LTE時(shí)頻資源資料

1、LTE時(shí)域、頻域和空間域資源 對(duì)于LTE中的上下行傳輸，我們首先要確定使用哪些資源來發(fā)送這些數(shù)據(jù)。本章將對(duì)LTE中的時(shí)頻資源結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，如果沒有特別說明，則介紹的內(nèi)容同時(shí)適用于FDD和TDD、上行和下行。1.1 時(shí)域 為了提供一致而精確的時(shí)間定義，LTE定義了一個(gè)基本的時(shí)間單位秒。該時(shí)間單位可以看作是基于FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換）且FFT大小等于2048的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)所使用的采樣時(shí)間。 在時(shí)域上，上下行傳輸都被組織成10 ms（）的系統(tǒng)幀（system frame，或稱為無線幀：radio frame）。LTE支持2種系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)：用于FDD的類型

2、1和用于TDD的類型2。1、幀結(jié)構(gòu)類型1（FDD：上下行數(shù)據(jù)在不同的頻率內(nèi)傳輸，使用成對(duì)頻譜，支持全雙工和半雙工）圖1-1：幀結(jié)構(gòu)類型1（FDD） FDD下，每個(gè)系統(tǒng)幀長達(dá)10 ms，由10個(gè)子幀（subframe）組成。每個(gè)子幀長達(dá)1 ms，由2個(gè)連續(xù)的slot組成。每個(gè)slot長達(dá)0.5 ms（）。 對(duì)于FDD而言，上下行傳輸是通過頻域區(qū)分開的。在每一個(gè)10 ms內(nèi)，各有10個(gè)子幀可用于上行傳輸和下行傳輸。2、幀結(jié)構(gòu)類型2（TDD：上下行數(shù)據(jù)在同一頻率內(nèi)傳輸，使用非成對(duì)頻譜）圖1-2：幀結(jié)構(gòu)類型2（TDD，5 ms切換周期） TDD下，每個(gè)系統(tǒng)幀長達(dá)10 ms，由2個(gè)長達(dá)5 ms的半幀（h

3、alf-frame）組成。每個(gè)半幀由5個(gè)長達(dá)1 ms的子幀組成。TDD中的子幀包括正常子幀和特殊子幀。 對(duì)于TDD而言，上下行傳輸是通過時(shí)域區(qū)分開的。 TDD支持7種不同的上下行配置（uplink-downlink configuration），對(duì)應(yīng)不同的上下行配比，具體見36.211的Table 4.2-2。其中“D”對(duì)應(yīng)一個(gè)下行子幀，“U”對(duì)應(yīng)一個(gè)上行子幀，“S”對(duì)應(yīng)一個(gè)特殊子幀。與特殊子幀相對(duì)應(yīng)，我們將“D”和“U”對(duì)應(yīng)的子幀稱為正常子幀。 TDD上下行配置是通過RRC消息中的TDD-Config -> subframeAssignment字段來設(shè)置的。Table 4.2-2: U

4、plink-downlink configurations.Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUD 從Table 4.2-2可以看出，TDD上下行配置支持5 ms和10 ms的下行到上行的切換周期。在5 ms的切換周期中，在2個(gè)

5、半幀都存在特殊子幀；在10 ms的切換周期中，只有第一個(gè)半幀存在特殊子幀。 注意：在本書中，為了描述的方便，我們將TDD的7種不同的上下行配置簡稱為TDD 06。例如TDD 1表示TDD Uplink-downlink configuration 1。 TDD下的正常子幀結(jié)構(gòu)與FDD下的子幀結(jié)構(gòu)是相同。 特殊子幀包含3個(gè)域：DwPTS、GP和UpPTS，這3個(gè)域的時(shí)長相加等于1 ms。特殊子幀有9種不同的配置，對(duì)應(yīng)不同的DwPTS和UpPTS長度，見36.211的Table 4.2-1。特殊子幀配置是通過RRC消息中的TDD-Config -> specialSubframePatter

