6. Simulaciones y Conclusiones

6
Simulaciones y
Conclusiones
6.1 Introducción
En este proyecto se ha abordado un estudio teórico sobre OFDMA y SC-FDMA, así
como su aplicación a la capa física de la interfaz radio de LTE. En el capítulo de
simulaciones el objetivo es simular un sistema LTE básico de modo que se puedan
observar las principales diferencias teóricamente expuestas entre OFDMA y SCFDMA, y cuál es el motivo por el que 3GPP ha elegido SC-FDMA para el enlace
ascendente de LTE.
Para ello, se utilizará el potente programa de simulación MATLAB. El código
empleado para alcanzar dichos resultados se puede consultar íntegro en el anexo al final
de este documento.
En concreto, el guión que se seguirá es el siguiente: Inicialmente serán expuestas las
simplificaciones del sistema a simular con respecto al modelo teórico explicado en el
capítulo cinco. Esta simulación se centrará en el enlace ascendente o uplink con el fin de
demostrar porque SC-FDMA es la simulación elegida y no OFDMA, que sí es adoptada
en el enlace descendente.
Una vez situado el escenario, se verá el aspecto de las señales OFDMA y SCFDMA en el tiempo y en frecuencia. Para SC-FDMA, se contemplará la versión
distribuida y la localizada, siendo esta última la realmente utilizada en el enlace
ascendente de LTE.
A continuación se harán pasar las señales por un amplificador de potencia y
veremos los efectos que dicho amplificador tiene sobre las señales de entrada en función
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
99
del PAPR. Dichos efectos se pueden cuantificar mediante un factor denominado MER.
Tras todos estos pasos, se detallaran los resultados derivados de las simulaciones y se
expondrán las conclusiones a las que han permitido llegar en este proyecto.
6.2 Sistema a Simular
Como se indicó anteriormente, dado que el objetivo de estas simulaciones es resaltar la
diferencia entre OFDMA y SC-FDMA y demostrar porque esta última es la técnica de
acceso al medio elegida en el enlace ascendente LTE, el escenario de las simulaciones
se localiza en el enlace ascendente de la interfaz radio de la capa física de LTE, donde
se llevan a cabo las simplificaciones necesarias con el fin de mantener los resultados de
las simulaciones didácticos pero fiables en su objetivo de demostrar las ventajas de SCFDMA en el uplink. Es por ello que se ha supuesto un canal ideal, ya que lo contrario
complicaría el sistema sin aportar nada a los resultados que se buscan en este proyecto.
A continuación se exponen los detalles del sistema a simular:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Enlace Ascendente LTE
Se suponen todos los bits enviados provenientes del canal de datos del usuario
PUSCH, por lo tanto no se tienen en cuenta los canales de control o las señales
de referencia.
Modulaciones posibles Q-PSK, 16-QAM y 64-QAM
Esquemas de acceso al medio posibles OFDMA, LFDMA y DFDMA.
Tiempo de símbolo de 66,67 (espaciado entre subportadoras de 15 KHz),
capaz de soportar desplazamientos Doppler a altas velocidades.
Se añade prefijo cíclico normal (4,71 ), suficiente para ecos en microcélulas.
Canal con ancho de banda de 20 MHz, de los cuáles se dejan 1 MHz en cada
lateral como banda de guarda para reducir las interferencias con canales
adyacentes.
100 bloques de recursos disponibles en total, a distribuir entre todos los usuarios
(1200 subportadoras, que ocupan 18 MHz en total).
2048 puntos para calcular la IFFT, lo cual da lugar a un periodo de muestreo de
32,55 .
Canal ideal, sin ruido ni multitrayecto. Por lo tanto no se incorpora ni
ecualización ni codificación de canal.
Upsampler introducido para observar correctamente los picos de la señal a la
entrada del amplificador de potencia, compuesto por una etapa donde se
intercalan cuatro muestras a cero entre cada muestra de la señal (un factor de
sobremuestreo de cuatro es el mínimo adecuado para obtener resultados
precisos), más un filtro de interpolación de Kaiser.
