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3GPP LTE中的OFDMA和SC-FDMA性能比较
作者: 发布时间:2007-10-28 04:17:18 来源: 繁体版

  DFT-S OFDM可以认为是的频域产生方式,是OFDM在IFFT调制前进行了基于傅立叶变换的预编码。不加循环前缀的传输信号可以表达为:S=FN* TN,M FM D,其中FM是M点FFT。

  DFT-S OFDM也具有两种模式:集中式和分布式。图2是集中式DFT-S OFDM的示例,其中m 1……m M表示M个不同的调制器传输的比特数,而f 1……f M表示N点IFFT的M路输入。在发送端,先对块长为M的调制信号进行M点FFT信号处理,再根据子载波映射模式将M点FFT的输出信号映射到N个子载波上,经过IFFT将信号转变为时域信号之前,可以进行频域脉冲成型。与时域脉冲成型类似,频谱成型可以在频谱的利用率和PAPR间折衷,如果滚降系数大于 0,则使频谱扩张,这与时域脉冲成型要求的过采样率相对应。

集中式DFT-S OFDM

  接收端为图2的逆过程。在去保护间隔和N点FF T处理以后,频域的接收信号为:R=HTN,M FM D +n,此时DFT-S OFDM也能在频域进行均衡。

  2  系统参数设定和均衡器

  在 LTE的提案中,很多仿真结果都是在3GPP步行环境B类信道(PB)3 km/h或者车载环境A类信道(VA)120 km/h的情况下。不论是还是DFT-S OFDM,在经过这样的衰落信道后,其接收信号都将成为频率选择性信号。如果用户所占用的子载波上的信道不是常值的话,就需要频域均衡器来恢复信号。本文中采用迫零(ZF)均衡器。

  对于OFDMA系统,在经过ZF均衡后,信号可以表达为:

  其中n'=H*Wn,W是对角矩阵,定义

  为:公式2

  在OFDMA的接收端,经过均衡后,恢复的数据直接送入软解调和解码单元。很明显,由于信道是频率选择性的,可以获得频率分集增益。信道的频率选择性越强,则OFDMA能获得的频率分集增益越大。在下节中,仿真结果将证实我们的分析。

  对于DFT-SOFDM系统,在进行最小均方误差(MMSE)均衡后,信号可表示为:R=H*W(HTN,MFMD+n)=H*WHTN,MFMD+n',其中公式3

  比较D和R,可以看到DFT-SOFDM在频域均衡后,在解调和解码单元前,还需要进行M点的IFFT(与发送端相对应)。经过M点IFFT后,信号可表示为:公式4

  其中公式5。已恢复的数据D送入DFT-S OFDM接收端的软解调和解码单元。DFT-S OFDM的优势在于其信号的时域实现能够在一定程度上降低PAPR。但是,由于解码也是在时域进行的,DFT-S OFDM只能利用时域选择性衰落。

  表1 给出了本文仿真的公共参数[7]。

仿真的公共参数

  3  仿真结果的比较

  DFT-S OFDM和OFDMA两种上行多址方式的链路级仿真结果如图3所示。当每用户分配300个相邻子载波时,两种多址方式的未编码系统的误码率(BER)性能分别如图3中红色和蓝色线所示,这里,两者都是理想信道估计,均采用ZF均衡。

链路级仿真结果

  可以看到,DFT-S OFDM性能劣于OFDMA,原因在于信道是频率选择性的。OFDMA在频域进行解调,其性能取决于深衰落的子载波;而对于DFT-S OFDM,解调是在时域进行的,并且其信号是IFFT之前信号的平均,不能有效利用信道频率选择性,所以其性能劣于OFDMA。然而。DFT-S OFDM对信噪比(SNR)更为敏感,随着SNR的增加,OFDMA和DFT-S OFDM性能会逐渐接近。

  图4给出了每用户分配300个相邻子载波、16相正交幅度调制(16QAM)调制时,两种多址方式的编码系统的误块率(BLER)性能。这里 OFDMA采用了ZF均衡,而DFT-S OFDM采用了MMSE均衡。可以看到,当BLER为10-2时,OFDM与DFT-S OFDM相比,具有3 dB的增益。原因在于信道是频率选择性的,OFDMA能有效利用信道的频率选择性。所以,结合编码的OFDM系统与时域编码系统相比,能获得明显的增益。

16相正交幅度调制

  在实际系统中,接收端需要进行信道估计。图5是实际信道估计下的两种多址方案在120 km/h信道中的性能比较,采用了文献[8]中对OFDMA和DFT-SOFDM定义的系统框图。对于两种多址方案,信道估计误差都会降低其性能。 OFDMA优于DFT-S OFDM,在BLER为10-2并采用16QAM调制时,OFDMA有5 dB的增益。

  
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