FDMA de portadora única

Esquema de acceso múltiple por división de frecuencia

El FDMA de portadora única ( SC-FDMA ) es un esquema de acceso múltiple por división de frecuencia . Originalmente conocido como interferometría de portadora , también se denomina OFDMA precodificado linealmente ( LP-OFDMA ). Al igual que otros esquemas de acceso múltiple (TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA), se ocupa de la asignación de múltiples usuarios a un recurso de comunicación compartido. SC-FDMA puede interpretarse como un esquema OFDMA precodificado linealmente , en el sentido de que tiene un paso de procesamiento DFT adicional que precede al procesamiento OFDMA convencional.

El SC-FDMA ha llamado mucho la atención como una alternativa atractiva al OFDMA , especialmente en las comunicaciones de enlace ascendente, donde una relación de potencia pico a promedio ( PAPR ) más baja beneficia en gran medida al terminal móvil en términos de eficiencia de potencia de transmisión y reducción del costo del amplificador de potencia. De aquí proviene el nombre del SC-FDMA: es una señal OFDM que imita las características de una señal QAM de portadora única. ^[1] Se ha adoptado como esquema de acceso múltiple de enlace ascendente en la evolución a largo plazo (LTE) de 3GPP, o UTRA evolucionada (E-UTRA). ^[2]^[3]^[4]

El rendimiento de SC-FDMA en relación con OFDMA ha sido objeto de varios estudios. ^[5]^[6]^[7] Aunque la diferencia de rendimiento es pequeña, la ventaja de SC-FDMA de baja PAPR lo hace deseable para la transmisión inalámbrica de enlace ascendente en sistemas de comunicación móvil, donde la eficiencia energética del transmisor es de suma importancia.

Estructura del transmisor y del receptor

El procesamiento de transmisión de SC-FDMA es muy similar al de OFDMA. Para cada usuario, la secuencia de bits transmitida se asigna a una constelación compleja de símbolos ( BPSK , QPSK o M- QAM ). Luego, a los diferentes transmisores (usuarios) se les asignan diferentes coeficientes de Fourier. Esta asignación se lleva a cabo en los bloques de mapeo y desmapeo. El lado del receptor incluye un bloque de desmapeo, un bloque IDFT y un bloque de detección para cada señal de usuario que se recibirá. Al igual que en OFDM , se introducen intervalos de guarda (llamados prefijos cíclicos) con repetición cíclica entre bloques de símbolos con el fin de eliminar de manera eficiente la interferencia entre símbolos por dispersión temporal (causada por la propagación por trayectos múltiples) entre los bloques.

En SC-FDMA, el acceso múltiple entre usuarios se hace posible mediante la asignación a distintos usuarios de distintos conjuntos de coeficientes de Fourier no superpuestos (subportadoras). Esto se logra en el transmisor insertando (antes de la IDFT) coeficientes de Fourier silenciosos (en posiciones asignadas a otros usuarios) y eliminándolos en el lado del receptor después de la DFT.

La característica distintiva de SC-FDMA es que conduce a una señal de transmisión de portadora única, en contraste con OFDMA, que es un esquema de transmisión de múltiples portadoras. El mapeo de subportadoras se puede clasificar en dos tipos: mapeo localizado y mapeo distribuido. En el mapeo localizado, las salidas DFT se asignan a un subconjunto de subportadoras consecutivas, confinándolas así a solo una fracción del ancho de banda del sistema. En el mapeo distribuido, las salidas DFT de los datos de entrada se asignan a subportadoras sobre todo el ancho de banda de forma no continua, lo que da como resultado una amplitud cero para las subportadoras restantes. Un caso especial de SC-FDMA distribuido se denomina SC-FDMA intercalado (IFDMA), donde las subportadoras ocupadas están espaciadas de manera uniforme sobre todo el ancho de banda. ^[8]

