Mitmesugust

LTE OFDM, OFDMA SC-FDMA ja modulatsioon

LTE OFDM, OFDMA SC-FDMA ja modulatsioon


OFDM moodustab põhisignaali vormingu, mida kasutatakse 4G LTE-s. OFDM, Ortogonaalse sagedusjaotuse multipleks on põhivorming, mida on muudetud, et pakkuda mitmekordse juurdepääsu skeemi: OFDMA, ortogonaalse sageduse jagamise mitmekordne juurdepääs allalülil ja SC-FDMA, ühe kanaliga ortogonaalse sageduse jagamise mitmekordne juurdepääs üleslingil.

Kasutades mitut kandjat, millest igaühel on madal andmeedastuskiirus, on OFDM ideaalne kiire andmeedastuse jaoks, kuna see tagab vastupidavuse kitsa riba hääbumise vastu, mis tekib peegelduste ja nende sageduste üldiste levimisomaduste tagajärjel.

LTE OFDM põhisignaali vormingus kasutatakse mitmesuguseid modulatsioonivorminguid, sealhulgas PSK ja QAM. Suuremate andmeedastuskiiruste saavutamiseks kasutatakse kõrgemat järku modulatsiooni: modulatsiooni järjekord määratakse signaali kvaliteedi järgi.

LTE modulatsioon ja OFDMi põhitõed

OFDM-i kasutamine on LTE jaoks loomulik valik. Kuigi kasutatakse OFDMi põhimõisteid, on see loomulikult kohandatud vastama LTE täpsetele nõuetele. Kuid mitme andmekandja, millel on väike andmeedastuskiirus, kasutamine jääb samaks.

Märkus OFDM-i kohta:

Ortogonaalne sagedusjaotuse multipleks, OFDM on signaalivormingu vorm, mis kasutab suurt hulka tihedalt paiknevaid kandureid, millest kumbki on moduleeritud madala kiirusega andmevooga. Lähedal asetsevad signaalid eeldavad tavaliselt üksteist häirivat, kuid signaalid üksteise suhtes ortogonaalseks muutes vastastikune sekkumine puudub. Edastatavaid andmeid jagatakse kõigi kandjate vahel ja see tagab vastupanuvõimaluse mitme tee efektide selektiivse hääbumise vastu.

Loe lähemalt OFDM, ortogonaalne sagedusjaotuse multipleksimine.

Tehnoloogia tegelik rakendamine on erinev allalingi (st tugijaamast mobiilini) ja üleslingi (st mobiilse tugijaamani) vahel, kuna mõlemad suunad ja seadmed on mõlemas otsas erinevad. Signaali kandja vorminguks valiti siiski OFDM, kuna see on häiretele väga vastupidav. Viimastel aastatel on selle kasutamisel saadud märkimisväärne kogemus mitmesugustest ringhäälinguvormidest, mis kasutavad seda koos Wi-Fi ja WiMAX-iga. OFDM on ka modulatsioonivorming, mis sobib väga hästi suurte andmeedastuskiiruste kandmiseks - see on LTE üks põhilisi nõudeid.

Lisaks sellele saab OFDM-i kasutada nii FDD kui ka TDD formaadis. Sellest saab täiendav eelis.

LTE kanali ribalaiused ja omadused

Üks peamisi parameetreid, mis on seotud OFDM-i kasutamisega LTE-s, on ribalaiuse valik. Saadaval olev ribalaius mõjutab mitmesuguseid otsuseid, sealhulgas kandjate arvu, mida saab OFDM-signaali mahutada, ja see omakorda mõjutab elemente, sealhulgas sümboli pikkust jne.

LTE määratleb kanali ribalaiuste arvu. Ilmselt mida suurem on ribalaius, seda suurem on kanali läbilaskevõime.

