lte tecnologiasnivelfisico j.pérez[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
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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.)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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-
- 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
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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:
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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
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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
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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
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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:
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PROCEDIMIENTOS RRM EN OFDMA
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PROCEDIMIENTOS RRM EN OFDMA
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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PROCEDIMIENTOS RRM EN OFDMA
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PROCEDIMIENTOS RRM EN OFDMA
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
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mejorar la eficiencia espectral
poder demodularlos
correctamente
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PROCEDIMIENTOS RRM EN OFDMA
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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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SISTEMAS CELULARES OFDMA
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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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SISTEMAS CELULARES OFDMA
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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
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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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PARMETROS OFDMA EN LTE (DL)
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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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PARMETROS OFDMA EN LTE (DL)
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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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PARMETROS OFDMA EN LTE (DL)
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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=
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SC-FDMA
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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
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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
77
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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
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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
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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
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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=
= + =
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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
92
-
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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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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.