Debido a su estructura de portadora única inherente, una ventaja destacada de SC-FDMA sobre OFDM y OFDMA es que su señal de transmisión tiene una relación de potencia pico a promedio (PAPR) más baja, lo que da como resultado parámetros de diseño relajados en la ruta de transmisión de una unidad de suscriptor. Intuitivamente, la razón radica en el hecho de que, mientras que los símbolos de transmisión OFDM modulan directamente múltiples subportadoras, los símbolos de transmisión SC-FDMA se procesan primero mediante un bloque DFT de N puntos. ^[9]

En OFDM, así como en SC-FDMA, la ecualización se logra en el lado del receptor, después del cálculo de la DFT, multiplicando cada coeficiente de Fourier por un número complejo. De este modo, el desvanecimiento selectivo de frecuencia y la distorsión de fase se pueden contrarrestar fácilmente. La ventaja es que la ecualización del dominio de frecuencia mediante FFT requiere menos cálculos que la ecualización convencional del dominio del tiempo, que requiere filtros FIR o IIR de múltiples tomas. Menos cálculos dan como resultado un menor error de redondeo compuesto, que puede considerarse como ruido numérico.

Un concepto relacionado es la combinación de una transmisión de portadora única con el esquema de ecualización en el dominio de la frecuencia de portadora única (SC-FDE). ^[10] La transmisión de portadora única, a diferencia de SC-FDMA y OFDM, no emplea IDFT ni DFT en el transmisor, sino que introduce el prefijo cíclico para transformar la convolución del canal lineal en una circular. Después de eliminar el prefijo cíclico en el receptor, se aplica una DFT para llegar al dominio de la frecuencia, donde se puede emplear un esquema simple de ecualización en el dominio de la frecuencia de portadora única (SC-FDE), seguido de la operación IDFT.

DFT: Transformada de Fourier discreta
IDFT: Transformada de Fourier discreta inversa
CP: Prefijo cíclico
PS: Modelado de pulso
DAC: Convertidor digital a analógico
RF: Señal de radiofrecuencia
ADC: Convertidor analógico a digital
LP-OFDMA: OFDMA precodificado linealmente

Propiedades útiles

PAPR bajo (factor de cresta)
Baja sensibilidad al desplazamiento de la frecuencia portadora
Menos sensible a la distorsión no lineal y, por lo tanto, permite el uso de amplificadores de potencia de bajo costo.
Mayor robustez frente a nulos espectrales

Véase también

Referencias

^ "Modulación SC-FDMA vs. OFDM - MATLAB y Simulink". www.mathworks.com . Consultado el 15 de abril de 2024 .
^ Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). "Transmisión inalámbrica de enlace ascendente con FDMA de portadora única" (PDF) . Revista IEEE Vehicular Technology . 1 (3): 30–38. doi :10.1109/MVT.2006.307304. S2CID 12743526.
^ Ekstrom, H.; Furuskar, A.; Karlsson, J.; Meyer, M.; Parkvall, S.; Torsner, J.; Wahlqvist, M. (2006). "Soluciones técnicas para la evolución a largo plazo de 3G". Revista de comunicaciones IEEE . 44 (3): 38–45. doi :10.1109/MCOM.2006.1607864. S2CID 1168131.
^ "Grupo de especificaciones técnicas de redes de acceso por radio; aspectos de la capa física para redes UTRA evolucionadas". Proyecto de asociación de tercera generación (3GPP) .
^ Nisar, Muhammad danés; Nottensteiner, Hans; Hindelang, Thomas (2007). "Sobre los límites de rendimiento de los sistemas OFDM de dispersión DFT". 2007 16ª Cumbre de Comunicaciones Inalámbricas y Móviles de IST (PDF) . págs. 1–4. doi :10.1109/ISTMWC.2007.4299159. ISBN 978-1-4244-1662-2.S2CID6077115 .
^ Priyanto, Basuki E.; Codina, Humbert; Rene, Sergi; Sorensen, Troels B.; Mogensen, Preben (2007). "Evaluación inicial del rendimiento de SC-FDMA basado en OFDM con propagación DFT para enlace ascendente UTRA LTE". 2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference - VTC2007-Spring . págs. 3175–3179. doi :10.1109/VETECS.2007.650. ISBN 978-1-4244-0266-3. Número de identificación del sujeto 206836778.
^ Benvenuto, N.; Tomasin, S. (2002). "Sobre la comparación entre OFDM y modulación de portadora única con un DFE utilizando un filtro de avance de dominio de frecuencia". IEEE Transactions on Communications . 50 (6): 947–955. doi :10.1109/TCOMM.2002.1010614.
^ "SC-FDMA FDMA de portadora única en LTE" (PDF) . Ixia .
^ Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). "Relación de potencia pico a promedio de señales FDMA de portadora única con modelado de pulso". 2006 IEEE 17th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications . págs. 1–5. doi :10.1109/PIMRC.2006.254407. ISBN 1-4244-0329-4.S2CID7457641 .
^ Falconer, D.; Ariyavisitakul, SL; Benyamin-Seeyar, A.; Eidson, B. (2002). "Ecualización del dominio de frecuencia para sistemas inalámbricos de banda ancha de portadora única". Revista de comunicaciones IEEE . 40 (4): 58–66. doi :10.1109/35.995852.

