LTE幀結(jié)構(gòu)及初步時(shí)延分析

1、資源消耗時(shí)延研究單方UE和eNB的通信時(shí)延分析1目LTE對時(shí)延的具體要求為用戶面時(shí)延：用戶平面內(nèi)部單向傳輸時(shí)延(UE-eNodeB)小于5ms50ms,從駐留狀態(tài)到激活控制面時(shí)延：控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間小于狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms。ITU-R對傳輸延遲設(shè)定的目標(biāo)為單向延遲目標(biāo)為10ms.LTE/LTE-標(biāo)統(tǒng)?黃足ITU時(shí)延要求并帶有一定余量，單向數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延小于5ms?；爻虝r(shí)單程時(shí)延指數(shù)據(jù)包從發(fā)射端產(chǎn)生經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)正確到達(dá)另外一個(gè)接收端的時(shí)延,延指數(shù)據(jù)包從發(fā)射端產(chǎn)生到目標(biāo)服務(wù)器收到數(shù)據(jù)包并返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)包直至發(fā)射端正確接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)包的時(shí)延。2 .LTEM結(jié)構(gòu):Onefra

2、10ms常規(guī)循開前輾；7個(gè)。擴(kuò)展循環(huán)前綴：小3 .資源粒（RE3與資源塊（RB）由上圖可知：一個(gè)子幀由兩個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)資源塊由12個(gè)子載波組成，每個(gè)子載波的帶寬是15kHz。所以，總的頻率帶寬是180kHz。并且每個(gè)資源塊上還有7個(gè)OFDM符號(hào)。這是頻域上行的配置方法。下行的配置略有區(qū)別：下行有12*15kHz,還有24*7.5kHz的組合方法。資源塊（RB）是最小的調(diào)度單位，而且會(huì)優(yōu)先分配給信道質(zhì)量較好的UE.4 .傳統(tǒng)方式下LTE®信的時(shí)延分析：在上行鏈路通彳t中主要有3條物理信道和2個(gè)參考信號(hào)。3條物理信道：PRACH物理隨機(jī)接入信道PUSCH物理上行共享信道PUCCH物理上行

3、控制信道2個(gè)參考信號(hào)：DMRS:解調(diào)參考信號(hào)SRS探測參考信號(hào)并且LTE的上行鏈路只支持與數(shù)據(jù)無關(guān)的控制信令在LTEFDDK統(tǒng)中，在子幀n上，基站使用物理下行控制信道（PhysicalDownlinkControlChannel,PDCCH調(diào)度下行數(shù)據(jù)傳輸，終端在子幀n+4上反饋ACK/NACK信息，基站接收處理時(shí)延最小為1ms,基站最快可以在子幀n+5上進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳調(diào)度，如圖1所示，單次傳輸?shù)臅r(shí)間為1ms,一次重傳的最小時(shí)間為5ms.在LTEFDD系統(tǒng)中，當(dāng)終端有數(shù)據(jù)傳輸需求時(shí)，需要等待配置發(fā)送調(diào)度請求（ScheduleRequest,SR）的子幀n,終端在子幀n上發(fā)送調(diào)度請求信息給基站，基

4、站最快在子幀n+2上發(fā)送上行數(shù)據(jù)調(diào)度授權(quán)信息，終端在子幀n+2上接收到上行數(shù)據(jù)調(diào)度授權(quán)信息后一般微蜂窩校區(qū)的半徑在200m左右，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間在S量級(jí)，可以忽略不計(jì)。在子幀n+6上傳輸相應(yīng)的上行數(shù)據(jù)，基站在子幀n+10上反饋ACK/NACK信息給終端，終端在子幀n+14上重傳所述上行數(shù)據(jù)，具體如圖2所示，從有數(shù)據(jù)傳輸需求到一次數(shù)據(jù)傳輸完成，不考慮等待調(diào)度請求子幀的時(shí)間，單次傳輸?shù)臅r(shí)延為6ms,一次重傳的時(shí)間為14mso下行（基站）nr351t1工-T上行（探靜）口續(xù)7:a-i;:丸g低時(shí)延技術(shù)分析從現(xiàn)有LTE空口時(shí)延分析可以看出，影響空口時(shí)延的主要因素是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長、數(shù)據(jù)傳輸資源請求等待時(shí)間，

5、以及數(shù)據(jù)處理導(dǎo)致的反饋延時(shí)，針對這些因素存在以下4種降低空口時(shí)延的方案。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長降現(xiàn)有LTE系統(tǒng)以子幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度，LTE子幀長度為1ms,因此，最小數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長為1ms,為了降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長，存在兩種可能方案。一種是降低子幀長度，如重新設(shè)計(jì)子載波間隔和一個(gè)子幀中包括的OFDM符號(hào)數(shù)量，使得一個(gè)子幀對應(yīng)時(shí)長變短，從而降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長。例如，將子幀長度壓縮為現(xiàn)有LTE子幀長度的1/4,即0.25ms,如果考慮相應(yīng)處理時(shí)間等比例壓縮，具體壓縮效果如表1所示，大概可以壓縮75%時(shí)長。表1時(shí)延壓縮效果比另一種方案是以O(shè)FDM符號(hào)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度傳輸，此時(shí)，最小數(shù)據(jù)傳輸長度為1個(gè)OFDM符號(hào)

