本文來(lái)自網(wǎng)絡(luò)集結(jié)。
筆者按：本文來(lái)歷，之前對(duì)LTE的這幾個(gè)概念都是略知一二，沒(méi)有深入學(xué)習(xí)，也傻傻分不清其區(qū)別與聯(lián)系。本次遇到L博士，一個(gè)BD專家，其之前沒(méi)有接觸過(guò)無(wú)線通信的機(jī)電專業(yè)人士，咨詢起SC-FDE的概念，由此，查閱資料，大概學(xué)習(xí)了一遍，算是記錄。
來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)法保證所有內(nèi)容都完全正確。各取所需。
前言：名詞解釋
（1）LTE用戶多址方式：
下行：OFDMA：Orthogonal Frequency Division Multiple Access
上行：SC-FDMA：Single Carrier Frequency Division Multiple Access
（2）調(diào)制方式：
OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing，
實(shí)際上是MCM(Multi Carrier Modulation)，多載波調(diào)制的一種。通過(guò)頻分復(fù)用實(shí)現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)的并行傳輸, 它具有較好的抗多徑衰落的能力，能夠支持多用戶接入。?
DFT-S-OFDM：Discrete Fourier Transform-Spread OFDM
DFT-S-OFDM是基于OFDM的一種改進(jìn)技術(shù)。
由于傳統(tǒng)OFDM技術(shù)的PAPR較高，在上行鏈路用戶便攜或手持終端有一定困難。OFDM本身也可以采用一系列降低PAPR的附加技術(shù)，如子載波預(yù)留和削波等。另一種方法是在發(fā)射機(jī)的IFFT處理前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)擴(kuò)展處理，其中最典型的就是用離散傅麗葉變換進(jìn)行擴(kuò)展，這就是DFT-S-OFDM技術(shù)。
有的地方簡(jiǎn)稱為SC-OFDM，但很少見(jiàn)。
（3）SC-FDE：Single Carrier ?Frequency-Domain Equalization
單載波頻域均衡。
經(jīng)常與SC-FDMA混用，其實(shí)是指DFT-S-OFDM。
并不是很準(zhǔn)確。習(xí)慣。
早期的信號(hào)均衡是在時(shí)域處理，后來(lái)提出了頻域均衡處理，但并不明確與DFT-S-OFDM等價(jià)，但部分人員習(xí)慣如此使用
對(duì)應(yīng)關(guān)系：
| LTE下行 | LTE上行 | |
| 波形調(diào)制機(jī)制 | OFDM | SC-FDE/DFT-S-OFDM |
| 用戶多址方式 | OFDMA | SC-FDMA |
很多時(shí)候，有人把以上波形機(jī)制和多址方式經(jīng)常混用。截至目前為止的個(gè)人理解，應(yīng)該把多址方式（多用戶接入），載波波形是指信號(hào)處理流程，而用戶多址是指多用戶的接入方式。
所以，很多時(shí)候，講OFDM，其實(shí)在講OFDMA。
講SC-FDMA，其實(shí)是在講SC-FDE，或者是DFT-S-OFDM。
多址，對(duì)應(yīng)的是通信網(wǎng)絡(luò)的用戶調(diào)度，而調(diào)制對(duì)應(yīng)的是波形設(shè)計(jì)。
這是兩個(gè)維度的事情。一個(gè)是針對(duì)多用戶的，一個(gè)是針對(duì)數(shù)據(jù)流的。
第一部分：OFDM
這是一種無(wú)線基帶信號(hào)處理方式，不涉及用戶調(diào)度。
參見(jiàn)：
【他山之玉】MIMO技術(shù)雜談之四：OFDM那些事（1）
【他山之玉】MIMO技術(shù)雜談之五：OFDM哪些事
第二部分：DFT-S-OFDM
DFT-S-OFDM是基于OFDM的一種改進(jìn)技術(shù)。由于傳統(tǒng)OFDM技術(shù)的PAPR較高，在上行鏈路用戶便攜或手持終端有一定困難。OFDM本身也可以采用一系列降低PAPR的附加技術(shù)，如子載波預(yù)留和削波等。另一種方法是在發(fā)射機(jī)的IFFT處理前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)擴(kuò)展處理，其中最典型的就是用離散傅麗葉變換進(jìn)行擴(kuò)展，這就是DFT-S-OFDM技術(shù)。
