cal channels and modulation (Release 8)”; V 8.8.0.
[2] 3GPP TS 36.212: “Evolved Universal Terrestrial Radio Access
(E-UTRA);Multiplexing and channel coding(Release 8)”; V
8.7.0.
[3] 3GPP TS 36.213: “Technical Specification Group Radio Access
Network;Evolved Universal Terrestrial Radio Access
(E-UTRA);Physical layer procedures (Release 8)”; V8.8.0.
[4] 3GPP TS 36.214: “Evolved Universal Terrestrial Radio Access
(E-UTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception
(Release 8)”; V8.7.0.
[5] 3GPP TS36.331: “Evolved Universal Terrestrial Radio Access
(E-UTRA);Radio Resource Control (RRC) Protocol specification” ;
V8.7.0.
1.5 缩写术语
Abbreviation Full Name 中文名称
ACK Acknowledgement 确认应答
AWGN Additive White Gaussian Noise 加性高斯白噪声
CCE Control Channel Element 控制信道单元
CQI Channel Quality Indicator 信道质量指示
CRS Cell-specific reference signals 小区专用参考信号
DCI Downlink Control Information 上行控制信息
DL Downlink 下行链路
eNodeB E-UTRAN NodeB 基站
HARQ Hybrid Automatic Request 混合自动重传请求
LTE Long Term Evolution 长期演进
MBSFN Multicast/Broadcast over Signal Frequency Network
多播广播单频网
MIMO Multiple Input and Multiple Output 多输入多输出
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用
PBCH Physical Broadcast Channel 物理广播信道
PCFICH Physical Control Format Idicator Channel 物理控制格式指示信道
PDCCH Physical downlink control channel 物理下行控制信道
PDSCH Physical downlink shared channel 物理下行共享信道
PMI Precoding Matrix Indicator 预编码矩阵指示
PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel 物理HARQ指示信道
PRACH Physical Random Access Channel 物理随机接入信道
PRB Physical Resource Block 物理资源块
PUCCH Physical Uplink Control Channel 物理上行控制信道
PUSCH Physical Uplink Shared Channel 物理上行共享信道
QPSK Quadrature Phase Shift Keying 四相移键控
RB Resource Block 资源块
RE Resource Elements 资源单元
RS Reference Signal 参考信号
RRC Radio Resource Control 无线资源控制
SNR Signal to Noise Ratio 信噪比
SPS Semi-Persistent Scheduling 半持续调度
SRS Sounding Reference Signal 信道探测参考信号
UCI Uplink Control Information 上行控制信息
UE User Equipment 用户设备
UL Uplink 上行链路
2 概述
LTE采用了与3G不同的空中接口技术,采用基于OFDM技术的空中接口设计。在系统中采用了基于分组交换的设计思想,即使用共享信道,物理层不再提供专用信道。系统支持FDD和TDD两种双工方式。同时,对传统3G的网络架构进行了优化,采用扁平化的网络结构,接入网仅包含Node
B,不再有RNC。
图2-1 LTE系统网络架构
整个TD-LTE系统由核心网(EPC)、基站(eNodeB)和用户设备(UE)3部分组成。其中,EPC(Evolved Packet
Core)负责核心网部分,EPC信令处理部分称MME,数据处理部分称为SAE Gateway
(S-GW);eNodeB负责接入网部分,也称E-UTRAN;UE指用户终端设备。
如上图2-1,eNodeB与EPC通过S1接口连接;eNodeB之间通过X2接口连接;eNodeB与UE
通过Uu接口连接。和UMTS相比,由于NodeB 和 RNC 融合为网元eNodeB
,所以TD-LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口,S1接口类似于Iu接口,但有较大简化。
eNB的功能包括:RRM功能;IP头压缩及用户数据流加密;UE附着时的MME选择;寻呼信息的调度传输;广播信息的调度传输;以及设置和提供eNB的测量等。
MME的功能包括:寻呼消息发送;安全控制;Idle态的移动性管理;SAE承载管理;以及NAS信令的加密及完整性保护等。
S-GW的功能包括:数据的路由和传输,以及用户面数据的加密。
2.1 LTE信道配置概述
在LTE系统组网规划中,上下行控制信道参数的配置直接影响着网络容量、覆盖范围等网络性能。
文档中介绍了上下行控制信道、参考信号与组网相关的信道参数,在此基础上重点研究了影响小区网络性能的信道参数及参数配置方法,并结合目前典型的LTE网络业务模型、小区的系统负荷及用户规模,给出上下行控制信道资源配置示例及建议。
由于在规划仿真软件中不进行协议过程的模拟,物理信道配置模块位于软件模块的初始化模块中,在软件中重点关注控制信道及参考信号的时频资源大小、位置和功率的配置,在配置建议中给出TD-LTE
中对于资源映射、功率等一系列的参数配置。
2.2 无线帧结构
LTE在空中接口上支持两种帧结构:Type1和Type2,其中Type1用于FDD;Type2用于TDD,无线帧长度为10ms。
在FDD中10ms的无线帧分为10个长度为1ms的subframe,每个subframe由两个长度为0.5ms的slot组成。
在TDD中10ms的无线帧由两个长度为5ms的半帧组成,每个Half
Frame由5个长度为1ms的subframe组成,其中有4个普通的subframe和1个特殊subframe。普通subframe由两个0.5ms的slot组成,特殊subframe由3个特殊时隙(UpPTS、GP和DwPTS)组成。
LTE的TTI长度为1个subframe,即1ms。
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图2-2 LTE无线帧结构
2.2.1 TDD帧结构的设计
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图2-3 Type2 TDD特殊时隙的设计