6、ns字段設(shè)置的。Table 4.2-1: Configuration of special subframe (lengths of DwPTS/GP/UpPTS). （36.211）Special subframe configurationNormal cyclic prefix in downlinkExtended cyclic prefix in downlinkDwPTSUpPTSDwPTSUpPTSNormal cyclic prefix in uplinkExtended cyclic prefix in uplinkNormal cyclic prefix in uplink

7、Extended cyclic prefix in uplink01234567-8- 與FDD類似，TDD下的每個(gè)子幀（包括特殊子幀）長達(dá)1 ms，由2個(gè)連續(xù)的slot組成，每個(gè)slot長達(dá)0.5 ms（）。 子幀0、5以及DwPTS總是用于下行傳輸；UpPTS以及緊隨特殊子幀之后的子幀總是用于上行傳輸。圖1-3：LTE時(shí)域結(jié)構(gòu) 對(duì)于FDD和TDD而言，系統(tǒng)幀的編號(hào)范圍為0 1023；一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)的子幀編號(hào)范圍為0 9；一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)的slot編號(hào)范圍為0 19，即子幀包含slot 和。 協(xié)議中系統(tǒng)幀號(hào)（System Frame Number，SFN）使用表示，一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)slot號(hào)使用表示，

8、一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)的子幀號(hào)使用表示。 一個(gè)slot由多個(gè)符號(hào)（symbol）組成，每個(gè)符號(hào)（用表示）由循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，簡稱CP）和可用的符號(hào)時(shí)間組成。上行使用SC-FDMA符號(hào)（SC-FDMA symbol），下行使用OFDM符號(hào)（OFDM symbol）。 一個(gè)slot包含的符號(hào)數(shù)（下行：；上行：）取決于循環(huán)前綴的長度和子載波的間距（子載波的介紹見下一節(jié)），如下表所示（下行見36.211的Table 6.2.3-1；上行見36.211的Table 5.2.3-1）。Table 6.2.3-1: Physical resource blocks parameters. （36.

9、211）ConfigurationNormal cyclic prefix127Extended cyclic prefix6243Table 5.2.3-1: Resource block parameters.（36.211）ConfigurationNormal cyclic prefix127Extended cyclic prefix126 從上表可以看出，除了TDD中的特殊子幀，當(dāng)正常子幀（包括FDD和TDD）使用正常的循環(huán)前綴（normal cyclic prefix，簡稱為normal CP）時(shí)，每個(gè)slot由7個(gè)符號(hào)（）組成；當(dāng)正常子幀使用擴(kuò)展的循環(huán)前綴（extended c

10、yclic prefix，簡稱為extended CP）時(shí)，每個(gè)slot由6個(gè)符號(hào)（）組成。 OFDM系統(tǒng)中可以插入一段空白符號(hào)作為保護(hù)間隔，這樣做雖然能消除ISI（符號(hào)間干擾），但不能消除ICI（子載波間干擾）。循環(huán)前綴是將OFDM信號(hào)的最后一定長度內(nèi)的部分提取出來放在OFDM信號(hào)的頭部，將加入了循環(huán)前綴的后變長了的OFDM信號(hào)作為新的OFDM信號(hào)，這樣就可以完全消除ISI和ICI。 循環(huán)前綴有正常的循環(huán)前綴和擴(kuò)展的循環(huán)前綴之分，其區(qū)別在于長度的不同。如下表（下行見36.211的Table 6.12-1；上行見36.211的Table 5.6-1）所示。Table 6.12-1: OFDM

11、parameters. （36.211）ConfigurationCyclic prefix length Normal cyclic prefixExtended cyclic prefixTable 5.6-1: SC-FDMA parameters. （36.211）ConfigurationCyclic prefix length Normal cyclic prefixExtended cyclic prefix UE是在小區(qū)搜索過程中確定下行的循環(huán)前綴長度的，并通過接收RRC消息中的UL-CyclicPrefixLength字段確定上行的循環(huán)前綴長度。 從前面的2張表可以看出，對(duì)于

