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    如何理解LTE中OFDMA的处理过程     作者 LTE学习大使孙宇彤（微信关注）
 页码1    发表日期11-05-02

  LTE中下行采用OFDMA，其处理过程参考书上写得都很清楚，需要经过如下过程：
  数据源-- 信道编码--QAM调制--串并转换--IFFT--CP--并串转换--载波
  但是这个过程如何理解呢？例如：
  1. 为什么IFFT前需要进行QAM调制？
  2. IFFT后为什么需要并串转换？
  3. 并串转换后符号率为什么没有提高？
  以下将围绕上述问题仔细分析一下OFDMA的处理过程。

 页码2    发表日期11-05-02    已修改11-12-14

   1.数据源-- 信道编码
  这一步骤很明确，与其他通信技术的处理方式如WCDMA很类似，最后得到一个数据块，可以认为是由许多比特（0与1）按特定顺序构成的，也就是信息。
  2.信道编码---QAM调制
  这一步骤也很明确，就是对数据块中的数据进行调制，每若干个数据比特转换为一个调制符号，这样就得到一个调制符号块。
  QAM调制的目的是充分利用载波的不同幅度，使得载波的带宽上能承载更多的比特。
  WCDMA中也有这个过程，HSPA+可以采用4QAM(QPSK)、16QAM或64QAM来调制，分别是2、4、6个数据比特转换为一个调制符号。采用64QAM后的传输效率是4QAM的300%。
  LTE的调制方法与HSPA+一致，因此从调制的效率上看，LTE与HSPA+是相当的。
  3.QAM调制--串并转换
   这一步骤也很明确，就是将调制符号块分割，分送不同的路径。LTE中1路符号变成72、180、300、600、900乃至1200路，最少也有72变。这么多路径，对应的就是IFFT的各个子载波。
   注意，有的书中QAM调制--串并转换的顺序是交换的，也就是先串并转换再进行QAM调制，从处理结果看是一致的，都是把IFFT所需的数据准备好。
  4.串并转换--IFFT
  为什么IFFT前需要进行QAM调制？从数学上看，QAM是一方面将信息从0、1二进制表达变成了实数表达；另外一方面同时传送两路，信息还变成复实数表达，信息量大了。
  而IFFT是一种算法，可以支持复实数的运算，因此允许IFFT前进行QAM调制。
  当然，复实数的运算比较复杂，对硬件要求高，但是借助QAM，可以传送更多的信息，提高传输效率，也就是能提高有人津津乐道的带宽利用效率。
  5.IFFT--CP
  为了避免无线信道时延造成的符号间干扰，因此巧妙地OFDM引入了CP，也就是循环前缀。值得注意的是，也可以采用零前缀ZP。
  6.CP--并串转换
  IFFT输出的是OFDM符号，与WCDMA中的符号不同，LTE中的OFDM符号代表一段波形，因此才会需要利用多点采样值来组合出这个波形，而多点采样值正来自并串转换的输出。
  另外，OFDM符号代表一段波形，并串转换后还是输出一个OFDM符号，因此并串转换并不能改变OFDM符号率。换而言之，IFFT前的符号率与IFFT后的符号率都是符号，却代表不同类型的符号，因此特点是不相同的。
  CDMA技术中也有类似的地方，一个调制符号转换为一段码片，当然我们也可以把这一段码片称为一个扩频符号，但是在CDMA中强调码片这个概念，就没有提扩频符号了。
  7.并串转换--载波
  这一段就是标准的将幅度调制到载波上的过程，不过很多参考书中都没有写清楚，到底有没有用IQ调制。TS36.221中可是明明白白的写出了就是采用了IQ调制。 （附注，现在看来，不需要IQ调制了，因为OFDM已经生成波形了）

 页码3    发表日期11-05-03    已修改11-12-08

   前面描述的处理过程都是从功能上描述，类似于WCDMA中说IQ合并，只是为了更容易理解。实际设备的操作并不是如此，以下介绍我认为的设备的处理过程。
  源数据块用内存中的一段数据表示，源数据的数值用0、1二进制表示，内存中存放数据的单元数等于源数据块的比特数。
  信道编码后，数据的数值还是用0、1二进制表示，数据的单元数翻倍。
  QAM后转换为内存中的两个数据块，分别代表I路与Q路，数值也变成实数了。当然IQ数据块的单元数量比信道编码后的单元数量压缩了，但是占用内存的数量大大增加了，因为实数需要用多个比特来表示。
  串并转换是不必要的，因为IFFT算法根据IQ数据块的单元编号进行，没有必要再将内存块拆分成很多小的内存块，IFFT时直接选取某个单元的数值就行了。
  运行IFFT算法前还需要准备一个各种频率正弦波的幅值表，每种频率的正弦波至少要2048个采样点，也就是记录正弦波每（n*360/2048)°的幅值，n=1..2047，这个幅值自然也是实数。当然，现场计算也是可行的，只要DSP够快。
  IFFT算法得到的结果需要用两段内存来存储，代表I路与Q路，每段内存应该有2048个单元，存储的是实数。
  并串转换实际上采用的是DA，将每个单元的数值变成模拟量，再送到载波上，注意这里是IQ两路，需要两个DA。当然如果让一个DA分时工作也可以，只要DA的转换速度足够快。
  以上的过程只考虑了一根天线的发射，如果使用多根发射天线，也就是MIMO，所有的内存都需要相应的加倍。
  另外，实数可以用16比特表示，精读要求高就32比特，反正现在内存不贵，主要是IFFT算法的耗时会增加，对DSP的压力大。
  （附注，实数的精度与DA的要求相关，如果实数16比特，DA应该也需要16比特）

 页码4    发表日期11-12-14    已修改11-12-14

  第3页介绍的实施方法还是有一些问题，根据现在的理解，IFFT应该可以这样处理：
  首先，IFFT应该准备各种频率子载波正弦波以及余弦波的两张幅值表，每个子载波需要2048个采样点。
  IFFT运算时，先要根据IFFT的阶数，比如128、256，等等，生成工作幅值表。如果是128阶就是从幅值表中每16个采样点取一个数，得到一个工作幅值表。
  IFFT运算时，将输入的数据作为系数，分别与工作幅值表中的某个子载波（正弦波或者余弦波）相乘，也就是输入的数据作为这个子载波的幅值。
  将所有子载波的幅值相加，得到输出的波形。再用D/A将波形转换为模拟量，上变频后功放、发射。这样，实际上只需要使用一个D/A。
  这里讲的输入的数据实际上是一个实数，来源于信道编码后的数据块。数据块分组后（组的数量等于子载波数量的2倍，因为需要同时使用正弦波以及余弦波），进行进制转换，也就是把二进制的数转换为一个实数，比如011转换为0.3，111转换为0.7，如此类推，就可以得到输入的数据。
  因此，什么QAM、串并转换等等都无所谓了，最关键的是得到这个系数。

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