FDMA与SC-FDMA原理及分析

Abslumu

  正交频分多址 - OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 是无线通讯系统的标准，是一种多址技术。WiMax,LTE,都支持OFDMA。  

  OFDMA 多址接入系统将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集，将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。OFDMA系统可动态地把可 用带宽资源分配给需要的用户，很容易实现系统资源的优化利用。由于不同用户 占用互不重叠的子载波集，在理想同步情况下，系统无多户间干扰，即无多址干 扰(MAI)。OFDMA方案可以看作将总资源(时间、带宽)在频率上进行分割，实现多用户接人。   

OFDMA是OFDM技术的演进。在利用OFDM对信道进行子载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。用户可以选择信道条件较好的子通道（subchannel）进行数据传输，一组用户可以同时接入到某一信道。

OFDMA系统的实际实现建立在数字技术的基础上，更确切地说，是通过采用离散傅立叶变换（DFT ）和反向傅立叶变换（IDFT），来实现时域和频域表达式之间的转换。输入正弦波通过快速傅立叶变换（FFT ）模块处理后的信号结果如图2所示。

在实际实现过程中，通常采用快速傅立叶变换（FFT）。FFT运算将信号表达式从时域变换到频域。反向快速傅立叶变换（IFFT）则将信号表达式从频域变换到时域。对于正弦波来说， FFT运算的输出结果是在相应的频率点处出现峰值，而在其他频率点处为零值。如果输入为方波，则频域输出将在多个频率点处出现峰值，这样在进行FFT运算时，方波中就包含了多个频率。若将脉冲作为FFT的输入，则运算输出结果将在所有频率点处出现峰值。由于方波具有规则间隔T，因而在代表波形基频的频率点1/T处，出现较大的峰值；在基频的奇次谐波处，将出现较小的峰值。假定数字信号处理方面的典型要求，如最小采样率和字长（数值）都能得到满足的话，则FTT运算可以反复进行，且不会丢失任何原始信息。

随着长度的不断增加， FFT实现问题已经研究得比较深入，提出了多种优化算法 因此，对于LTE来说， FFT的长度将是2的整次幂，如512 1024等。从实现的角度来看， FFT的长度最好是1024，即使输出只使用600，然后尽量将另一个FFT长度在600 1024之间选择。

SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，单载波频分多址），是LTE的上行链路的主流多址。大多时候都采用频域生成SC-FDMA信号的方法，其基本原理与OFDMA类似，只是在载波映射模块前增加了一个DFT模块把调制数据转化到频域，即将单个子载波上的信息扩展到所属的全部载波上，每个子载波都包含全部符号的信息。故而这种SC-FDMA也被称作是DFT扩展OFDMA（DFT-spread OFDMA）。

频域信号生成过程如图3-2所示，与具有常规 QAM调制器的时域信号生成过程相比，它增加了良好的OFDMA 频谱波形特性。这样，与下行链路 OFDMA 原理相似，不同用户之间不再需要保护频段。与 OFDMA系统中的情形类似，SC-FDMA 也需要周期性地在传输过程中添加循环前缀（由于 SC-FDMA 时域中的符号速率比 OFDMA 高，因而不需要在每个符号后添加循环前缀），以避免符号间干扰，简化接收机设计。循环前缀能够防止符号块之间的符号间干扰，但在循环前缀之间仍存在着符号间干扰，因而接收机仍需要处理符号间干扰。对于符号块来说，接收机通过启动均衡器，直到能够防止符号间干扰深度传播的循环前缀。