12、正常的循環(huán)前綴，每個(gè)slot的第一個(gè)符號(hào)的循環(huán)前綴長度比其它的符號(hào)要大。這是因?yàn)?.5 ms的slot長度（對(duì)應(yīng)15360個(gè)），是不能被7整除的，所以第一個(gè)符號(hào)的循環(huán)前綴要長一些。對(duì)于擴(kuò)展的循環(huán)前綴，就不存在這個(gè)問題（15360能被6整除）。 每個(gè)符號(hào)中，可用的符號(hào)時(shí)間為2048個(gè)。 可以看出，對(duì)于一個(gè)slot，其長度等于所有symbol的長度相加。對(duì)于正常的循環(huán)前綴，有。對(duì)于擴(kuò)展的循環(huán)前綴，有。對(duì)于TDD下的特殊子幀，DwPTS、GP和UpPTS這3個(gè)域的時(shí)長相加等于1 ms，即，對(duì)于DwPTS和UpPTS的長度見36.211的Table 4.2-1，剩下的長度為GP的長度（注意：雖然特殊子

13、幀的結(jié)構(gòu)不同，但我們可以認(rèn)為其符號(hào)數(shù)同正常子幀的符號(hào)數(shù)是一樣的）。 對(duì)照36.211的Table 4.2-1，可得到正常的循環(huán)前綴下，特殊子幀的DwPTS/UpPTS/GP所占的symbol數(shù)，見表1-1。表1-1：正常的循環(huán)前綴下，特殊子幀的DwPTS/UpPTS/GP所占的symbol數(shù)（共14個(gè)symbol）特殊子幀配置DwPTSUpPTSGP031101914210133111241211532969237102281121 DwPTS可被當(dāng)作正常的下行子幀來看待，即可用于PDSCH傳輸。但由于DwPTS的長度（所占的symbol數(shù)）小于正常的下行子幀，所以其攜帶的數(shù)據(jù)量要更少（從36

14、.213的7.1.7節(jié)可以看出，DwPTS攜帶的數(shù)據(jù)量為正常下行子幀的0.75倍）。 注：對(duì)于正常循環(huán)前綴下的特殊子幀配置0和5，或擴(kuò)展的循環(huán)前綴下的特殊子幀配置0和4來說，其DwPTS只占3個(gè)symbol，長度太短，所以不能用于PDSCH傳輸。 UpPTS由于長度太短，不能用于PUSCH傳輸，而只能用于SRS或PRACH傳輸。 定義2個(gè)循環(huán)前綴長度的原因在于：（1）一個(gè)更長的循環(huán)前綴，雖然從循環(huán)前綴的開銷角度來說效率更低，但在某些帶有廣泛的傳輸延遲的特定場景下，如非常大的小區(qū)，可能會(huì)帶來好處。但需要注意的是，一個(gè)更長的循環(huán)前綴并不一定會(huì)對(duì)大型的小區(qū)帶來好處，即使這種情況下延遲傳播是非常廣泛的

15、。如果在大型小區(qū)中，鏈路的性能主要受限于噪聲，而不是受限于循環(huán)前綴不能覆蓋剩余的時(shí)間彌散所導(dǎo)致的信號(hào)損壞，此時(shí)使用更長的循環(huán)前綴所帶來的額外的無線信道時(shí)間彌散的可靠性，可能無法證明使用更長的循環(huán)前綴所需要的額外能量開銷是合理的；（2）在基于MBSFN的多播/廣播傳輸中，需要使用擴(kuò)展的循環(huán)前綴。 需要注意的是，同一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)的不同子幀可能使用不同的循環(huán)前綴長度。例如：基于MBSFN的多播/廣播傳輸只會(huì)配置在有限的子幀上，在這些子幀上會(huì)使用擴(kuò)展的循環(huán)前綴。而系統(tǒng)幀內(nèi)的其它子幀可能使用正常的循環(huán)前綴。 7.5 kHz的子載波間隔（）對(duì)應(yīng)2倍長的OFDM符號(hào)時(shí)間，這種子載波間隔配置專門針對(duì)基于MBSF

