TD—LTE多址接入技術(shù)研究

摘 要：多址接入技術(shù)（Multiple Access Techniques）是用于基站與多個(gè)用戶之間通過(guò)公共傳輸媒介建立多個(gè)無(wú)線通道連接的技術(shù)。在TD-LTE系統(tǒng)中，下行方向上使用多路復(fù)用的OFDM技術(shù)，而上行方向，采用了具有單載波峰均比特征的DFT-S-OFDMA多址方式。文章主要對(duì)TD-LTE系統(tǒng)中的多址接入技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：OFDMA；DFT-S-OFDM；CP

盡管目前3G的各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已凍結(jié)并獲得通過(guò)，但3G系統(tǒng)仍存在很多不足，如采用電路交換，而不是使用純IP方式；最大傳輸速率達(dá)不到2Mbps，無(wú)法滿足用戶對(duì)帶寬日益增長(zhǎng)的需求；多種標(biāo)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn)全球網(wǎng)絡(luò)融合等。正是由于3G的上述不足催生了4G技術(shù)。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)可稱為廣帶接入和分布式網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將是一個(gè)采用全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4G網(wǎng)絡(luò)采用許多關(guān)鍵技術(shù)來(lái)支撐，包括：正交頻率復(fù)用技術(shù)（OFDM），多載波調(diào)制技術(shù)，自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）技術(shù)，MIMO和智能天線技術(shù)，基于IP的核心網(wǎng)，軟件無(wú)線電技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和安全性等。

TD-LTE是TDD版本的LTE技術(shù)，相比3GPP之前制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其在物理層傳輸技術(shù)方面有較大的改進(jìn)。文章將對(duì)TD-LTE系統(tǒng)中使用的關(guān)鍵技術(shù)——多址接入技術(shù)進(jìn)行研究。

多址接入技術(shù)（Multiple Access Techniques）是用于基站與多個(gè)用戶之間通過(guò)公共傳輸媒介建立多個(gè)無(wú)線通道連接的技術(shù)。在TD-LTE 系統(tǒng)中，下行方向上使用多路復(fù)用的OFDM技術(shù)，而上行方向，采用了具有單載波峰均比特征的DFT-S-OFDMA 多址方式。

1 下行多址傳輸

1.1 OFDMA技術(shù)

LTE采用OFDMA（正交頻分多址：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）作為下行多址方式。

在傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)，每個(gè)子載波之間為了避免干擾，相鄰載波頻帶之間需要更多的保護(hù)頻帶，頻譜效率低。OFDM的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解為N個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在N個(gè)子載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸。這些在N個(gè)子載波上同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)，構(gòu)成一個(gè)OFDM符號(hào)。OFDM系統(tǒng)允許每個(gè)子載波緊密相鄰，部分重疊，通過(guò)正交復(fù)用，以避免頻率干擾，降低了對(duì)保護(hù)間隔的需求，從而實(shí)現(xiàn)高頻效率。

1.2 OFDMA的優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1 優(yōu)點(diǎn)

可以采用IDFT和DFT實(shí)現(xiàn)各子信道上的正交調(diào)制和解調(diào)，運(yùn)算量較小，容易實(shí)現(xiàn)。

OFDM系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)不同數(shù)量子信道的使用，實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的上下行鏈路傳輸。

可以通過(guò)動(dòng)態(tài)子信道分配選擇信噪比高的子信道，放棄頻率選擇性深衰落的子信道，改善系統(tǒng)性能。

1.2.2 缺點(diǎn)

對(duì)頻率偏移敏感：頻率偏差出現(xiàn)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，如多普勒頻移，或者接收機(jī)本地振蕩器與發(fā)射機(jī)載波頻率之間的頻率偏差，會(huì)造成子載波間的正交性損傷。

存在較高的峰均比（PARA）：OFDM調(diào)制的輸出是疊加了多個(gè)子信道，如果他們的相位一致，那么信號(hào)的平均功率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率，導(dǎo)致較大的峰均比，這對(duì)發(fā)射機(jī)PA的線性提出了更高的要求。

