OFDMA in LTE

  • View
    219

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of OFDMA in LTE

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    1/28

    Cap. 6

    OFDM & OFDMA

     în LTE

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    2/28

    1. Interfața radio în LTE

    1.1 Moduri de acces radio 1.2 Structura cadrului LTE

    1.3 Benzi de transmisiune

    1.4 Benzi de frecvență utilizate

    1.5 Rate de transfer și capabilitățile stațiilor mobile

    2. Tehnologia de acces multiplu în downlink: OFDM și OFDMA

    2.1 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

    2.2 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

    3. Tehnologia de acces multiplu pe uplink: SC-FDMA

    CUPRINS

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    3/28

    1. Interfața radio în LTE

    1.1 Moduri de acces radio

    • FDD / TDD / FDD half-duplex ce permite partajarea echipamentelor hardware între uplink  și downlink (nefiind utilizate niciodată simultan). Este folosită în anumite benzi de frecvență și oferă reduceri de costuri (cu înjumătățirea potențialelor rate de transfer a datelor).

    • eMBMS   (Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service) = standard 3GPP carepermite rețelelor mobile să ofere servicii de transmisie de date în mod dinamic pentru a reduce costul de livrare prin rețelele radio. În cazul transmisiilor multicelulare, celulele si conţinutul sunt sincronizate pentru a permite terminalului să combine consumul de energie de la transmisiile multiple. Semnalul suprapus arată ca unul multipath în punctul

    terminalului. Acest concept este cunoscut ca Rețea cu o Singură Frecvenţă (SFN).• MBSFN permite combinarea semnalelor provenite de la mai multe celule în interiorul stației mobile (SM) prin folosirea prefixului ciclic (PC) pentru a corecta diferențele ce apar în timpii de propagare. Din punctul de vedere al SM, transmisiunile apar să vină dintr-o singură mare celulă.

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    4/28

    1. Interfața radio în LTE

    1.2 Structura cadrului LTE

    • Cadrul are o durată de 10 ms: 20 de sloturi x 0.5 ms. • 2 sloturi adiacente formează un sub-cadru de durată 1 ms, care formează un TTI (Time Transmit Interval). • Fiecare slot constă în 7 simboluri OFDM cu prefix ciclic normal sau scurt

    sau 6 simboluri OFDM cu prefix ciclic lung/extins.

    Fig 1 – Structura unui cadru LTE

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    5/28

    1. Interfața radio în LTE

    1.3 Benzi de transmisiune

    • Lărgimi de bandă   variabile în intervalul [1,4÷20] MHz cu o spațiere a subpurtătoarelor de 15 KHz. Dacă   este folosit eMBMS, este posibilă   o spațiere a subpurtătoarelor de 7,5 KHz.

    • Spațierea subpurtătoarelor este constantă indiferent de lățimea de bandă a canalului.

    • Cel mai mic cuantum de resurse ce poate fi alocat pentru uplink sau downlink se numește bloc de resurse  (BR). Un BR are o bandă  de 180 KHz   și are durata unui

    timeslot de 0.5 s. - LTE standard: un BR conține 12 subpurtătoare la un ecart de 15 KHz

    - LTE eMBMS: cu spațierea opțională de 7.5 KHz a subpurtătoarelor conține 24 de subpurtătoare.

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    6/28

    1. Interfața radio în LTE

    1.3 Benzi de transmisiune

    • Numărul maxim de BR suportat de fiecare bandă de transmisiune este dat în tabelul 1:

    Tabelul 1 Configurația benzii de transmisiune

    Banda canalului (MHz) 1.4 3 5 10 15 20

    Configurația benzii de transmisiune (MHz)

    1.08 2.7 4.5 9 13.5 18

    Configurația benzii detransmisiune (număr de BR în UL sau DL)

    6 15 25 50 75 100

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    7/28

    1. Interfața radio în LTE

    1.4 Benzi de frecvență utilizate

       Există  15 benzi de frecvență  pentru FDD și 8 pentru TDD.

       Există   o suprapunere semnificativă

     între anumite benzi, dar aceasta nu simplifică   neapărat proiectarea rețelelor deoarece pot exista reglementări cu privire la performanța  într-o anumită  bandă  bazate pe nevoi regionale.

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    8/28

    1. Interfața radio în LTE

    1.5 Rate de transfer

    • Valori de vârf ale ratelor de transfer în LTE (mari în condiții ideale) se situează  între 100 și 326,4 Mbps în downlink  și între 50 și 86,4 Mbps în uplink (în funcție de configurația de antene și gradul de modulație).

    • Valorile reprezintă maximul absolut care poate fi suportat de sistem  și ratele de vârf 

     în realitate vor fi scalate inferior prin introducerea de categorii de SM (o categorie de SM impune limite d.p.d.v. al debitelor suportate).

