2.1 .1 OFDMA
OFDMA：正交频分多址 Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access（OFDMA）：主要思想：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，然后在部分子载波上加载传输数据。OFDMA技术优点：频谱效率高，来源于正交传输；采用 CP 回避用户间干扰，频谱效率高。OFDMA技术克服的是由于多径效应产生的频率选择性衰弱。
南京信息职业技术学院
课程专题研究论文
作者第四组(王薛涛、陆钰霞、笪陈阳、吉小芳、马一鸣、袁瑶瑶)学号36、6、20、4、29、45
系部5系
专业通信技术（通信工程与监理）
题目4G移动通信系统的关键技术
指导教师顾艳华
评阅教师顾艳华
完成时间： 2015 年 5 月 26 日
题目：4G移动通信系统的关键技术
摘要：LTE标准在3GPP的研讨下在2009年正式出台，下行速率可以达到100Mbps，标志着百兆时代正式来临。本文主要针对4G移动通信系统其中的4个关键技术针对它们的原理，优势等方面进行简略的介绍，分别是OFDMA、SC-FDMA、智能天线以及MIMO、自适应调制编码技术以及全IP组网方式。其中4G系统上下行接入方式并不一样，在讲究速率的下行采用的是OFDM接入方式，而下行采用的是单载波的SC-FDMA。MIMO技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。自适应调制编码技术是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式，网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。文章最后同时针对4G网络架构进行简要点评。
第二章
2.1OFDMA
OFDMA和SC- FDMA技术为了在有限的宽带内传送更多更大的信息量，LTE通信标准中选取了OFDM技术和SC-FDMA技术作为LTE技术中的调制型技术。SC- FDMA技术是应用在上行的通信过程中的，是一种相对特定的优化的OFDMA技术，这种技术具有更低的峰值比可以提高用户终端产品在上行通信中的功能效率OFDMA技术的应用可以在多个正交子载波对高速数据流中进行分流，这样就降低了相同数据量在不同情况下需要的传输速率，增大单个符号的传输时间就可以增强LTE系统的实际抗干扰力，减小了信息通信数据之间的干扰效果。
二、关键词：高速率、OFDMA 、SC- FDMA 、全IP、MIMO
摘要
第一章
进入21世纪，计算机网络在全球迅速普及，宽带无线接入市场开始兴起，由于采用了基于标准的IP网作为核心网并考虑了突发型数据业务的需求，宽带无线接入速率可达几百kbps甚至几十Mbps，明显优于基于蜂窝移动网络的2.5G/3G手机移动业务，为了抢占宽带接入无线接入市场，3GPP早在2002年6月就确定了通用移动通信系统（UMTS）演进R5版本，在接入网部分通过引入IP技术实现核心网与接入网的全免IP化，成为了全IP的第一个版本。其中，在下行链路R5使用了高速下行分组接入（HSDPA）技术，使得峰值速率可高达10Mbps。在2004年12月，3GPP确定了R6版本，使用高速上行分组接入（HSUPA）技术，以解决上行链路分组化问题。与此同时，随着全球微波互联接入（World interoperability for Microwave Access，WIMAX）技术的崛起，其为用户所提供的在20MHz的带宽下能提供高达70Mbps的峰值速率让3GPP感受到来自市场的巨大竞争压力。为了应对WIMAX带来的挑战，4G技术随之诞生。对比前几代LTE中的关键技术都有了相当大的提高。
3.3系统所使用参数的信令传输
系统所使用参数的信令传输主要有3种方式：
3.3.1开环方式。接收端根据接收情况估计信道，通过信令通知发送端。或者在TDD方式下利用互易性，发送端直接估计信道，然后发送端根据信道情况选择参数，并通过信令信道通知接收端。
3.3.2闭环方式。接收端根据接收情况估计信道，并选定参数，然后通过信令通知发送端。
图2-1图2-2