在Type2 TDD帧结构中,存在1ms的特殊subframe,由三个特殊时隙组成:DwPTS,GP和UpPTS。
表2-1 特殊时隙长度的配置选项
配置选项 常规 CP 扩展 CP
DwPTS GP UpPTS DwPTS GP UpPTS
0 3 10 1 3 8 1
1 9 4 1 8 3 1
2 10 3 1 9 2 1
3 11 2 1 10 1 1
4 12 1 1 3 7 2
5 3 9 2 8 2 2
6 9 3 2 9 1 2
7 10 2 2 - - -
8 11 1 2 - - -
DwPTS的长度为3~12个OFDM符号,其中,主同步信道位于第三个符号,相应的,在这个特殊的subframe中PDCCH的最大长度为两个符号(与MBSFN
subframe相同)。UpPTS的长度为1~2个OFDM符号,其中最后一个符号用于发送上行sounding RS。
2.2.2 TDD上下行时隙配比
图2-4 LTE TDD 上下行配比选项
LTE TDD支持如图2-4所示的7种不同的上行行配比选项。
在广播消息SI-1中使用3比特指示TDD的上下行配比信息。
2.3 基本物理资源物
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图2-5物理资源块(PRB: Physical Resource Block)的定义(Normal CP)
注:MBSFN只支持扩展CP配置。
表2-2 OFDM基本参数
OFDM基本参数
子载波间隔 15kHz
Normal CP 5.208us(时隙的第一个符号)
4.6875us(时隙的后六个符号)
Extended CP 16.67us
LTE中在进行数据传输时,将上、下行时频域物理资源组成资源块(PRB),作为物理资源单位进行调度与分配。
一个PRB在频域上包含12个连续的子载波,在时域上包含7个连续的OFDM符号(在Extended
CP情况下为6个),即频域宽度为180kHz,时间长度为0.5ms。
表2-3 系统带宽与资源块数目的关系
系统带宽 子载波数目
(含DC) PRB数目
1.25Mhz 73 6
5MHz 301 25
10MHz 601 50
20MHz 1201 100
3 LTE参考信号
3.1 下行参考信号
3.1.1 下行参考信号分类
LTE的下行链路支持三种参考信号:
小区专用参考信号CRS(Cell-specific reference
signals),与非MBSFN的传输相关,利用天线端口0~3的1个或多个端口进行传输;
用户专用参考信号(UE- specific reference
signals),在天线端口5上传输且只在PDSCH占用的带宽内传输;
MBSFN参考信号(MBSFN reference signals),在port4上传输,与MBSFN的传输相关。
3.1.2 下行参考信号作用
下行参考信号作用:
数据解调;
信道测量和估计。
具体而言,不同的下行RS信号其作用如下:
1) 小区专用RS作用
小区专用RS应在小区内所有不支持MBSFN传输的下行子帧上传输。若下行子帧用于MBSFN传输,则只在前两个OFDM符号上传输CRS。
小区专用参考信号利用天线端口0~3的1个或多个端口进行传输,且只支持15Khz的频率间隔。小区专用RS主要作用为:
解调port0-3上的数据,包括PBCH,PDCCH,PCFICH,PHICH和PDSCH;
信道估计和测量。
2) 用户专用RS作用
解调port5 上的数据,即波束赋形用户相关带宽内的PDSCH。
用户(UE)专用RS的取舍主要取决于是否采用波束赋形技术,是用于PDSCH的解调参考信号。
对于物理信道或者物理信号(除了UE专属参考信号)占用的RE,无论它们使用哪个天线端口p,该RE上不发射UE专属参考信号。
3) MBSFN专用RS作用
解调port4上的数据,即PMCH,由于PMCH信道在软件中暂不模拟,故MBSFN专用参考信号也不进行模拟。
在LTE系统中,下行每个天线端口只传输一种参考信号。可以通过FDM和CDM的方式实现参考信号的正交性。高层通过信令告知UE专用RS是否存在,是否为有效的PDSCH解调参考信号。若高层通过信令告知UE专用RS存在,且为有效的PDSCH解调参考信号,则UE将忽略天线端口2和端口3的传输。
3.1.3 参考信号图案
3.1.3.1 小区专属CRS图案
小区专用参考信号序列 映射到时隙 的天线端口 上的复值调制符号 上。具体为:
其中, 为RS占用的RE的频域索引;
为CRS占用的天线端口
上的OFDM符号位置。当天线端口号为0,1时,CRS占用第0,第4(常规CP)或第3(扩展CP)个OFDM符号;当天线端口号为2,3时,CRS占用第1个OFDM符号;
,为CRS序列的序号, 为CRS序列的长度;
,为本小区使用的CRS在20MHz带宽时的CRS的对应位置。 表示20M带宽内最大的有效PRB个数,
表示本小区支持带宽内的有效PRB个数(若本小区带宽为20M,则两者间相等。);
而 以及 定义了不同参考信号(CRS)的频域位置。其中, 的取值如下:
且CRS的频域偏移为: ,与 (物理小区ID)相关。
在同一时隙内,若资源单元 已用于传输某一天线端口的参考信号,则其他天线端口对应位置不应再用于传输任何数据,应置为0。
根据上面的公式,可得到小区专用CRS物理映射图样如下(图中 表示用于传输天线端口 上的参考信号的RE):
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图3-1 下行正常子帧的导频图案
3.1.3.2 用户专用导频的导频图案
以上介绍的下行RS为公共RS。在LTE标准化中,专用参考信号(Dedicated
RS,DRS)的取舍主要取决于是否采用波束赋形技术,该参考信号在软件中暂不模拟。
由于R8 LTE只支持单码字单流的波束赋形,因此只需要一组专用RS。eNode
B可以半静态地配置UE是否接收专用RS,用于PDCCH的解调。另外,CQI的测量也是基于公共RS,而非DRS。
在发送UE specific的专用导频时,保持cell
specific的公用导频不变,在接收专用RS的同时,UE仍需要接收第0和1天线端口的公共RS,用于PDCCH的解调。另外,CQI测量时基于公共RS的。在如下图红色方格所示位置插入专用导频。(支持专用导频Beam
forming操作)
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Normal CP
Extended CP
图3-2下行用户专用导频的导频图案
在专用导频与PBCH/PSS/SSS发生位置冲突的时候,对这些位置的专用导频打孔。
专用导频子载波在频域的绝对位置与cell ID相关,因此形成cell
specific的频域shift,有利于在网络轻负载情况下,降低导频干扰。
下行用户专用RS仅限在用户数据传输相应的PDSCH的带宽上发送,无法利用相邻资源块上的参考信号协助解调,而下行专用导频多应用在低信噪比处,因此参考信号密度较大。
3.1.3.3 MBSFN的导频图案
MBSFN用于广播多播,采用扩展CP,其物理映射图样如下(图中 表示用于传输天线端口 上的参考信号的RE):
扩展CP,Δf=15kHz
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图 3-3扩展CP、Δf=15kHz、天线端口4的MBSFN专用RS映射图案
扩展CP,Δf=7.5kHz
图 3-4 扩展CP、Δf=7.5kHz、天线端口4的MBSFN专用RS映射图案
由于MBSFN采用扩展CP,其信道存在较大的频域选择性衰落,因此MBSFN专用RS的频域密度较其他下行RS大,该参考信号在软件中暂不模拟。
3.2 上行参考信号
由于LTE上行采用单载波FDMA技术,因此参考信号和数据是采用TDM方式复用在一起的。上行参考信号用于以下两个目的。
