На LTE сильно влияют требования для высокой пиковой скорости передачи (100 Мбит/с), спектральной эффективности и ширины полосы в нескольких каналах от 1,25 до 20 МГц. Для осуществления указанных требований в качестве основы для уровня PHY выбран мультиплекс с ортогональным частотным разделением. OFDM восходит к 1960-м годам. С тех пор достижения в области электроники и обработки сигналов сделали его технологией, широко используемой в таких системах доступа, как 802.11 (WiFi) и 802.16 (WiMAX), а также в системах вещания.

В дополнение к нему, беспроводные технологии LTE реализуют методики с несколькими антеннами, такие как MIMO (множественный вход и выходов), которые могут увеличить пропускную способность канала (пространственное мультиплексирование), либо повысить устойчивость сигнала (пространственно-временное кодирование). Вместе OFDM и MIMO являются двумя ключевыми технологиями, представленными в LTE, и представляют собой основное отличие систем 3G, которые основаны на множественном доступе с кодовым разделением.

OFDM основана на использовании множества узкополосных «несущих», распределенных по широкой полосе пропускания канала. «Несущие» являются взаимно ортогональными в частотной области, что уменьшает межсимвольные помехи. Каждая из них испытывает «плоское замирание», поскольку они имеют ширину полосы, меньшую, чем ширина полосы когерентности мобильного канала. Это устраняет необходимость в сложных частотных эквалайзерах, которые используются в 3G.

Поток информационных данных распараллеливается и распределяется для передачи. Процесс модуляции данных и их объединения эквивалентен операции обратного преобразования. В приемнике обратная операция применяется к OFDM для извлечения потока данных, что эквивалентно операции быстрого преобразования.

Методы множественного доступа

Мобильный канал распространения, как правило, является дисперсионным по времени: множество копий передаваемого сигнала, принимаются с различными временными задержками из-за многолучевого распространения в результате отражений, возникающих в сигнале на пути между передатчиком и приемником. Чтобы предотвратить наложение символов и уменьшить межсимвольные помехи, защитный интервал добавляется в начале OFDM. Защитный интервал времени или циклический префикс является дублированием доли конца символа.

Применение OFDM в системе мобильного доступа имеет много преимуществ:

  • Защитный интервал увеличивает устойчивость и ограничивает помехи.
  • Устраняет необходимость подавления.
  • Позволяет гибко использовать частотный спектр.
  • Обеспечивает оптимальную скорость передачи данных для всех пользователей в ячейке.

Последняя особенность является фундаментальным аспектом: применение технологии для мультиплексирования трафика путем выделения определенных шаблонов. В дополнение к трафику данных, каналы управления могут чередоваться. Каналы управления несут информацию о сети и соте, в то время как опорные символы помогают определить отклик канала распространения.

Параметры физического уровня

Физический уровень нисходящей линии связи LTE основан на OFDMA. Однако, несмотря на многие преимущества, последний имеет определенные недостатки, такие как высокая чувствительность к смещению частоты (в результате нестабильности электроники и доплеровского разброса из-за мобильности) и высокое отношение пиковой мощности к средней.

Данную проблему можно решить с помощью усилителей мощности с высокой точкой сжатия и методов линеаризации усилителей. Хотя эти методы могут использоваться на базовой станции, они становятся дорогостоящими на пользовательском оборудовании. LTE использует FDMA с одной несущей с циклическим префиксом в восходящей линии связи, что уменьшает PAPR.