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シングルキャリア FDMA ( SC-FDMA ) は、周波数分割多重アクセス方式です。元々はキャリア干渉計として知られていましたが、線形プリコード OFDMA ( LP-OFDMA )とも呼ばれています。他の多重アクセス方式 (TDMA、FDMA、CDMA、OFDMA) と同様に、共有通信リソースへの複数のユーザーの割り当てを扱います。SC-FDMA は、従来の OFDMA 処理の前に 追加のDFT処理ステップがあるという意味で、線形プリコードOFDMA方式として解釈できます。
SC-FDMAは、 OFDMAの魅力的な代替手段として大きな注目を集めています。特にアップリンク通信では、ピーク対平均電力比（PAPR）が低いため、送信電力効率とパワーアンプのコスト削減の点でモバイル端末に大きなメリットがあります。SC-FDMAの名前の由来は、シングルキャリアQAM信号の特性を模倣したOFDM信号だからです。[1] 3GPP Long Term Evolution（LTE）またはEvolved UTRA（E-UTRA）のアップリンクマルチアクセス方式として採用されています。 [2] [3] [4]
OFDMAと比較したSC-FDMAの性能は、さまざまな研究の対象となっている。[5] [6] [7]性能差は小さいものの、SC-FDMAの低PAPRの利点は、送信機の電力効率が最も重要であるモバイル通信システムのアップリンク無線伝送に適している。
送信機と受信機の構造
SC-FDMA の送信処理は、 OFDMA の送信処理と非常によく似ています。各ユーザーについて、送信されるビットのシーケンスは、シンボルの複雑な星座 ( BPSK、QPSK、または M- QAM ) にマッピングされます。次に、異なる送信機 (ユーザー) に異なるフーリエ係数が割り当てられます。この割り当ては、マッピング ブロックとデマッピング ブロックで実行されます。受信側には、受信するユーザー信号ごとに 1 つのデマッピング ブロック、1 つの IDFT ブロック、および 1 つの検出ブロックが含まれます。OFDMと同様に、ブロック間の時間拡散 (マルチパス伝播によって発生) によるシンボル間干渉を効率的に排除するために、シンボルのブロック間には巡回繰り返しのガード インターバル (巡回プレフィックスと呼ばれる) が導入されています。
SC-FDMA では、異なるユーザーに重複しないフーリエ係数 (サブキャリア) の異なるセットを割り当てることで、ユーザー間のマルチアクセスが可能になります。これは、送信側で (IDFT の前に) サイレント フーリエ係数 (他のユーザーに割り当てられた位置に) を挿入し、DFT 後に受信側でそれらを削除するという方法で実現されます。
SC-FDMA の特徴は、マルチキャリア伝送方式である OFDMA とは対照的に、シングルキャリア送信信号につながることです。サブキャリア マッピングは、ローカライズ マッピングと分散マッピングの 2 種類に分類できます。ローカライズ マッピングでは、DFT 出力は連続するサブキャリアのサブセットにマッピングされ、システム帯域幅の一部のみに制限されます。分散マッピングでは、入力データの DFT 出力は、帯域幅全体にわたってサブキャリアに非連続的に割り当てられ、残りのサブキャリアの振幅はゼロになります。分散 SC-FDMA の特殊なケースは、インターリーブ SC-FDMA (IFDMA) と呼ばれ、占有されるサブキャリアは帯域幅全体にわたって等間隔に配置されます。[8]
SC-FDMA は、その固有のシングル キャリア構造により、OFDMやOFDMAに比べて送信信号のピーク対平均電力比(PAPR)が低いという大きな利点があり、その結果、加入者ユニットの送信パスの設計パラメータが緩和されます。直感的に言えば、その理由は、OFDM 送信シンボルが複数のサブキャリアを直接変調するのに対し、SC-FDMA 送信シンボルは最初に N ポイント DFT ブロックによって処理されるという事実にあります。[9]
OFDM および SC-FDMA では、DFT 計算の後に、各フーリエ係数を複素数で乗算することで、受信側でイコライゼーションが行われます。したがって、周波数選択性フェージングと位相歪みを簡単に打ち消すことができます。FFT を使用した周波数領域イコライゼーションの利点は、マルチタップ FIR または IIR フィルターを必要とする従来の時間領域イコライゼーションよりも、必要な計算量が少ないことです。計算量が減ると、数値ノイズとして見られる複合丸め誤差が少なくなります。