上行信道估计,用于eNode B端的相干检测和解调;
上行信道质量测量。
由于上行参考信号发送是在取得上行同步后进行的,因此和下行相似,也可以设计正交的上行参考信号,用于如下目的:
支持UE的上行多流MIMO;
实现eNode B内不同UE之间的正交参考信号。
用于解调的参考信号(DMRS),在LTE上行,由于不同UE的信号在不同的频带内发送,因此,如果每个UE的参考信号是在该UE得发送带宽内发送,则这些参考信号以FDM方式互相正交。
为了支持频率选择性调度,UE需要对较大的带宽进行探测,通常远远超过其目前传输数据的带宽。即,信道探测参考信号(SRS)是一种“宽带”的参考信号。多个用户的SRS可以采用分布式FDM或CDM的方式复用在一起。在UE数据传输带宽内的SRS也可以考虑用作数据解调。
3.2.1 数据解调导频图案
对于集中式发送的UE,其数据时采用FDM方式在不同频带传输的,而其DM RS和数据占有相同的频带,因此不同上行集中式用户的DM
RS之间天然是FDM复用的。
对于分布式用户的DMRS可采用CDM和FDM复用方式。CDM比FDM可以获取更好的小区边缘性能;而FDM在小区中心性能更佳。
LTE通过在一个小区使用的ZC序列组内包含的多个循环移位版本来支持MU-MIMO操作。即参与MU-MIMO发送的不同UE可以使用不同的循环移位版本来区分其RS。
PUSCH的RS
一个子帧内,PUSCH的DM RS映射在常规CP的第四个符号(l=3)上;扩展CP的第三个符号(l=2)上。如下图所示:
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图3-5 上行PUSCH数据导频图案
在Extend CP时,相对于时隙起始位置,导频较normal
CP的情况往前移了一个符号,原因是因为导频的两边可能传输ACK/NCK,而且最后一个符号可能用于传Sounding
RS,这时ACK/NCK就位于最后一个符号而处于终端功率的转换点,会影响性能。
PUCCH的RS
PUCCH中一个重要的控制信令是ACK/NACK。基于PUCCH中的ACK/NACK信道的相关工作确定ACK/NACK信道的DM
RS设计,与PUSCH的DM RS不同,ACK/NACK信道的DM
RS在PUSCH所在频带中占据一个时隙中央的两个或三个OFDM符号(对应一个PRB而言)。对于常规CP,DM
RS占据中央3个OFDM(对应一个PRB而言),对于扩展CP,DM RS占据6个OFDM符号中的中央两个,如下图所示。在DM
RS内,不同UE分别使用本小区正在使用的ZC序列的不同循环移位版本发送自己的上行DM RS。PUCCH解调参考信号的映射与PUCCH
Format相关。具体位置见表3-1。
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图3-6 ACK/NACK PUCCH的DM RS设计
另一种PUCCH是CQI PUCCH。对于常规CP,CQI PUCCH信道的DM
RS在PUCCH所在的频带中占据一个时隙中的第二和第六个OFDM符号(对一个PRB而言)。对于扩展CP,CQI PUCCH信道的DM
RS在PUCCH 所在的频带中占据一个时隙的第4个OFDM符号位(对1个PRB而言)。
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图3-7 CQI PUCCH的DM RS设计
PUCCH format 1/1a/1b采用跳频结构,两个slot可以使用不同的序列传送相同的信息。
注意:
在传输SR(PUCCH format
1)时,用户间的复用是靠时域和频域的双重扩频序列区分的,在接收端是采用非相干检测,无需发送导频符号;
传输ACK信号(PUCCH format
1a/1b)时,则需要发送导频符号,用户间的复用同样靠时域和频域的双重扩频序列区分。
表3-1 不同PUCCH格式的解调参考信号符号位置
PUCCH format Set of values for
Normal cyclic prefix Extended cyclic prefix
1, 1a, 1b 2, 3, 4 2, 3
2 1, 5 3
2a, 2b 1, 5 N/A
3.2.2 探测参考信号图案
为了实现上行频域调度,UE除了在本UE数据传输带宽内发送解调RS(DM
RS)以外,还需要在更宽的带宽内发送SRS,对信道进行探测。每个UE可能都需要发送SRS,因此上行的SRS开销可能会很大,为了尽量降低开销,应该采用分布式的RS,并且动态的传输SRS。采用CDM的方式复用多个用户的SRS。当不同UE进行Sounding的带宽不同时,UE
SRS之间可以通过FDM方式区分。
SRS放置在一个子帧的最后一个OFDM中。SRS的频域间隔为两个等效子载波。
SRS的带宽不是一个固定的值,而是eNode B根据系统带宽灵活地指定。Sounding带宽应该是RB的整数倍。
发送周期和发送时长通过半静态高层配置,不需要PUCCH只是。SRS发送一旦开始,就一直发送,知道系统关闭或者业务完成。
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图3-8 Sounding导频图案
其中: 是频域起始位置; 是sounding导频的幅度加权因子; 是sounding导频的序列长度。
在subframe中仅有最后一个符号可以配置用于Sounding导频传输。
UpPTS是个例外,在UpPTS长度为两个符号的情况下,两个符号都可以配置用于Sounding导频传输。支持3种传输情况:
终端在UpPTS第一个符号上传输sounding导频;(UpPTS=1或者2)
终端在UpPTS第二个符号上传输sounding导频;(UpPTS=2);
终端在UpPTS两个符号上都传输sounding导频。
Sounding导频的传输带宽:根据系统带宽不同和设置不同,系统可以支持不同的sounding导频带宽配置。同时,在一种配置下,系统可以支持最多4种不同的sounding导频带宽,最小的Sounding导频带宽是4个RB,所有的Sounding导频带宽都是“4个RB”的整数倍。
设计原则:
在系统带宽不大于8个RB时,系统仅支持4个RB的Sounding导频带宽。
在系统带宽大于8个RB,不超过30个RB时,在4个RB的基础上,系统还支持另外一种Sounding导频带宽(value FFS -
depends on system BW – tree based)。
在系统带宽大于30个RB时,系统将支持多个sounding导频带宽,系统广播其所支持的最大sounding导频带宽,以DC为中心对称分布。
系统设计:
对每种系统带宽,定义了8种SRS带宽的组合,在SIB中使用三个比特指示系统所采用的组合。在组合内使用2比特用户专用信令指示该用户具体的SRS带宽。
表3-2 上行Sounding导频带宽配置
Sounding导频的传输时间:
定义 表示SRS的传输周期; 表示SRS的偏移量; 表示子帧号。(有 )
SRS传输周期:
FDD: {1, 2, 5, 10, 20, Inf}, 每 子帧有一个SRS子帧。
TDD: {5, 10, 20, Inf},每 子帧有一个或者多个SRS子帧。
TDD中,UpPTS除了用作短RACH外,其余默认用于SRS。
除了特殊子帧以外,SRS信号仅在每个上行子帧的最后一个SC-FDMA符号上传输。在SIB中用4个比特指示小区SRS子帧的具体位置。
3.2.2.1 SRS的频域起点
针对于SRS树状的结构,设计起点为 ,其中 为与小区SRS起点(包括所用的梳状)相关的偏移量, 为各级的SRS带宽,
为各级的索引号。如下图所示,UE#2的SRS对应的位置为(0,1,0)
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图3-9 Sounding导频的频域起点