Amplificador de potencia representado mediante un Modelo de Rapp con factor
de suavidad 2 (modelo adecuado para sistemas trabajando a frecuencias
100
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
inferiores a 10 GHz). Se simula también un amplificador ideal de recorte con
factor de suavidad 256.
6.3 Representación Señales en Tiempo y
LLllFrecuencia.
Lo primero de todo, es visualizar el aspecto de los tres tipos de señales (OFDMA,
DFDMA y LFDMA) que se van a simular para el enlace ascendente, tanto en el
dominio del tiempo como en frecuencia. A la hora de obtener los resultados finales de
PAPR y MER se simularán esquemas de modulación Q-PSK, 16-QAM y 64-QAM,
aunque en este apartado solo visualizaremos el aspecto de señales con Q-PSK, por no
repetir en exceso el mismo tipo de gráficas, ya que el aspecto de las señales Q-PSK,16QAM y 64-QAM es muy parecido, solamente variando los valores posibles de los
símbolos modulados, lo cual, si bien afecta los valores de las señales en el dominio del
tiempo, no presenta diferencias dignas de resaltar.
En concreto, para cada señal se utiliza un esquema Q-PSK y 25 bloques de recurso
por usuario (300 subportadoras). Por lo tanto, cada usuario ocupa la tercera parte de los
recursos del canal (1200 subportadoras). A continuación, se representan las señales que
enviaría un solo usuario y que se visualizan a la salida del bloque IFFT y antes de pasar
por el bloque de upsampling y amplificación.
Figura 6.1. Señal OFDMA Q-PSK con = 300 y = 2048 en un canal =
20 en tiempo y frecuencia.
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
101
Figura 6.2 Zoom sobre la Señal OFDMA Q-PSK con = 300 y = 2048 en un
canal = 20 en el tiempo.
Figura 6.3 Señal DFDMA Q-PSK con = 300 y = 2048 en un canal =
20 en tiempo y frecuencia.
102
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
Figura 6.4 Zoom sobre la Señal DFDMA Q-PSK con = 300 y = 2048 en un
canal = 20 en frecuencia.
Figura 6.5 Señal LFDMA Q-PSK con = 300 y = 2048 en un canal =
20 en tiempo y frecuencia.
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
103
Figura 6.6 Zoom sobre la Señal DFDMA Q-PSK con = 300 y = 2048 en
un canal = 20 en frecuencia.
Cabe destacar como de las tres señales en el tiempo, la correspondiente a un símbolo
OFDMA (Figura 6.1) es la que presenta mayores picos con respecto a la media, debido
a la superposición de las subportadoras en fase, lo cual, como demostraremos en
siguientes pasos de la simulación, da lugar a un mayor PAPR.
Con respecto a las señales SC-FDMA, la señal DFDMA (Figura 6.3) presenta un
aspecto algo más ruidoso que la señal LFDMA (Figura 6.5) pero sus picos son
ligeramente menos pronunciados, tal y como se deducirá de los resultados en las
simulaciones posteriores para el PAPR.
El aspecto menos ruidoso de la señal LFDMA se debe simplemente a que los
símbolos Q-PSK modulados aparecen cada / y la interpolación entre ellos es
más suave que para DFDMA donde aparecen cada / (Nótese que no aparecen
exactamente los símbolos Q-PSK debido a que no es divisor de , como si
ocurriría por ejemplo con / = 2048/256 = 8). Además, se puede comprobar
que los símbolos sufren un factor de escala /.
En la representación espectral se aprecia como OFDMA y LFDMA para un solo
usuario ocupan un tercio del ancho de banda total (6 MHz), ya que las portadoras son
adyacentes en un bloque localizado, mientras que en DFDMA se distribuyen por todo el
ancho de banda de transmisión del canal (18 MHz). En las gráficas con zoom de las
Figuras 6.4 y 6.6 se observa la diferencia entre DFDMA (funciones sinc
correspondientes a cada símbolo equiespaciadas cada 3 ∙ 15 = 45 ) y LFDMA
(adyacentes, luego se separan en 15 KHz).
