FDMA de portadora única

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 encarga de la asignación de múltiples usuarios a un recurso de comunicación compartido. El SC-FDMA puede interpretarse como un esquema OFDMA precodificado linealmente , en el sentido de que incluye un paso de procesamiento DFT adicional que precede al procesamiento OFDMA convencional.

SC-FDMA ha atraído gran atención como una alternativa atractiva a OFDMA , especialmente en las comunicaciones de enlace ascendente donde una menor relación de potencia pico a promedio ( PAPR ) beneficia enormemente al terminal móvil en términos de eficiencia de potencia de transmisión y reducción del costo del amplificador de potencia. De ahí proviene el nombre de 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 3GPP Long Term Evolution (LTE), o Evolved UTRA (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 un PAPR bajo lo hace deseable para la transmisión inalámbrica de enlace ascendente en sistemas de comunicación móvil, donde la eficiencia de potencia 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 ). A continuación, a los distintos transmisores (usuarios) se les asignan diferentes coeficientes de Fourier. Esta asignación se lleva a cabo en los bloques de mapeo y desmapeo. El receptor incluye un bloque de desmapeo, un bloque IDFT y un bloque de detección para cada señal de usuario que se va a recibir. Al igual que en OFDM , se introducen intervalos de guarda (denominados prefijos cíclicos) con repetición cíclica entre los bloques de símbolos para eliminar eficazmente la interferencia entre símbolos debida a la dispersión temporal (causada por la propagación multitrayecto) entre los bloques.

En SC-FDMA, el acceso múltiple entre usuarios se posibilita asignando a cada usuario conjuntos distintos de coeficientes de Fourier (subportadoras) que no se solapan. Esto se logra en el transmisor insertando (antes de la IDFT) coeficientes de Fourier silenciosos (en las posiciones asignadas a otros usuarios) y eliminándolos en el receptor después de la DFT.

La característica distintiva de SC-FDMA es que genera una señal de transmisión de portadora única, a diferencia de OFDMA, que es un esquema de transmisión de portadora múltiple. El mapeo de subportadoras se puede clasificar en dos tipos: mapeo localizado y mapeo distribuido. En el mapeo localizado, las salidas de la 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 de la DFT de los datos de entrada se asignan a subportadoras en todo el ancho de banda de forma no continua, lo que resulta en amplitud cero para las subportadoras restantes. Un caso especial de SC-FDMA distribuido se denomina SC-FDMA entrelazado ( IFDMA ), donde las subportadoras ocupadas están igualmente espaciadas en todo el ancho de banda. ^{[ 8 ]}

Debido a su estructura inherente de portadora única, una ventaja destacada de SC-FDMA sobre OFDM y OFDMA es que su señal de transmisión tiene una menor relación de potencia pico a promedio (PAPR), lo que resulta en parámetros de diseño menos restrictivos en la ruta de transmisión de una unidad de abonado. Intuitivamente, la razón radica en que, mientras que los símbolos de transmisión de OFDM modulan directamente múltiples subportadoras, los símbolos de transmisión de SC-FDMA son procesados primero por un bloque DFT de N puntos. ^{[ 9 ]}

En OFDM, al igual que en SC-FDMA, la ecualización se logra en el receptor, después del cálculo de la DFT, multiplicando cada coeficiente de Fourier por un número complejo. De esta forma, se pueden contrarrestar fácilmente el desvanecimiento selectivo en frecuencia y la distorsión de fase . La ventaja es que la ecualización en el dominio de la frecuencia mediante FFT requiere menos cálculos que la ecualización convencional en el dominio del tiempo, que requiere filtros FIR o IIR multitap. Menos cálculos resultan en un menor error de redondeo acumulado, 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 lineal del canal 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 Discreta de Fourier
IDFT: Transformada Discreta Inversa de Fourier
CP: Prefijo cíclico
PD: Modelado de pulsos
DAC: Convertidor digital-analógico
RF: Señal de radiofrecuencia
ADC: Convertidor analógico-digital
LP-OFDMA: OFDMA precodificado linealmente

Propiedades útiles

PAPR bajo (factor de cresta)
Baja sensibilidad al desplazamiento de la frecuencia portadora.
Es 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). "FDMA de portadora única para transmisión inalámbrica de enlace ascendente" (PDF) . IEEE Vehicular Technology Magazine . 1 (3): 30– 38. doi : 10.1109/MVT.2006.307304 . S2CID 12743526 .
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[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). "FDMA de portadora única para transmisión inalámbrica de enlace ascendente" (PDF) . IEEE Vehicular Technology Magazine . 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 la 3G". IEEE Communications Magazine . 44 (3): 38– 45. doi : 10.1109/MCOM.2006.1607864 . S2CID 1168131 .

[4] "Grupo de especificaciones técnicas de la red de acceso radioeléctrico; aspectos de la capa física para UTRA evolucionada" . 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 a 4. doi : 10.1109/ISTMWC.2007.4299159 . ISBN 978-1-4244-1662-2. S2CID 6077115 .

[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 dispersión DFT para enlace ascendente LTE UTRA". 2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference - VTC2007-Spring . pp. 3175–3179 . doi : 10.1109/VETECS.2007.650 . ISBN 978-1-4244-0266-3. S2CID 206836778 .

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

[8] "SC-FDMA Single Carrier FDMA in LTE" (PDF) . Ixia .

[9] Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). "Relación de potencia pico a promedio de señales FDMA de portadora única con conformación de pulsos". 2006 IEEE 17th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications . pp. 1–5 . doi : 10.1109/PIMRC.2006.254407 . ISBN 1-4244-0329-4. S2CID 7457641 .

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

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