3.2.1.2 Sounding导频跳频
跳频后SRS的频域起始位置 ,其中 是由RRC信令指示的SRS频域起始位置; 是树状结构在该级中一个分支下所包含的子分支数目;
是随时间变化的跳频因子:
, if even
, if odd
注:软件中只模拟参考信号的时频位置,不模拟跳频。
4 LTE 下行物理信道
LTE终端需要接收承载在PBCH、PCFICH、PDCCH和PDSCH等物理信道的下行控制信息或者数据。在研究LTE下行数据接收过程之前,首先简单介绍各个下行物理信道。
根据传输的内容和占用资源方式(频率和时间等)的不同,LTE物理层协议定义了不同的物理信道。各物理信道传输的内容和调制方式各不相同。
下行物理信道有:
PBCH:物理广播信道,传递UE接入系统所必需的系统信息,如带宽天线数目、小区ID等。
PCFICH:物理控制格式指示信道,表示一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目。
PHICH:物理HARQ指示信道, 用于NodB向UE 反馈和PUSCH相关的 ACK/NACK信息。
PDCCH:下行物理控制信道,用于指示和PUSCH,PDSCH相关的格式,资源分配,HARQ信息,位于子帧的前n个OFDM符号,n<=3。
PDSCH: 下行物理共享信道,承载下行数据传输和寻呼信息。
4.1 PBCH
PBCH承载MIB信息,PBCH信息比特共24位。
下行带宽配置(dl-bandwidth),3位, 表示 6, 15, 25, 50, 75, 100 六种带宽;
PHICH配置,3位;
——phich-duration, 1位, 表示Normal or Extend;
——phich-resource, 2位, 对应PHICH的参数Ng, ={1/6, 1/2, 1, 2} ;
系统帧(SFN)号,高8位;主要为了支持切换前的邻小区测量,可以考虑在服务小区或目标小区广播;
空信息(spare)预留比特,10位。
注意:系统帧号最高8bit包含在MIB中,其余2bit由PBCH的40ms周期搜集得到。
MIB的大小只有14bit,每隔40ms重复一次。BCH采用最可靠的调制方式QPSK、编码,仅支持单天线和传输分集发送,物理层配置完全是静态的,因此不需要支持任何自适应功能。
此外,PBCH内携带的信息还通过CRC Mask隐含了eNB天线端口的信息。
BCH的TTI为40ms,对于不同的系统带宽,均固定地位于子帧#0的时隙#1的前4个OFDM符号内发送,占用下行带宽频带中间的72个子载波,如图4-1所示:
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图 4-1 PBCH映射
PBCH产生方法:
PBCH在40ms里面重复4次,速率匹配时产生了用于4个无线帧的PBCH的编码块,然后统一加扰调制。但是4段编码块所用的扰码段不同,即采用不同的扰码,实现干扰随机化;
每一次都可自解码,也可合并解码,因此在40ms里面信息都丢失的可能性比较低。
资源映射方法:
从 的无线帧开始,连续映射到4个无线帧中去,位置为每个无线帧的slot 1 in subframe
0,L=0,1,2,3,
时域:第一个子帧的第二个时隙的前4个符号。
频域:由以下公式可得到具体频域映射情况:
按照上述资源,将码字序列顺序映射到资源上,先k,后l,再帧号,升序。
需要注意的是,该资源内含有参考信号的RE不能被占用。
举例:
在映射时假设天线端口 0 ~3
上的cell-specific参考信号都存在,而不管实际的配置。在映射操作中假设被预留给参考信号的,而实际上并没有用于传输参考信号的资源粒子,UE会假设这些资源粒子不可用于PDSCH传输。UE对这些资源粒子将不会作任何其他假设。
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图 4-2 物理广播信道信号映射图
4.2 PCFICH
PCFICH(physical control format
indaicator)承载的信息是关于在一个子帧中传输PDCCHs所占用的OFDM的个数,在一个子帧中可能用于PDCCH传输的OFDM符号集合如表4-1所示:
表4-1可用于PDCCH传输的OFDM符号个数
子 帧 用于PDCCH传输的OFDM符号个数
子帧1和6(帧结构2) 1, 2 2
MBSFN子帧
支持PMCH and PDSCH混合传输
(1或2个天线端口) 1, 2 2
MBSFN子帧
支持PMCH and PDSCH混合传输
(4个天线端口) 2 2
MBSFN子帧
不支持PDSCH 0 0
所有其他情况 1, 2, 3 2, 3, 4
LTE PCFICH大小是2bit,其中承载的是CFI(Control Format
Indicatior),用来指明PDCCH在子帧内所占用的符号个数。CFI承载的信息非常重要,实际上划分了每个子帧中控制信令区域和数据区域的边界。
表4-2 不同CFI情形下对应的PDCCH数
CFI PDCCH所占OFDM符号数( ) PDCCH所占OFDM符号数( )
1 1 2
2 2 3
3 3 4
4 保留 保留
从表4-2可以看到,对于带宽较大的系统,PDCCH的符号数目为1到3个,对于带宽较小的系统,PDCCH的符号数目为2到4个。即如果
,PDCCH占用的OFDM符号数等于CFI;如果
,PDCCH占用的OFDM符号数等于CFI+1。这是由于每个符号上子载波的数目较少,因此需要更多的符号来承载PDCCH中的控制信息。
PCFICH映射到控制区域的第一个OFDM符号上的4个REG上,第一个REG的位置取决于小区id,4个REG之间相差1/4带宽。其具体的位置依赖于系统的带宽和小区的物理标识
。
在LTE系统中,PCFICH指示PDCCH所占OFDM符号数的方法有两种:
动态调整:根据每次调度结果动态确定;
半静态调整:根据历史统计半静态调整。
从资源利用的角度来看,根据每次调度动态确定的方式可以获得较高的资源利用率,但是这样可能造成资源分配需要迭代进行,因此复杂度较高,需要设计合理的算法来支持。因此,建议采用根据历史统计半静态调整方式调整PCFICH指示的PDCCH占用OFDM符号数。(PDCCH容量计算参照物理层配置文档)
但是在PCFICH首次指示PDCCH占用符号个数时,由于没有历史统计结果,因此对于PCFICH的初始指示值,可以根据小区支持的用户数、采用不同PDCCH
format的用户比例以及用户上下行调度的密度,预估PDCCH传输所需要的CCE数目,再通过和PDCCH传输资源计算结果的比较,选取合适的符号个数进行PCFICH初始值配置。
资源映射方法:
时域:PCFICH只映射到子帧的第一个OFDM符号中。
频域:记 表示天线 上发送符号序列,一共16个符号,分4个quadruplet,每quadruplet
包括4个符号,i以升序映射到RE上。4个符号组的频域资源如下:
其中,上式中是模 加。初始值K的取值为:
这里 是物理层小区ID(0~503) 。
PCFICH编码调制映射过程如图4-3所示:
图 4-3 PCFICH编码调制映射
PCFICH使用和PBCH相同的天线端口发送,当天线端口数为2或4时,使用SFBC方式发送。终端接收PDCCH前,必须接收PCFICH获得用于传输的PDCCH的OFDM符号数目。
举例:
PCFICH的真实位置,是跟物理小区ID有关的,在确定小区ID后并通过物理广播消息获得系统带宽后,就可以算出PCFICH的具体位置,假设
,系统带宽为20MHz,即100RB,则
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图4-4 PCFICH信号映射
4.3 PHICH
PHICH承载的是HARQ(混合自动重传)的ACK/NACK信息,指示eNode B是否正确接收到PUSCH的传输。