LTE jaoks on valitud kanalite ribalaiused:

  1. 1,4 MHz
  2. 3 MHz
  3. 5 MHz
  4. 10 MHz
  5. 15 MHz
  6. 20 MHz

Lisaks sellele on alamkandjate vahe 15 kHz, st LTE alamkandjad on üksteisest 15 kHz kaugusel. Ortogonaalsuse säilitamiseks annab see sümbolikiiruseks 1/15 kHz = 66,7 µs.

Iga abikandja on võimeline kandma andmeid maksimaalselt 15 ksps (kilosümbolid sekundis). See annab 20 MHz ribalaiusega süsteemile toore sümbolikiiruse 18 Msps. See omakorda suudab anda algse andmeedastuskiiruse 108 Mbps, kuna iga 64QAM-i kasutav sümbol suudab esindada kuut bitti.

Võib tunduda, et need määrad ei ühti LTE spetsifikatsioonides toodud üldarvudega. Selle põhjuseks on see, et tegelikud andmeedastuskiiruse tipud tuletatakse, lahutades kõigepealt kodeerimise ja juhtimise üldkulud. Siis on kasu, mis tuleneb sellistest elementidest nagu ruumiline multipleksimine jne.

LTE OFDM tsükliline prefiks, CP

Üks peamisi põhjusi OFDM-i kasutamiseks modulatsioonivorminguna LTE-s (ja paljudes teistes traadita süsteemides) on selle vastupidavus mitme tee viivitustele ja levikule. Siiski on endiselt vaja rakendada süsteemile vastupanuvõime suurendamise meetodeid. See aitab ületada sümbolitevahelist häiret (ISI), mis sellest tuleneb.

Piirkondades, kus eeldatakse sümbolitevahelist sekkumist, saab seda vältida, lisades iga andmesümboli alguses olevasse ajastusse valveperioodi. Seejärel on võimalik kopeerida osa sümboli lõpust algusesse. Seda nimetatakse tsükliliseks prefiksiks CP. Vastuvõtja saab seejärel proovida lainekuju optimaalsel ajal ja vältida sümbolitevahelisi häireid, mis on põhjustatud peegeldustest, mis viivitavad kordades kuni tsüklilise prefiksi CP pikkuseni.

Tähtis on tsüklilise prefiksi pikkus CP. Kui see pole piisavalt pikk, siis see ei neutraliseeri mitme tee peegeldumise viivituse levikut. Kui see on liiga pikk, vähendab see andmete läbilaskevõimet. LTE jaoks on tsüklilise prefiksi standardpikkuseks valitud 4,69 µs. See võimaldab süsteemil arvestada kuni 1,4 km pikkuste radade variatsioonidega. Kui sümboli pikkus LTE-s on seatud 66,7 µs.

Sümboli pikkus on määratletud asjaoluga, et OFDM-süsteemide puhul on sümboli pikkus võrdne kandurivahe vastastikusega, nii et saavutatakse ortogonaalsus. Kui kanduri kaugus on 15 kHz, annab see sümboli pikkuseks 66,7 µs.

LTE OFDMA allalingis

LTE-s kasutatav OFDM-signaal sisaldab maksimaalselt 2048 erinevat alamkandjat vahemikuga 15 kHz. Ehkki mobiiltelefonidel peab olema kohustus vastu võtta kõik 2048 alamkandjat, ei pea tugijaam kõiki edastama, vaid peab olema võimeline toetama ainult 72 alamkandja edastamist. Nii saavad kõik mobiilid suhelda mis tahes tugijaamaga.

OFDM-signaalis on võimalik valida LTE-signaali kolme tüüpi modulatsiooni vahel:

  1. QPSK (= 4QAM) 2 bitti sümboli kohta
  2. 16QAM 4 bitti sümboli kohta
  3. 64QAM 6 bitti sümboli kohta

Märkus QAM-i kohta - kvadratuuri amplituudi modulatsioon:

Kvadratuuramplituudi modulatsioon, QAM on andmete edastamiseks kohtusse kaevatud, kuna see võimaldab spektraalse efektiivsuse paremaid tasemeid kui muud modulatsioonivormid. QAM kasutab kahte samal sagedusel 90 ° nihutatud kandjat, mida moduleerivad kaks andmevoogu - I või Inphase ja Q - Quadrature.

