LTE TecnologiasNivelFisico J.pérez[1]

7/24/2019 LTE TecnologiasNivelFisico J.prez[1]

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Tecnologas de Nivel Fsico en LTE J. Prez-Romero Barcelona; Noviembre de 2011

COMUNICACIONES MVILES

Tecnologas de Nivel Fsico en LTE

or rez- omero

18-19 de Noviembre de 2011col.laborador

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FUNDAMENTOS DE OFDM

3


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TRANSMISIN OFDM

OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Mecanismo de transmisin multi-portadora que permite multiplexarun conjunto de smbolos sobre un conjunto de subportadorasortogonales

ms reciente en comunicaciones inalmbricas

-TDT, redes inalmbricas, LTE, etc.)

4


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TRANSMISIN OFDM

OFDM: Cmo transmitir K

K smbolos

smbolos sobre un ciertoancho de banda B?

d0,d1,...., dK-1

complejos

f

B: Bandatotaldis onible

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TRANSMISIN OFDM

OFDM:

f

BSubdivisin de la bandatotal en K subportadoras

Cada smbolo se transmite

0K-11 ...

Como enf

...

.... Pero con subportadoras

6


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TRANSMISIN OFDM

Modulador OFDM (banda base)

0d

1d

Conversorj te Serie a

Paralelod

0, d

1, ..., d

k, ..., d

K-1

s(t)

kd

2j k fte

1Kd

( )2 1j K ft

12


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TRANSMISIN OFDM

Modulador OFDM emp o

Modulacin OFDM con 6 subportadoras

Secuencia de smbolos: {2,1,-2,3,1,-1}

S(f)/TS4

Re{s(t)}

8

1

2

3

4

6

-1

0

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 fTS

-2

0

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t/TS

-3

-

-4

Espectro de la seal transmitida Evolucin temporal de la seal

14


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TRANSMISIN OFDM

Demodulador OFDM1 ST

%

1

0ST

0

2j ft

( )0

ST

S

dtT

1d%

( )s t

( )0

1 STdt

T kd%

2j k fte

( )0

1 ST

S

dtT

1Kd %

15

( )2 1j K fte


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TRANSMISIN OFDM

Implementacin del modulador y el demodulador OFDMEjemplo: Espectro del smbolo OFDMresultante de modular la secuencia de 6

smbolos {2,1,-2,3,1,-1}

S(f)/TS

1

2

3

Los smbolos moduladoscoinciden con el resultado

-2

-1

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 fTS

cada f=1/Ts

-3

Por lo tanto, para obtener

19

bastar con hacer la IDFT

de los smbolos


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TRANSMISIN OFDM

Implementacin del modulador y el demodulador OFDM ,

muestreado con fm=Nf, las muestras temporales (seal a

transmitir) vienen dadas por:

( ) ( ) ( )2 21 1 1

2

0 0 0

0,1,..., 1mS

kn knK K Nj jj k fnT N N

k T m k

k k k

s n d e rect nT d e S k e n N

= = =

= = = =

secuencia compuesta porlos smbolos a transmitird0, d1,... dK-1 completada

con 0s hasta llegar a N

20


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TRANSMISIN OFDM

Implementacin del modulador y el demodulador OFDM Anlogamente en recepcin se efectuara la demodulacin

mediante la DFT de N muestras

0d%

1d%

s

( )1s

Conversors(t)k

d%DFT deNmuestras

ConversorA/D

Smbolosdemodulados

1Kd %

er e aParalelo

Frecuencia=N

K

d%

( )1s N1Nd

%

Descartados

22


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EFECTO DEL CANAL

Transmisin/Recepcin OFDM banda base:

( ) 00S d= ( )0s%( )0s

Conversor

( ) 11S d=

ConversorSerie a

Paralelo

d0, ..., dK-1

( ) kS k d=

( )1s0

1d%

%

( )1s

Paralelo aSerie

( ) 11 KS K d =

sT(t)