將每個(gè)用戶所使用的子載波進(jìn)行DFT處理，由時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，然后將各用戶的頻域信號(hào)輸入到IFFT模塊，這樣各用戶的信號(hào)又一起被轉(zhuǎn)換到時(shí)域并發(fā)送。經(jīng)過(guò)這樣的改進(jìn)，我們發(fā)現(xiàn)每個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)由頻域信號(hào)（傳統(tǒng)OFDM）又回到了時(shí)域信號(hào)（和單載波系統(tǒng)相同），這樣PAPR就被大大降低了。由于在這個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)波形類似于單載波，也有人將其看作一種單載波技術(shù)，雖然它是從OFDM技術(shù)演變而來(lái)的。
第三部分：SC-FDE
SC-FDE系統(tǒng)相當(dāng)于將OFDM系統(tǒng)中發(fā)送端的IFFT處理模塊移至接收端，這樣他可以有效的綜合了OFDM和單載波的優(yōu)點(diǎn)：
（1）SC-FDE 和多載波有近似的均衡性能，在時(shí)間色散（頻率選擇性干擾）嚴(yán)重時(shí)，復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于時(shí)域均衡。
（2）SC-FDE 在信道中傳送的是直接在時(shí)域上調(diào)制的信號(hào)，包絡(luò)比較恒定。因而降低了對(duì)功放線性度的要求，減小了發(fā)送功耗。
（3）對(duì)于 SC-FDE 系統(tǒng)，通常不需要通過(guò)信道編碼來(lái)降低頻率選擇性衰落的影響。
（4）相比于 OFDM 對(duì)頻率偏差敏感，SC-FDE 對(duì)頻偏的敏感性要小些，從而部分減小了接收端頻率同步的代價(jià)。
盡管，SC-FDE 和OFDM 在處理流程上有很多相似的地方，但由于 SC-FDE 是在時(shí)域上進(jìn)行信號(hào)判決的，對(duì)定時(shí)偏差更加敏感，對(duì)接收端定時(shí)同步要求更高；而且在信號(hào)判決前要經(jīng)過(guò)傅里葉變換，擴(kuò)展了噪聲的影響。
從定義可知，其實(shí)此處的SC-FDE，就是指DFT-S-OFDM。
第四部分：OFDM與OFDMA
首先，OFDM本身不具有多址能力，需要和其他的多址技術(shù)，如TDMA、CDMA、FDMA等結(jié)合實(shí)現(xiàn)多址，包括OFDMA（正交頻分復(fù)用）、MC-CDMA、MC-DS（直接序列擴(kuò)頻）-CDMA、VSF-OFCDM（可變擴(kuò)頻因子正交頻碼分復(fù)用）等技術(shù)。
DFT-S-OFDM（離散傅麗葉變換擴(kuò)展OFDM）是一種為降低PAPR設(shè)計(jì)的OFDM改進(jìn)技術(shù)。
OFDMA是OFDM技術(shù)的演進(jìn)，將OFDM和FDMA技術(shù)結(jié)合。在利用OFDM對(duì)信道進(jìn)行副載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)。
OFDM是一種調(diào)制方式；
OFDMA是一種多址接入技術(shù)，用戶通過(guò)OFDMA共享頻帶資源，接入系統(tǒng)。
將OFDM和FDMA技術(shù)結(jié)合形成的OFDMA技術(shù)是最常見(jiàn)的OFDM多址技術(shù)，又分為子信道OFDMA和跳頻OFDMA。
子信道OFDMA
子信道OFDMA，即將整個(gè)OFDM系統(tǒng)的帶寬分成若干子信道，每個(gè)子信道包括若干子載波，分配給一個(gè)用戶（也可以一個(gè)用戶占用多個(gè)子信道）。
子信道OFDMA對(duì)子信道（用戶）的子載波分配相對(duì)固定，即某個(gè)用戶在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)使用指定的子載波組（這個(gè)時(shí)長(zhǎng)由頻域調(diào)度的周期而定）。這種OFDMA系統(tǒng)足以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)的多址，但實(shí)現(xiàn)小區(qū)間多址卻有一定的問(wèn)題。因?yàn)槿绻餍^(qū)根據(jù)本小區(qū)的信道變化情況進(jìn)行調(diào)度，各小區(qū)使用的子載波資源難免沖突，隨之導(dǎo)致小區(qū)間干擾。如果要避免這樣的干擾，則需要在相鄰小區(qū)間進(jìn)行協(xié)調(diào)（聯(lián)合調(diào)度），但這種協(xié)調(diào)可能需要網(wǎng)絡(luò)層的信令交換的支持，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響較大。
