3GPP LTE中的OFDMA和SC-FDMA性能比较

《3GPP LTE中的OFDMA和SC-FDMA性能比较》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、3GPPLTE中的OFDMA和SC-FDMA性能比较作者：王勇刘光毅张建华摘要本文阐述了OFDMA和DFT-SOFDM的基本原理，比较了两者的基本性能。仿真结果表明，在未编码的条件下，当BER为10-3、12个子载波被占用时，OFDMA优于DFT-SOFDM1dB；在采用Turbo编码的条件下，当BER为10-3时，OFDMA与DFT-SOFDM相比，有将近3dB的增益；在结合MIMO的系统中，OFDMA对DFT-SOFDM的链路级性能的优势将扩大。由于OFDMA的PAPR可以降低到3GPP要求的6dB以下，而性能降低小于0.5dB[6]，因此从链路级性能来看，OFDMA的性能优

2、于DFT-SOFDM。关键词：3GPP，OFDMA，SC-FDMA通用陆地无线接入(UTRA)演进的目标是构建出高速率、低时延、分组优化的无线接入系统[1]。演进的UTRA致力于建立一个上行速率达到50MHz、下行速率达到100MHz、频谱利用率为3GR6的3～4倍[2]的高速率系统。为达到上述目标，多址方案的选择应该考虑在复杂度合理的情况下，提供更高的数据速率和频谱利用率。在上行链路中，由于终端功率和处理能力的限制，多址方案的设计更具挑战性，除了性能和复杂度，还需要考虑峰值平均功率比(PAPR)对功率效率的影响。在3GPPLTE的标准化过程中，诺基亚、北电等公司提交了若干多址方

3、案，如多载波(MC)-WCDMA，MC-TD-SCDMA，正交频分多址接入(OFDMA)，交织频分复用(IFDMA)和基于傅立叶变换扩展的正交频分复用(DFT-SOFDM)。OFDMA已成为下行链路的主流多址方案，并且是上行链路的热门候选方案，其中，北电公司的方案支持频分双工(FDD)方式[3]，信息产业部电信传输研究所的方案支持时分双工(TDD)方式[4]。由于正交频分复用(OFDM)能够很好地对抗无线传输环境中的频率选择性衰落，可以获得很高的频谱利用率，OFDM非常适用于无线宽带信道下的高速传输。通过给不同的用户分配不同的子载波，OFDMA提供了天然的多址方式。由于用户间信道

4、衰落的独立性[1]，可以利用联合子载波分配带来的多用户分集增益提高性能，达到服务质量(QoS)要求。然而，为了降低成本，在用户设备(UE)端通常使用低成本的功率放大器，OFDM中较高的PAPR将降低UE的功率利用率，降低上行链路的覆盖能力。由于单载波频分复用(SC-FDMA)具有的较低的PAPR，它被提议成为候选的多址方案[5]。目前，OFDMA已被广泛研究，并已成为3GPPLTE的下行链路的主流多址方案。然而，在上行链路的研究中，尽管SC-FDMA成为主流的多址方式，但OFDM和SC-FDMA之间的比较大多从PAPR的角度进行，而没有考虑两者的链路性能，更没有充分地考虑PAPR

5、和性能的折衷。本文比较了OFDMA和DFT-SOFDM的基本原理，并仿真了它们在无线信道中的基本性能。仿真结果表明：尽管DFT-SOFDM具有较低的PAPR，但它的链路级性能却不如OFDMA。1OFDMA和DFT-SOFDM的基本原理1.1OFDMA的基本原理OFDMA将整个频带分割成许多子载波，将频率选择性衰落信道转化为若干平坦衰落子信道，从而能够有效地抵抗无线移动环境中的频率选择性衰落。由于子载波重叠占用频谱，OFDM能够提供较高的频谱利用率和较高的信息传输速率。通过给不同的用户分配不同的子载波，OFDMA提供了天然的多址方式，并且由于占用不同的子载波，用户间满足相互正交，没

6、有小区内干扰(如图1所示)。同时，OFDMA可支持两种子载波分配模式：分布式和集中式。在子载波分布式分配的模式中，可以利用不同子载波的频率选择性衰落的独立性而获得分集增益。此外，因为OFDMA已成为下行链路的主流方案，上行链路如也采用OFDMA，LTE的上下行链路将具有最大的一致性，可以简化终端的设计。一个分配了M个子载波的用户的传输信号可表示为：D=[d0，d1……dM-1]T，其中，T代表矩阵转置，di是调制信号。经过快速傅立叶反变换(IFFT)调制后，信号向量S=FN*TN,MD，其中TN，M代表子载波分配的映射矩阵，其元素是表达子载波的分布式或者集中式分配。F*N是N点I

7、FFT矩阵，*代表共轭转置，并且FN=[f1T，f2T……fNT]T，经过衰落信道和快速傅立叶变换(FFT)信号处理后，频域的接收信号可以作如下表达：R=HTN，MD+n，其中H=diag(Hk)，Hk是第k个子载波上的频域响应；n是高斯噪声向量；R=[r(0)，r(1)……r(N-1)]T，r(k)是第k个子载波上的接收信号。由于OFDM的时域信号是若干平行随机信号之和，因而容易导致高PAPR。基站端的功率限制相对较弱，并且可以采用较为昂贵的功率放大器，所以在下行链路中，高PA