104
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
6.4 Estudio del PAPR (Peak to Average
llllllPower Ratio)
En este apartado nos proponemos hallar el PAPR de las señales OFDMA y SC-FDMA
(con esquema localizado y distribuido) a la entrada del amplificador de potencia en el
terminal del usuario de LTE, para demostrar las diferencias entre los distintos métodos
de transmisión.
El PAPR es un estadístico, así que la manera más común de caracterizarlo es
mediante su CCDF (Complementary Cumulative Distribution Function), que indica la
probabilidad de que el PAPR sea mayor que un cierto valor:
! > #$
Para hallar la CCDF del PAPR, se han simulado 10% símbolos OFDMA / SC-FDMA
por cada esquema de transmisión lo que supone un buen compromiso entre la calidad de
resultados y el límite en la capacidad de procesado disponible para realizar las
simulaciones. Esta cantidad de símbolos proporciona unos resultados completamente
fiables hasta = 10&' , así que compararemos los percentiles 99,9% del PAPR para
cada esquema simulado, es decir el valor del PAPR que se sobrepasa con probabilidad
0.1% o 10&', lo cual constituye un estudio adecuado del PAPR.
En concreto, se ha simulado la señal a la salida de un bloque upsampling que
aumenta cuatro veces la frecuencia de muestreo y aplica un filtrado mediante ventana de
Kaiser, de orden diez y con factor beta igual a cinco, para la interpolación. Esto permite
obtener los picos que aparecerían en la versión analógica de la señal que realmente se
alimenta al SSPA, y limita las interferencias de la señal fuera de banda, pero aumenta en
cierta medida el PAPR.
La señal se simula con 60, 300 y 600 subportadoras por usuario, incluyendo los tres
tipos de modulaciones posibles Q-PSK, 16-QAM y 64-QAM. Los resultados se recogen
en la Tabla 6.1. El aspecto de las curvas es bastante parecido en todas las simulaciones,
así que solamente se muestran algunas para no hacer innecesariamente exhaustivo este
apartado.
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
105
Tabla 6.1 Comparativa del percentil 99,99% del PAPR.
60
subportadoras.
(5 bloque de
recursos LTE)
12,1 dB
300
subportadoras.
(25 bloques de
recursos LTE)
12,5 dB
600
subportadoras.
(50 bloques de
recursos LTE)
12,73 dB
,-PSK LFDMA
8 dB
8,05 dB
8,16 dB
8 dB
8,3 dB
8,29 dB
16-QAM OFDMA
12,05 dB
12,47 dB
12,73 dB
9,25 dB
9,28 dB
9,49 dB
16-QAM LFDMA
9,22 dB
9,5 dB
9,57 dB
64-QAM OFDMA
12 dB
12,53 dB
12,69 dB
9,53 dB
9,6 dB
9,73 dB
9,5 dB
9,83 dB
9,86 dB
,-PSK OFDMA
,-PSK DFDMA
16-QAM DFDMA
64-QAM DFDMA
64-QAM LFDMA
Figura 6.7 CCDF del PAPR de las señales OFDMA, DFDMA y LFDMA con
modulación Q-PSK, = 60 y = 2048 en un canal = 20 .
106
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
Figura 6.8 CCDF del PAPR de las señales OFDMA, DFDMA y LFDMA con
modulación 16-QAM, = 300 y = 2048 en un canal = 20 .
Como se observa en la tabla que recoge los resultados, la principal conclusión que se
extrae de esta simulación es que el PAPR de SC-FDMA es notablemente inferior al de
OFDMA (entre 3 y 4 dB, dependiendo del esquema de modulación y el número de
portadoras).