PCFICH占用的RE是静态的,不会对PDCCH的资源指示造成影响。PHICH占用的
RE是半静态变化的,在PBCH中对PHICH格式进行指示,在PBCH(MIB)中使用lbit指示PHICH的长度(Normal or
Extend
),2bit指示PHICH使用的频域资源,即PHICH组的数量(每个PHICH组包含8个PHICH)。为了抑制不同小区PHICH之间的干扰,还采用循环位移的方法使相邻小区在错开的频域资源上发送PHICH。某个小区的PHICH位移可以和它的小区ID对应,因此不需要额外的信令传输。
表4-3 PHICH时域长度
PHICH持续长度 非MBSFN子帧 MBSFN子帧
帧结构2中的
子帧1和子帧6 所有其他情况 混合载波承载MBSFN
常 规 1 1 1
扩 展 2 3 2
注:该表指示PHICH的时域符号长度,normal or
extended模式由上层指示,通过PBCH告知UE所采用的模式,即PHICH时域符号长度(1,2,3)。
多个PHICHs构成一个PHICH组,映射到相同的RE资源上,组内的多个PHICHs的ACK/NAKs采用码分复用(乘以不同的正交序列)在一个PHICH信道内,即同组的PHICH通过不同的正交序列来区分,也可通过I/Q路区分。这样,一个PHICH资源可以表示为
,其中 表示该 PHICH 组号,
表示该组的正交序列的索引。每个组内可以复用8个PHICHs(常规CP)或4个PHICHs(扩展CP)。
对于TDD模式,下行的PHICH的组数在不同的下行帧是变化的: , 见下表中的定义, 的定义与FDD一样,如下公式:
其中 由高层决定,在PBCH中得到。
因此,下行子帧中 的变化范围是: ~ -1。
表4-4 下行子帧中的PHICH group数目
上下行配置 ( )
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 6 3 - - - 6 3 - - -
1 0 3 - - 3 0 3 - - 3
2 0 0 - 3 0 0 0 - 3 0
3 3 0 - - - 0 0 0 3 3
4 0 0 - - 0 0 0 0 3 3
5 0 0 - 0 0 0 0 0 3 0
6 3 3 - - - 3 3 - - 3
一个PHICH组占用3个REG共包含8个PHICH;Extend
CP情况下,扩频因子为2,每个扩频因子进一步分为I/Q两路,3个REG上有两个PHICH组,即每个REG各占用两个RE,每个PHICH组内包含4个PHICH,3个REG上的总数仍为8个PHICH。
PHICH信令是和上一周期的上行数据紧密联系的,因此PHICH需要占用的资源与一个周期内的上行数据信道资源有一定关联,这就为隐性地表示PHICH资源创造了可能。最后决定,将PHICH使用的资源位置和上行资源分配的第1个PRB之间建立联系。
PHICH的传输以PHICH组的形式来组织,一个PHICH组占用3个REG,PHICH组内以正交扩频序列来区分PHICH,由于PHICH使用BPSK调制,I路和Q路还可以用于进一步区分不同的PHICH。Normal
CP情况下,扩频因子为4,每个扩频因子进一步分为I/Q两路,即一个PHICH组内占用3个REG共包4倍扩频,但要对相应的4天线发送分集方法做一些调整。
PHICH组号、扩频码和I/Q信道即可唯一确定一个PHICH。
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图4-5 PHICH信道处理过程
由于采用了独立的PHICH和PCFICH信道,而且这两个信道使用的资源是相对固定的
(PCFICH资源是静态的,PHICH资源是半静态的),因此系统会首先分配PHICH和PCFICH信道使用的RE,然后将剩下的RE分配给PDCCH,PDCCH将在这些剩下的RE内进行交织。各PHCIH组的时频位置相邻,按照所分配的时域长度和PHICH的组数不同,时频位置各不相同。
PHICH使用和PBCH相同的天线端口发送,当天线端口数为2或4时,使用SFBC方式发送。终端检测PDCCH时,需要获得当前子帧的PHICH配置信息,否则需要针对各种PHICH配置进行盲检测。
资源映射方法:
映射时,重复编码后共3个信息比特,频域上分别映射到3个REG上,频分复用;时域上,经过扩频加扰扩展为4个符号,扩展到4n个OFDM符号上。
与其他下行控制信道进行频分复用;与其他PHICHs进行码分复用。
频域:PHICH占3个REG;且占用OFDM符号数n>1时,3个REG分散到第2、3个OFDM符号的频域,
时域:对非MBSFN子帧,PHICH长度可为1-3个OFDM符号;对MBSFN子帧,PHICH长度可为1-2个OFDM符号。
步骤:
首先根据子帧格式确定PHICH时间长度,即占用几个OFDM符号,n={1,2,3};
对每个符号,统计除去导频、PCFICH,剩下的可用REG数;
对可用REG编号,从具有最低频域序号的REG开始;
将3个4元符号组Z(i)分别映射到3个REG上,位置由如下设定:
时域序号 由下式给出,i为第i个PHICH的REG的编号,即:
设置频域序号 为REG序号 其中 由下式给出。即:
举例:
以控制域长度依次为1,2,3个OFDM符号(PCFICH=1,2,3)、4个PHICH组( =4)为例,其示意图为:
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图4-6 PHICH占用资源示意图
4.4 PDCCH
PDCCH(Physical downlink control
channel)物理下行控制信道,承载的控制信息DCI主要包括:下行数据传输的调度信息、上行数据传输的调度赋予和功率控制命令以及上行发送数据的ACK/NACK。PDCCH占据一个子帧的前N个符号,N<=3,N=4的情况保留。
根据携带信息的不同,PDCCH可以分为三类:上行资源调度类(DCI format 0),下行调度类(DCI format
1/2系列)和上行TPC控制类(DCI format 3系列)。其中,下行资源调度类中,DCI format
1系列用于调度1个码字的发送,DCI format 2用于调度MIMO空间复用的数据发送。
在PDCCH上,承载DCI(Downlink Control Information)的基本单元是CCE(Control
Channel Element)。一个物理控制信道在一个或者多个连续的控制信道粒子(control channel elements,
CCEs) 的一个集合上传输,其中一个CCE相当于9个REG。没分配给PCFICH 或 PHICH的REG的数目是
。系统中的CCEs从 0 开始编号到 ,其中 。
一个物理控制信道在一个或者多个控制信道粒子CCE(control channel
element)上传输,其中一个CCE对应9个REG的集合。PDCCH支持的多种格式如下表所示,每个PDCCH可以占用1,2,4,8个CCE。多个PDCCHS可以同时在一个子帧中传输,占用不同CCE,在接收端采用盲检测的方法区分某个用户的PDCCH。
表4-5 PDCCH 格式
PDCCH格式 CCEs数目 REG数目 PDCCH比特数目
0 1 9 72
1 2 18 144
2 4 36 288
3 8 72 576
PDCCH上承载的信息是DCI。PDCCH格式和DCI格式没有直接的关系;DCI格式0、1A、3和 3A
具有相同的负荷大小。
所有的PDCCH数据信道编码速率匹配之后,复用时 个编码后比特串接在一起,然后统一进行加扰。
注:此处有一个与CCE大小匹配的过程:1个CCE的大小为72bits,因此在加扰前有需要的话会插入来调整序列长度为72的倍数,以与CCE大小对齐。
资源映射方法:
图 4-7 PDCCH资源映射示意图
首先CCE是一个逻辑资源块,并没有跟物理的REG或者RE形成某种对应关系;