( ) 0S K =

muestras Conversor

D/A

Frecuencia

CANAL

h(,t)

n(t) 1Kd %

ConversorSerie aParalelo

sR(t) kd

DFT deN

muestras

Conversor

A/D

Frecuencia

( )1 0S N = ( )1s N

fm=Nf

( )1s N

fm=Nf

TRANSMISOR RECEPTOR

24

T l d Ni l F i LTE J P R B l N i b d 2011


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EFECTO DEL CANAL

Propagacin multicamino: La seal recibida en un terminal mvil est compuesta por

diferentes rplicas de la seal transmitida, correspondientes a

diferentes caminos de ro a acin Las rplicas sern recibidas en diferentes instantes de tiempo y con

diferentes amplitudes y fases

- Diferencias de retardos del orden del

perodo de smbolo

-

- Canal dispersivo

- Diferencias de retardos muy inferiores al

perodo de smbolo

25

-

- Canal no dispersivo


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g ;

EFECTO DEL CANAL

Efecto de la propagacin multicamino sobre una seal OFDM: Al demodular la seal de la subportadora m integrando sobre un

perodo de smbolo TS

( ) ( )0 20

0

1 ST j m ftm R

S

d s t e dt T

= =%

transmitido en lasubportadora m

ISI: mezcla desmbolos

( ) ( ) ( )( )1

1 02

1

1 n

m

Mj m f

n m n m S n

nS

h e d d T T

=

=

+ +

enviados en la

mismasubportadora m

( ) ( ) ( ) ( )( )1 1

1 2 0 22

00 1

1 n Sn

n

K M Tj k m ft j k m ftj k f

n k kk nS

k m

h e d e dt d e dt T

= =

+ +

Interferencia de las otrassubportadoras:

El multicamino ha roto la

29

Subportadoras !!!!!!



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EFECTO DEL CANAL

Solucin: el PREFIJO CCLICO Consiste en alargar la transmisin de cada smbolo OFDM hasta una

duracin total de TP+TS , ,

durante los ltimos TP segundos del smbolo

8 8

SMBOLO OFDM SMBOLO ENVIADO

2

4

6

2

4

6

INSERCIN

-4

-2

00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

t/T S

-4

-2

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1t/TS

CCLICO

30

TS TSTP


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EFECTO DEL CANAL

Matemticamente:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 1

20 0 02

0 0

S

S P

K Kj k f t Tj k ft

k T k T P

k k

s t d e rect t d e rect t T

+

= =

= + + = Seal transmitida

(con prefijo cclico( ) ( ) ( ) ( )0 02 2

0 0S P

j k ft j k ft

k T k T P

k k

d e rect t d e rect t T

= =

= + + entre P y

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( )( ) ( ) ( ) ( )

1 10 0 0 2 0 22

00 1

1 1 10 0 2 02 2

1

1

n Sn

n

Sn n

K MT

j k m ft j k m ftj k f

m m n k k k nS

K M MT j k m ftj k f j m f

d d h e d e dt d e dt T

= =

= + + =

= =

%

Seal al demodularla subportadora m:

00 1 0

m n k m n

k n nST = = =

No hay ISI ni interferencia

Respuesta frecuencialdel canal en lasub ortadora m:

33

H(mf)



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EFECTO DEL CANAL

Consideraciones sobre el prefijo cclico: Desde un punto de vista de implementacin, la insercin del prefijo

cclico es muy sencilla ya que basta repetir al principio las ltimas

muestras del smbolo OFDM obtenidas tras efectuar la IFFT. Inconveniente del prefijo cclico:

nicamente una fraccin TS/(TP+TS) de la potencia se destina a la parte til de los.

La velocidad de transmisin es de 1/(TP+TS) smbolos por portadora, inferior a 1/TSque se tendra de no usarse prefijo cclico.

,la duracin del prefijo cclico como el mnimo valor posible quepermite hacer frente a la dispersin del canal (Ds: duracin del

TP > Ds

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EFECTO DEL CANAL

Transmisin OFDM como K canales paralelos no selectivosen recuenc a: Es posible tratar los parmetros de cada canal (=subportadora) de

P.ej. modificacin adaptativa de la modulacin o codificacin de canal enviada encada subportadora segn el estado del canal.

respuesta del canal a dicha subportadora H(kf) que ocasiona unavariacin de amplitud y fase.

