3GPPLTE中ofdma和sc-ofdma的比较

河北大学工商学院14届本科生毕业论文（设计）13GPPLTEOFDMA和SC-FDMA多址接入方案的研究摘要LTE在下行采用正交频分复用多址接入(OFDMA)技术，因为OFDMA具有较高的峰均功率比（PAPR）。这对发射机功放的线性度要求较高，使得发射机成本明显增加;其次OFDMA要求子载波严格正交，因此它对频率偏移会比较敏感。单载波频分多址接入技术(SC-FDMA)是OFDMA技术的改进,相较于OFDMA，两者的系统结构和性能比较相似，但它具有低PAPR特性与对频率偏移不敏感的优势，并同样能在接收端应用频域均衡技术来有效对抗多径衰落的影响。因此3GPP决定在LTE上行采用SC-FDMA技术作为多址接入方式。本文将给出一个关于正交频分多址(OFDMA)和单载波频分多址(SC-FDMA)的概述,并对两者进行比较，利用Matlab对二者的PAPR进行了仿真，验证了SC-FDMA比OFDMA有较低的PAPR。此外，还研究了不同均衡方式和不同信道模型下的SC-FDMA的误码性能并得出相关结论。关键词：OFDMA；SC-FDMA；峰均功率比河北大学工商学院14届本科生毕业论文（设计）2StudyofMultipleAccessSchemesin3GPPLTEOFDMAvs.SC-FDMAABSTRACTWiththecontinuouslydevelopingofwirelesscommunicationtechniqueandtheusers'highdemandstocommunication,3GPPproposedLTE(LongTermEvolution)standardasthetransitionfrom3Gto4GwhileLTEdownlinkadoptsorthogonal-frequency-division-multiplexingaccess(OFDMA)technique,OFDMAisnotsuitableforLTEuplinkbecauseofitsdisadvantages.ThefirstmaindisadvantageisthatOFDMsignal'speak-to-averagepowerratio(PAPR)isveryhigh,whichdecreasesthepowerefficiencyofmobileterminalandproposeshigherdemandsonthelinearityoftransmitterpoweramplifier,whichwillincreasethecostoftransmitter.Secondly,OFDMArequiresstrictorthogonalityamongsub-carriers,Whichmakesitsensitivetofrequencyoffset.Single-carrierfrequencydivisionmultipleaccess(SC-FDMA)techniqueistheimprovabilityofOFDMAtechniques.PossessingthesimilarstructureandperformanceasOFDMA,SC-FDMAshowstheadvantageoflowerPAPRfeatureandbeingnotsensitivetofrequencyoffset.Besides,SC-FDMAcanadoptfrequencyequalizationtechniqueatthereceivertoovercometheinfluenceofmulti-pathfading.So,3GPPdecidedtoadoptSC-FDMA,tobethemultipleaccesstechniqueintheLTEuplink.Inthispaper,wegiveanoverviewofbothOFDMAandSC-FDMA,thendrawacomparisonandanalysiswiththem.usingMATLABonacombinationofPAPR,verifythatSC-FDMAhadlowerPAPRthanOFDMA.wealsostudieddifferentwaysofbalancingandSC-FDMABERperformanceunderdifferentchannelmodelsanddrawrelevantconclusions.Keywords：OFDMA；SC-FDMA；PAPR河北大学工商学院14届本科生毕业论文（设计）3目录1前言.....................................................11.13GPPLTE的发展概况.......................................11.2本文的研究内容和篇章结构..................................12OFDM技术简介及原理.......................................22.1OFDM技术简介.............................................22.2OFDM系统的算法和工作原理.................................23.OFDMA技术................................................33.1OFDMA技术简介............................................33.2OFDMA的优缺点............................................34SC-FDMA技术...............................................44.1SC-FDMA的基本原理........................................44.2SC-FDMA子载波映射方式....................................54.3SC-FDMA的实现形式........................................64.3.1.