跳頻OFDMA
另一種選擇就是采用跳頻OFDMA。在這種系統(tǒng)中，分配給一個(gè)用戶的子載波資源快速變化，每個(gè)時(shí)隙，此用戶在所有子載波中抽取若干子載波使用，同一時(shí)隙中，各用戶選用不同的子載波組。與基于頻域調(diào)度的子信道化不同，這種子載波的選擇通常不依賴信道條件而定，而是隨機(jī)抽取。在下一個(gè)時(shí)隙，無(wú)論信道是否發(fā)生變化，各用戶都跳到另一組子載波發(fā)送，但用戶使用的子載波仍不沖突。跳頻的周期可能比子信道OFDMA的調(diào)度周期短的多，最短可為OFDM符號(hào)長(zhǎng)度。這樣，在小區(qū)內(nèi)部，各用戶仍然正交，并可利用頻域分集增益。在小區(qū)之間不需進(jìn)行協(xié)調(diào)，使用的子載波可能沖突，但快速跳頻機(jī)制可以將這些干擾在時(shí)域和頻域分散開(kāi)來(lái)，即可將干擾白化為噪聲，大大降低干擾的危害。隨著各小區(qū)的負(fù)載的加重，沖突的子載波越來(lái)越多，這種“干擾噪聲”也會(huì)積累，使信噪比降低，但在負(fù)載不是很重的系統(tǒng)中，跳頻OFDMA可以簡(jiǎn)單而有效地抑制小區(qū)間干擾。
筆者按：其實(shí)是不是類似GSM的跳頻呢。
第五部分：LTE上行的SC-FDMA
SC-FDMA，是LTE的上行鏈路的用戶多址SC-FDMA是單波載（Single-carrier），與OFDMA相比之下具有的較低的PAPR（峰值/平均功率比，peak-to-average power ratio），比多載波的PAPR低1-3dB左右（PAPR是由于多載波在頻域疊加引起）。更低的PAPR可以使移動(dòng)終端（mobile terminal）在發(fā)送功效方面得到更大的好處，并進(jìn)而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。
SC-FDMA具有單載波的低PAPR和多載波的強(qiáng)韌性的兩大優(yōu)勢(shì)。
因此，F(xiàn)DD及TDD模式的LTE上行鏈路傳輸架構(gòu)是根據(jù)具有循環(huán)碼的SC-FDMA。
SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，單載波頻分多址），是LTE的上行鏈路的主流多址技術(shù)。因?yàn)镾C-FDMA在傳統(tǒng)的OFDMA處理過(guò)程之前有一個(gè)額外的DFT（離散傅立葉變換）處理，SC-FDMA也被叫做線性預(yù)編碼OFDMA技術(shù)。SC-FDMA信號(hào)可以在時(shí)域生成，也可以在頻域生成。出于和下行鏈路的兼容考慮，LTE選擇了在頻域生成 SC-FDMA技術(shù)，即DFT-S-OFDM（Discrete Fourier Transform-Spread OFDM）技術(shù)。該技術(shù)是在 OFDM的IFFT調(diào)制之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行DFT擴(kuò)展，這樣系統(tǒng)發(fā)射的是時(shí)域信號(hào)，從而可以避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻域信號(hào) 帶來(lái)的PAPR問(wèn)題。
筆者按：從以上可見(jiàn)，其實(shí)此處的SC-FDMA，具體內(nèi)容還是DFT-S-OFDM。而并沒(méi)有涉及用戶多址。所以，并不是很準(zhǔn)確。
當(dāng)然，上行采用DFT-S-OFDM，是因?yàn)樾盘?hào)峰均比低，降低對(duì)通信設(shè)備的射頻系統(tǒng)要求；
上行主要是單用戶，所以，單載波調(diào)度用戶多址即可。
當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)中是否明確了兩者是相同概念？等有空去看看協(xié)議。
第六部分：SC-FDMA低峰均比的原因
LTE不采用OFDMA做上行，而采用SC-FDMA的主要原因是為了降低峰均比，一般的解釋是SC-FDMA最后發(fā)送的時(shí)域上的數(shù)據(jù)而不是頻域上的數(shù)據(jù)，因此PAPR會(huì)很低，但是為什么時(shí)域上的數(shù)據(jù)的PAPR就低呢？?