Täpne LTE modulatsiooni formaat valitakse sõltuvalt valitsevatest tingimustest. Madalamad modulatsioonivormid (QPSK) ei vaja nii suurt signaali ja müra suhet, kuid ei ole võimelised andmeid nii kiiresti saatma. Ainult siis, kui signaali ja müra suhe on piisav, saab kasutada kõrgemat järku modulatsiooni vormingut.

Allalingi kandjad ja ressursiplokid

Allalülis jaotatakse alamkandjad ressursiplokkideks. See võimaldab süsteemil jaotada andmed alamkandjate standardarvude kaupa.

Ressursiplokid koosnevad 12 alamkandjast, sõltumata kogu LTE signaali ribalaiusest. Need hõlmavad ka ühte ajapilu. See tähendab, et erinevatel LTE signaali ribalaiustel on erinev ressursiplokkide arv.


LTE allalüli kandjad ja ressursiplokid
Kanali ribalaius
(MHz)
1.435101520
Ressursiplokkide arv615255075100

LTE SC-FDMA üleslingis

LTE üleslingi jaoks kasutatakse juurdepääsutehnika jaoks erinevat kontseptsiooni. Ehkki rakendust kasutatakse endiselt OFDMA-tehnoloogia vormi, nimetatakse seda ühe kandja sagedusjaotuse mitmekordseks juurdepääsuks (SC-FDMA).

Üks peamisi parameetreid, mis mõjutab kõiki mobiiltelefone, on aku kasutusaeg. Ehkki aku jõudlus paraneb pidevalt, on siiski vaja tagada, et mobiiltelefonid kasutaksid võimalikult vähe akut.

Kuna raadiosagedusvõimendi, mis edastab raadiosagedussignaali antenni kaudu tugijaamale, on mobiiltelefoni suurim võimsus, on vajalik, et see töötaks võimalikult tõhusas režiimis. Seda võib oluliselt mõjutada raadiosageduse modulatsiooni vorm ja signaali formaat.

Signaalid, millel on kõrge piigi ja keskmise suhe ning mis vajavad lineaarset võimendust, ei võimalda tõhusate RF-võimendite kasutamist. Selle tulemusena on vaja kasutada ülekanderežiimi, mille töötamisel on võimsuse tase peaaegu sama. Kahjuks on OFDM-i kõrge tipu ja keskmise suhe.

Kuigi see pole probleem tugijaama jaoks, kus toide pole eriline probleem, on see mobiiltelefoni jaoks vastuvõetamatu. Selle tulemusena kasutab LTE modulatsiooniskeemi, mida nimetatakse hübriidvormingus SC-FDMA - Single Carrier Frequency Division Multiplex. See ühendab ühe kandja süsteemide pakutava madala piigi ja keskmise suhe OFDM-i poolt pakutava mitme tee interferentsi vastupidavuse ja paindliku alamkandja sageduse jaotusega.

LTE signaali formaat, modulatsioon ja OFDM-i kasutamine on võimaldanud LTE-l pakkuda usaldusväärset kiiret andmesidet.

OFDM-i kasutamine on võimaldanud LTE-l pakkuda usaldusväärset lingi kvaliteeti isegi peegelduste olemasolul ja adaptiivne modulatsioon võimaldas linki modifitseerida vastavalt valitsevale signaali kvaliteedile.

Juhtmevaba ja juhtmega ühenduvuse teemad:
Mobiilside põhitõed2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT juhtmeta telefonidNFC - lähiväljasideNetworking alusedMis on CloudEthernetSeriaalandmedUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Naaske juhtmeta ja traadiga ühenduvuse juurde


Vaata videot: LTE Basics Part II - Single Carrier FDMA (Detsember 2021).