Aufgabe 4.3: Subcarrier–Mapping

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Zwei SC–FDMA–Anordnungen

Die Grafik zeigt zwei Übertragungsschemata, die im Zusammenhang mit  Long Term Evolution  $\rm (LTE)$  eine Rolle spielen.  Diese Blockschaltbilder werden hier neutral als „Anordnung  $\rm A$” bzw. „Anordnung  $\rm B$” bezeichnet.

  • Mit den hellgrauen Blöcken ist der Übergang vom Zeit– in den Frequenzbereich dargestellt.
  • Die dunkelgrauen Blöcke stehen stehen für den Übergang vom Frequenz– in den Zeitbereich.


Wir verweisen hier auf die folgenden Links:


Für die Stützstellenanzahl von DFT und IDFT werden mit  $K = 12$  und  $N = 1024$  realistische Zahlenwerte angenommen.

  • Der Wert  $K = 12$  ergibt sich aus der Tatsache, dass durch das  Subcarrier–Mapping  die Symbole auf eine gewisse Bandbreite „gemappt” werden.  Der kleinste adressierbare Block ist bei LTE  $180 \ \rm kHz$.  Mit dem Unterträgerabstand von  $15 \ \rm kHz$ ergibt sich  $K = 12$.
  • Mit der Stützstellenanzahl  $N$  der IDFT $($bei Anordnung  $\rm A)$  können somit bis zu  $J = N/K$  Nutzer gleichzeitig bedient werden.  Für das  Subcarrier–Mapping  gibt es mit DFDMA, IFDMA und LFDMA drei verschiedene Ansätze.
  • Die beiden ersten Nutzer sind in der Grafik grün bzw. türkis eingezeichnet.  In der Teilaufgabe  (5)  sollen Sie entscheiden, ob die Skizze für DFDMA, IFDMA oder LFDMA gilt.





Hinweis:


Fragebogen

1

Wofür gelten die skizzierten Anordnungen auf der Angabenseite?

Für den LTE–Downlink,
für den LTE–Uplink.

2

Welche Einheiten sind auf der Angabenseite dargestellt?

Anordnung  $\rm A$  zeigt den Sender des LTE–Uplinks.
Anordnung  $\rm B$  zeigt den Empfänger des LTE–Uplinks.
Beide Modelle gelten für Sender und Empfänger gleichermaßen.

3

Welche nicht eingezeichneten Blöcke sind noch erforderlich?

Vor Anordnung  $\rm A$  benötigt man einen Seriell–Parallel–Wandler.
Nach Anordnung  $\rm B$  benötigt man einen Parallel–Seriell–Wandler.

4

Wie viele Nutzer  $(J)$  kann man mit  $K = 12$  und  $N = 1024$  gleichzeitig bedienen?

$J \ = \ $

5

Welches Mapping liegt der Grafik auf der Angabenseite zugrunde?

Distributed Mapping  (DFDMA),
Interleaved Mapping  (IFDMA),
Localized Mapping  (LFDMA).

6

Welche DFT (IDFT) lassen sich als FFT (IFFT) realisieren?

Die DFT im linken Bereich von Anordnung  $\rm A$.
Die IDFT im rechten Bereich von Anordnung  $\rm A$.
Die DFT im linken Bereich von Anordnung  $\rm B$.
Die IDFT im rechten Bereich von Anordnung  $\rm B$.


Musterlösung

(1)  Richtig ist der Lösungsvorschlag 2:

  • Beide Anordnungen zeigen Single Carrier Frequency Division Multiple Access  $\text{(SC–FDMA)}$, erkennbar an den DFT– und IDFT–Blöcken.
  • Der Vorteil gegenüber Orthogonal Frequency Division Multiple–Access  $\text{ (OFDMA)}$  ist das günstigere Peak–to–Average Power–Ratio  $\rm (PAPR)$.
  • Ein großes PAPR führt dazu, dass man die Verstärker unterhalb der Sättigungsgrenze und damit bei schlechterem Wirkungsgrad betreiben muss, um zu starke Signalverzerrungen zu verhindern.
  • Ein niedrigeres PAPR bedeutet gleichzeitig eine längere Batterielaufzeit, ein für Smartphones äußerst wichtiges Kriterium.
  • Deshalb wird SC–FDMA im LTE–Uplink eingesetzt.  Für den Downlink ist der hier genannte Aspekt weniger bedeutend.


(2)  Richtig sind die Lösungsvorschläge 1 und 2:

  • Während bei OFDMA die zu übertragenden Datensymbole direkt die verschiedenen Unterträger erzeugen, wird bei SC–FDMA ein Block von Datensymbolen mittels DFT zuerst in den Frequenzbereich transformiert.
  • Um mehrere Nutzer übertragen zu können, muss  $N > K$  gelten.  Ein Eingangsblock eines Nutzers besteht somit aus  $K$  Bit.  Damit ist offensichtlich, dass die Anordnung  $\rm A$  für den Sender gilt.
  • Die Anordnung  $\rm B$  beschreibt dagegen den Empfänger des LTE–Uplinks und nicht den Sender.


(3)  Beide Aussagen sind zutreffend:

  • Die Maßnahmen sind erforderlich, um einen kontinuierlichen Bitstrom am Sender verarbeiten zu können bzw.
  • auch beim Empfänger einen kontinuierlichen Bitstrom zu gewährleisten.


(4)  Die DFT erzeugt aus  $K$  Eingangswerten ebenfalls  $K$  Spektralwerte.

  • Durch das Subcarrier–Mapping ändert sich dadurch nichts.
  • Durch weitere Nutzer werden ebenfalls jeweils  $K$  (Bit) der insgesamt  $N$  (Bit) belegt.
  • Damit können  $J = N/K = 1024/12 = 85.333$   ⇒   $J \ \underline{= 85}$  Nutzer versorgt werden.


(5)  Richtig ist der Lösungsvorschlag 3:

  • Die Grafik entspricht der derzeitigen 3gpp–Spezifikation, die Localized Mapping vorsieht.
  • Hierbei werden die  $K$  Modulationssymbole benachbarten Unterträgern zugeordnet.


(6)  Richtig sind die Lösungsvorschläge 2 und 3:

  • Die Realisierung von DFT bzw. IDFT als (inverse) Fast Fourier Transform ist nur möglich, wenn die Stützstellenzahl eine Zweierpotenz ist.
  • Also zum Beispiel für  $N = 1024$, nicht aber für  $K = 12$.