等同于單載波，PAPR當(dāng)然低，關(guān)鍵的區(qū)別在于OFDM每個(gè)子載波上的相位是隨機(jī)的，能量是固定的，而SC-FDMA的所謂的子載波上相位是有規(guī)律的，能量是不一樣的，所以它在疊加之后，其實(shí)相當(dāng)于串行發(fā)送。
首先SC-FDMA調(diào)制后信號(hào)是時(shí)域信號(hào)，本身這個(gè)時(shí)域信號(hào)就是QAM調(diào)制信號(hào)（PAPR很低，都?xì)w一化在1附近了），經(jīng)過(guò)M點(diǎn)的DFT后，變換至頻域上，然后映射至N點(diǎn)FFTsize中的M點(diǎn)上，其中映射方式可以集中式或者分散式的。然后再經(jīng)過(guò)N點(diǎn)的IFFT再變換至?xí)r域上。
其中，對(duì)于分散式映射，IFFT之后的時(shí)域信號(hào)相當(dāng)于DFT之前時(shí)域信號(hào)的重復(fù)(N/M，假設(shè)能整除)，所以其PAPR也會(huì)很低；
對(duì)于集中式映射，相當(dāng)于在頻域上邊帶填充0，這樣IFFT之后的時(shí)域信號(hào)相當(dāng)于對(duì)DFT之前時(shí)域信號(hào)進(jìn)行插值，由于原來(lái)的時(shí)域信號(hào)的PAPR低，所以插值之后時(shí)域信號(hào)的PAPR依然很低。?
OFDMA 稱為多載波，是因?yàn)樵跁r(shí)域上，調(diào)制完了以后，N 個(gè)符號(hào)同時(shí)傳輸?shù)?（每一個(gè)子載波傳輸負(fù)責(zé)一個(gè)符號(hào)的傳輸，所以符號(hào)的周期是延長(zhǎng)了N倍）。
而SC-FDMA, 雖然N個(gè)符號(hào)是一起調(diào)制的，但是他們是一個(gè)接著一個(gè)傳送的，這就像我們普通的FDMA一樣。
OFDMA 有較高的PAPR，這是因?yàn)椋?jīng)過(guò)了IFFT 以后，每一個(gè)時(shí)域上的符號(hào)是那N個(gè)符號(hào)(這N 個(gè)符號(hào)是來(lái)自QPSK, 16QAM, 64QAM modulation )經(jīng)過(guò)phase rotation的和（這個(gè)是由IFFT的那個(gè)公式來(lái)的）。這樣，如果N足夠大，通過(guò)中心極限定理，那每一個(gè)傳輸?shù)姆?hào)就趨近于復(fù)高斯分布，幅度趨近于瑞利分布。瑞利分布有無(wú)限大的尾部，就是幅度的大小可以趨近于無(wú)窮大（盡管概率很小）。這樣，最大power 和平均power 的比值（PAPR)就會(huì)很大了。??
而SC-FDMA, 經(jīng)過(guò)了DFT 和IDFT變換后，傳送的符號(hào)就是輸入的符號(hào)(符號(hào)周期變短了），所以 peak power 不會(huì)太大。?