2.1.2 OFDM
图2-3图2-4
由上图分析表明：采用 IFFT 产生 OFDM信号决定了：子载波间隔△f=1/T（T 为 OFDM符号周期）。△f 不能太小：必须能容忍一定车速下的多普勒频移动效应，起到分隔干扰效果。△f不能太大：T 过小，则对应 CP 开销过大，增加系统负担。典型△f值：10- 20kHZ，LTE 实际经验建议值:15kHZ（符号长度 66.67us）。CP 不能太小：必须能覆盖主要多径的时延扩展，容忍一定的定时误差。CP 不能太大：信令开销限制了 CP 不能无限扩大。CP 可以采用多个选项：LTE：常规 CP:4.687ms 扩展 CP:16.67ms 超长 CP:33.33。
3.2发送参数的选择
在自适应OFDM技术中可以改变参数分配的子载波数、调制方式（即分配比特数）和发送功率。选择最佳的参数，一般是在限定条件下目标的最优化问题。例如，在速率和发送功率一定的条件下，使差错概率最小，或者在保证一定错误概率和发送功率条件下传输速率最大等等，实际中可以使用一些简单的方法，如设定相应的变化门限等。
2.2SC- FDMA
2.2.1 SC- FDMA
SC- FDMA（Single- carrier Frequency- Division MultipleAccess，单载波频分多址），是 LTE 推荐的上行链路多址技术。SC- FDMA产生方法：是在 OFDM的 IFFT调制之前对信号进行 DFT 扩展, SC- FDMA 由于采用单载波的方式，与 OFDMA相比之下具有较低的 PAPR（峰值 / 平均功率比，peak- to- average power ratio），比多载波的 PAPR 低1- 3dB左右。较低的 PAPR 可以使手机終降低硬件集成度门槛，减少突发性的高功耗硬件，进而可以延长手机电池的使用时间。
图2-5
2.2.2 SC- FDMA、OFDMA技术对比及联合采用SC- FDMA和 OFDMA在传输性能方面，无论编码方式是 QPSK 还是 16QAM，都有比较接近的曲线.上图可以看出：SC- FDMA 能对于单用户获得低 PAPR 的效果。SC- FDMA 特别适合单用户的情况下进行传输，此时的SC- FDMA的 PAPR 远低于 OFDMA技术的，所以 SC- FD-MA是特别为上行链路量身定制的 LTE 关键技术，能提高终端电池使用时间。
第三章ห้องสมุดไป่ตู้
自适应调制编码（Ad aptive Modulation and Coding，A MC） 技术 [1]就是根据信道条 件的变化， 动态地选择适当的调制和编码方式（Modulation and Coding Scheme ，MCS）， 变化的周期为一个传输时间间隔（ Transmission TimeInterval， TTI）。将自适应调制编码技 术运用于LTE系统中，可以在保证系统误码率或者误帧率前提下，获得较高的系统吞吐量，从而提高了系统的频谱利用率。
自适应技术在OFDM系统中的实现
OFDM系统中的自适应技术，其实现过程可分为以下3步：
3.1信道估计
自适应技术根据时变信道的变化情况，改变下一个信号帧（或时隙）的发送参数，因此首先需要对时变信道的质量进行估计，得到信道状态信息（CSI）。信道的状态信息可以由多种参数来表征，最常用的信道状态信息是信道的传输函数，除了使用传输函数之外，还应该考虑各种干扰的影响，因此还可以使用以下的信道参数作为信道的状态信息：信噪比、均方误差、误比特率、误帧率等。在实际系统中，一般可以采用信道传输函数和信噪比作为短时的信道状态信息，而用误比特率和误帧率作为尝试的信道状态信息，两者结合使用。
3.3.3盲检测。没有信令传送，发送端根据接收端盲检测估计的信道情况选择传输参数。以上3步简要地说明了自适应技术在OFDM系统中的实现过程，在实际系统中还需考虑影响自适应OFDM系统性能的几个因素，它们是：频率间隔、时间长度、信道估计误差、信道总时延等。其中，对于频率间隔因素，当OFDM系统子载波个数较大时，分配算法较为复杂，需要较多的信令信息，考虑到信道频域的相关性，相邻子载波的频率响应相差不大，因此可以以相邻几个子载波为一组，进行分组自适应调制。