16、N的多播/廣播傳輸（只有存在于下行傳輸，上行傳輸是沒有的）。LTE規(guī)范并未完全實(shí)現(xiàn)7.5 kHz的子載波間隔，至少到Rel-10版本，LTE只完整地支持15 kHz的子載波間隔。后面的介紹中，除非特殊說明，都假定使用的是15 kHz的子載波間隔。 從前面的介紹可以看出，LTE中時(shí)域資源主要包括系統(tǒng)幀、子幀、slot、symbol等。表1-2：LTE中的時(shí)域資源秒1個(gè)系統(tǒng)幀的長度：1個(gè)子幀的長度：1個(gè)slot的長度：1個(gè)slot包含 7個(gè)symbol（正常的循環(huán)前綴）或6個(gè)symbol（擴(kuò)展的循環(huán)前綴）1.2 頻域 LTE中，頻域上的基本單位為一個(gè)子載波（subcarrier）。上行和下行的子載

17、波間距均為15 kHz（即，這里不考慮的情況）。15 KHz的子載波間隔對(duì)應(yīng)每個(gè)symbol內(nèi)可用的符號(hào)時(shí)間為，近似為66.7 us。 LTE中，頻域上可用的所有資源稱之為系統(tǒng)帶寬（與信道帶寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1-3），下行系統(tǒng)帶寬使用表示，上行系統(tǒng)帶寬使用表示，其單位是RB（Resource Block）。每個(gè)RB包含12個(gè)子載波。表1-3：信道帶寬與傳輸帶寬之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系信道帶寬（MHz）1.435101520傳輸帶寬（，單位為RB）615255075100 LTE中可用的下行系統(tǒng)帶寬如表2-3所示，eNodeB通過MIB（對(duì)應(yīng)RRC消息MasterInformationBlock的dl-Ba

18、ndwidth字段）告知UE小區(qū)所使用的下行系統(tǒng)帶寬。 LTE中可用的上行系統(tǒng)帶寬如表2-3所示，eNodeB通過SIB2（對(duì)應(yīng)RRC消息SystemInformationBlockType2的ul-Bandwidth字段）告知UE小區(qū)所使用的上行系統(tǒng)帶寬。對(duì)于TDD而言，并不需要發(fā)送ul-Bandwidth字段，因?yàn)槠渖舷滦械南到y(tǒng)帶寬是相同的。 一個(gè)slot上傳輸?shù)男盘?hào)可以描述成一個(gè)或多個(gè)頻域上包含個(gè)子載波，時(shí)域上包含個(gè)符號(hào)（symbol）的時(shí)頻資源網(wǎng)格（resource grid）。圖1-4對(duì)應(yīng)下行的時(shí)頻資源網(wǎng)格，對(duì)于上行的時(shí)頻資源網(wǎng)格，將圖中的DL改為UL即可。（下行也可見36.211的

19、Figure 6.2.2-1，上行也可見36.211的Figure 5.2.1-1） 表示系統(tǒng)帶寬，對(duì)于下行，其值等于；對(duì)于上行，其值等于。表示每個(gè)slot包含的符號(hào)數(shù)（見上一節(jié)介紹），對(duì)于下行，其值等于；對(duì)于上行，其值等于。表示每個(gè)RB包含的子載波數(shù)。對(duì)于下行，和的取值可見36.211的Table 6.2.3-1；對(duì)于上行，和的取值可見36.211的Table 5.2.3-1。（由于只考慮的情況，可以認(rèn)為的值固定為12）圖1-4：下行時(shí)頻資源網(wǎng)格 資源網(wǎng)格上的每個(gè)元素稱之為一個(gè)RE（Resource Element），并且通過(k, l)唯一指定的，其中（對(duì)應(yīng)頻域上的每個(gè)子載波的索引）且（對(duì)