Además se observa como el PAPR de OFDMA no depende del esquema de
modulación que se utilice, mientras que para SC-FDMA es preferible utilizar Q-PSK
porque mejora los resultados con respecto a 16-QAM y, sobre todo, a 64-QAM.
Tanto en OFDMA como en SC-FDMA incrementar el número de portadoras
ocupadas por usuario, significa aumentar un poco el PAPR de la señal enviada por
dicho usuario.
Con respecto a la diferencia entre DFDMA y LFDMA en términos de PAPR, ésta es
poco apreciable como se observa en los resultados de la simulación. Sí es cierto, que
utilizando un elevado número de portadoras enviadas por cada usuario, la señal tiene un
PAPR ligeramente inferior para la versión distribuida.
El esquema que disminuye el PAPR de manera muy significativa es el entrelazado
IFDMA, pero dicho esquema no se ha incluido en las simulaciones por no ser posible su
implementación en la práctica en LTE, ya que haría falta que las subportadoras
equiespaciadas se distribuyeran de manera uniforme por todo los puntos de la IFFT, lo
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
107
cual supondría un ancho de banda ocupado de 2048 ∙ 15 = 30,72 . Muy
superior a lo que se puede incorporar en el mayor de los canales LTE.
En cualquier caso, la aceptable mejora de PAPR de LFDMA y DFDMA con respecto a
OFDMA ya justifica sobradamente el uso de SC-FDMA en un escenario del tipo enlace
ascendente donde la potencia de transmisión es limitada, como demostraremos en las
siguientes simulaciones.
6.5 Efectos del SSPA sobre Señales
llllllllOFDMA y SC-FDMA
Tras haber caracterizado el PAPR en OFDMA y SC-FDMA, en este apartado se
pretende analizar por medio de la simulación, los diferentes efectos introducidos por la
no linealidad del amplificador de potencia de estado sólido, SSPA, sobre las señales
OFDMA y SC-FDMA debido a sus distintos valores de PAPR. Se demostrará como
SC-FDMA es una solución a los efectos negativos que aparecen en OFDMA como
consecuencia de un alto PAPR.
Se han dibujado los histogramas así como las constelaciones de las señales de salida
del amplificador, comparándose con los de la señal a la entrada. En las constelaciones,
para distinguir mejor la variación entre los valores antes y después del SSPA se han
asignado color rojo y azul respectivamente a cada una. Para mejor entendimiento de los
resultados se dibujan, también, las formas de onda en tiempo y frecuencia.
Sin embargo, no solamente se estudian los efectos de manera gráfica sino que se
recogen de forma numérica mediante un factor llamado MER, el cual se define como el
cociente entre la potencia de la señal ideal y de la señal error a la salida del SSPA, y
refleja como de perjudicada o esparcida ha resultado la constelación.
Se recuerda que se sigue trabajando en el enlace ascendente de LTE y con los
parámetros indicados en el apartado 6.2 de este capítulo.
Para modelar el amplificador de potencia, como se indicó en el capítulo tres,
escogemos el modelo de Rapp, que es sencillo pero refleja correctamente las
distorsiones en amplitud que sufre la señal a consecuencia de la no linealidad del SSPA.
La función de transferencia venía dada por
./00 1#) =
|#|
31 + 5
|#|
6
:
80 80
7 9
108
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
Donde, el factor de suavidad, suele tomarse ; = 2 para transmisores por debajo de
10 <. Como se observa en la Figura 6.9, para ; = 256 el amplificador converge a
un amplificador ideal de recorte. En la simulación se ha tomado ; = 2 y ; = 256 e
iremos modificando 6 (IBO de 3dB, 6 dB y 9dB), para observar los efectos de un
SSPA no lineal ideal y otro más realista sobre una señal de entrada OFDMA y SCFDMA (distribuida y localizada) con un nivel de amplitud medio dado.
Figura 6.9. Función de transferencia del SSPA para diferentes valores de p (Modelo de
Rapp).