时域信号产生............................................64.3.2频域信号的产生..........................................64.3.3两种实现形式的比较......................................75SC-FDMA与OFDMA的比较.....................................75.1峰值平均功率比...........................................85.2仿真结果..................................................95.2.1不同调制方式下OFDMA和IFDMA系统PAPR性能仿真............95.2.2不同子载波映射方式下的SC-FDMA系统PAPR性能仿真.........10河北大学工商学院14届本科生毕业论文（设计）46结论.....................................................11参考文献...................................................11河北大学工商学院14届本科生毕业论文（设计）11前言1.13GPPLTE的发展概况第一代移动通信系统起始于19世纪70年代，它采用频分多址(FDMA)技术的模拟移动通信系统，重要缺点是频带利用率低、保密性差、终端体积大且只能供给语音业务。第二代移动通信系统(2G)在上世纪90年代初投入商业运营，它是采用灵活、高效的时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)技术的数字蜂窝移动通信系统，主要业务包括数字移动电话和低速率数据业务，能够较好满足人们对语音的需求，因此在世界范围内广泛应用。随着全球移动通信的迅速发展和现代通信技术的日益进步以及网络传输业务的增加，2G系统的数据传输能力远远不能满足日益增长的宽带多媒体数据业务要求，因此，第三代移动通信(3G)及其所提供的多媒体业务走入人们的生活并形成了被国际社会认可的三个主要标准：WCDMA、CDMA2000和TD．SCDMA。第三代移动通信的目的为达到144kbps的车载通信速率、386kbps的步行通信速率和2Mbps的室内通信速率，在营业上注重多媒体业务。目前，3G已在世界范围内广泛应用，但是3G所提供的通信带宽并不能满足人们不断增长的需求，用户容量上也存在着很大的不足。因此，第三代移动通信系统称不上真正的宽带多媒体通信，不能满足移动通信的最终目标，于是，便有人提出了超3G(Beyond3G)或者E3G(Evolved3G)的无线传输技术研究。[1]3GPP开始启动长期演进(LongTermEvolution,LTE)项目。LTE项目以OFDM/FDMA为核心技术，通过对无线网络的架构和无线接口进行一些改良和优化，用于系统容量、增大覆盖范围、提高数据速率和降低时延扩展以及降低通信网络的业务本钱。LTE标准化进程分成两个过程，第一个过程是从2004年12月到2006年9月的研项目(StudyItem,SD过程，这期间主要完成的工作是进行技术的可行性研究以及提交各种研究报告。第二个过程是2006年9月到2007年6月的工作项目(WorkItem,WD过程，这期间的重要工作是完成核心技术的规范化和标准化编制。LTE计划在2009年到2010年开始在市场上推出成熟的商用产品。LTE项目工作由TSGRAN(TechnicalSpecificationGroupRadioAccessNetwork,技术规范组无线接入网络)工作组发起，LTE项目的空中接口物理层技术可行性研究由RAN1工作组负责，协议的可行性研究由RAN2工作组负责，无线接入网的网络架构及接口可行性研究由RAN3工作组负责。TSGRAN负责总结和整理这些工作组的研究结果作为LTE的阶段性成果。LTE与传统移动通信系统相比，首要区别是LTE系统只有分组域，没有电路域，其话音业务将由VOIP(VoiceoverInternetProtocol，互联网语音协议)实现。另外，LTE系统能够支持多媒体广播与多播(MultimediaBroadcastMulticastService,MBMS)技术。2005年的TSGRAN#30会议上基本确定了LTE的上行物理层主要集中在对SC-FDMA的研究上，从而达到使终端发射的峰值平均功率比（peak-to-AveragePowerRatio,PAPR)得以降低，减少终端体积和降低成本的目的。下行物理层则主要集中在正交频分复用多址接入(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess,OFDMA)的研究，从而有效地提高了频谱效率[11]。上下行链路分别采用这两种技术，可以很好地发挥各自的优势。1.2本文的研究内容和篇章结构本文主要是对OFDMA和SC-FDMA这两种多址接入方案的对比研究。接下来论文的组织安排如下：第二章中对正交频分复用（OFDM）技术进行简单介绍，在第三章中对OFDMA原河北大学工商学院14届本科生毕业论文（设计）2理以及优缺点进行介绍。接下来，在第四章中，将介绍SC-FDMA技术的分类、特点以及实现方式等内容。第五章则是OFDMA技术与SC-FDMA技术做一个简单的比较，利用Matlab对SC-FDMA和OFDMA的PAPR特性与误码性能进行研究，并对仿真结果进行分析比较。最后，在第六章中，将给出一些总结。河北大学工商学院14