Se puede compensar mediante mecanismos de ECUALIZACI N EN ELDOMINIO DE LA FRECUENCIA

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EFECTO DEL CANAL

Ecualizador en el dominio de la frecuencia:

0d%

Conversor DFT deN

W11d

%

Serie a

Paralelo

muestrasPrefijo

CclicoA/D en el

dominiofrecuencial

Frecuenciafm=Nf

WK-11Kd

%

Descartados

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EFECTO DEL CANAL

Ecualizador en el dominio del tiempo:

0d%

ConversorSerie a

s(t) DFT deNConversor

1d%

ParaleloA/D

1 2 M

C0 C1 C2 CM

ExtraccinPrefijoCclico

Frecuenc afm=Nf 1Kd

%

Ecualizador en el dominio del tiempoDescartados

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EFECTO DEL CANAL

Ventajas de la ecualizacin en el dominio de la frecuencia: Menor complejidad de clculo frente al ecualizador en el dominio

temporal

til en canales mu dis ersivos ue tem oralmente tendran unarespuesta impulsional muy larga)

Importante en sistemas de banda ancha (>5 MHz)

la seal recibida en ciertos smbolos piloto conocidos enviados endeterminadas subportadoras a ecua zac n en e om n otemporal requerira estimar h(),que es ms complejo

La reduccin de la complejidadcomputacional en relacin a la

ecualizacin temporal puede ser de un

40

REF: D. Falconer, S.L. Ariyavisitakul, A. Benyamin-Seeyar, B. EidsonFrequency Domain Equalization for Single-Carrier Broadband WirelessSystems, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, No. 4, April, 2002,pp.58-66.



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EFECTO DEL CANAL

Consideraciones respecto de la duracin del smbolo OFDM (TS): El correcto funcionamiento logrado por el prefijo cclico asume que la

respuesta del canal h(,t) no cambia a lo largo de un smbolo TS, esto

es, h(,t)h() durante TS En consecuencia, la eleccin de TS (y equivalentemente de la

separacin entre subportadorasf=1/TS) debe hacerse teniendo en

Esta variabilidad est asociada con la frecuencia doppler dependiente de lavelocidad de los terminales (fd=v/)

e mo o gen r co se e e cump r:

TS fd

Ejemplo: Para v=120 km/h y f=2GHz se cumple que fd=222 Hz, mientras que fen LTE es de 15 kHz.

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OFDMA COMO TCNICA DEACCESO MLTIPLE PARA EL

L

43


O


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OFDMA

Tcnicas de acceso mltiple ecan smos para regu ar e acceso e un c er o n mero e

usuarios que transmiten en una banda de frecuencias compartida

Se basan en la capacidad de separar las seales de diferentesusuar os ac en o que sean or ogona es

Frecuencia

Frecuencia

Division MultipleAccess)

Division MultipleAccess)

Division Multiple

Access)

recuenc a

Usuario 3

Usuario 4

f3

f4

recuenc a

Usuario 3

Usuario 4

f3

f4

io

1

f

f4

f

f4

o

2

o

3

io

4

Usuario 4Usuario 3

Usuario 2

Usuario 1fn

TiempoUsuario 1

Usuario 2

f1

f2

t10 t2 t3 t4

TiempoUsuario 1

Usuario 2

f1

f2

t10 t2 t3 t4 t10 t2 t3 t4 Tiempo

Usuar

f1

f2f1

f2Usuar

Usuar

Usuar

Tiem o

f1

f2 CDIGO ORTOGONAL 1

44

1 2 3 41 2 3 4


OFDMA


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OFDMA

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) urge e orma na ura e a cn ca e ransm s n Asigna las transmisiones de los usuarios sobre diferentes

subportadoras

N1subportadorasusuario 1

N2subportadorasusuario 2

NUsubportadorasusuario U

1,1d ( )0s

( )1sSmbolos delusuario 1

f

Conversor

1,1Nd

1,2d

IDFT deNSmbolos del

usuario 2

Serie

1,Ud

s(t)muestras Conversor

D/A

2,2Nnserc nprefijocclico

0

Frecuenciafm=Nf

,UN Ud

m o os eusuario U

45

0


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OFDMA


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OFDMA

Ventajas de OFDMA ex a en a as gnac n e an a:

Es sencillo acomodar diferentes velocidades de transmisin a losusuarios segn sus requerimientos de servicio, simplemente a base de

. Basta con cambiar los valores de los smbolos de entrada sobre los

que se efecta la IDFT

Banda subdividida en un nmero grande de subportadoras de bandaestrecha que se asignan dinmicamente a los usuarios, lo que facilita

(potencialmente una subportadora)

Sencillez de implementacin:

47


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PROCEDIMIENTOS RRM EN OFDMA


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Scheduling de paquetes en OFDMA proceso se e ecu a en a es ac n e ase e o e Mecanismo de RRM a corto plazo (short-term):