Figura 6.10 Histograma señal LFDMA con modulación Q-PSK, = 300 y =
2048 en un canal = 20 , antes y después de pasar por un SSPA con ; = 2.
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
109
Figura 6.11 Histograma señal OFDMA con modulación 16-QAM, = 300 y =
2048 en un canal = 20 , antes y después de pasar por un SSPA con ; = 2
(matriz superior) y ; = 256 (matriz inferior).
110
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
Figura 6.12. Histograma señal DFDMA con modulación 64-QAM, = 300 y
= 2048 en un canal = 20 , antes y después de pasar por un SSPA
con ; = 2.
Como no hay espacio para incluir las gráficas de todas las simulaciones llevadas a cabo,
se han incluido tres figuras que ejemplifiquen la variedad de esquemas y opciones
disponibles. Por ejemplo, en la Figura 6.10 se observan los histogramas y
constelaciones de una señal SC-FDMA localizada con modulación Q-PSK antes y
después de pasar por el SSPA.
Lo mismo para la Figura 6.11 pero con un esquema OFDMA 16-QAM, y además en
este caso se ilustra la diferencia entre aplicar un amplificador ideal de recorte ; = 256 y
un amplificador más realista ; = 2. El amplificador de recorte provoca un pico de
muestras en los valores correspondientes a la amplitud de saturación del mismo,
mientras que el modelo realista no presenta dicho pico ya que la saturación se alcanza
de manera progresiva.
En la Figura 6.12 se observan los resultados para una señal DFDMA 64-QAM con
un amplificador con ; = 2. Como se observa en los histogramas de las señales antes de
ser distorsionadas por el SSPA, la señal OFDMA presenta una distribución Rayleigh,
debido a la distribución normal de sus componentes en fase y cuadratura como se indicó
en los capítulos teóricos. Por otra parte, las señales SC-FDMA no presentan una función
de distribución conocida.
Tras pasar por el SSPA, se observa como la constelación de muestras sufre una
distorsión en amplitud, que como se demostró en el capítulo tres de OFDM, se puede
modelar como un ruido aditivo de carácter gaussiano. Esto se suele medir mediante el
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
111
factor MER (Modulation Error Ratio) que es el cociente expresado en decibelios entre
la potencia de la señal antes de pasar por el SSPA y la potencia de la señal error y nos
da una idea cuantitativa del esparcimiento sufrido por la constelación.
En las siguientes tablas se detallan los valores de MER para todas las simulaciones
realizadas. Es interesante fijarse, sobre todo, en las celdas en color celeste que indican
los valores para un modelo realista de SSPA (en todos los casos son inferiores a los del
modelo ideal, como cabría esperar).
Se confirman los resultados que se esperaban debido al inferior PAPR de SCFDMA y a las constelaciones anteriormente dibujadas. El error de modulación debido a
la amplificación es sensiblemente menor para SC-FDMA que para OFDMA, lo cual
permite utilizar valores pequeños de IBO (de alrededor de 6 dB según el esquema de
modulación) para una amplificación sin distorsiones y energéticamente eficiente en el
enlace ascendente.
Por poner un ejemplo de la mejora que proporciona SC-FDMA con respecto a
OFDMA, obsérvese en la región celeste de la Tabla 6.2 (que corresponde a una
modulación Q-PSK y a un SSPA con factor de suavidad igual a dos) como se obtiene un
MER ligeramente superior con una IBO de 6 dB (28,4 dB) a la que se obtendría en
OFDMA con una IBO de 9 dB (26,3 dB). Dentro de SC-FDMA, no existe
prácticamente diferencia entre LFDMA y DFDMA como se observa en los valores
recogidos en las tablas.
Tabla 6.2 Valores de MER con modulación Q-PSK y distintos tipos de SSPA.
