Castle on a Cloud

在 上一篇文章 中, 我們介紹了 LTE 網路的下行方法, 接下來, 我們會從 OFDMA 出發, 介紹上行的 SC-FDMA, SC-FDMA 全名為: Single-carrier FDMA, 其特色就在於只有一個載波頻率, 這樣的特色, 似乎和原有的 FD (Frequency Division) 相悖離, 因此, SC-FDMA 不像 OFDMA 一樣直觀, 我們先從 OFDMA 和 SC-FDMA 的多工比較出發, 如下圖所示: 來自:  http://www.rfwireless-world.com/Articles/difference-between-SC-FDMA-and-OFDMA.html 在左圖即是原本的 OFDMA 的調變多工, 每一個 symbol, 被放在一個 15 kHz 的 RE 中, 而又圖則是 SC-OFDMA 的調變多工方式, 我們可以看到原本在頻率軸上的多工 (不同顏色, 不同 RE), 轉移到時間軸上, 因此, 此電波信號是在時間上多工.

在 LTE 系統中, 上行 (uplink) 和下行 (downlink) 使用不同的調變技術, 對於下行而言, 使用 OFDMA 的調變技術, 而對於上行而言, 則使用 SC-FDMA 的技術, 在一般的介紹文件中, 都會說到兩者的差別在於: PAPR 也就是傳送訊號的峰值/平均功率比 (peak-to-average power ratio), 由於此數值較低, 可以提升使用者端的發送效率, 例如: https://zh.wikipedia.org/wiki/SC-FDMA 但是, 這兩種調變技術的真實差別, 在中文網站中, 卻少有系統的整理, 因此, 這一系列文章, 就整理一下對於此兩種調變技術的了解, 作為 SC-FDMA 和 OFDMA 的介紹. 首先, 我們從 OFDMA 開始, OFDMA 全名為: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 簡單來說, OFDMA 將通道資源以頻率和時間切成許多許多小方塊 (resource element, RE), 不論 LTE 使用多寬的頻寬作為傳輸, 每一個小方塊在頻率上都是 15 kHz 的寬度, 在時間上, 則回隨著 CP 的不同, 而有不同設定, 可以參考下表: 來自於:  https://goo.gl/tUedLM

對於 LTE 基地台內的時間同步, 主要是依賴 eNB 發出的兩種訊號: PSS, SSS, PSS 全名為 Primary Synchronization Sequence, SSS 全名為 Secondary Synchronization Sequence, 這兩個訊號除了進行同步之外, 也幫助 UE 搜索並辨識基地台, 來自: http://www.telecomsource.net/showthread.php?3122-What-is-significance-of-Synchronization-signals-in-LTE PSS 有 3 種固定的格式 (Zadoff-Chu 序列), 藉由 match filter 的方式來搜尋, UE 會先對齊中心頻率, 接著在找到正確的 frame time 完成同步, 藉由 PSS, UE 可以找到正確的頻率和時間, 以確保其傳送的資料不會對其他 UE 所使用的 RB (resource block) 產生干擾, 因此, 辨別 PSS 訊號同時也是 UE 進入 LTE 網路的第一步, PSS 訊號每 5 ms 會重複出現一次, SSS 訊號緊跟在其後, SSS 訊號一共有 168 種可能性 (M序列), 因此, PSS 和 SSS 加起來一共 504 (3*168) 種可能就用以辨別不同基地台, 此辨別資訊稱為 PCI (Physical Cell Identity), 對於同步問題而言, SSS 有兩種不同的組合交替出現, 因此, 可以用來分辨前面的 PSS 是在 1 ms 還是 6 ms 的時間, SSS 除了用以輔助 PSS 來進行定外之外, SSS 還提供了額外兩個資訊: TDD 或是 FDD 系統, CP (Cyclic Prefix) 的長度, CP 是用來設計對抗 multipathing 的效應, 對應於不同的通道環境, LTE 提供兩種不同的 CP 長度設計, 我們可以藉由量測 PSS 和 SSS 之間的間隔時間, 來得知 CP 的長度, 來自: http://blog.sina.com.cn/s/blog_927cff0101019un0.html 另一方面, 對於 FDD 和 TDD 的系統而