6、，按照現(xiàn)有LTE的OFDM符號(hào)長度計(jì)算，一個(gè)OFDM符號(hào)長度為66.67rls，如果考慮相應(yīng)處理時(shí)間等比例壓縮，具體壓縮效果如表2所示，相對于現(xiàn)有1ms的數(shù)據(jù)傳輸可以壓縮大概92%左右，如果進(jìn)一步結(jié)合幀結(jié)構(gòu)的修改，如子載波間隔變化，可以進(jìn)一步=降低OFDM符號(hào)的長度，實(shí)現(xiàn)更低時(shí)延壓縮。表2時(shí)延壓縮效果比另外，增強(qiáng)HARQ反饋也有助于重傳時(shí)延降低。傳統(tǒng)的HARQ只反饋ACK/NAK信息，增強(qiáng)的HARQ可以額外反饋接收的BER估計(jì)信息，結(jié)合該信息和信道反狀態(tài)信息，調(diào)度器在進(jìn)行冗余版本選擇、MCS選擇等方面可以更有針對性，使數(shù)據(jù)一次重傳后被正確解碼的概率大為提高，從而進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。數(shù)據(jù)傳輸

7、資源請求導(dǎo)致的時(shí)延降低LTE系統(tǒng)中，當(dāng)終端有數(shù)據(jù)傳輸需求時(shí)，需要先發(fā)送調(diào)度請求，基站才能分配資源讓終端進(jìn)行上行數(shù)據(jù)傳輸，這一過程導(dǎo)致上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延明顯大于下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，如表3所示。另外，發(fā)送調(diào)度請求配置終端發(fā)送數(shù)據(jù)的資源，也會(huì)額外增加時(shí)延，因此，如果基站可以預(yù)分配資源終端，終端在有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)直接在預(yù)先分配的資源上傳輸數(shù)據(jù)，可以減少調(diào)度請求過程，從而使得上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延與下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延相當(dāng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)上行數(shù)據(jù)單次傳輸時(shí)延壓縮大概17%,一次重傳時(shí)延壓縮36%,再結(jié)合上述數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延降低方案可以進(jìn)一步降低上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。表3上下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延對比調(diào)度時(shí)延降低現(xiàn)有LTE控制信道主要位于子

8、幀的前n個(gè)OFDM符號(hào)上，或者，與PDSC蝴分復(fù)用（時(shí)長為一個(gè)子幀），具體如圖3所示，LTE系統(tǒng)中數(shù)據(jù)只有解碼下行控制信道后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，由于控制信道位置限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)解碼時(shí)延增大。另外，一個(gè)終端對應(yīng)的下行控制信道區(qū)域在一個(gè)子幀中只有一個(gè)，如果錯(cuò)過該區(qū)域調(diào)度，就只能等待下一個(gè)調(diào)度區(qū)域，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)調(diào)度時(shí)的等待延遲。為了降低調(diào)度時(shí)延，需要引入更靈活的下行控制區(qū)域設(shè)置，如圖4所示，盡量使得有數(shù)據(jù)傳輸就有下行控制區(qū)域，同時(shí)，在解碼下行控制信道時(shí)數(shù)據(jù)信道可以提前接收，減少等待接收時(shí)間，從而減少由于等待下行控制區(qū)域和解碼下行控制信道，以及等待數(shù)據(jù)接收導(dǎo)致的時(shí)延，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的降低。圖3現(xiàn)有LTE

9、系統(tǒng)控制通道和數(shù)據(jù)通道結(jié)構(gòu)圖4靈活的信道結(jié)構(gòu)處理時(shí)延降低對于處理時(shí)延降低，除了通過硬件設(shè)備和實(shí)現(xiàn)算法降低時(shí)延外，也可以考慮通過高級(jí)自適應(yīng)編碼來降低處理編解碼的時(shí)延，比如當(dāng)SNR比較高時(shí)，采用卷積編碼，當(dāng)SNR比較低時(shí)，采用Turbo編碼等。本文介紹了降低空口時(shí)延技術(shù)，通過幀結(jié)構(gòu)壓縮和基于OFDM符號(hào)調(diào)度的方法，以及終端自主調(diào)度，可以顯著降低空口數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，另外，通過靈活的控制區(qū)域設(shè)置和高級(jí)自適應(yīng)編碼，進(jìn)一步可以降低空口時(shí)延，從而滿足不同業(yè)務(wù)的需求，提升未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能。后續(xù)也可以考慮結(jié)合鏈路自適應(yīng)優(yōu)化技術(shù)，在保證一定可靠性前提下進(jìn)行降低數(shù)據(jù)空口時(shí)延研究，以滿足超低時(shí)延高可靠性的需求，使得移動(dòng)通信系統(tǒng)具有更廣闊的應(yīng)用場景，提升用戶體驗(yàn)。5 .第二部分信令交互時(shí)延計(jì)算初試：CQI時(shí)延主要由測量時(shí)延，反饋時(shí)延，處理時(shí)延三部分構(gòu)成:測優(yōu)時(shí)延姓理時(shí)靦國4-1CQ【上報(bào)時(shí)此(1)測量時(shí)延指在UE端進(jìn)行信道測量與CQI量化壓縮時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延。系統(tǒng)級(jí)仿真的流程接收FljSibi-iuiijA.*ttfjfitc(ji：m圖如下所示：用戶端測量CQI到基站端使用該CQI的時(shí)間間隔為6TTI,即6ms。(2)反饋時(shí)延：它指從用戶反饋到基站端所用的傳輸時(shí)間，即指的UE端將測量量化后的CQIindex數(shù)據(jù)彳專給eNB所用的時(shí)間。通常兩