SC-FDMA
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1. 개요
SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)는 단일 반송파 전송 방식과 주파수 분할 다중 접속 방식을 결합한 기술이다. OFDMA와 유사한 송수신기 구조를 가지며, 각 사용자에게 서로 다른 푸리에 계수를 할당하여 다중 접속을 지원한다. SC-FDMA는 OFDM 및 OFDMA에 비해 피크 대 평균 전력비(PAPR)가 낮아 가입자 장치의 설계 매개변수를 완화할 수 있으며, 주파수 선택적 페이딩과 위상 왜곡에 대한 등화가 용이하다. 부반송파 매핑 방식에는 집중형 매핑과 분산형 매핑이 있으며, 낮은 PAPR, 반송파 주파수 오프셋에 대한 낮은 민감도 등의 특성을 가진다.
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주파수 분할 다중 접속(FDMA)은 여러 사용자가 주파수 대역을 나누어 사용하는 다중 접속 방식으로, 각 사용자에게 고유한 주파수 슬롯을 할당하며 아날로그 및 디지털 신호 모두에 사용 가능하다. - 다중접속 - 파장 분할 다중
파장 분할 다중(WDM)은 광섬유 통신에서 하나의 광섬유로 여러 파장의 광 신호를 동시에 전송하는 기술로, 송신단의 멀티플렉서로 신호를 결합하고 수신단의 디멀티플렉서로 분리하며, 파장 패턴에 따라 일반 WDM, 광대역 WDM (CWDM), 고밀도 WDM (DWDM)으로 나뉜다.
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2. 송수신기 구조
SC-FDMA의 송신 과정은 OFDMA와 매우 유사하다. 각 사용자에 대해 전송되는 비트 시퀀스는 복소수 심볼(BPSK, QPSK, 또는 M-QAM)의 성상도에 매핑된다. 그런 다음 다른 송신기(사용자)에게 서로 다른 푸리에 계수가 할당된다. 이 할당은 매핑 및 디매핑 블록에서 수행된다. 수신기 측에는 수신할 각 사용자 신호에 대해 하나의 디매핑 블록, 하나의 IDFT 블록 및 하나의 검출 블록이 포함된다. OFDM과 마찬가지로, 시간 확산(다중 경로 전파로 인해 발생)으로 인한 심볼 간 간섭을 효율적으로 제거하기 위해 심볼 블록 사이에 순환 반복이 있는 보호 간격(순환 접두사라고 함)이 도입된다.
SC-FDMA에서 사용자는 서로 겹치지 않는 서로 다른 푸리에 계수(부반송파) 집합을 할당받아 다중 접속이 가능하다. 이는 송신기에서 IDFT 전에 무음 푸리에 계수(다른 사용자에게 할당된 위치)를 삽입하고, DFT 후 수신기 측에서 제거하는 방식으로 수행된다.
SC-FDMA는 다중 반송파 전송 방식인 OFDMA와 달리 단일 반송파 전송 신호를 생성한다.
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2. 1. 부반송파 매핑
SC-FDMA의 부반송파 매핑 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.- 집중형 매핑 (Localized Mapping): 이산 푸리에 변환(DFT) 출력 심볼들을 연속적인 부반송파에 할당하며, 시스템 대역폭의 일부로 제한된다.
- 분산형 매핑 (Distributed Mapping): DFT 출력 심볼들을 전체 대역폭에 분산시켜 할당하며, 나머지 부반송파의 진폭은 0이 된다. 분산 SC-FDMA의 특별한 경우는 인터리빙 SC-FDMA(IFDMA)라고 하며, 사용된 부반송파는 전체 대역폭에 걸쳐 동일하게 분산된다.[8]
2. 2. 장점
SC-FDMA는 OFDM 및 OFDMA에 비해 전송 신호의 피크 대 평균 전력비(PAPR)가 낮아 가입자 장치의 전송 경로에서 설계 매개변수를 완화할 수 있다는 장점이 있다. OFDM 전송 심볼은 여러 부반송파를 직접 변조하는 반면, SC-FDMA 전송 심볼은 먼저 N-포인트 DFT 블록에 의해 처리되기 때문이다.[9]OFDM과 SC-FDMA에서 등화는 DFT 계산 후 수신기 측에서 각 푸리에 계수에 복소수를 곱하여 수행되므로, 주파수 선택적 페이딩과 위상 왜곡을 쉽게 해결할 수 있다. FFT를 사용하는 주파수 영역 등화는 다중 탭 FIR 또는 IIR 필터를 필요로 하는 기존의 시간 영역 등화보다 계산량이 적게 필요하며, 복합 반올림 오차가 줄어들어 수치적 잡음이 적다는 장점이 있다.
2. 3. 단일 반송파 주파수 영역 등화 (SC-FDE)
SC-FDE는 단일 반송파 전송과 단일 반송파 주파수 영역 등화(SC-FDE) 방식을 결합한 기술이다.[10] SC-FDMA 및 OFDM과 달리 단일 반송파 전송은 송신기에 IDFT 또는 DFT를 사용하지 않지만, 선형 채널 컨볼루션을 순환 컨볼루션으로 변환하기 위해 순환 접두사를 도입한다. 수신기에서 순환 접두사를 제거한 후, 이산 푸리에 변환(DFT)를 적용하여 주파수 영역에 도달하고, 여기서 간단한 SC-FDE 방식을 사용한 다음 역 이산 푸리에 변환(IDFT) 연산을 수행할 수 있다.3. 유용한 특성
SC-FDMA는 PAPR(피크 대 평균 전력비)가 낮고, 반송파 주파수 오프셋에 대한 민감도가 낮으며, 비선형 왜곡에 덜 민감하여 저가형 전력 증폭기를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 스펙트럼 널(null)에 대해 강인하다.[1]
참조
[1]
웹사이트
SC-FDMA vs. OFDM Modulation - MATLAB & Simulink
https://www.mathwork[...]
2024-04-15
[2]
논문
Single carrier FDMA for uplink wireless transmission
http://hgmyung.googl[...]
[3]
논문
Technical solutions for the 3G long-term evolution
[4]
웹사이트
Technical Specification Group Radio Access Network; Physical Layer Aspects for Evolved UTRA
http://www.3gpp.org/[...]
[5]
서적
2007 16th IST Mobile and Wireless Communications Summit
http://sites.google.[...]
[6]
서적
2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference - VTC2007-Spring
[7]
논문
On the comparison between OFDM and single carrier modulation with a DFE using a frequency-domain feedforward filter
[8]
웹사이트
SC-FDMA Single Carrier FDMA in LTE
https://support.ixia[...]
[9]
서적
2006 IEEE 17th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications
[10]
논문
Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless systems
[11]
논문
Single carrier FDMA for uplink wireless transmission
http://hgmyung.googl[...]
[12]
논문
Technical solutions for the 3G long-term evolution
[13]
웹인용
Technical Specification Group Radio Access Network; Physical Layer Aspects for Evolved UTRA
http://www.3gpp.org/[...]
[14]
서적
2007 16th IST Mobile and Wireless Communications Summit
http://sites.google.[...]
[15]
서적
2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference - VTC2007-Spring
[16]
논문
On the comparison between OFDM and single carrier modulation with a DFE using a frequency-domain feedforward filter
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