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LTE OFDM, OFDMA SC-FDMA et Modulation

LTE OFDM, OFDMA SC-FDMA et Modulation


OFDM constitue le format de signal de base utilisé dans la 4G LTE. OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplex est le format de base utilisé et il est modifié pour fournir le schéma d'accès multiple: OFDMA, accès multiple par division de fréquence orthogonale dans la liaison descendante et SC-FDMA, accès multiple par division de fréquence orthogonale à canal unique dans la liaison montante.

Utilisant plusieurs porteuses, chacune transportant un faible débit de données, l'OFDM est idéal pour la transmission de données à haute vitesse car il offre une résilience contre les évanouissements à bande étroite qui se produisent à la suite des réflexions et des propriétés de propagation générales à ces fréquences.

Dans le format de signal de base LTE OFDM, une variété de formats de modulation sont utilisés, y compris PSK et QAM. Une modulation d'ordre supérieur est utilisée pour obtenir des débits de données plus élevés: l'ordre de modulation étant déterminé par la qualité du signal.

Modulation LTE et bases de l'OFDM

L'utilisation d'OFDM est un choix naturel pour le LTE. Si les concepts de base de l'OFDM sont utilisés, il a naturellement été adapté pour répondre aux exigences exactes du LTE. Cependant, son utilisation de porteuses multiples transportant chacune un faible débit de données reste la même.

Remarque sur l'OFDM:

Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM est une forme de format de signal qui utilise un grand nombre de porteuses rapprochées qui sont chacune modulées avec un flux de données à faible débit. On s'attend normalement à ce que les signaux rapprochés interfèrent les uns avec les autres, mais en rendant les signaux orthogonaux les uns par rapport aux autres, il n'y a pas d'interférence mutuelle. Les données à transmettre sont partagées entre toutes les porteuses, ce qui offre une résilience contre les évanouissements sélectifs dus aux effets multi-trajets.

En savoir plus sur OFDM, Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence.

La mise en œuvre réelle de la technologie sera différente entre la liaison descendante (c'est-à-dire de la station de base au mobile) et la liaison montante (c'est-à-dire du mobile à la station de base) en raison des différentes exigences entre les deux directions et l'équipement à chaque extrémité. Cependant, l'OFDM a été choisi comme format de support de signal car il est très résistant aux interférences. De plus, ces dernières années, une expérience considérable a été acquise dans son utilisation des différentes formes de diffusion qui l'utilisent avec le Wi-Fi et le WiMAX. OFDM est également un format de modulation parfaitement adapté pour transporter des débits de données élevés - l'une des principales exigences du LTE.

De plus, l'OFDM peut être utilisé dans les formats FDD et TDD. Cela devient un avantage supplémentaire.

Bande passante et caractéristiques des canaux LTE

L'un des paramètres clés associés à l'utilisation d'OFDM au sein de LTE est le choix de la bande passante. La bande passante disponible influence une variété de décisions, y compris le nombre de porteuses qui peuvent être logées dans le signal OFDM et à son tour cela influence des éléments comprenant la longueur du symbole et ainsi de suite.

LTE définit un certain nombre de bandes passantes de canal. Évidemment, plus la bande passante est grande, plus la capacité du canal est grande.

Les largeurs de bande de canal qui ont été choisies pour LTE sont:

  1. 1,4 MHz
  2. 3 MHz
  3. 5 MHz
  4. 10 MHz
  5. 15 MHz
  6. 20 MHz

En plus de cela, l'espacement des sous-porteuses est de 15 kHz, c'est-à-dire que les sous-porteuses LTE sont espacées de 15 kHz les unes des autres. Pour maintenir l'orthogonalité, cela donne un débit de symboles de 1/15 kHz = de 66,7 µs.

Chaque sous-porteuse est capable de transporter des données à une vitesse maximale de 15 ksps (kilosymboles par seconde). Cela donne à un système de bande passante de 20 MHz un débit de symboles brut de 18 Msps. À son tour, cela est capable de fournir un débit de données brut de 108 Mbps car chaque symbole utilisant 64QAM est capable de représenter six bits.

Il peut sembler que ces tarifs ne correspondent pas aux chiffres principaux indiqués dans les spécifications LTE. La raison en est que les débits de données de pointe réels sont calculés en soustrayant d'abord les frais généraux de codage et de contrôle. Ensuite, il y a des gains provenant d'éléments tels que le multiplexage spatial, etc.

Préfixe cyclique LTE OFDM, CP

L'une des principales raisons de l'utilisation de l'OFDM comme format de modulation dans LTE (et de nombreux autres systèmes sans fil d'ailleurs) est sa résilience aux retards et à la propagation par trajets multiples. Cependant, il est toujours nécessaire de mettre en œuvre des méthodes pour ajouter de la résilience au système. Cela permet de surmonter les interférences entre symboles (ISI) qui en résultent.

Dans les zones où une interférence entre symboles est attendue, elle peut être évitée en insérant une période de garde dans la synchronisation au début de chaque symbole de données. Il est alors possible de copier une section de la fin du symbole au début. Ceci est connu sous le nom de préfixe cyclique, CP. Le récepteur peut alors échantillonner la forme d'onde au moment optimal et éviter toute interférence entre symboles provoquée par des réflexions retardées par des temps jusqu'à la longueur du préfixe cyclique, CP.