Es posible modificar la asignacin en perodos muy cortos de tiempo(e.g. 6 7 perodos de smbolo en LTE) simplemente cambiando lasentradas del proceso de IDFT en transmisin

Criterio de asignacin basado en general en: Requisitos de QoS (velocidad de transmisin, retardo, etc.):

Usuarios con mayores requisitos necesitarn un mayor nmero desubportadoras durante ms tiempo

s a o e cana para os eren es usuar os: Se evitar asignar una subportadora a un usuario que tenga unas malas

condiciones de canal

canal

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Adaptacin de enlace (Link Adaptation) en OFDMA e mo o gen r co, en una mo u ac n m- con m s m o os,

cada uno de ellos contiene log2m bits de informacin

Si estos smbolos se envan sobre una subportadora OFDMA conurac n e s m o o S y e pre o c c co P, a ve oc a etransmisin resultante es:

2log m usando una banda f=1/TS PT T+

T Y la eficiencia espectral:

2ogS P

s z mT T

=+

A base de incrementar m sepuede lograr una mayor

Pero al incrementar m lossmbolos de la constelacin

estn ms juntos y se

53

mejorar la eficiencia espectral

poder demodularlos

correctamente


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Adaptacin de enlace (Link Adaptation) en OFDMA em s e a mo u ac n, a a ap ac n e en ace am n pue e

contemplar la codif icacin de canal empleada para detectar ycorregir errores en las transmisiones:

na m sma mo u ac n pue e com narse con eren es c gos ecanal y disponer de mayor o menor robustez frente a errores

La seleccin de la codificacin de canal tambin afecta a la velocidad

Con un cdigo de tasa r (= 1 bit de informacin til por cada 1/r bits totalesenviados) y una modulacin de orden m:

Cuanto menor sea r (= cdigo ms potente para corregir errores) se podr

( ) 2/S P

R b sT T

=+

trabajar en condiciones de menor SNR pero se tendr una menor velocidadneta

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SISTEMAS CELULARES OFDMA


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Reuso frecuencial: mp ea o en s s emas con una componen e como ocurre

con OFDMA)

El conjunto total de subportadoras se subdivide en F grupos (F:ac or e reuso cada grupo se asigna a una clula diferente de un conjunto de F clulas

denominado cluster c u as as gna as a m smo grupo pero pertenec entes a erentes

clusters utilizan las mismas frecuencias

N subportadoras

Clula ru o 3

Clula grupo 1

Ejemplo con F=3

Clula grupo 2

59

subportadoras subportadoras subportadoras CLUSTER


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Reuso frecuencial: n e caso e se pue e exp o ar e emp eo n m co e as

tcnicas de adaptacin de enlace y scheduling de paquetes pararegular la interferencia intercelular:

.e . se pue en as gnar a os usuar os m s a e a os e a c u a assubportadoras no usadas en las clulas vecinas y a los usuarios mscercanos las subportadoras reutilizadas en dichas clulas

Subport.Subport.

Subport.UE3

UE1

UE 3

Clula 2

61

Clula 1


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Redes de frecuencia nica (SFN: Single Frequency Networks): aso par cu ar e re es ce u ares Empleadas en sistemas de transmisin broadcast o multicast,

en los que se enva la misma informacin a usuarios ubicados eneren es c u as Todas las clulas envan exactamente la misma informacin

empleando las mismas subportadoras Para el mvil que capta la seal de dos bases a efectos prcticos

es como un multicamino, que puede compensar con el prefijocclico Seal Clula 1

Seal Clula 2

N subportadoras

N subportadoras

Clula 2

0t

h()

63

Clula 1

Respuesta impulsionalequivalente

0


PARMETROS OFDMA EN LTE (DL)


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Dominio frecuencial: Separacin entre subportadoras: f=15 kHz

En el caso de multicast SFN es posible una variante f=7.5 kHz

Blo ue de recursos resource block : Unidad mnima de asignacin de recursos a un usuario 12 subportadoras consecutivas (180 kHz) sobre un slot de 0.5ms

NS=12NB+1 NB: nmero de bloques de 12 subportadoras

La subportadora central de la banda no se utiliza

Bloque:12 subportadoras

f

64

Portadora LTE:

Banda total: BW=(12NB+1)f




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Dominio frecuencial: ex a en e anc o e an a ocupa o:

