TD—LTE多址接入技術研究

摘 要：多址接入技術（Multiple Access Techniques）是用于基站與多個用戶之間通過公共傳輸媒介建立多個無線通道連接的技術。在TD-LTE系統中，下行方向上使用多路復用的OFDM技術，而上行方向，采用了具有單載波峰均比特征的DFT-S-OFDMA多址方式。文章主要對TD-LTE系統中的多址接入技術進行了研究。

關鍵詞：OFDMA；DFT-S-OFDM；CP

盡管目前3G的各種標準和規范已凍結并獲得通過，但3G系統仍存在很多不足，如采用電路交換，而不是使用純IP方式；最大傳輸速率達不到2Mbps，無法滿足用戶對帶寬日益增長的需求；多種標準難以實現全球網絡融合等。正是由于3G的上述不足催生了4G技術。第四代移動通信系統可稱為廣帶接入和分布式網絡，其網絡結構將是一個采用全IP的網絡結構。4G網絡采用許多關鍵技術來支撐，包括：正交頻率復用技術（OFDM），多載波調制技術，自適應調制和編碼（AMC）技術，MIMO和智能天線技術，基于IP的核心網，軟件無線電技術以及網絡優化和安全性等。

TD-LTE是TDD版本的LTE技術，相比3GPP之前制定的技術標準，其在物理層傳輸技術方面有較大的改進。文章將對TD-LTE系統中使用的關鍵技術——多址接入技術進行研究。

多址接入技術（Multiple Access Techniques）是用于基站與多個用戶之間通過公共傳輸媒介建立多個無線通道連接的技術。在TD-LTE 系統中，下行方向上使用多路復用的OFDM技術，而上行方向，采用了具有單載波峰均比特征的DFT-S-OFDMA 多址方式。

1 下行多址傳輸

1.1 OFDMA技術

LTE采用OFDMA（正交頻分多址：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）作為下行多址方式。

在傳統的FDM系統，每個子載波之間為了避免干擾，相鄰載波頻帶之間需要更多的保護頻帶，頻譜效率低。OFDM的基本原理是將高速的數據流分解為N個并行的低速數據流，在N個子載波上同時進行傳輸。這些在N個子載波上同時傳輸的數據符號，構成一個OFDM符號。OFDM系統允許每個子載波緊密相鄰，部分重疊，通過正交復用，以避免頻率干擾，降低了對保護間隔的需求，從而實現高頻效率。

1.2 OFDMA的優缺點

1.2.1 優點

可以采用IDFT和DFT實現各子信道上的正交調制和解調，運算量較小，容易實現。

OFDM系統可以通過對不同數量子信道的使用，實現非對稱的上下行鏈路傳輸。

可以通過動態子信道分配選擇信噪比高的子信道，放棄頻率選擇性深衰落的子信道，改善系統性能。

1.2.2 缺點

對頻率偏移敏感：頻率偏差出現在傳輸的過程中，如多普勒頻移，或者接收機本地振蕩器與發射機載波頻率之間的頻率偏差，會造成子載波間的正交性損傷。

存在較高的峰均比（PARA）：OFDM調制的輸出是疊加了多個子信道，如果他們的相位一致，那么信號的平均功率會遠遠小于疊加信號的瞬時功率，導致較大的峰均比，這對發射機PA的線性提出了更高的要求。

2 上行多址傳輸

LTE采用DFT-S-OFDM（離散傅立葉變換擴展OFDM：Discrete Fourier Transform Spread OFDM）、或者稱為SC-FDMA（單載波FDMA：Single Carrier FDMA）作為上行多址方式。

DFT-S-OFDM是基于OFDM的一項改進技術。與OFDM 相比，DFT-S-OFDM 具有單載波的特性，因而其發送信號峰均比較低，在上行信號峰值功率放大器要求相同的情況下，可以提高上行鏈路的功率效率，降低終端的功耗要求。

OFDM與DFT-S-OFDM的區別在于：OFDM是將符號信息調制到正交的子載波上，而DFT-S-OFDM是將M個輸入符號的頻譜信息調制到多個正交的子載波上去。

圖2是TD-LTE 上行多址接入方式DFT-S-OFDM的示意圖：

圖2 LTE 上行多址方式示意圖

？藎發端信號先進行信道編碼與交織。

？藎然后進行QAM 調制。

？藎以M長度的數據符號單元為基本單位完成DFT-S-OFDM調制。

？藎首先通過DFT離散傅里葉變換，獲取與M長度的離散序列匹配的M長度的頻域序列。

？藎將DFT的N點輸出信號送入離散傅里葉反變換IFFT中去，由于N>M，所以對于IFFT多出的部分在輸入端用0補齊。

？藎在IFFT之后，為這一組數據添加循環前綴以避免符號干擾。

SC-FDMA多址接入方式可以通過DFT-S-OFDM的特點方便實現。通過改變不同用戶的IFFT輸入端與DFT的輸出的對應關系，可將輸入數據符號的頻譜移動到同的位置，以實現多用戶的多址接入。

TD-LTE 系統的關鍵技術之一就是OFDM/OFDMA，OFDM/OFDMA 系統的參數選擇與設置對系統的整體性能會產生重大的影響，其中OFDM 系統最重要的參數是載波間隔，經過反復論證最終確定載波間隔為15kHz。上下行的最小資源塊為375kHz，也就是25 個子載波寬度，數據到資源塊的映射方式可采用集中（Localized）方式或離散（Distributed）方式。循環前綴Cyclic Prefix（CP）的長度決定了OFDM 系統的抗多徑干擾能力和覆蓋范圍。長CP對于多徑干擾的排除，覆蓋范圍的擴大較為有利，但也會增加系統開銷，使數據傳輸能力下降。為了使小區覆蓋半徑達到100Km，TD-LTE系統采用兩套方案，根據具體場景來選擇循環前綴的長度：短CP為基本方案，長CP可支持TD-LTE更大范圍的小區覆蓋和更多小區的廣播業務。由于OFDM具有較高的頻譜效率、靈活的帶寬擴展性能，成為B3G/4G 演進過程中的關鍵技術之一，它可以結合分集技術，時空編碼技術，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術，最大限度的提高系統性能。

參考文獻

[1]中興通訊股份有限公司.LTE 4G移動通信技術理論部分[Z].2013.

[2]張晨.4G網絡發展的關鍵技術及前景探討[J].科學時代，2013（20）.

作者簡介：陳婷（1978-），女，講師，福建福州人，現從事通信技術教學與研究。endprint