對(duì)于OFDM，每個(gè)已調(diào)符號(hào)映射到不同的子載波上，然后疊加在一起發(fā)送，發(fā)送的時(shí)域信號(hào)就是很多信號(hào)的疊加 。
而對(duì)于DFT-S-OFDM，每個(gè)符號(hào)經(jīng)過(guò)DFT擴(kuò)展到各個(gè)子載波上，也就是說(shuō)每個(gè)符號(hào)在各個(gè)子載波上都有信息承載，所以將這些子載波一起看作一個(gè)寬帶載波，所以稱為單載波。
第七部分：SC-FDMA是什么？
SC-FDMA的全稱是?Signal-carrier?frequency?division?multiple?access。和其它多址接入方式(TDMA,FDMA,CDMA,OFDMA)一樣。
SC-FDMA主要是針對(duì)多用戶共享通信資源所提出的，其作為L(zhǎng)TE?uplink的候選方案。
那么SC-FDMA是在什么情況下提出的呢？
SC-FDMA的提出是以O(shè)FDMA為基礎(chǔ)，是針對(duì)OFDMA的以下缺點(diǎn)而提出的一種新的解決方案：
(1)較大的功率峰值均值比，PAPR較大；
(2)對(duì)于頻偏敏感；
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置SC-FDMA與OFDMA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：
從圖中可以清楚地看出SC-FDMA與OFDMA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差別。
和OFDMA一樣，在SC-FDMA系統(tǒng)中，用戶使用不同的正交子載波傳輸符號(hào)信息。完成這一步操作的功能單元即為上圖中的’Subcarriers?Map’模塊。SC-FDMA的子載波映射分?為兩種方式：
(1)?Localized?FDMA（LFDMA）
?每個(gè)終端用戶分配一段連續(xù)的子載波；?每個(gè)終端用戶的帶寬為系統(tǒng)帶寬的1/Q（假設(shè)有Q個(gè)用戶）
(2)?Distributed?FDMA?
每個(gè)終端用戶分配一段不連續(xù)的子載波；?每個(gè)終端用戶的帶寬擴(kuò)展為整個(gè)系統(tǒng)的帶寬；?IFDMA(interleaved?FDMA)是其一個(gè)特例；后面的分析都是基于IFDMA
兩種分配方式的頻譜示意圖如下：
對(duì)應(yīng)的載波映射頻域信號(hào)示意圖如圖：
從上圖我們發(fā)現(xiàn)，SC-FDMA中涉及到了多個(gè)子載波，那么為什么又稱為Signal?Carrier呢，下面我們從數(shù)學(xué)公式上作推導(dǎo)。（這部分，忽略，我也不看）
根據(jù)推導(dǎo)公式可以得到SC-FDMA系統(tǒng)時(shí)域信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖：
對(duì)于IFDMA，發(fā)送信號(hào)是原始信號(hào)的周期延拓，而LFDMA只有在上圖中黃色部分表示的信號(hào)等于原始調(diào)制后的信號(hào)，而其它位置的信號(hào)是調(diào)制后信號(hào)的加權(quán)。
總之，SC-FDMA與OFDMA在信號(hào)處理上有非常相同的地方，個(gè)別不同的地方，是因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)景與系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的考慮所作出的權(quán)衡選擇。
第八部分：信號(hào)均衡
OFDM，實(shí)際上是MCM多載波調(diào)制的一種，是降低惡劣信道影響的一種技術(shù)。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。
【筆者按：此時(shí)可以按照子載波頻域進(jìn)行信號(hào)均衡，所以，可以稱為是多載波頻域均衡】
OFDM中的各個(gè)載波是相互正交的，每個(gè)載波在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)有整數(shù)個(gè)載波周期，每個(gè)載波的頻譜零點(diǎn)和相鄰載波的零點(diǎn)重疊，這樣便減小了載波間的干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA（如GSM）提高了頻帶利用率。
在過(guò)去的頻分復(fù)用（FDM）系統(tǒng)中，整個(gè)帶寬分成N個(gè)子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護(hù)帶寬，但這會(huì)使頻譜利用率下降。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，OFDM采用N個(gè)重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無(wú)需分離頻譜就可將信號(hào)接收下來(lái)。
參考：
https://blog.csdn.net/yanghonker/article/details/80337208
https://www.csdn.net/tags/MtTaIg5sMTkzMDU3LWJsb2cO0O0O.html
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