正交频分多址接入技术简介

正交频分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技术是把高速数据流分散到多个低速的正交的子载波上并行传输，从而降低单个子载波上的符号速率，将符号周期扩大为原来的N倍，对因多径效应产生的时延扩展有较强的抵抗力，减少了符号间干扰（Inter Symbol Interference，ISI）的影响。在OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展，则可以完全消除符号间干扰。

在传统FDMA系统中，为了避免各子载波间的干扰，相邻载波之间需要较大的保护频带，频谱效率较低。OFDM系统允许各子载波之间紧密相临，甚至部分重合，通过正交复用方式避免频率间干扰，降低了保护间隔的要求，从而实现很高的频率效率。两种复用方式的频谱使用对比如图1-6所示。

图1-6 传统FDMA与OFDMA频谱对比

a）传统FDMA频谱 b）OFDMA频谱

在TD-LTE系统中，下行采用了OFDMA方式，而上行方向，采用了具有单载波峰均比特征的DFT-S-OFDMA多址方式。

TD-LTE下行OFDMA方式如图1-7所示，发端信号先进行信道编码与交织，然后进行QAM调制，将调制后的频域信号进行串→并变换，以及子载波映射，并对所有子载波上的符号进行逆傅里叶变换（IFFT）后生成时域信号，然后在每个OFDM符号前插入一个循环前缀（Cyclic Prefix，CP），以在多径衰落环境下保持子载波之间的正交性。插入CP就是将OFDM符号尾部的一段复制到OFDMA符号之前，CP长度必须长于主要多径分量的时延扩展，才能保证接收端信号的正确解调。

图1-7 TD-LTE下行OFDMA示意图(www.xing528.com)

选择DFT-S-OFDM，即SC-FDMA（单载波）作为上行多址方式，是因为DFT-S_- OFDM具有单载波的特性，其发送信号峰均比较低，在上行功放要求相同的情况下，可以提高上行的功率效率，降低系统对终端的功耗要求。LTE上行多址方式的示意图如图1-8所示。下行OFDMA子载波分配方式有集中式和分布式，上行为了获得较低的峰均比以降低UE的负担，选择集中式的分配方式。

图1-8 TD-LTE上行DFT-S-OFDMA示意图

OFDMA技术的优势包括：抗多径衰落、频谱利用率高、计算方法简单高效，但是也存在不足，如受频率偏差的影响较大、存在较高的峰均比。由于OFDM子信道频谱相互重叠，因此对正交性要求严格。然而无线信道存在时变性，在传输过程中会有无线信号的频率偏移，会破坏OFDM子载波之间的正交性，引起子信道间的信号干扰。此外，由于OFDM信号是多个子信道信号的总和，这些子信道信号可能同相，在幅度上叠加在一起会产生很大的瞬时峰值幅度。峰均比过大会降低射频功率放大器的效率。

循环前缀是前一个符号最后一段样本值的重复，加入循环前缀的目的是不破坏子载波间的正交性，循环前缀示意图如图1-9所示。加入循环前缀后，保护间隔内的时间资源不可使用，降低了各个子载波的符号速率和信道容量，带来的益处是抗多径效应能力增强。

图1-9 循环前缀示意图

循环前缀的长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。长CP利于克服多径干扰，支持大范围覆盖，但系统开销也会相应增加，导致数据传输能力下降。为了达到小区半径100 km的覆盖要求，TD-LTE系统采用长、短两套循环前缀方案，根据具体场景进行选择：短CP方案为基本选项，长CP方案用于支持TD-LTE大范围小区覆盖和多小区广播业务。