    Categoria de SM Rata maximă

     în downlink

    (Mbps)

    Configurația antenei în downlink

    (transmițătoare eNB x receptoare SM)

    Rata maximă

     în uplink

    (Mbps)

    Categoria 1 10,296 1 x 2 5,16

    Categoria 2 51,024 2 x 2 25,456

    Categoria 3 102,048 2 x 2 51,024

    Categoria 4 150,752 2 x 2 51,024

    Categoria 5 302,752 4 x 2 75,376

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    9/28

    2. Tehnologia de acces multiplu în downlink:

    OFDM/ OFDMA

    •   Transmisia OFDM este o transmisie multi-purtă toare (MC):

      modalitate de a mări lărgimea de bandă, f ără a spori distorsionarea semnaluluidin cauza selectivității în frecvență care afectează canalul;

       presupune transmiterea mai multor semnale de bandă  mai îngustă   (numite  subpurtă toare) în locul unuia singur de bandă   mai largă. Semnalele sunt multiplexate în frecvență și sunt transmise împreună către același receptor, pe

    aceeași legătură radio → rata de transfer crește;    utilizarea unui număr relativ mare de subpurtătoare de bandă   îngustă.

    Exemplu: MC-WCDMA cu bandă   de transmisie de 20 MHz folosește 4 subpurtătoare cu banda de 5 MHz. Transmisia OFDM însă implică un număr de ordinul sutelor de subpurtătoare care pot fi transmise pe aceeași legătură radio, către același receptor.

    Fig 1 – Principiul transmisiei MC

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    10/28

    2. Tehnologia de acces multiplu în downlink:

    OFDM/ OFDMA

    • Avantaje/Dezavantaje:

       principalul avantaj: evoluția de la tehnologia de acces radio existentă   latransmisiunile cu bandă   mai largă   este netedă, atât din punct de vedere al echipamentelor, cât  și a spectrului. O bandă extinsă implică în același timp rate de transfer mai mari, în special pentru legătura descendentă. Întrucât rata de simbol a fiecărei subpurtătoare este mult mai mică  decât rata de simbol inițială   se evită

    fenomene precum IIS.    spectrul fiecărei subpurtătoare nu permite o împachetare foarte densă (”văile” care

    apar în spectrul extins afectează eficiența transmisiei).

      transmiterea în paralel a purtătoarelor multiple va conduce la variații semnificative ale puterii de transmisie instantanee   → consum mai mare de putere la emițător  și costuri ridicate ale amplificatorului de putere.

       puterea medie va fi însă redusă și de aceea transmisia MC este mai potrivită pentru legătura descendentă decât pentru cea ascendentă.

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    11/28

    2. Tehnologia de acces multiplu în downlink:

    OFDM/ OFDMA

    2.1 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

    • Structura tipică a unui transmițător și receptor OFDM este reprezentată în figura 2:

    Fig 2 – Transmițător și receptor OFDM

    •   Spre deosebire de alte tehnici care operează  simbol cu simbol, OFDM transmite un bloc de simboluri de date simultan într-un simbol OFDM (= timpul folosit pentru a transmite toate subpurtătoarele care sunt modulate de blocul de simboluri de date de la

    intrare).

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    12/28

    2. Tehnologia de acces multiplu în downlink:

    OFDM/ OFDMA

    2.1 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

    • Maparea pe simboluri se realizează  cu un modulator în BB (transformă  biții de intrare într-un set multi-nivel de numere complexe care corespund diferitelor formate de modulație BPSK, QPSK, 16-QAM sau 64-QAM).

    • Ulterior blocurile de simboluri sunt mapate pe subpurtătoare.

    • Se folosește un bloc IFFT pentru a transforma subpurtătoarele modulate în domeniul frecvență în eșantioane în domeniul timp.

    • Pentru a face ca semnalul OFDM să nu fie sensibil la dispersia în timp care apare pe canal, se introduce prefixul ciclic (PC). Pentru a optimiza performanțele în diverse

    medii lungimi diferite pot fi utilizate în cazuri precum:- prefix ciclic mai scurt pentru medii cu celule mici pentru a minimiza numărul de biți suplimentari introduși datorită prefixului ciclic;

    - prefix ciclic mai lung pentru medii cu dispersie în timp accentuată și în special pentru cazul SFN.

  • 8/19/2019 OFDMA in LTE

    13/28

    2. Tehnologia de acces multiplu în downlink:

    OFDM/ OFDMA

    2.1 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

    • La receptor, partea cu prefix a simbolului este ignorată deoarece ar putea conține IIS de la simbolul precedent. În acest fel se elimină efectul IIS cauzată de