[1] "Modulación SC-FDMA vs. OFDM - MATLAB y Simulink". www.mathworks.com . Consultado el 15 de abril de 2024 .

[2] Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). "Transmisión inalámbrica de enlace ascendente con FDMA de portadora única" (PDF) . Revista IEEE Vehicular Technology . 1 (3): 30–38. doi :10.1109/MVT.2006.307304. S2CID 12743526.

[3] Ekstrom, H.; Furuskar, A.; Karlsson, J.; Meyer, M.; Parkvall, S.; Torsner, J.; Wahlqvist, M. (2006). "Soluciones técnicas para la evolución a largo plazo de 3G". Revista de comunicaciones IEEE . 44 (3): 38–45. doi :10.1109/MCOM.2006.1607864. S2CID 1168131.

[4] "Grupo de especificaciones técnicas de redes de acceso por radio; aspectos de la capa física para redes UTRA evolucionadas". Proyecto de asociación de tercera generación (3GPP) .

[5] Nisar, Muhammad danés; Nottensteiner, Hans; Hindelang, Thomas (2007). "Sobre los límites de rendimiento de los sistemas OFDM de dispersión DFT". 2007 16ª Cumbre de Comunicaciones Inalámbricas y Móviles de IST (PDF) . págs. 1–4. doi :10.1109/ISTMWC.2007.4299159. ISBN 978-1-4244-1662-2.S2CID6077115 .

[6] Priyanto, Basuki E.; Codina, Humbert; Rene, Sergi; Sorensen, Troels B.; Mogensen, Preben (2007). "Evaluación inicial del rendimiento de SC-FDMA basado en OFDM con propagación DFT para enlace ascendente UTRA LTE". 2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference - VTC2007-Spring . págs. 3175–3179. doi :10.1109/VETECS.2007.650. ISBN 978-1-4244-0266-3. Número de identificación del sujeto 206836778.

[7] Benvenuto, N.; Tomasin, S. (2002). "Sobre la comparación entre OFDM y modulación de portadora única con un DFE utilizando un filtro de avance de dominio de frecuencia". IEEE Transactions on Communications . 50 (6): 947–955. doi :10.1109/TCOMM.2002.1010614.

[8] "SC-FDMA FDMA de portadora única en LTE" (PDF) . Ixia .

[9] Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). "Relación de potencia pico a promedio de señales FDMA de portadora única con modelado de pulso". 2006 IEEE 17th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications . págs. 1–5. doi :10.1109/PIMRC.2006.254407. ISBN 1-4244-0329-4.S2CID7457641 .

[10] Falconer, D.; Ariyavisitakul, SL; Benyamin-Seeyar, A.; Eidson, B. (2002). "Ecualización del dominio de frecuencia para sistemas inalámbricos de banda ancha de portadora única". Revista de comunicaciones IEEE . 40 (4): 58–66. doi :10.1109/35.995852.