TD—LTE多址接入技术研究

TD—LTE多址接入技术研究
作者：陈婷
来源：《科技创新与应用》2014年第34期
摘要：多址接入技术（Multiple Access Techniques）是用于基站与多个用户之间通过公共传输媒介建立多个无线通道连接的技术。

在TD-LTE系统中，下行方向上使用多路复用的OFDM技术，而上行方向，采用了具有单载波峰均比特征的DFT-S-OFDMA多址方式。

文章主要对TD-LTE系统中的多址接入技术进行了研究。

关键词：OFDMA；DFT-S-OFDM；CP
尽管目前3G的各种标准和规范已冻结并获得通过，但3G系统仍存在很多不足，如采用电路交换，而不是使用纯IP方式；最大传输速率达不到2Mbps，无法满足用户对带宽日益增长的需求；多种标准难以实现全球网络融合等。

正是由于3G的上述不足催生了4G技术。

第四代移动通信系统可称为广带接入和分布式网络，其网络结构将是一个采用全IP的网络结构。

4G网络采用许多关键技术来支撑，包括：正交频率复用技术（OFDM），多载波调制技术，自适应调制和编码（AMC）技术，MIMO和智能天线技术，基于IP的核心网，软件无线电技术以及网络优化和安全性等。

TD-LTE是TDD版本的LTE技术，相比3GPP之前制定的技术标准，其在物理层传输技术方面有较大的改进。

文章将对TD-LTE系统中使用的关键技术——多址接入技术进行研究。

多址接入技术（Multiple Access Techniques）是用于基站与多个用户之间通过公共传输媒介建立多个无线通道连接的技术。

在TD-LTE 系统中，下行方向上使用多路复用的OFDM技术，而上行方向，采用了具有单载波峰均比特征的DFT-S-OFDMA 多址方式。

1 下行多址传输
1.1 OFDMA技术
LTE采用OFDMA（正交频分多址：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）作为下行多址方式。

在传统的FDM系统，每个子载波之间为了避免干扰，相邻载波频带之间需要更多的保护频带，频谱效率低。

OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。

这些在N个子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号。

OFDM系统允许每个子载波紧密相邻，部分重叠，通过正交复用，以避免频率干扰，降低了对保护间隔的需求，从而实现高频效率。

1.2 OFDMA的优缺点
1.2.1 优点
可以采用IDFT和DFT实现各子信道上的正交调制和解调，运算量较小，容易实现。

OFDM系统可以通过对不同数量子信道的使用，实现非对称的上下行链路传输。

可以通过动态子信道分配选择信噪比高的子信道，放弃频率选择性深衰落的子信道，改善系统性能。

1.2.2 缺点
对频率偏移敏感：频率偏差出现在传输的过程中，如多普勒频移，或者接收机本地振荡器与发射机载波频率之间的频率偏差，会造成子载波间的正交性损伤。

存在较高的峰均比（PARA）：OFDM调制的输出是叠加了多个子信道，如果他们的相位一致，那么信号的平均功率会远远小于叠加信号的瞬时功率，导致较大的峰均比，这对发射机PA的线性提出了更高的要求。

2 上行多址传输
LTE采用DFT-S-OFDM（离散傅立叶变换扩展OFDM：Discrete Fourier Transform Spread OFDM）、或者称为SC-FDMA（单载波FDMA：Single Carrier FDMA）作为上行多址方式。

DFT-S-OFDM是基于OFDM的一项改进技术。

与OFDM 相比，DFT-S-OFDM 具有单载波的特性，因而其发送信号峰均比较低，在上行信号峰值功率放大器要求相同的情况下，可以提高上行链路的功率效率，降低终端的功耗要求。

OFDM与DFT-S-OFDM的区别在于：OFDM是将符号信息调制到正交的子载波上，而DFT-S-OFDM是将M个输入符号的频谱信息调制到多个正交的子载波上去。

图2是TD-LTE 上行多址接入方式DFT-S-OFDM的示意图：
图2 LTE 上行多址方式示意图
？荩发端信号先进行信道编码与交织。

？荩然后进行QAM 调制。

？荩以M长度的数据符号单元为基本单位完成DFT-S-OFDM调制。

？荩首先通过DFT离散傅里叶变换，获取与M长度的离散序列匹配的M长度的频域序列。

？荩将DFT的N点输出信号送入离散傅里叶反变换IFFT中去，由于N>M，所以对于IFFT多出的部分在输入端用0补齐。

？荩在IFFT之后，为这一组数据添加循环前缀以避免符号干扰。

SC-FDMA多址接入方式可以通过DFT-S-OFDM的特点方便实现。

通过改变不同用户的IFFT输入端与DFT的输出的对应关系，可将输入数据符号的频谱移动到同的位置，以实现多用户的多址接入。

TD-LTE 系统的关键技术之一就是OFDM/OFDMA，OFDM/OFDMA 系统的参数选择与设置对系统的整体性能会产生重大的影响，其中OFDM 系统最重要的参数是载波间隔，经过反复论证最终确定载波间隔为15kHz。

上下行的最小资源块为375kHz，也就是25 个子载波宽度，数据到资源块的映射方式可采用集中（Localized）方式或离散（Distributed）方式。

循环前缀Cyclic Prefix（CP）的长度决定了OFDM 系统的抗多径干扰能力和覆盖范围。

长CP对于多径干扰的排除，覆盖范围的扩大较为有利，但也会增加系统开销，使数据传输能力下降。

为了使小区覆盖半径达到100Km，TD-LTE系统采用两套方案，根据具体场景来选择循环前缀的长度：短CP为基本方案，长CP可支持TD-LTE更大范围的小区覆盖和更多小区的广播业务。

由于OFDM具有较高的频谱效率、灵活的带宽扩展性能，成为B3G/4G 演进过程中的关键技术之一，它可以结合分集技术，时空编码技术，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高系统性能。

参考文献
[1]中兴通讯股份有限公司.LTE 4G移动通信技术理论部分[Z].2013.
[2]张晨.4G网络发展的关键技术及前景探讨[J].科学时代，2013（20）.
作者简介：陈婷（1978-），女，讲师，福建福州人，现从事通信技术教学与研究。