SCFDMA_scfdma

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SC-FDMA

参考文献

[1] StefaniaSesia, IamToufik, Matthew Baker.LTE – The UMTS Long Term Evolution From Theory to Practice, 261-270.John Wiley and Sons Ltd Publication, 2009.[2]沈嘉.3GPP长期演进技术原理与系统设计, 147-157.人民邮电出版社.2008第一版.1 LTE上行采用SC-FDMA的原因

为什么没有沿用UMTS上行技术：

相对于UMTS采用的DS-CDMA，SC-FDMA保证主要优点是可以使小区内多用户保持正交，避免用户间的较强干扰，从而可以保证系统容量以及利用自适应调制技术；此外DS-CDMA场景下单个终端使用多码传输时，PAPR会显著增大。

为什么没有沿用LTE下行技术：

没有采用OFDMA原因是OFDMA会带来较大的PAPR，这是终端功放的设计带来很大的麻烦。除此之外，OFDMA可以满足其他上行设计的要求。SC-FDMA传输原理

SC-FDMA信号的生成方式可以分为：时域生成与频域生成，每种方式中又可以分为Localized单载波传输与distributed单载波传输，下面分别介绍。

2.1 时域信号生成时域SC-FDMA信号生成利用交织FDMA（IFDMA）。

输入比特流首先映射为QPSK/QAM单载波符号流；然后将符号分成符号块，每个符号块中包含Q个符号；然后将每个符号块在时域上压缩为原来的1 /L，重复发送L次（时域重复导致频率的离散，间隔与L呈线性关系，这样每个离散分量上都包含原始符号的信息）；接着针对每个用户的特定符号块采用不同的旋转序列进行相位旋转（频域上使个用户正交），最后插入CP，经过脉冲成形滤波后形成单载波信号。

经过以上处理，每个用户的频谱呈梳状结构，以distributed单载波方式传输。

2.2 频域信号生成频域SC-FDMA信号生成利用离散傅里叶变换扩展OFDM（DFT-S-OFDM）。

输入比特流首先映射为QPSK/QAM单载波符号流，对包含M个QAM的符号块进行M点DFT操作；接着对DFT操作的输出信号补零（补零的方式不同，或者说子载波映射方式不同，可以分为Localized映射与distributed映射），使DFT得大小与N个子载波的OFDM调制器（即N点IFFT变换器）相匹配，然后加CP，生成SC-FDMA信号，并串变换进入发射电路。

分析原始信息经过DFT，使得每个DFT的输出分量都包含原来M个符号的分量，再经过IFFT进行OFDM调制（每个DFT分量映射到某些子载波上），最后形成SC-FDMA信号。

2.3 SC-FDMA信号与OFDM信号的本质区别

OFDM把数据符号独立调制到每个子载波上，所以同一时刻每个子载波的幅度取决于相应的数据符号的星座点位置。

SC-FDMA的每个子载波上的调制符号是同一时刻所有子载波上传输符号的线性合并。原因在于：时域生成时的符号块压缩重复；频域生成时的符号块的DFT变换后的输出分别映射到相应的子载波上。

这样每个SC-FDMA符号周期内所有SC-FDMA子载波都携带每一个数据符号的分量，从而使得SC-FDMA具有单载波系统的重要特性，导致远低于OFDM系统的PAPR/CM。

2.4 SC-FDMA生成技术的确定

最终LTE采用的是集中式（Localized）的DFT-S-OFDM技术，原因是系统参数设计可以重用大量下行的参数，并且可以灵活的实现Localized或distributed传输。

同时应注意到时域生成方式有更小的PAPR，频域生成方法有更高的带宽效率。直流子载波问题

OFDM系统中，中心直流子载波是不传输信息的，原因是由于本地晶振泄露导致终端接收机可能在中心载频上引入失真，在接收中心子载波位置的信息容易出错，为了简化终端的设计，中心子载波位置都承载信息。SC-FDMA系统中心直流子载波位置是传输信息的，但直流子载波的位置有3种配置，目的是最小化直流失真对误包率和PAPR的影响。下面具体介绍。

3.1 OFDM系统直流子载波

LTE下行信号使用OFDMA，BS和UE在整个带宽内分别只有一个DC。

对于BS发射机，由于中频（如采用一次变频方案）或射频（如采用零中频方案）本振的泄漏，会在最终发射的信号中间（载频处）产生一个较大的噪声。如果发射时在DC调制了数据符号，则该数据符号的发射EVM会很差，信噪比通常是负的若干dB，因此LTE协议规定这个DC上是不发射任何数据符号。一般来讲，在发射机天线口测量，要求DC子载波的功率比总发射功率低20dB以上，主要的原因是为了避免浪费PA发送无用的DC子载波以及避免DC过强影响UE接收机的射频AGC正常工作。

对于UE接收机，一般采用零中频的方案，接收本振泄漏会直接在基带的DC产生较强的噪声，也就是说如果DC上有数据符号调制，其接收信噪比会比其他子载波差很多，因此DC也不适合有数据符号。

3.2 SC-FDMA系统直流子载波

LTE上行信号使用SC-FDMA，BS在整个带宽内只有一个DC，而对于每个UE，各自发射的带宽内各都有一个DC。

对于UE发射机，一般采用零中频的方案（优势是结构简单但性能较差），本振泄漏会在其发射信号的载频处产生一个较大的噪声，但DFT-S-OFDM的实质是单载波时域调制，基带DC部分发送的信号不能去掉，否则就是人为制造频率选择性衰落，对该DFT内所有符号的EVM都有一定的负面影响。LTE采用的折衷方案是将基带数字的DC与模拟的DC错开半个子载波宽度（即7.5KHz），这样本振泄漏在模拟DC部分产生的干扰，不会影响到基带DC处的信号。事实上，从UE发射的天线口来看，基带DC信号被调制在了载频偏移7.5KHz的地方。

对于BS接收机，一般采用一次变频方案（零中频或二次变频性能较差，基站侧较少采用），中频本振的泄漏会在其DC处产生一个较大的噪声。由于BS总是接收整个带宽，如果UE发射的DC与BS接收的DC相差很大（如UE只使用了部分带宽），则BS DC处的噪声对接收信号的信噪比没影响；而如果UE发射的DC与BS接收的DC相差不大（不可能相同，最少差7.5KHz），则BS DC处的噪声对接收信号的平均信噪比有微弱影响，UE DC偏移7.5KHz处的噪声会影响BS的ADC采样和数字AGC，但影响很小（通常此噪声比总

接收功率低20dB以上）。另外，由于UE发射的时候，基带的DC与模拟的DC有半个子载波宽度的频差，需要在BS的DDC里做相应的校正，即数字下变频的时候中频少7.5KHz。