Diferentes configuraciones segn el nmero de bloques: NB={6, 15, 25, 50, 75, 100} = . , . , . , . , . , . z

Separacin entre portadoras LTE: {1.4, 3, 5, 10, 15, 20} MHz

La banda ocupada BW es aproximadamente un 90% del espaciado

(excepto para el caso de 1.4 MHz que es de un 78%) Nmero de muestras de la FFT/IFFT determina la configuracinemp ea a:

N={128, 256, 512, 1024, 1536, 2048}

Frecuencia de muestreo: fm=Nf={1.92, 3.84, 7.68, 15.36, 23.04, 30.72} MHz

Los valores escogidos son mltiplos o submltiplos de 3.84 MHz (=chip rate deWCDMA/HSPA) para facilitar la implementacin de terminales multimodo

65

WCDMA/HSPA/LTE




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Dominio temporal:

1 muestra a la frecuencia de muestreo mxima Tm=1/fm,max=1/30.72 s=0.0325s

Valor de referencia a artir del ue se define el resto de intervalos existentes enel sistema

Duracin del smbolo OFDMA: Ts=1/f=2048Tm=66.67s

En un slot de 0.5 ms=15360Tm hay 7 smbolos

Duracin del prefijo cclico: 3 posibles configuraciones:

Normal (1): TP=160Tm=5.21 s (usado por el smbolo 1 de cada slot) Normal (2): TP=144Tm=4.68 s (usado por los smbolos 2 a 7 de cada slot) Extendido: TP=512Tm =16.7 s (con slots de 6 smbolos, usado principalmente en multicast SFN)

Existe una variante de extendido T =1024Tm usada en multicast SFN con f=7.5 kHz y 3 smbolos por slot

160Tm 144Tm2048Tm

66Slot=0.5 ms=15360Tm=7*2048Tm+160Tm+6*144Tm

Smbolo 1 Smbolo 2 m o o




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Modulaciones posibles: 16-QAM (4 bits por smbolo)

64-QAM (6 bits por smbolo)

Estas modulaciones se pueden combinar con mltiples tasas de,

en Release 8 (3GPP TS 36.213 v8.8.0)

67



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SC-FDMA COMO TCNICA DEACCESO MLTIPLE PARA EL

L

68


SC-FDMA


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Introduccin:

Presentan un elevado factor de cresta o PAPR (Peak-to-Average-Power-Ratio)

( )2

2

s tPAPR=

Ejemplo: Smbolo OFDM compuesto por una secuencia alternada de +1 y -1 sobre 3, 6 y 12 subportadoras

Re{s(t)}

10

12

14

3 subportadoras

6 subportadoras

12 subportadoras

20

25

3 subportadoras

6 subportadoras

12 subportadoras

4

6

8

10

15

PAPRincrementa conel nmero de

69-20

2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

t/TS 0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

t/TS

subportadoras


SC-FDMA


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Introduccin: Valores de PAPR elevados requieren amplificadores de potencia

altamente lineales para evitar la distorsin asociada a la

intermodulacin. Esto obliga a que el amplificador

opere bastante por debajo de su

o

,traduce finalmente en una

eficiencia reducida (poca potenciatransmitida res ecto de lapotencia consumida)

Este efecto es crtico para reducir el consumo (y el coste) de losPiPpeak

Pavg

Por este motivo, OFDMA no es una tcnica apropiada

amplificadores de los terminales mviles

70

para el enlace ascendente (UL)


SC-FDMA


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Criterios de seleccin de la tcnica de acceso mltiple para

Mantener un PAPR reducido: Preferible la transmisin de portadora nica a la transmisin

mu por a ora Posibilidad de implementar la ecualizacin en el dominio de la

frecuencia Estrategia que permita la posibilidad de emplear prefijo cclico para

compensar el multicamino Flexibilidad en la asignacin de banda, pudiendo variar de formasencilla la banda de cada usuario segn sus necesidades

Se puede conseguir aprovechando las tcnicas de IDFT para construirla seal en el dominio frecuencial

SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access)

71


SC-FDMA


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Transmisin SC-FDMA:

( )0s

( )1s

0

0d0

ConversorParalelo a

Serie

1d

ConversorSerie ad0, d1, ..., dk, ..., dK-1 s t

IDFT deNmuestras Conversor

DFT de Kmuestras

InsercinPrefi o

1Kd

ara e o

Frecuencia

Cclico

fm=Nf0Precodificacin

72

( )1s N0

Transmisin OFDM


SC-FDMA


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Transmisin SC-FDMA:

DFT-Spread OFDM (DFTS-OFDM) Si el tamao de la DFT fuera igual al de la IDFT (N=K) ambos procesos

la seal enviada sera la secuencia de smbolos original es una seal de portadora nica (single-carrier)

-a 0

el resultado contina siendo una seal de portadora nica, que mantieneuna PAPR reducida

Flexibilidad: Ancho de banda regulable modificando el valor de K

= = Nota: Para mayor flexibilidad no se fuerza a que K sea potencia de 2 sino que pueda expresarsecomo producto de nmeros primos pequeos, lo que permite una implementacin rpida de la IDFT.

Frecuencia central y rango de la seal transmitida regulable a base de

73

smbolos de salida de la DFT


SC-FDMA


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Transmisin SC-FDMA distribuido: PAPR similar a la del esquema localizado Permite mayor diversidad frecuencial Ms sensible a los errores de frecuencia, por lo que en LTE se ha

optado por el esquema localizado

0 1 1, ,..., Kd d d DFT de K

0

s(t)Conversor

InsercinPrefijo

IDFT deNmuestras

0

Frecuencia

Cclico

74

fm=Nf0


SC-FDMA


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Multiplexacin de usuarios SC-FDMA:

11,1 2,1 ,1, ,..., Kd d d

DFT de K1

s1(t)IDFT deNmuestras

ConversorD/A0

InsercinPrefijoCclico

Usuario 1

Frecuencia

fm=Nf0

B1=K1f B2=K2f

S1(f) S2(f)

s tIDFT deN Conversor0

InsercinPrefi o

f

Usuario 2

21,2 2,2 ,2, ,..., Kd d d

D/A

Frecuencia

DFT de K2muestras

Cclico

75

m=


SC-FDMA


76/103

Recepcin SC-FDMA:

Descartados

ConversorSerie aParalelo

s(t) DFT deNmuestras

IDFT de Kmuestras

0 1 1, ,..., Kd d d % % %

ExtraccinPrefijo

ConversorA/D

ConversorParalelo a

Serie

Frecuenciam=N

Descartados

Precodificacin

76Recepcin OFDM


SC-FDMA


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Recepcin SC-FDMA

de la frecuencia

Descartados

, ,...,d d d % % %Conversor

W0

W1

Serie aParalelo

s muestras

emuestras

x racc nPrefijoCclico

ConversorA/D

Paralelo aSerie

cua za oren el

dominiofrecuencial

Frecuenciafm=Nf

WK-1

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SC-FDMA


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Otras consideraciones sobre SC-FDMA en el UL

Para preservar la ortogonalidad de las subportadoras empleadas pordiferentes terminales, los desajustes temporales entre seales han de

. Esto se consigue mediante mecanismos de avance temporal (time

advance), basados en adelantar el instante de transmisin de cadaterminal de acuerdo con su retardo de ro a acin ara ase urar uetodas las transmisiones lleguen aproximadamente en el mismo instante.

Procedimientos de RRM (scheduling y adaptacin de enlace) sonsimilares a los del DL

La estimacin de canal es ms compleja ya que se requieren sealesde referencia UL enviadas por cada usuario involucrado en elscheduling, lo que implica un aumento de sealizacin (a diferencia del

DL en que las seales de referencia eran nicas para todos losusuarios)

80


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INTRODUCCIN


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Diversidad en espacio Basada en considerar MR antenas en recepcin suficientemente

separadas como para que el canal en cada una de ellas est

ncorre a o

W1

r

Gananciade Array

1 2 .... RR M RM = + + =

h1

WMRCombinacin ptima MRC

per mite una SNR a la

hMR

83

MR sa a gua a a suma eSNRs de cada antena.