复数符号以4个符号为一组进行分组,先映射到CCE上,然后形成一个PDCCH,同样PDCCH还是一个逻辑上的资源;
所有PDCCH对应的符号会串接起来,做统一的交织与循环移位;
按照上述资源映射步骤,先频域后时域的顺序进行映射,每一次映射是以REG为单位的;
接收端,首先必须把所有的物理上的资源粒子组上映射符号解码出来,然后根据前面的逆过程,变成在CCE这样的逻辑资源上的符号,参照协议检出自己的信息。
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图4-8 物理下行控制信道信号映射
4.4.1 PDCCH传输资源的计算
PDCCH、PCFICH和PHICH信道在物理资源映射时均映射到下行子帧中的控制区域上,控制域的大小由PDCCH占用的OFDM符号数、系统带宽和天线端口数决定。在某种资源配置下,下行子帧的控制域除去PCFICH和PHICH占用的资源,剩余的REG资源则用于承载PDCCH,预留给PDCCH的物理资源大小决定了控制域所能承载的PDCCH的数目。根据不同的PDCCH
format所对应的CCE聚合等级,可以计算出控制域所能承载的最大PDCCH数目,即得到某种资源配置下PDCCH信道所能同时调度的最大用户数。
计算下行子帧控制域传输资源:
天线端口数为1或2时,每个RB内第一个OFDM符号内含有2个REG,第二个OFDM符号含有3个REG,第三个OFDM符号含有3个REG;天线端口数为4时,每个RB内第一个和第二个OFDM符号均含有2个REG,第三个OFDM符号含有3个REG。
以系统带宽为20MHz( )为例,整个下行控制域占用不同OFDM符号对应的物理资源大小,如下表所示:
表4-6 下行控制域占用的资源(单位:REG)
天线端口数 控制域占用的OFDM符号
1 2 3
1或2 200 500 800
4 200 400 700
4.4.1.1 计算PDCCH传输资源
由于在物理资源映射时,PDCCH、PCFICH以及PHICH映射到下行子帧的控制域中,因此表4-7计算得到下行控制域占用的资源后,除去PCFICH和PHICH占用的资源,可以得到PDCCH的传输资源。
其中:
PHICH资源占用:每个PHICH group占用3个REG;
PCFICH资源占用:固定占用4个REG。
1) 下行控制域占用2个OFDM符号
1或2个天线端口
根据表4-7和表4-8的结果,通过计算可以得到在系统带宽为20MHz、
、天线端口数为1或2的情况下,不同上下行子帧配置中PDCCH占用的最大传输资源数目,如下表所示。
表4-7 PDCCH最大传输资源数目(单位:REG)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 478 487 - - - 478 487 - - -
1 496 487 - - 487 496 487 - - 487
2 496 496 - 487 496 496 496 - 487 496
3 487 496 - - - 496 496 496 487 487
4 496 496 - - 496 496 496 496 487 487
5 496 496 - 496 496 496 496 496 487 496
6 487 487 - - - 487 487 - - 487
根据 ,将REG折算成CCE,得到下表:
表4-8 PDCCH最大传输资源数目(单位:CCE)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 53 54 - - - 86 54 - - -
1 55 54 - - 54 55 54 - - 54
2 55 55 - 54 55 55 55 - 54 55
3 54 55 - - - 55 55 55 54 54
4 55 55 - - 55 55 55 55 54 54
5 55 55 - 55 55 55 55 55 54 55
6 54 54 - - - 54 54 - - 54
4个天线端口
在相同条件下,当天线端口数为4时,不同上下行子帧配置中PDCCH占用的最大传输资源数目,如下表所示。
表4-9 PDCCH最大传输资源数目(单位:REG)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 378 387 - - - 378 387 - - -
1 396 387 - - 387 396 387 - - 387
2 396 396 - 387 396 396 396 - 387 396
3 387 396 - - - 396 396 396 387 387
4 396 396 - - 396 396 396 396 387 387
5 396 396 - 396 396 396 396 396 387 396
6 387 387 - - - 387 387 - - 387
根据 ,将REG折算成CCE,得到下表:
表4-10 PDCCH最大传输资源数目(单位:CCE)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 42 43 - - - 42 43 - - -
1 44 43 - - 43 44 43 - - 43
2 44 44 - 43 44 44 44 - 43 44
3 43 44 - - - 44 44 44 43 43
4 44 44 - - 44 44 44 44 43 43
5 44 44 - 44 44 44 44 44 43 44
6 43 43 - - - 43 43 - - 43
2)下行控制域占用3个OFDM符号
1或2个天线端口
在系统带宽为20MHz、 、天线端口数为1或2的情况下,不同上下行子帧配置中PDCCH占用的最大传输资源数目,如下表所示。
表4-11 DCCH最大传输资源数目(单位:REG)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 778 487 - - - 778 487 - - -
1 796 487 - - 787 796 487 - - 787
2 796 496 - 787 796 796 496 - 787 796
3 787 496 - - - 796 496 796 787 787
4 796 496 - - 796 796 496 796 787 787
5 796 496 - 796 796 796 496 796 787 796
6 787 487 - - - 787 487 - - 787
根据 ,将REG折算成CCE,得到下表:
表4-12 PDCCH最大传输资源数目(单位:CCE)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 86 54 - - - 86 54 - - -
1 88 54 - - 87 88 54 - - 87
2 88 55 - 87 88 88 55 - 87 88
3 87 55 - - - 88 55 88 87 87
4 88 55 - - 88 88 55 88 87 87
5 88 55 - 88 88 88 55 88 87 88
6 87 54 - - - 87 54 - - 87
4个天线端口
当天线端口数为4时,不同上下行子帧配置中PDCCH占用的最大传输资源数目,如下表所示。
表4-13 PDCCH最大传输资源数目(单位:REG)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 678 387 - - - 678 387 - - -
1 696 387 - - 687 696 387 - - 687
2 696 396 - 687 696 696 396 - 687 0
3 687 396 - - - 696 396 696 687 687
4 696 396 - - 696 696 396 696 687 687