SSPA ; = 256
IBO=3 dB
SSPA ; = 256
IBO=6 dB
SSPA ; = 256
IBO=9 dB
SSPA ; = 2
IBO=3 dB
SSPA ; = 2
IBO=6 dB
SSPA ; = 2
IBO=9 dB
Q-PSK
OFDMA
14.6 dB
Q-PSK
DFDMA
28.7 dB
Q-PSK
LFDMA
29.3 dB
23.4 dB
222.3 dB
308.5 dB
38.3 dB
307.8 dB
308.5 dB
12.7 dB
19.2 dB
19.1 dB
18.5 dB
28.4 dB
28.4 dB
26.3 dB
39.3 dB
39.3 dB
112
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
Tabla 6.3 Valores de MER con modulación 16-QAM y distintos tipos de SSPA.
SSPA ; = 256
IBO=3 dB
SSPA ; = 256
IBO=6 dB
SSPA ; = 256
IBO=9 dB
SSPA ; = 2
IBO=3 dB
SSPA ; = 2
IBO=6 dB
SSPA ; = 2
IBO=9 dB
16-QAM
OFDMA
15.4 dB
16-QAM
DFDMA
21.8 dB
16-QAM
LFDMA
22 dB
25.1 dB
36 dB
44 dB
49.6 dB
307.8 dB
309.6 dB
13.2 dB
16.5 dB
16.5 dB
19.4 dB
24.5 dB
24.6 dB
27.6 dB
34.3 dB
34.8 dB
Tabla 6.4 Valores de MER con modulación 64-QAM y distintos tipos de SSPA
SSPA ; = 256
IBO=3 dB
SSPA ; = 256
IBO=6 dB
SSPA ; = 256
IBO=9 dB
SSPA ; = 2
IBO=3 dB
SSPA ; = 2
IBO=6 dB
SSPA ; = 2
IBO=9 dB
64-QAM
OFDMA
16 dB
64-QAM
DFDMA
20.2 dB
64-QAM
LFDMA
19.9 dB
29 dB
38.4 dB
34.8 dB
76.5 dB
308.1 dB
309.5 dB
13.4 dB
15.8 dB
15.6 dB
20.1 dB
23.6 dB
23.2 dB
29.1 dB
33.5 dB
32.8 dB
Por último, una manera alternativa de observar los efectos del SSPA sobre las señales
OFDMA y SC-FDMA es visualizando directamente las señales en tiempo y frecuencia
antes y después de su paso a través del amplificador. Tal y como se expuso en los
capítulos teóricos, la no linealidad del SSPA tiene dos efectos observables en el
espectro de la señal. Uno el recrecimiento espectral que incrementa la interferencia con
canales adyacentes y otro la distorsión en banda que puede estropear la señal enviada
como se ha observado en el estudio de las constelaciones en este capítulo.
En las dos siguientes figuras se muestran como ejemplo dos señales 64-QAM a la
salida de un SSPA con factor de suavidad dos. Como se observa, la señal OFDMA al
tener picos muy pronunciados en el tiempo, se ve muy afectada por la región de
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
113
saturación del SSPA, especialmente para valores de IBO reducidos. Este efecto es
mucho menor para la señal LFDMA, que sufre menor recrecimiento espectral y menor
distorsión en banda (aunque los efectos en banda se comprueban mejor como se hizo
antes, dibujando la constelación) Otro dato interesante, es comprobar mirando los
espectros como el shoulder o la caída del espectro inmediatamente al final de la banda
de transmisión con respecto al centro de la banda de transmisión se corresponde
aproximadamente con el valor de MER más 3dB que se deben a que la última portadora
sufre la mitad de ruido que la central, de nuevo, aproximadamente.
Figura 6.13 Señal OFDMA con modulación 64-QAM, = 300 y = 2048 en un
canal = 20 , antes y después de pasar por un SSPA con ; = 2.
114
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE
Figura 6.14. Señal LFDMA con modulación 64-QAM, = 300 y = 2048 en un
canal = 20 , antes y después de pasar por un SSPA con ; = 2.
