지난 포스트에서 OFDMA에 대해 알아보았고, OFDMA의 가장 큰 단점인 High PAPR에 대해 알아보았다. 이번에는 이러한 High PAPR을 어느정도 해결하는 기술인 SC-FDMA(DFT spread OFDM 기반)에 대해 알아보겠다.
DFT-Spread OFDM
OFDM의 높은 PAPR을 낮추기 위해 사용하는 기술이 DFT-Spread OFDM이다. DFT-Spread OFDM은 하나의 sub-carrier에 하나의 정보를 담는 OFDM과 다르게 DFT를 사용하여 여러 sub-carrier들에 정보들을 spread한 후 담을 수 있어 peak를 어느정도 줄일 수 있어서 PAPR을 낮출 수 있다.
LTE, 5G의 uplink, downlink
- LTE
- downlink : CP-OFDM 사용(기지국에 좋은 증폭기, 유선 power 공급, heat cooling system)
- uplink : SC-FDMA(DFT-S-OFDM 사용)
- 5G
- downlink : CP-OFDM
- uplink : CP-OFDM + DFT-S-OFDM(그런데 주로 CP-OFDM 사용)
SC-FDMA
DFT-Spread OFDM을 기반으로 한 multiple access scheme으로 SC-FDMA를 사용하는 이유는 아래와 같다.
아래는 SC-FDMA의 block diagram이다.
위는 송신기, 아래는 수신기의 내부 구조를 나타낸다.
SC-FDMA의 한 가지 특징은 DFT를 거치면서 사용하는 sub-carrier의 수가 줄어들 수도 있다는 점이다.
SC-FDMA의 장단점
- 장점 : 송신기 power level의 분산이 OFDM에 비해 낮기 때문에 PAPR이 낮다. 따라서 amplifier의 효율을 증가할 수 있고(low back-off) mobile terminal에서 낮은 송신 파워 amplifier를 사용할 수 있다.
- 단점
- bad link level performance(낮은 data rate)
- increase receive complexity(ISI가 있어서 channel equalizer 필요)
- MIMO spatial multiplexing(낮은 data rate를 높이는 기술로 복잡도 요구)
⚡️SC-FDMA의 성능이 좋지 않은 이유
SC-FDMA의 성능이 좋지 않은 큰 이유는 OFDMA에서는 하나의 sub-carrier에 하나의 신호를 담으면서 사용하는 주파수 구간이 좁지만 SC-FDMA는 DFT를 통해 넓은 주파수 구간에 신호를 분산했기 때문에 사용하는 주파수 구간이 넓다. 따라서 symbol length는 줄어들게 되고, ISI가 커지게 된다. 그래서 복잡한 channel equalizer가 필요하게 된다.
SC-FDMA 송신기
SC-FDMA 수신기
위에서 언급한 것처럼 SC-FDMA는 OFDM에 비해 넓은 주파수 대역을 사용하기 때문에 frequency selective하고, 짧은 symbol length로 ISI가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해 FDE(Frequency Domain Equalizer) = channel equalizer를 수신기에서 사용하게 된다.
Types of DFT-S-OFDM
DFT-S-OFDM은 두 가지 방식으로 나뉠 수 있는데, Localized DFT-S-OFDM과 Distributed DFT-S-OFDM으로 나뉜다. Localized 된 거는 각 신호를 여러 sub-carrier에 spread 할 때 이웃한 sub-carrier 들을 사용하는 것이고, Distributed 된 것은 분산된 sub-carrier 들을 사용하는 것이다.
- Localized DFT-S-OFDMA
- SC-FDMA와 같다
- channel information을 활용하여 최고의 frequency 자원을 할당하므로 throuput이 높다
- 최종 LTE 채택 방식
- Distributed DFT-S-OFDMA
- channel information을 활용할 수 없을 때 활용하는 방법으로 frequency diversity가 있다.
- 다른 사용자들에게 할당된 sub-carrier가 인접하기 때문에 frequency에 민감하다.
