电子科技大学：《无线互联网 Principles of Wireless Networking》课程教学资源（课件讲稿）Handout 04-1 OFDMA-TDMA Cellular

无线互联网 Handout 04 OFDMA-TDMA Cellular 王晟 博士教授博导 2020年秋季无线互联网 1

OFDMA-TDMA Cellular 王晟 博士 教授 博导 无线互联网 Handout 04 2020年秋季 无线互联网 1

CONTENT Introduction to OFDMA 2 Power Allocation Problem 3 Single Carrier Single User 4 Multi-Carrier Single User 5 Multi-Carrier Multi-User 6 Summary 2020年秋季 2/62 无线互联网

CONTENT 2020年秋季 2 / 62 无线互联网 1 2 3 4 Introduction to OFDMA Power Allocation Problem Single Carrier Single User Multi-Carrier Single User 5 Multi-Carrier Multi-User 6 Summary

OFDM 什么叫FDM(Frequency Division Multiplexing)? ◆频谱资源划分为互不相交的频段进行复用。 ②什么叫OFDM(Orthogonal FDM)? ◆划分频段，但频段间可以交叠。 ◆各频段中心频率（载波）必须正交。 四令fk表示第k个频段的中心频率（载波）： Sk(t)=cos2πfkt, k=0,1,.,N-1 四令载波间隔为符号速率：△f=1/T,则有： cos(Zt)cos(t)dt=0 ①各载波在符号间隔T内相互正交，且与相位无关。 2020年秋季 3/62 无线互联网

OFDM 2020年秋季 3 / 62 无线互联网 什么叫FDM(Frequency Division Multiplexing)? 频谱资源划分为互不相交的频段进行复用。 什么叫OFDM(Orthogonal FDM)? 划分频段，但频段间可以交叠。 各频段中心频率(载波)必须正交。 令��表示第�个频段的中心频率(载波)： �� � = ��� ����� , � = �, �, … , � − � 令载波间隔为符号速率：�� = �/�，则有： 4 � � cos ����� + �� cos ����� + �� �� = � 各载波在符号间隔T内相互正交，且与相位无关

OFDM的优缺点 优点：不需要复杂的滤波（相对于FDM) 。 ◆还有比正交更爽的吗？ 优点：可有效对抗多径延迟导致的IS引（相对于CDMA)。 ◆只要载波足够多，符号宽度可以远大于延迟扩展。 ①每个子信道都可以看作是平坦衰落信道。 ◆不需要复杂的时域均衡。 优点：MIMO-Friendly(相对于CDMA) 。 每个信道都更加平坦。 缺点：对Doppler频偏很敏感。 ◆会破坏载波间的正交特性。 怎么办？◆在频域采用类似均衡的方式对抗C。 2020年秋季 4/62 无线互联网

OFDM的优缺点 2020年秋季 4 / 62 无线互联网 优点：不需要复杂的滤波（相对于FDM）。 缺点：对Doppler频偏很敏感。 还有比正交更爽的吗？ 优点：可有效对抗多径延迟导致的ISI（相对于CDMA）。 只要载波足够多，符号宽度可以远大于延迟扩展。 每个子信道都可以看作是平坦衰落信道。 不需要复杂的时域均衡。 优点：MIMO-Friendly（相对于CDMA）。 每个信道都更加平坦。 会破坏载波间的正交特性。 怎么办？ 在频域采用类似均衡的方式对抗ICI

OFDMA-TDMA ②什么叫FDMA(Frequency Division Multiple Access)? ◆多个用户占用不同的频段同时通信。 ③什么叫OFDMA(OFD Multiple Access)? ◆多个用户占用不同的正交子载波同时通信。 ③什么叫OFDMA-TDMA? ◆不仅在频域划分资源，同时在时域上划分时隙。 ◆时频域资源分配。 2020年秋季 5/62 无线互联网

OFDMA-TDMA 2020年秋季 5 / 62 无线互联网 什么叫FDMA(Frequency Division Multiple Access)? 多个用户占用不同的频段同时通信。 什么叫OFDMA(OFD Multiple Access)? 多个用户占用不同的正交子载波同时通信。 什么叫OFDMA-TDMA? 不仅在频域划分资源，同时在时域上划分时隙。 时频域资源分配

