SC-FDMA VS OFDMA

Ref: https://blog.csdn.net/yanghonker/article/details/80337208 LTE上行SC-FDMA 下行采用OFDMA的原因

OFDMA 称为多载波，是因为在时域上，调制完了以后，N 个符号同时传输的（每一个子载波传输负责一个符号的传输，所以符号的周期是延长了N倍）。而SC-FDMA, 虽然N个符号是一起调制的，但是他们是一个接着一个传送的，这就像我们普通的FDMA一样。

OFDMA 有较高的PAPR，这是因为，经过了IFFT 以后，每一个时域上的符号是那N个符号(这N 个符号是来自QPSK, 16QAM, 64QAM modulation )经过phase rotation的和（这个是由IFFT的那个公式来的）。这样，如果N足够大，通过中心极限定理，那每一个传输的符号就趋近于复高斯分布，幅度趋近于瑞利分布。瑞利分布有无限大的尾部，就是幅度的大小可以趋近于无穷大（尽管概率很小）。这样，最大power 和平均power 的比值（PAPR)就会很大了。
而SC-FDMA, 经过了DFT 和IDFT变换后，传送的符号就是输入的符号(符号周期变短了），所以 peak power 不会太大。
对于OFDM，每个已调符号映射到不同的子载波上，然后叠加在一起发送，发送的时域信号就很多信号的叠加
而对于DFT-S-OFDM，每个符号经过DFT扩展到各个子载波上，也就是说每个符号在各个子载波上都有信息承载，所以将这些子载波一起看作一个宽带载波，所以称为单载波。

发现油管上很多阿三讲的LTE原理, 不知道是不是因为印度人教育基础建设跟不上反而促进了在线教育的发展。XD

下面贴几个很好的阿三tutorial, 基本上看完以后就可以比较清楚简明地理解SC-FDMA原理.

https://www.youtube.com/playlist?list=PLgQvzsPaZX_Zmvc17FPPEcdgQGcoIzLrn 的前两节：LTE Radio Primer Part 1: OFDM Signal ；LTE Radio Primer Part 2: OFDM Transmitter & Receiver 第一节讲了原理，第二节讲了简要实现

https://www.youtube.com/watch?v=4jKLkF4mGw0&list=PLTgNKd4RxFTY_rhPBYyFJ-qVwMHNgebJe&index=48 Lecture 47: FFT/IFFT Processing in OFDM 这节是用公式的角度来讲为什么要采用IFFT和大致怎么处理。这个教授的系列视频完全从数学和信号处理的角度去讲3gpp技术原理的。可以当做空闲时间参考。

https://www.youtube.com/watch?v=MBcGO3EC3Qs&list=PLE6yE0jB6BTOY6Z1DKEkQ8yZ8fFPUiCD8&index=10 2.4 - OFDMA/SC-FDMA Part 2 - Fundamentals of 4G (LTE) 这集讲了OFDM/SC-FDMA在LTE系统里的实现。总结概括。简明扼要。 byLTE官方频道

SC-FDMA Scheme 比OFDMA 多了DFT@TX (或IDFT@RX). 图标黄匡block.

OFDMA会把多个正交的sc重叠在一个窄带里,此时,虽然这些sc彼此正交即independent, 但这些相位相近的sc叠加会受到初始相位信号的调制而产生高PAPR.

“但由于OFDM 符号是由多个独立经过调制的子载波信号叠加而成的，当各个子载波相位相同或者相近时，叠加信号便会受到相同初始相位信号的调制，从而产生较大的瞬时功率峰值，由此进一步带来较高的峰值平均功率比（PAPR—Peak to Average Power Ratio），简称峰均比(PAPR)。由于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，所以峰均比较大的MIMO-OFDM信号极易进入功率放大器的非线性区域，导致信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能严重下降。高峰均比已成为MIMO-OFDM 的一个主要技术阻碍。” ——baidu baike

在手机里的modem，都是用SC-FDMA架构。因为SC-FDMA, i.e. single carrier FDMA, 可以避免OFDMA的高PAPR缺陷。

SC-FDMA在一个时刻就处理一个大symbol. 而不是像OFDMA那样同时处理多个sc或者 symbol. （PAPR正比于sc number）

如图：

从上图例子看出，发1个OFDMA Sym就并行发一次, 一次持续时间66.7us. 而发SC-FDMA Sym要串行发4次, 4次加一起也是66.7us，没一次发一个60kHz带宽的modulation symbol.也就是右图正面先发的深灰色4个峰连一起的BW，然后是灰色，然后深蓝然后蓝.

Following points summarizes difference between SC-FDMA and OFDMA from the figure-1.

• OFDMA transmits 4 qpsk symbols in parallel, one data symbol per subcarrier. SC-FDMA transmits qpsk symbols in the series but at 4 time the rate compare to OFDMA. Here qpsk symbol occupy much wider bandwidth about M x 15KHz where M is no. subcarriers.

• From the figure it is imperative that OFDMA is multi-carrier system with one data symbol carried over by one subcarrier; while SC-FDMA is a single carrier system where in each qpsk symbol is carried by one much wider bandwidth subcarrier. Refer difference between SC vs OFDM page to understand concepts of Single Carrier(SC) vs OFDM.

http://www.rfwireless-world.com/Articles/difference-between-SC-FDMA-and-OFDMA.html

可以从图中看出， OFDMA Sym和SC-FDMA Sym在时间上长度都是66.7us. 但是SC-FDMA,从sub symbol个数来看（把1个15kHz对映的时频块看做1个sub symbol），有更多sub symbols.

下面是general scheme of SC-FDMA data flow:

ref: http://www.rfwireless-world.com/Articles/difference-between-SC-FDMA-and-OFDMA.html

ref: https://note-on-clouds.blogspot.com/2017/12/lte-sc-fdma-vs-ofdma-1.html

PS:称呼上

CP-OFDM = OFDM

DFT-s-OFDMA = SC-FDMA

Ref: "Conventional Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (CP-OFDM) with the option of receiver-transparent windowing is the waveform of choice for the downlink (DL). For the uplink (UL), two options are agreed, namely CP-OFDM and DFTs-OFDM (Discrete Fourier Transform spread OFDM, also known as Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
(SC-FDMA)." -------On the PAPR Characteristics of DFT-s-OFDM with Geometric and Probabilistic Constellation Shaping, Anastasios Kakkavasy, Wen Xu, Jian Luo, Mario Casta˜neda and Josef A. Nossek

https://www.5g-xhaul-project.eu/download/Kakkavas_On_PAPR.pdf

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