2 上行多址傳輸

LTE采用DFT-S-OFDM（離散傅立葉變換擴(kuò)展OFDM：Discrete Fourier Transform Spread OFDM）、或者稱為SC-FDMA（單載波FDMA：Single Carrier FDMA）作為上行多址方式。

DFT-S-OFDM是基于OFDM的一項(xiàng)改進(jìn)技術(shù)。與OFDM 相比，DFT-S-OFDM 具有單載波的特性，因而其發(fā)送信號(hào)峰均比較低，在上行信號(hào)峰值功率放大器要求相同的情況下，可以提高上行鏈路的功率效率，降低終端的功耗要求。

OFDM與DFT-S-OFDM的區(qū)別在于：OFDM是將符號(hào)信息調(diào)制到正交的子載波上，而DFT-S-OFDM是將M個(gè)輸入符號(hào)的頻譜信息調(diào)制到多個(gè)正交的子載波上去。

圖2是TD-LTE 上行多址接入方式DFT-S-OFDM的示意圖：

圖2 LTE 上行多址方式示意圖

？藎發(fā)端信號(hào)先進(jìn)行信道編碼與交織。

？藎然后進(jìn)行QAM 調(diào)制。

？藎以M長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)符號(hào)單元為基本單位完成DFT-S-OFDM調(diào)制。

？藎首先通過(guò)DFT離散傅里葉變換，獲取與M長(zhǎng)度的離散序列匹配的M長(zhǎng)度的頻域序列。

？藎將DFT的N點(diǎn)輸出信號(hào)送入離散傅里葉反變換IFFT中去，由于N>M，所以對(duì)于IFFT多出的部分在輸入端用0補(bǔ)齊。

？藎在IFFT之后，為這一組數(shù)據(jù)添加循環(huán)前綴以避免符號(hào)干擾。

SC-FDMA多址接入方式可以通過(guò)DFT-S-OFDM的特點(diǎn)方便實(shí)現(xiàn)。通過(guò)改變不同用戶的IFFT輸入端與DFT的輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可將輸入數(shù)據(jù)符號(hào)的頻譜移動(dòng)到同的位置，以實(shí)現(xiàn)多用戶的多址接入。

TD-LTE 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是OFDM/OFDMA，OFDM/OFDMA 系統(tǒng)的參數(shù)選擇與設(shè)置對(duì)系統(tǒng)的整體性能會(huì)產(chǎn)生重大的影響，其中OFDM 系統(tǒng)最重要的參數(shù)是載波間隔，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證最終確定載波間隔為15kHz。上下行的最小資源塊為375kHz，也就是25 個(gè)子載波寬度，數(shù)據(jù)到資源塊的映射方式可采用集中（Localized）方式或離散（Distributed）方式。循環(huán)前綴Cyclic Prefix（CP）的長(zhǎng)度決定了OFDM 系統(tǒng)的抗多徑干擾能力和覆蓋范圍。長(zhǎng)CP對(duì)于多徑干擾的排除，覆蓋范圍的擴(kuò)大較為有利，但也會(huì)增加系統(tǒng)開銷，使數(shù)據(jù)傳輸能力下降。為了使小區(qū)覆蓋半徑達(dá)到100Km，TD-LTE系統(tǒng)采用兩套方案，根據(jù)具體場(chǎng)景來(lái)選擇循環(huán)前綴的長(zhǎng)度：短CP為基本方案，長(zhǎng)CP可支持TD-LTE更大范圍的小區(qū)覆蓋和更多小區(qū)的廣播業(yè)務(wù)。由于OFDM具有較高的頻譜效率、靈活的帶寬擴(kuò)展性能，成為B3G/4G 演進(jìn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它可以結(jié)合分集技術(shù)，時(shí)空編碼技術(shù)，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度的提高系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：陳婷（1978-），女，講師，福建福州人，現(xiàn)從事通信技術(shù)教學(xué)與研究。endprint