LTE基础:OFDM在上行链路中的应用

    OFDM系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此，如果多个信号的相位一致，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率。PAPR高，对发射机的线性度提出了很高的要求。所以在上行链路，基于OFDM的多址接入技术并不适合用在UE侧使用。LTE上行链路所采用的SC-FDMA多址接入技术基于DFT-spread OFDM传输方案，同OFDM相比，它具有较低的峰均比。

DFT-spreadOFDM多址接入技术

DFTS-OFDM的调制过程如下图所示：

    DFTS-OFDM的调制过程是以长度为M的数据符号块为单位完成的：

1.      通过DFT离散傅里叶变换，获取这个时域离散序列的频域序列。这个长度为M的频域序列要能够准确描述出M个数据符号块所表示的时域信号。

2.      DFT的输出信号送入N点的离散傅里叶反变换IDFT中去，其中N>M。因为IDFT的长度比DFT的长度长，IDFT多出的那一部分输入为用0补齐。

3.      在IDFT之后，为避免符号干扰同样为这一组数据添加循环前缀。

  从上面的调制过程可以看出，DFTS-OFDM同OFDM的实现有一个相同的过程，即都有一个采用IDFT的过程，所以DFTS-OFDM可以看成是一个加入了预编码的OFDM过程。

  如果DFT的长度M等于IDFT的长度N，那么两者级联，DFT和IDFT的效果就互相抵消了，输出的信号就是一个普通的单载波调制信号。当N>M并且采用零输入来补齐IDFT，IDFT输出的信号以下特性：

1.      信号的PAPR较之于OFDM信号较小；

2.      通过改变DFT输出的数据到IDFT输入端的映射情况，可以改变输出信号占用的频域位置。

  通过DFT获取输入信号的频谱，后面N点的IDFT，或者看成是OFDM的调制过程实际上就是将输入信号的频谱信息调制到多个正交的子载波上去。LTE下行OFDM正交的子载波上承载的直接是数据符号。正是因为这点，所以DFTS-OFDM的PAPR能够保持与初始的数据符号相同的PAPR。N=M时的特例最能体现这一点，如下图所示：

  通过改变DFT的输出到IDFT输入端的对应关系，输入数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置。下图给出了集中式和分布式两种映射方式：

下图给出这两种方式下输出信号的频谱分布：

SC-FDMA多址接入技术

  利用DFTS-OFDM的以上特点可以方便的实现SC-FDMA多址接入方式，多用户复用频谱资源时只需要改变不同用户DFT的输出到IDFT输入的对应关系就可以实现多址接入，同时子载波之间具有良好的正交性，避免了多址干扰。

  通过改变DFT到IDFT的映射关系实现多址；改变输入信号的数据符号块M的大小，实现频率资源的灵活配置。如下图所示：

  SC-FDMA的两种资源分配方式：集中式资源分配、分布式资源分配是3GPP讨论过的两种上行接入方式，最终为了获得低的峰均比，降低UE的负担选择了集中式的分配方式。另一方面，为了获取频率分集增益，选用上行跳频作为上行分布式传输方式的替代方案。如下图：