5 696 396 - 696 696 696 396 696 687 696
6 687 387 - - - 687 387 - - 687
根据 ,将REG折算成CCE,得到下表:
表4-14 PDCCH最大传输资源数目(单位:CCE)
上下行配置 子帧号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 75 43 - - - 75 43 - - -
1 77 43 - - 76 77 43 - - 76
2 77 44 - 76 77 77 44 - 76 0
3 76 44 - - - 77 44 77 76 76
4 77 44 - - 77 77 44 77 76 76
5 77 44 - 77 77 77 44 77 76 77
6 76 43 - - - 76 43 - - 76
3)总结
通过上述的计算,可以得到在常规CP、系统带宽为20MHz、
的情况下,单个下行子帧PDCCH可占用的最大传输资源,如下表所示。
表4-15 PDCCH传输资源计算结果(单位:CCE)
控制域占用的
OFDM符号数 PDCCH传输资源
1或2个天线端口 4个天线端口
2 55 44
3 88 77
4.4.2 PDCCH初始传输资源预估过程
在LTE系统中,PCFICH指示PDCCH所占OFDM符号数的方法有两种:
动态调整:根据每次调度结果动态确定;
半静态调整:根据历史统计半静态调整。
从资源利用的角度来看,根据每次调度动态确定的方式可以获得较高的资源利用率,但是这样可能造成资源分配需要迭代进行,因此复杂度较高,需要设计合理的算法来支持。因此,建议采用根据历史统计半静态调整方式调整PCFICH指示的PDCCH占用OFDM符号数,具体流程如下:首先设置在一个下行子帧中PDCCH信道占用OFDM符号个数的初值为2或3;
1) 然后在一段时间内分别统计PDCCH资源受限和PDSCH资源受限(与子帧间负荷均衡确定的门限相比)出现的次数;
其中:
PDCCH资源受限,指的是还有PDSCH资源可分配但是PDCCH无资源可分配;
PDSCH资源受限,指的是还有PDCCH资源可分配但是PDSCH无资源可分配。
2) 调整PDCCH占用的OFDM符号数
若PDCCH资源受限的次数超过PDSCH资源受限的次数达到预先设定的门限值1,且当前PDCCH占用OFDM符号数小于3,则将PDCCH所占用的符号数加1;
若PDSCH资源受限的次数超过PDCCH资源受限的次数达到预先设定的门限值2,且当前PDCCH所占OFDM符号数大于1,则将PDCCH所占用的符号数减1;
若以上两个条件都不满足,则保持当前PDCCH所占资源的个数不变。
但是在PCFICH首次指示PDCCH占用符号个数时,由于没有历史统计结果,因此对于PCFICH的初始指示值,可以根据小区支持的用户数、采用不同PDCCH
format的用户比例以及用户上下行调度的密度,预估PDCCH传输所需要的CCE数目,再通过和PDCCH传输资源计算结果的比较,选取合适的符号个数进行PCFICH初始值配置。
以下简单给出PDCCH初始传输资源预估的一个示例:
假设小区支持的激活态用户数为200,并发率同时调度的用户概率为10%,采用不同PDCCH
format的用户比例为:format0:20%,format1:20%,format2:30%,format3:30%,则需要的CCE的数目为200×10%×(0.2×1+0.2×2+0.3×4+0.3*8)=
84。
再根据表4-15所示的PDCCH传输资源计算结果,选择初始配置3个OFDM符号。
4.5 PDSCH
物理下行共享信道主要承载传输数据,承载传输信道的下行共享信道(SIM系统信息块广播控制信息包含在传输信道的下行共享信道内)、寻呼信道的数据。
PDSCH配置为多天线端口发送时,支持空间分集和空间复用两种MIMO工作模式,其中,空间复用最多支持2个码字同时发送。
PDSCH使用的天线端口可以为﹛0﹜、﹛0,1﹜、﹛0,1,2,3﹜或﹛5﹜。其中,使用天线端口﹛5﹜时,使用UE专属参考信号,使用其他天线端口时,使用小区专属参考信号。
图4-10 物理下行共享信道信号映射
如果UE专用参考信号不被传输,那么PDSCH传输使用的天线端口集合为{0},{0,1},{0,1,2,3};
如果 UE专用参考信号被传输,那么PDSCH传输使用的天线端口为{5}。
PDSCH传输以RB为单位进行物理资源分配,一个RB在时域上占用一个slot,在频域上占用连续12个子载波宽度。
PDSCH的RB资源分配有3种模式。分别是type0、type1、type2。其中type0和type1,资源分配通过PDCCH
DCI format 1/2/2A指示;type2资源分配通过PDCCH DCI
format1A/1B/1C/1D,资源分配具体过程详见下行调度需求文档。
5 LTE上行物理信道
5.1 PUCCH
在LTE中共有3种上行物理控制信息,即“调度请求”,“ACK/NAK”和“CQI反馈”,其中“ACK/NAK”和“CQI反馈”可在“上行物理控制信道(PUCCH)”上传输,也可以与数据复用在“上行物理共享信道(PUSCH)”
上传输。
PUCCH上传输的上行控制信息除了SR、ACK/NACK、CQI之外,还可能会携带PMI、RI信息。
CQI、PMI和RI的上报支持周期上报和非周期上报两种方式。其中,周期性上报通过PUCCH传输,非周期性上报由eNB调度、通过PUSCH传输。如果在一个子帧内UE同时有周期性上报和非周期性上报,则UE只进行非周期性上报,由eNB侧调度器确定UE进行非周期性CQI/PMI/RI上报的资源。PMI、CQI计算都取决于UE选择的RI,只有CQI/PMI通过PUSCH上报,RI才通过PUSCH上报。
在LTE系统中,一个上行常规子帧从频域上可以划分为控制区域和数据区域。控制区域即物理层控制信道PUCCH可以使用的物理资源。控制区域位于频带的边缘,上下频带的频域宽度是对称的,每一侧的频域宽度为12个子载波(1个PRB)的整数倍。上行PUCCH采用时隙间跳频的方式,在上行频带的两边进行传输(中间传输PUSCH)。
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图6-1 上行常规子帧中PUCCH的位置
PUCCH共有如下表所示的不同的格式,用于发送不同的上行控制信息(“调度请求”、“上行ACK/NAK”、“CQI反馈”或者“CQI反馈+ACK/NAK”)。
表6-1 PUCCH格式
PUCCH
格式 调制方式 每个子帧承载比特数
承载信息
1 N/A N/A SR
1a BPSK 1 ACK/NACK
ACK/NACK+SR
1b QPSK 2 ACK/NACK
ACK/NACK+SR
2 QPSK 20 CQI/PMI、RI
CQI/PMI+ ACK/NACK(extend cp)
RI+ACK/NACK(extend cp)
2a QPSK+BPSK 20+1 CQI/PMI+ACK/NACK(normal cp)
RI+ACK/NACK(normal cp)
2b QPSK+QPSK 20+2 CQI/PMI+ACK/NACK(normal cp)
RI+ACK/NACK(normal cp)
PUCCH支持不同的PUCCH
format,不同format在进行资源映射时按照如图6-2所示的原则映射,其中formats2/2a/2b占用频带最边缘部分,如果最后一个用于format
2/2a/2b的PRB上的循环序列资源没有完全使用时,将在间隔2个循环移位序列之后在该RB上复用PUCCH
format1/1a/1b。对于PUCCH
format1/format2混合模式:在每个slot内支持混合模式的最多只有1个PRB,format1可以使用的循环移位资源个数取值范围为0-7。