Usage 802.16,Wireless MAN,WiMAX 802.20,Wireless MAN,MBWA (Mobile Broadband Wireless Access) 今3 GPP LTE的下行链路。以前叫做HSOPA(High Speed OFDM Packet Access),现改为E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access). 802.22的候选之一。Wireless Regional Area Net, 1st cognitive radio based standard。工作于 电视频段(VHF-low UHF)。 ①一句话：火的不行！ 2020年秋季 6/62 无线互联网

Usage 2020年秋季 6 / 62 无线互联网 802.16，Wireless MAN，WiMAX 802.20，Wireless MAN，MBWA（Mobile Broadband Wireless Access） 3GPP LTE的下行链路。以前叫做HSOPA（High Speed OFDM Packet Access），现改为E-UTRA （Evolved UMTS Terrestrial Radio Access）。 802.22的候选之一。Wireless Regional Area Net， 1st cognitive radio based standard。工作于 电视频段（VHF-low UHF）。 一句话：火的不行！

CONTENT Introduction to OFDMA 2） Power Allocation Problem 3 Single Carrier Single User 4 Multi-Carrier Single User 5 Multi-Carrier Multi-User 6 Summary 2020年秋季 7/62 无线互联网

CONTENT 2020年秋季 7 / 62 无线互联网 1 2 3 4 Introduction to OFDMA Power Allocation Problem Single Carrier Single User Multi-Carrier Single User 5 Multi-Carrier Multi-User 6 Summary

资源分配 OFDMA-TDMA系统中有哪些资源可供分配？ 信道/载波 ③为什么不讨论前两种资源？ 四本身并未引入特殊性。 ◆时隙 四必须与功率联合考虑。 之功率 ★ 本章讨论的重点 ⑦具体的说，功率分配是个什么问题？ I时域分配：SCSU(Single Carrier Single User) 2频域分配：McSU(Multiple Carrier Single User) 3时频域分配：MCMU 目标？ ◆最大化信道容量。 2020年秋季 8/62 无线互联网

资源分配 2020年秋季 8 / 62 无线互联网 OFDMA-TDMA系统中有哪些资源可供分配? 信道/载波 时隙 功率 本章讨论的重点 为什么不讨论前两种资源？ 本身并未引入特殊性。 必须与功率联合考虑。 具体的说，功率分配是个什么问题? 时域分配：SCSU(Single Carrier Single User) 频域分配：MCSU(Multiple Carrier Single User) 时频域分配：MCMU 目标? 最大化信道容量

信道容量？ )信道容量是什么？ CWog 量纲？ bits per second ?为什么要最大化信道容量？ ◆提高吞吐。 ③怎样提高信道容量？ ◆增大带宽W ①IHNT:lim In(1+x)=x X→0 c=o2e()=14()bps W→o0 ®增大发射功率，有极限吗？ 2020年秋季 9/62 无线互联网

信道容量？ 2020年秋季 9 / 62 无线互联网 信道容量是什么? � = � ���� � + � ��� 量纲？ bits per second 为什么要最大化信道容量? 提高吞吐。 怎样提高信道容量? 增大带宽� ��� �→( � = ���� � � �� ≈ �. �� � �� ��� HINT:��� �→� ��(� + �) = � 增大发射功率，有极限吗？

功率约束 虽然增大功率可以无限地增加信道容量，但是发射功率 本身受制于以下因素： ©功放仅在一定的功率范围内工作良好； 四太大的辐射对人体有害； 四多个无线通信系统共存时，必须防止系统间干扰。 令信道的输入符号表示为Xk,k=0,1,…,∞， 功率约束一般描述为： 1im Xk2≤P n-→om k=1 ◆即，每符号的平均发射功率不能超过P Joules/.Symbol 2020年秋季 10/62 无线互联网

功率约束 2020年秋季 10 / 62 无线互联网 虽然增大功率可以无限地增加信道容量，但是发射功率 本身受制于以下因素： 功放仅在一定的功率范围内工作良好； 太大的辐射对人体有害； 多个无线通信系统共存时，必须防止系统间干扰。 令信道的输入符号表示为��, � = �, �, … , ∞， 功率约束一般描述为： ��� �→( � �O �+� � �� � ≤ �Q 即，每符号的平均发射功率不能超过�Q Joules/Symbol