20、應(yīng)slot內(nèi)的每個(gè)符號(hào)的索引）。天線端口上索引為的RE對(duì)應(yīng)的值使用表示。如果不會(huì)引起誤解，或是沒有指定特定的天線端口，則可以省略，即可以使用表示。 RE是LTE中的最小物理資源。一個(gè)RE可存放一個(gè)調(diào)制符號(hào)（modulation symbol），該調(diào)制符號(hào)可使用QPSK（對(duì)應(yīng)一個(gè)RE存放2比特?cái)?shù)據(jù)）、16QAM（對(duì)應(yīng)一個(gè)RE存放4比特?cái)?shù)據(jù)）或64QAM（對(duì)應(yīng)一個(gè)RE存放6比特?cái)?shù)據(jù)）調(diào)制。 注意：調(diào)制符號(hào)（modulation symbol，有時(shí)也簡稱為符號(hào)symbol）強(qiáng)調(diào)的是放在一個(gè)RE上的數(shù)據(jù)，而前一節(jié)介紹的符號(hào)（symbol）強(qiáng)調(diào)的是時(shí)域上的概念，而非數(shù)據(jù)。 一個(gè)RB（Resource B

21、lock）在時(shí)域上包含（其值為6或7）個(gè)連續(xù)的符號(hào)，在頻域上包含個(gè)連續(xù)的子載波。因此一個(gè)RB由個(gè)RE組成，對(duì)應(yīng)時(shí)域上的1個(gè)slot和頻域上12個(gè)連續(xù)的子載波（180 kHz）?？梢钥闯觯瑢?duì)于正常的循環(huán)前綴，每個(gè)RB包含7 * 12 = 84個(gè)RE；對(duì)于擴(kuò)展的循環(huán)前綴，每個(gè)RB包含6 * 12 = 72個(gè)RE。 RB的編號(hào)范圍為0 。頻域上的RB編號(hào)與一個(gè)slot上索引為(k, l)的RE的對(duì)應(yīng)關(guān)系為 注意：這里介紹的RB與系統(tǒng)帶寬中使用的RB是有區(qū)別的：這里的RB既包含了時(shí)域上的信息（1個(gè)slot）又包含了頻域上的信息（12個(gè)子載波），1個(gè)RB由多個(gè)RE組成；而系統(tǒng)帶寬中的RB專指頻域上的信息

22、，即1個(gè)RB包含12個(gè)子載波。 雖然RB是基于一個(gè)slot（0.5 ms）定義的，但LTE中調(diào)度的基本時(shí)間單位是一個(gè)子幀（1 ms，對(duì)應(yīng)2個(gè)slot），稱為一個(gè)TTI。一個(gè)TTI內(nèi)的調(diào)度（調(diào)度PDSCH和PUSCH資源）的最小單位實(shí)際上由同一子幀上時(shí)間上相連的2個(gè)RB（每個(gè)slot對(duì)應(yīng)一個(gè)RB）組成，并被稱為RB pair。 在一個(gè)slot上定義RB的原因在于“下行分布式傳輸”和“上行PUSCH跳頻”是基于一個(gè)slot或者說是一個(gè)RB定義的（即同一RB pair在2個(gè)slot間進(jìn)行“分布式”或“跳頻”傳輸）。 從上面的介紹可以看出：LTE中頻域資源包括整個(gè)系統(tǒng)帶寬、RB、子載波等。如表2-4所示。表2-4：LTE中的頻域資源LTE中的頻域資源1個(gè)子載波：1個(gè)RB（頻域資源）：包含12個(gè)子載波系統(tǒng)帶寬：包含（下行）或（上行）個(gè)RB 一個(gè)RE既包含了時(shí)域信息（所在的symbol），又包含了頻域信息（所在的子載波）。如表2-5所示。表2-5：LTE中的時(shí)頻資源LTE中的時(shí)頻資源調(diào)度的基本單位：1 TTI = 1 ms = 1 subframe = 2 slots 注：對(duì)于1個(gè)UE，最小分配2個(gè)RB（1個(gè)RB pair）1個(gè)RB（時(shí)頻資源）= = 84 REs（正常的循環(huán)前綴）或72 REs（擴(kuò)展的循環(huán)前綴）1個(gè)RE = 1 subcarrier * 1 symbol 對(duì)于下行