6.6 Conclusiones
La realización de estas simulaciones ha permitido confirmar buena parte de los
fundamentos explicados en los capítulos teóricos sobre OFDMA y SC-FDMA
ilustrándolos de manera gráfica y caracterizándolos mediante resultados.
En concreto, el principal resultado obtenido al comparar SC-FDMA y OFDMA en el
enlace ascendente de LTE, ha sido la demostración de cuál de ellos conviene adoptar
para un funcionamiento más eficiente del sistema de comunicaciones móviles.
Un factor cada vez más importante para los usuarios es la autonomía del teléfono, la
cual se puede aumentar en gran medida utilizando un amplificador de potencia en el
transmisor que funcione de forma eficiente y por lo tanto no dispare el consumo de
energía. Para que un amplificador de potencia funcione eficientemente las señales a su
entrada deben tener un nivel reducido de PAPR
En estas simulaciones, se ha comprobado como las versiones localizada y distribuida
de SC-FDMA consiguen reducir significativamente la PAPR de la señal antes de ser
amplificada con respecto a OFDMA.
Por lo tanto, la mejora de eficiencia en SC-FDMA es notable, gracias a la
posibilidad de alimentar el amplificador con valores de potencia relativamente bajos que
permiten obtener una señal con distorsión despreciable, tal y como se ha reflejado en los
SIMULACIONES Y CONCLUSIONES
115
elevados valores del factor MER para valores pequeños de IBO, tanto para LFDMA
como para DFDMA, lo cual se ha comprobado, también, gráficamente obteniéndose
constelaciones poco dispersas.
Queda justificado, pues, incorporar SC-FDMA en el enlace ascendente de LTE, ya
que aunque el receptor en SC-FDMA presente una mayor complejidad, ésta es
perfectamente asumible al encontrarse dicho receptor en una estación base.
Se ha comprobado, también, que las versiones localizadas y distribuidas de SCFDMA presentan unos resultados muy similares. El grupo 3GPP ha optado por la
versión localizada, LFDMA, para el enlace ascendente. La versión entrelazada que
ofrecería unos resultados de PAPR incluso mejores, no es implementable en un sistema
LTE práctico.
Aparte de la mejora de SC-FDMA con respecto al consumo de batería en el enlace
ascendente, tanto SC-FDMA como OFDMA incorporan soluciones muy útiles para la
mejora de la capacidad y la calidad de la transmisión en un sistema de comunicaciones
móviles. Como se ha observado en las gráficas, se aprovecha el espectro radioeléctrico
de manera muy eficiente al ser las subportadoras ortogonales e incorporarse múltiples
esquemas de modulación, pudiéndose, además, realizar el mapeo de las subportadoras
adaptándose a la respuesta en frecuencia del canal inalámbrico que vería cada usuario
en un entorno real de comunicaciones móviles. Además el prefijo cíclico que se
incorpora ofrece robustez ante los ecos que aparecen en un canal inalámbrico. Por otra
parte, el transmisor y receptor se consigue implementar con sencillas operaciones
debido al uso de la IFFT y FFT.
En resumen, teniendo en cuenta que, como se ha demostrado, SC-FDMA soluciona
el principal problema que supondría incorporar OFDMA en el enlace ascendente, y que
ambas técnicas de acceso al medio comparten características muy beneficiosas para la
comunicación en la interfaz radio de un sistema de comunicaciones móviles, se puede
afirmar que el uso de OFDMA y SC-FDMA en los enlaces descendente y ascendente de
LTE, hace que dicho sistema ofrezca elevadas prestaciones en su interfaz radio, lo cual
unido a la renovada arquitectura de red completamente orientada a los paquetes de
datos, redunda en una experiencia mejorada para el usuario de telefonía móvil con
respecto a anteriores generaciones, en un mercado cada vez más exigente, donde
factores como la tasa de transmisión o el consumo de batería son tan importantes.
116
OFDMA Y SC-FDMA EN LA INTERFAZ RADIO DE LTE