LTE系统中的OFDMA和SC-FDMA技术及PAPR

中文摘要

本文主要介绍了OFDM(正交频分复用)技术的基本原理以及它的特点，从而引出OFDM适应4G的原因所在；阐述了OFDM系统中高峰均比的问题以及抑制PAPR的问题；最后介绍了OFDMA和SC-FDMA的原理。

关键词：OFDM；峰均比；OFDMA；SC-FDMA

目 录

1 LTE物理层技术 ..................................................................................................... 3

1.1

LTE系统物理层 .......................................................................................... 3 1.1.1 1.1.2

物理信道与调制................................................................................ 3 物理层主要传输技术........................................................................ 3

2 OFDM原理 ............................................................................................................ 4

2.1 2.2

OFDM提出的必要性 ................................................................................. 4 OFDM技术的基本原理 ............................................................................. 5

3 OFDM技术中PAPR问题 .................................................................................... 7

3.1 PAPR产生的原因 ......................................................................................... 7 3.2 降低PAPR的方法 .......................................................................................... 8 3.3

降低PAPR的仿真分析 .............................................................................. 9 3.3.1

压缩扩展变化原理............................................................................ 9

4 OFDMA ................................................................................................................ 12

4.1 OFDMA的原理 .......................................................................................... 12 4.2

OFDMA的发射机和接收机 ..................................................................... 13

5 SC-FDMA ............................................................................................................. 15

5.1 SC-FDMA的原理 ....................................................................................... 15 5.2

SC-FDMA的发射机和接收机 ................................................................. 16

1 LTE物理层技术

1.1 LTE系统物理层 1.1.1 物理信道与调制

LTE 系统目前定义了5种下行物理信道: 物理下行共享信道PDSCH、物

理广播信道PBCH、物理多播信道PMCH、物理控制格式指示信道PCFICH、物理下行控制信道PDCCH。系统还定义了3种上行物理信道: 物理随机接入信道PRACH、物理上行共享信道PUSCH、物理上行控制信道 PUCCH。LTE 下行主要采用QPSK、16QAM、64QAM三种调 制 方 式 , 上 行 主 要 采 用 BPSK、 QPSK、 8PSK 和16QAM。针对广播业务, 3GPP提出了一种独特的分层调制方式。其基本思想是, 在应用层将一个逻辑业务分成两个数据流, 一个是高优先级的基本层, 另一个是低优先级的增强层。在物理层, 这两个数据流分别映射到信号星座图的不同层。由于基本层数据映射后的符号距离比增强层的符号距离大, 因此基本层的数据流可以被包括远离基站和靠近基站的用户接收, 而增强层的数据流只能被靠近基站的用户接收。也就是说, 同一个逻辑业务可以在网络中根据信道条件的优劣提供不同等级的服务。除了物理信道之外, 还有一些物理信号专门用来承载仅与物理层过程有关的信息, 如参考信号、同步信号等, 它们对高层而言不是直接可见的, 但从系统功能的观点来讲是必需的。 1.1.2 物理层主要传输技术

上行SC-FDMA的实现，尽管OFDM技术具有频谱效率高、带宽扩展性

强、抗多径衰落能力强等优点,但由于OFDM系统功率峰均比(PAPR)较高,从而增加发射机功放的成本和耗电量,不利于上行链路的实现。因此,在3GPP LTE系统中,上行传输方案采用带循环前缀的SC-FDMA。SC-FDMA是一种新型的单载波频分多址方式,作为宽带移动通信上行链路解决方案,它支持扩频技术、频域均衡方法以及多用户复用的通信场景。

上行SC-FDMA信号可以用/时域0和/频域0两种方法生成。时域处理的SC-FDMA有两种实现形式:一种是将已调制符号数据块先重复级联,再添加循环前缀,接着经过成形滤波后,通过用户特定的频谱搬移,实现频分多址。采用这种实