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4G无线——OFDMA概述

4G无线——OFDMA概述

OFDM将一个数据块(在时间域,也就是一个OFDM符号)全部分配给一个用户,而OFDMA则将不同的子载波组(在频率域)分配给不同的用户。这样,多个用户可以同时使用空间信道。由于OFDM在某个时点,是将K个子载波都分配给一个用户,如果多个用户打算共享OFDM系统,他们必须在时间域排队等候,类似一种时分复用的机制。    OFDMA不是这样,它不是在时间域顺次将OFDM符号分配给不同的用户,而是直接在频域将不同的子载波分配给不同的用户。在OFDMA示意图中,高速基带数据符号流的速率仍然是Rs sps,即每个数据符号持续1/Rs秒。这个高速数据流分成J组数据符号,每组数据符号携带L个数据符号。每个数据符号组被分配给不同的用户,因此一共有J*L个数据符号。
    串并转换器将高速流转换成J*L个独立的低速子流,每个子流的速率是Rs/JL sps。因此在任何一个时点,串并转换器的输出端都并发存在J*L个数据符号。这J*L个数据符号被映射到相应的子载波(子载波被分配给不同的用户)。在频率域,J*L个数据符号被分为J组,分给J个用户。
    J*L(=K)个映射过的数据符号并行通过IDFT变换器,产生K个转换后的数据符号,随后通过并串转换器。这K个转换后的数据符号组成的串行数据块构成一个OFDM符号。连续的OFDM符号以Rs/K的速率出现在并串转换器的输出端,每个OFDM符号的持续时间是K/Rs 秒。
    “OFDMA频域分析”显示了高速流、低速子流和最后发送的信号。从频域看,最后发送的信号分为7组数据符号,或者分为7个OFDM符号。子载频之间存在重叠,但是是正交的。每个用户的数据信息通过连续的L个子载波承载发送。本土显示的是“连续子载波承载”模式,当然,用户数据信息也可以通过随机的方式分配到子载波上,这种方法叫“分布式子载波承载”。
    除了拥有OFDM频谱效率高、调制方式简单的优点外,OFDMA另外有两个优点:
1,频率分集增益。这存在于“分布式子载波承载”模式;
2,多用户增益(multiuser diversity)。这存在于“连续子载波承载”模式。由于不同的用户在不同的位置体验到的信道相应是不同的,对于信道条件好的用户,系统可以提高分配给该用户的子载波的性能指标,如提高吞吐率,从而改善系统的整体效率。
    以上是理想情况下的OFDM和OFDMA。在实际的无线环境中,时间域的数据块间干扰(IBI, interblock interference)和频率域的载频间干扰(ICI, intercarrier interference)会对系统的性能产生不利影响。
   1,时间域IBI:将高速流拆分成一系列低速子流后,每个子流的持续时间达到了TsK, TsK远大于信道时延扩展(τ) ,很好地克服了ISI(符号间干扰)。然而,尽管这项技术大大消除了一个OFDM符号内相邻两个数据符号之间的ISI,它不能消除相邻OFDM符号之间干扰。为了避免相邻两个OFDM符号之间的干扰,必须在OFDM符号的最后引入“隔离时间”,以免这个符号的多径延迟分量对下一个OFDM符号产生干扰。这个“隔离时间”又叫做“cyclic prefix”。只要cyclic prefix大于时延扩展(τ),相邻OFDM符号之间就没有干扰,就不存在IBI。
    2,频率域ICI:对于同一个子载波,信号发射器与信号接收器不一定能做到完全的频率同步,这种频率偏差会造成正交子载波之间失去正交性,产生ICI。
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