La longueur du préfixe cyclique, CP est importante. S'il n'est pas assez long, il ne neutralisera pas l'étalement du retard de réflexion par trajets multiples. S'il est trop long, cela réduira la capacité de débit de données. Pour le LTE, la longueur standard du préfixe cyclique a été choisie pour être de 4,69 µs. Cela permet au système de s'adapter à des variations de trajectoire allant jusqu'à 1,4 km. Avec la longueur du symbole en LTE réglée à 66,7 µs.

La longueur du symbole est définie par le fait que pour les systèmes OFDM, la longueur du symbole est égale à l'inverse de l'espacement des porteuses de sorte que l'orthogonalité est obtenue. Avec un espacement des porteuses de 15 kHz, cela donne une longueur de symbole de 66,7 µs.

LTE OFDMA dans la liaison descendante

Le signal OFDM utilisé en LTE comprend un maximum de 2048 sous-porteuses différentes avec un espacement de 15 kHz. Bien qu'il soit obligatoire pour les mobiles d'avoir la capacité de pouvoir recevoir toutes les 2048 sous-porteuses, il n'est pas nécessaire que toutes soient transmises par la station de base qui n'a besoin que de pouvoir supporter la transmission de 72 sous-porteuses. De cette façon, tous les mobiles pourront parler à n'importe quelle station de base.

Dans le signal OFDM, il est possible de choisir entre trois types de modulation pour le signal LTE:

  1. QPSK (= 4QAM) 2 bits par symbole
  2. 16QAM 4 bits par symbole
  3. 64QAM 6 bits par symbole

Remarque sur QAM - Modulation d'amplitude en quadrature:

Modulation d'amplitude en quadrature, la QAM est largement utilisée pour la transmission de données car elle permet de meilleurs niveaux d'efficacité spectrale que d'autres formes de modulation. QAM utilise deux porteuses sur la même fréquence décalées de 90 ° qui sont modulées par deux flux de données - I ou Inphase et Q - éléments en quadrature.

Le format de modulation LTE exact est choisi en fonction des conditions existantes. Les formes de modulation inférieures (QPSK) ne nécessitent pas un rapport signal / bruit aussi important mais ne sont pas en mesure d'envoyer les données aussi rapidement. Ce n'est que lorsqu'il existe un rapport signal sur bruit suffisant que le format de modulation d'ordre supérieur peut être utilisé.

Porteurs de liaison descendante et blocs de ressources

Dans la liaison descendante, les sous-porteuses sont divisées en blocs de ressources. Cela permet au système d'être en mesure de compartimenter les données sur des nombres standard de sous-porteuses.

Les blocs de ressources comprennent 12 sous-porteuses, quelle que soit la largeur de bande globale du signal LTE. Ils couvrent également un créneau horaire. Cela signifie que différentes largeurs de bande de signal LTE auront différents nombres de blocs de ressources.


Porteurs de liaison descendante LTE et blocs de ressources
Bande passante du canal
(MHz)
1.435101520
Nombre de blocs de ressources615255075100

LTE SC-FDMA dans la liaison montante

Pour la liaison montante LTE, un concept différent est utilisé pour la technique d'accès. Bien qu'utilisant toujours une forme de technologie OFDMA, l'implémentation est appelée accès multiple par répartition en fréquence à porteuse unique (SC-FDMA).

L'un des paramètres clés qui affectent tous les mobiles est celui de la durée de vie de la batterie. Même si les performances de la batterie s'améliorent constamment, il est toujours nécessaire de s'assurer que les mobiles utilisent le moins d'énergie possible.

L'amplificateur de puissance RF qui transmet le signal radiofréquence via l'antenne à la station de base étant l'élément de puissance la plus élevée dans le mobile, il est nécessaire qu'il fonctionne dans un mode aussi efficace que possible. Cela peut être considérablement affecté par la forme de modulation de fréquence radio et le format du signal.

Les signaux qui ont un rapport pic / moyen élevé et qui nécessitent une amplification linéaire ne se prêtent pas à l'utilisation d'amplificateurs de puissance RF efficaces. En conséquence, il est nécessaire d'utiliser un mode de transmission qui a un niveau de puissance aussi proche que constant en fonctionnement. Malheureusement, l'OFDM a un rapport pic / moyenne élevé.

Bien que ce ne soit pas un problème pour la station de base où la puissance n'est pas un problème particulier, il est inacceptable pour le mobile. En conséquence, LTE utilise un schéma de modulation connu sous le nom de SC-FDMA - Single Carrier Frequency Division Multiplex, qui est un format hybride. Cela combine le faible rapport crête / moyenne offert par les systèmes à porteuse unique avec la résilience aux interférences par trajets multiples et l'attribution de fréquence de sous-porteuse flexible qu'offre l'OFDM.

Le format du signal LTE, la modulation et l'utilisation d'OFDM ont permis à LTE de fournir des communications de données fiables à haut débit.

L'utilisation d'OFDM a permis au LTE de fournir une qualité de liaison fiable même en présence de réflexions et la modulation adaptative a permis de modifier la liaison en fonction de la qualité du signal en vigueur.

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Voir la vidéo: LTE Basics Part II - Single Carrier FDMA (Décembre 2021).