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INTRODUCCIN


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Multiplexado espacial T R

antenas receptoras

h1,1

Tx

1

RxhMR,1

sMT rMR

h1,MThMR,MT

MIMO: Multiple Input Multiple Output

86


INTRODUCCIN


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Multiplexado espacial

caminos de propagacin paralelos

Camino 1

Tx

1

Rx

sMT rMR

Camino L

Idealmente L=min(MT,MR)

87


INTRODUCCIN


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Multiplexado espacial

requerira una Eb/No de valor:

E R

( /)

2 1R B

LbE

20

og N B = + 0 /N R B

Diversidad (M antenas) MIMO (L caminos)

25

30

35

40

25

30

35

40

L

5

10

15

20

Eb/No

(dB)

L=1

L=2

L=4

5

10

15

20

Eb/No

(dB)

M=1

M=2

M=4

M

-10

-5

0.1 1 10 100

R/B

-10

-5

0

0.1 1 10 100

R/B

88Capacidadlimitada

Incremento de

capacidad


ESTRUCTURAS MIMO


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Caracterizacin de las estructuras MIMO T R

sr

h1,1

Tx Rx

hMR,1

sMT rMR

h1,MT

hMR,MT

Seal recibida en la antena i: ( ),1

( ) ( , ) ( ) , 1,2,...,TM

i i j j i R

j

r t h t s t n t i M =

= + =

Consideramos un canal con respuesta plana (e.g. OFDMA conprefijo cclico): ( ) ( ), ,( , )i j i jh t h t =

89( ),

1

( ) ( ) ( ) , 1, 2,...,T

i i j j i R

j

y t h t s t n t i M=

= + =


ESTRUCTURAS MIMO

C t i i d l t t MIMO


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Caracterizacin de las estructuras MIMO

Matriz de propagacin

1,1 1,2 1,

2,1 2,2 2,

......( ) ( ) ...... ( )

......

T

T

M

Mh t h t h t

h t h t h t

=

M M MH

T

, , ,R R R T

1( ),..., ( )TT

Ms t s t = s

1 ,..., RM

Seales recibidas Seales transmitidas

= +r H s n

901( ),..., ( )

R

T

Mn t n t = nRuido


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ESTRUCTURAS MIMO

C i lti l i l l ?


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Cmo conseguir mltiples caminos paralelos?

seales a transmitir x:

... T

n t n t =n1 RM

r flujos atransmitir

r flujosrecibidos

Precodificacin

( )1

x t

VH U

H

( )r

x t

=

x M Seal a transmitiren cada una delas MT antenas

Seal recibida encada una de las MRantenas

)

( )

1

r

y t

y t

= =

Hy U r M

( )

( )

1

TM

s t

s t

= =

Ms V x( )

1

RMr t

= + =

Mr HV x n

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MIMO MULTIUSUARIO

MU MIMO vs SU MIMO


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MU MIMO vs SU MIMO

Multiplexacin de mltiples usuarios en una misma banda (=mayor capacidad) Diversidad multiusuario

separados: Prcticamente asegura que la matriz H tiene rango elevado (r=L)

Permite conseguir MIMO sin necesidad de que los mviles tengan mltiplesan enas

Inconvenientes de MU MIMO: Efecto cerca-lejos asociado a diferencias de propagacin entre cada mvil y la

Scheduling ms complejo, debindose considerar la dimensin espacial en laasignacin de recursos a usuarios

Coo eracin entre usuarios con distintas antenas ms com le a ue la

cooperacin entre antenas de una misma estructura Elevados requerimientos de sealizacin

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ESTRUCTURAS MIMO/OFDMA

Transmisin OFDMA multiantena


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Transmisin OFDMA multiantena

Caso trivial: r=NF se asocia un flujo por canal En el caso r>NF es posible asociar ms de un canal a cada flujo,

. .ms alta velocidad y servicios de baja velocidad)

Precodificacin ea men e me an e a ma r z resu an e e a escompos c n

de la matriz de propagacin H

En la prctica se dispone de un conjunto de matrices V preestablecidas

receptor.

Caso LTE (release 8)

F , , ,canales Se utilizan MT=1, 2 4 antenas transmisoras

100

F adems rmin(MT,MR)


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102/103


ESTRUCTURAS MIMO/OFDMA

Receptor OFDMA multiantena


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Receptor OFDMA multiantena

ExtraccinPref. Ccl.

FlujoAntena 1DFT P/S

Flujo Canal 1

Flujo 1

ReceptorMIMOMRantenas

Mapeo decanales a

flujos

ExtraccinFlujo

Antena MR Flujo Canal r

FlujoNF

Pre . C c .

,

matriz UH segn la descomposicin SVD de la matriz de propagacin H.En tanto que la precodificacin no emplea la matriz V real, existir unacierta interferencia ue debe eliminarse mediante tcnicas adicionales de

103procesado de seal.

LTE TecnologiasNivelFisico J.pérez[1]

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