LTE關(guān)鍵技術(shù)研究-（OFDMA，SC-FDMA，MIMO）

陳晶杰

【摘要】OFDMA技術(shù)能有效對抗頻率選擇性衰落，提高數(shù)據(jù)傳輸效率；SC-FDMA技術(shù)能有效降低峰均比，降低硬件需求門檻，提高終端電池使用時間；MIMO技術(shù)能提高數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率，增大系統(tǒng)傳輸容量。本文全面敘述了OFDMA； SC-FDMA和MIMO技術(shù)及其特點。先將OFDMA技術(shù)與SC-FDMA技術(shù)對比，闡述兩者在不同條件下的各自優(yōu)缺點及各自的適用的鏈路情況。隨后，分析MIMO技術(shù)帶來的傳輸容量的增益效果，分析不同環(huán)境下MIMO自適應(yīng)模式間的轉(zhuǎn)換并結(jié)合分析MIMO容量和收發(fā)信天線數(shù)量的關(guān)系。最后，展現(xiàn)MIMO，OFDMA，SC-FDMA技術(shù)結(jié)合的優(yōu)點。這三者取長補短，推動LTE移動通信技術(shù)向著更高速率、更大容量、更好性能的方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】OFDMASC-FDMAMIMO

一、LTE關(guān)鍵技術(shù)概述

LTE（Long Term Evolution）項目是3G的演進，它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)。通過運用OFDMA，SC-FDMA，MIMO這三種技術(shù)有效結(jié)合，達到3GPP LTE項目規(guī)定的主要性能指標(biāo)。

二、OFDMA技術(shù)

2.1OFDMA技術(shù)原理

OFDMA：正交頻分多址Orthogonal Frequency Division Multiple Access（OFDMA）：主要思想：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸，然后在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)。OFDMA技術(shù)優(yōu)點：頻譜效率高，來源于正交傳輸；采用CP回避用戶間干擾，頻譜效率高。OFDMA技術(shù)克服的是由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生的頻率選擇性衰弱。

由上圖分析表明：采用IFFT產(chǎn)生OFDM信號決定了：子載波間隔△f=1/T（T為OFDM符號周期）?！鱢不能太?。罕仨毮苋萑桃欢ㄜ囁傧碌亩嗥绽疹l移動效應(yīng)，起到分隔干擾效果?！鱢不能太大：T過小，則對應(yīng)CP開銷過大，增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。典型△f值：10-20kHZ，LTE實際經(jīng)驗建議值：15kHZ（符號長度66.67us）。CP不能太?。罕仨毮芨采w主要多徑的時延擴展，容忍一定的定時誤差。CP不能太大：信令開銷限制了CP不能無限擴大。CP可以采用多個選項：LTE：常規(guī)CP：4.687ms擴展CP：16.67ms超長CP： 33.33。

三、SC-FDMA技術(shù)

3.1SC-FDMA技術(shù)原理

SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，單載波頻分多址），是LTE推薦的上行鏈路多址技術(shù)。SC-FDMA產(chǎn)生方法：是在OFDM的IFFT調(diào)制之前對信號進行DFT擴展， SC-FDMA由于采用單載波的方式，與OFDMA相比之下具有較低的PAPR（峰值/平均功率比，peak-to-average power ratio），比多載波的PAPR低1-3dB左右。較低的PAPR終可以使手機降低硬件集成度門檻，減少突發(fā)性的高功耗硬件，進而可以延長手機電池的使用時間。

4.4MIMO容量與天線數(shù)關(guān)系

根據(jù)這兩幅圖各四條不同的曲線我們可以得出結(jié)論：

1.當(dāng)Y軸為定量時，信噪比不變的情況下，信道容量隨天線數(shù)量的增加而增大。MIMO發(fā)射天線在發(fā)射天線數(shù)量0到5的區(qū)間內(nèi)的斜率較大，說明在該區(qū)間隨著發(fā)射天線的增加，容量的發(fā)射提升效果顯著。

2.當(dāng)X軸為定量時，即發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量為定值時，信道容量隨信噪比的增大而增大。

3.接收天線在SNR=15這一曲線，隨著天線數(shù)量增加保持著較高的斜率：較高的容量增長率，其增長率遠大于SNR=10，5，0的曲線，這就說明了在信噪比好的情況下，手機的傳輸速率將會獲得質(zhì)的飛躍，速率將僅受限于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的處理能力，而不再受限于無線信道的傳輸環(huán)境。

4. MIMO發(fā)射天線在發(fā)射天線5到10天線區(qū)間，提升曲線略有提升，而隨著天線數(shù)量的增加，硬件正本急劇增加。10到15的區(qū)間內(nèi)，提升曲線斜率趨于平緩，即超過10天線的MIMO系統(tǒng)會有硬件成本高，而容量提升不明顯的特點。

綜上所述，這一實驗結(jié)論論證了：3GPP提出的MIMO-LTE系統(tǒng)建議天線區(qū)間為0到8的這一經(jīng)驗理論，這是綜合考慮了MIMO容量提升和硬件成本的結(jié)果。

4.5MIMO-OFDMA-SCFDMA技術(shù)結(jié)合及總結(jié)

MIMO技術(shù)利用空間維度資源在發(fā)射端和接收端同時采用多天線技術(shù)，而OFDMA技術(shù)的實現(xiàn)又幫助彌補了MIMO系統(tǒng)中由于分集產(chǎn)生的時延而帶來的選擇性衰弱，這兩者優(yōu)缺點完美互補，提高系統(tǒng)容量，提升用戶感知。同時在上行鏈路中采用SC-FDMA，就降低終端的硬件需求，起到延長終端電池使用時間的效果。這三個技術(shù)的結(jié)合使LTE通信向著更高速率、更大容量、更好性能的方向發(fā)展。

參考文獻

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