関連する概念として、シングルキャリア伝送とシングルキャリア周波数領域等化（SC-FDE）方式の組み合わせがあります。[10]シングルキャリア伝送は、SC-FDMAやOFDMとは異なり、送信機でIDFTやDFTを使用しませんが、巡回プレフィックスを導入して線形チャネル畳み込みを循環畳み込みに変換します。受信機で巡回プレフィックスを削除した後、DFTを適用して周波数領域に到達し、そこで単純なシングルキャリア周波数領域等化（SC-FDE）方式を採用し、その後IDFT操作を行います。
- DFT:離散フーリエ変換
- IDFT: 逆離散フーリエ変換
- CP: 巡回プレフィックス
- PS:パルスシェーピング
- DAC:デジタル-アナログコンバータ
- RF:無線周波数信号
- ADC:アナログ-デジタルコンバータ
- LP-OFDMA: 線形プリコードOFDMA
便利なプロパティ
- 低いPAPR（波高係数）
- キャリア周波数オフセットに対する感度が低い
- 非線形歪みの影響を受けにくいため、低コストのパワーアンプを使用することができます。
- スペクトルヌルに対する堅牢性の向上
参照
参考文献
- ^ 「SC-FDMA vs. OFDM変調 - MATLAB & Simulink」www.mathworks.com . 2024年4月15日閲覧。
- ^ Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). 「アップリンク無線伝送のためのシングルキャリア FDMA」(PDF) . IEEE Vehicular Technology Magazine . 1 (3): 30– 38. doi :10.1109/MVT.2006.307304. S2CID 12743526.
- ^ Ekstrom, H.; Furuskar, A.; Karlsson, J.; Meyer, M.; Parkvall, S.; Torsner, J.; Wahlqvist, M. (2006). 「3G の長期的な進化に向けた技術的ソリューション」. IEEE Communications Magazine . 44 (3): 38– 45. doi :10.1109/MCOM.2006.1607864. S2CID 1168131.
- ^ 「無線アクセスネットワーク技術仕様グループ; 進化型 UTRA の物理層の側面」。第 3 世代パートナーシップ プロジェクト (3GPP)。
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- ^ Priyanto, Basuki E.; Codina, Humbert; Rene, Sergi; Sorensen, Troels B.; Mogensen, Preben (2007). 「UTRA LTE アップリンク向け DFT スプレッド OFDM ベース SC-FDMA の初期パフォーマンス評価」2007 IEEE 65th 車両技術会議 - VTC2007-Spring . pp. 3175– 3179. doi :10.1109/VETECS.2007.650. ISBN 978-1-4244-0266-3. S2CID 206836778。
- ^ Benvenuto, N.; Tomasin, S. (2002). 「周波数領域フィードフォワードフィルタを使用したDFEによるOFDMとシングルキャリア変調の比較について」IEEE Transactions on Communications . 50 (6): 947– 955. doi :10.1109/TCOMM.2002.1010614.
- ^ 「LTE における SC-FDMA シングル キャリア FDMA」(PDF)。Ixia 。
- ^ Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). 「パルスシェーピングによるシングルキャリア FDMA 信号のピーク対平均電力比」2006 IEEE 第 17 回国際個人・屋内・移動無線通信シンポジウムpp. 1– 5. doi :10.1109/PIMRC.2006.254407. ISBN 1-4244-0329-4. S2CID 7457641。
- ^ Falconer, D.; Ariyavisitakul, SL; Benyamin-Seeyar, A.; Eidson, B. (2002). 「シングルキャリアブロードバンドワイヤレスシステムの周波数領域イコライゼーション」. IEEE Communications Magazine . 40 (4): 58– 66. doi :10.1109/35.995852.