo (provocada por la propagación de múltiples rutas) entre los bloques.

En SC-FDMA, el acceso múltiple entre usuarios es posible asignando a diferentes usuarios diferentes conjuntos de coeficientes de Fourier no superpuestos (subportadoras). Esto se logra en el transmisor insertando (antes de IDFT) coeficientes de Fourier silenciosos (en las posiciones asignadas a otros usuarios) y eliminándolos en el lado del receptor después de la DFT.

Mapeo localizado y mapeo distribuido

La característica distintiva de SC-FDMA es que conduce a una señal de transmisión de una sola portadora, en contraste con OFDMA, que es un esquema de transmisión de múltiples portadoras. El mapeo de subportadoras se puede clasificar en dos tipos: mapeo localizado y mapeo distribuido. En el mapeo localizado, las salidas DFT se mapean a un subconjunto de subportadoras consecutivas, confinándolas así a solo una fracción del ancho de banda del sistema. En el mapeo distribuido, las salidas DFT de los datos de entrada se asignan a las subportadoras en todo el ancho de banda de forma no continua, lo que da como resultado una amplitud cero para las subportadoras restantes. Un caso especial de SC-FDMA distribuido se denomina SC-FDMA entrelazado ( IFDMA ), donde las subportadoras ocupadas están igualmente espaciadas en todo el ancho de banda. [7]

Debido a su estructura de portadora única inherente, una ventaja destacada de SC-FDMA sobre OFDM y OFDMA es que su señal de transmisión tiene una relación de potencia pico a promedio (PAPR) más baja , lo que resulta en parámetros de diseño relajados en la ruta de transmisión de un suscriptor. unidad. Intuitivamente, la razón radica en el hecho de que cuando los símbolos de transmisión OFDM modulan directamente múltiples subportadoras, los símbolos de transmisión SC-FDMA son procesados ​​primero por un bloque DFT de N puntos. [8]

En OFDM, así como en SC-FDMA, la ecualización se logra en el lado del receptor, después del cálculo de DFT, multiplicando cada coeficiente de Fourier por un número complejo. Por lo tanto, el desvanecimiento selectivo de frecuencia y la distorsión de fase se pueden contrarrestar fácilmente. La ventaja es que la ecualización en el dominio de la frecuencia utilizando FFT requiere menos cálculo que la ecualización en el dominio del tiempo convencional, que requiere filtros FIR o IIR de múltiples tomas. Menos cálculos dan como resultado un error de redondeo menos compuesto, que puede verse como ruido numérico.

Un concepto relacionado es la combinación de una transmisión de portadora única con el esquema de ecualización de dominio de frecuencia de portadora única (SC-FDE). [9] La transmisión de portadora única, a diferencia de SC-FDMA y OFDM, no emplea IDFT o DFT en el transmisor, pero introduce el prefijo cíclico para transformar la convolución del canal lineal en circular. Después de eliminar el prefijo cíclico en el receptor, se aplica una DFT para llegar al dominio de la frecuencia, donde se puede emplear un esquema simple de ecualización en el dominio de la frecuencia de una sola portadora (SC-FDE), seguido de la operación IDFT.

SC-FDMA.svg
  • DFT: Transformada discreta de Fourier
  • IDFT: Transformada de Fourier discreta inversa
  • CP: prefijo cíclico
  • PD: forma de pulso
  • DAC: convertidor de digital a analógico
  • RF: señal de radiofrecuencia
  • ADC: convertidor de analógico a digital
  • LP-OFDMA: OFDMA precodificado linealmente

Propiedades útiles

  1. PAPR bajo (factor de cresta)
  2. Baja sensibilidad al desplazamiento de la frecuencia portadora
  3. Menos sensible a la distorsión no lineal y, por tanto, permite el uso de amplificadores de potencia de bajo coste.
  4. Mayor robustez frente a nulos espectrales

Ver también

  • Interferometría portadora
  • Evolución a largo plazo de 3GPP
  • OFDMA
  • Acceso múltiple por división de tiempo

Referencias

  1. ^ Hyung G. Myung, Junsung Lim y David J. Goodman, " FDMA de un solo operador para transmisión inalámbrica de enlace ascendente ", Revista de tecnología vehicular IEEE, vol. 1, no. 3, septiembre de 2006, págs. 30–38
  2. ^ H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsner y M. Wahlqvist, "Soluciones técnicas para la evolución a largo plazo 3G", IEEE Commun. Mag., Vol. 44, no. 3, marzo de 2006, págs. 38–45
  3. ^ Proyecto de asociación de tercera generación (3GPP); Red de acceso por radio del grupo de especificaciones técnicas; Aspectos de la capa física para UTRA evolucionado, http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25814.htm
  4. ^ M. Danish Nisar, Hans Nottensteiner y Thomas Hindelang, " Sobre los límites de rendimiento de los sistemas OFDM DFT-Spread ", en la Decimosexta Cumbre Móvil IST, julio de 2007 en Budapest, Hungría.
  5. ^ BE Priyanto, H. Codina, S. Rene, TB Sorensen, P. Mogensen, "Evaluación de rendimiento inicial de SC-FDMA basado en OFDM DFT-Spread para UTRA LTE Uplink", IEEE Vehicular Technology Conference (VTC) 2007 Spring, Dublín, Irlanda, abril de 2007
  6. ^ N. Benvenuto y S. Tomasin, "Sobre la comparación entre OFDM y la modulación de portadora única con un DFE utilizando un filtro de avance de dominio de frecuencia", IEEE Trans. on Commun., vol. 50, no. 6, junio de 2002 págs. 947–955
  7. Xixia Leader in Converged IP Testing, "Single Carrier FDMA in LTE", 915-2725-01 Rev A noviembre de 2009.
  8. ^ HG Myung, J. Lim y DJ Goodman, "Relación de potencia de pico a promedio de señales FDMA de portadora única con modelado de pulso", El 17º Simposio internacional anual IEEE sobre comunicaciones de radio personales, interiores y móviles (PIMRC '06), Helsinki, Finlandia, septiembre de 2006
  9. ^ D. Falconer, SL Ariyavisitakul, A. Benyamin-Seeyar y B. Eidson, "Ecualización de dominio de frecuencia para sistemas inalámbricos de banda ancha de un solo operador", IEEE Commun. Mag., Vol. 40, no. 4, abril de 2002, págs. 58–66