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图6-2 各种PUCCH format共存情况下的物理资源分配
各种PDCCH format按照如下方式进行处理:
对于PUCCH format1/1a/1b:经过调制的符号 和长度为
的循环移位序列相乘进行频域扩展,形成长度为12的符号序列,加扰后再和长度为
(取值为4或3)的正交序列相乘进行时域扩展,并映射到一个slot上对应PRB的
个时频位置上,format1/1a/1b在一个子帧的两个时隙采用跳频结构,两个时隙可以用不同的序列传输相同的信息。
对于PUCCH format2/2a/2b:比特加扰及调制后,CQI信息对应的10个QPSK调制符号 与长度为
的循环移位序列分别相乘进行频域扩展,然后映射到一个子帧中对应PRB的12×10个资源单元,format2/2a/2b采用跳频结构,两个时隙分别传输
,对长度为12的循环移位序列最多可以支持12个UE。
PUCCH资源分配算法分为两部分:
PUCCH format1/1a/1b资源分配算法:主要完成SR和ACK/NACK反馈资源的分配;
PUCCH format2/2a/2b资源分配算法:主要完成CQI反馈的资源分配。
TD-LTE **** PUCCH上行控制信道配置建议:
半静态配置方法考虑了产品规划时所设定的UE目标数,但是实际系统中不一定所有UE都处于同步,因此可能会浪费一些资源。
对于系统设计指标为需要支持1000个在线用户(1000个RRC_CONNECTED状态的UE)、500个激活用户(和接纳算法相关)、以及下行峰值速率100Mbps和上行峰值速率需要达到50Mbps的系统设计指标;其中1000个在线用户和50Mbps的上行峰值速率与本算法相关,在半静态配置方法中,PUCCH资源对于RRC_CONNECTED状态的UE数目都是按照1000个用户来预分配的;鉴于此,需要对半静态配置方法占用的资源情况进行峰值速率的计算和性能分析。
PUCCH format1/1a/1b占用上行资源情况,如下表所示。
表6-2 PUCCH format1/1a/1b占用的上行资源
UL/DL配置 SR周期
占用PRB个数
0 20 108 72 180 5
1 20 144 108 252 7
2 40 144 216 360 10
3 20 180 144 324 9
4 40 144 216 360 10
5 40 252 216 468 13
6 20 108 72 180 5
PUCCH format2/2a/2b占用上行资源情况,如下表所示。
表6-3 PUCCH format2/2a/2b占用的上行资源
UL/DL配置
nRB-CQI
0 10 12
1 10 12
2 20 17
3 10 23
4 20 17
5 40 17
6 10 17
PUCCH占用上行资源情况,如下表所示。
表6-4 PUCCH占用的上行资源
UL/DL配置 PUCCH占用的PRB个数
0 17
1 19
2 27
3 32
4 27
5 30
6 22
常规CP下的上行峰值速率,如下表所示。
表6-5 常规CP下的上行峰值速率
常规CP PDR_UL(Mbps)
UL/DL配置 0 1 2 3 4 5 6
不考虑开销(20M带宽全部为数据域) 50.4 33.6 16.8 25.2 16.8 8.4 42
考虑开销(考虑SRS/DRS/PUCCH) 35.784 21.816 10.44 14.652 10.476 5.004
28.008
5.2 PUSCH
控制和数据的复用
因为上行DFT-SOFDMA单载波的特性,因此一个终端在同一时刻不能同时传输PUSCH和PUCCH。当有数据PUSCH传输时,如果有控制信令(ACK/NAK、Rank
indicator或者CQI)需要传输,那么该控制信令将在PUSCH上与数据复用传输。复用方法如下图:
ACK/NACK信息最多占用4个DFT-SOFDM符号,即4列。
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图6-3 上行控制信令在PUSCH上的传输
(注意:由于DFT-SC-FDMA的信息是在时域输入,因此上图中的子载波并非真实的频域子载波,而采用virtual
subcarrier,即在输入到DFT的信号)
ACK/NAK信息
ACK/NACK消息映射在导频的两边,从下开始映射,如图相应位置的数据打孔。
一个subframe中ACK/NACK最多占用4个SC-FDMA符号。
在传送2比特ACK/NAK信息的情况下,采用与PCFICH类似的(3,2)编码的方案[3GPP R1-082086]。
RI信息
RI与CQI分别编码;
在2比特的情况下,使用(3,2) 简单编码
RI比特位于于ACK信息相邻的列,即与导频间隔一列的位置(无论有没有ACK信息,RI的位置相同)。
对数据进行打孔的速率匹配。
CQI信息
CQI信息放在数据资源的开始位置,先时域后频域。
采用8比特的CRC
信道编码:
对于“large”CQI信息(超过10-14比特),采用PBCH和PDCCH相同的卷积码+速率匹配的方案。
对于“small”CQI信息,采用PUCCH的块编码方式。
PUSCH中传输的CQI/PMI信息与PUSCH中的数据采用相同的调制方式。
半静态的配置数据MCS和控制信息(A/N和CQI)的编码率之间的偏移。进一步讨论具体的偏移值,以及是否需要多个偏移量(例如支持不同QoS业务的复用)。
PUSCH资源分配过程详见上行调度需求文档。
5.3 PRACH
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图6-4:物理随机接入信道
LTE系统中定义了5种Preamble格式(Format0~4),在频域上占用6个PRB(即72个常规子载波,占用1.08MHz),具体参数如下表所示。
表6-6 preamble的格式
Format Nzc 时间长度 Tcp TSEQ TGT 子载波间隔
0 839 1ms 3168Ts 24576Ts 2976Ts 1.25KHz
1 839 2ms 21024Ts 24576Ts 15840Ts
2 839
传输两次 2ms 6240Ts 2*24576Ts 6048Ts
3 839
传输两次 3ms 21024Ts 2*24576Ts 21984Ts
4 139 157µs 448Ts 4096Ts 288 Ts 7.5KHz
Format 0~3适用于TDD和FDD两种模式,在连续的多个常规上行子帧中传输;Format
4只适用于TDD模式,只在长度为4384 Ts和5120 Ts的UpPTS中进行传输。
随机接入信道的时、频域位置
PRACH的时间密度、频率位置、可用序列等以系统信息的形式在系统内广播。在FDD情况下,每个Subframe中最多传送一个PRACH,即没有频分。TDD情况下,允许一个Subframe中存在多个频分的PRACH。
PRACH的时频位置共有64种配置,需要6bit信息来进行指示。其中
为PRACH传输密度,指的是一个10ms周期(无线帧)内PRACH信道的总数;
为版本号,当发送的preamble格式相同、密度相同时可以通过版本号区分PRACH信道的时域位置。从上表可以看出,Format
0、1、2、4的PRACH的发送密度可以为0.5、1、2、3、4、5、6次/10ms。Format
3的PRACH的发送密度可以为0.5、1、2、3、4次/10ms。
由于TDD模式下的帧结构共支持7种上/下行子帧配置,每种配置下无线帧包含的上行子帧个数不同,因此每种Format格式,不同传输密度、不同版本号对应的具体时频资源位置不同,具体时频资源位置如图6-5所示。
协议36.211中给出了不同上/下行子帧配置下64种PRACH资源配置方式在一个无线帧中preamble具体时频资源位置。其中,PRACH
configuration Index与表5.7.1-2中的对应,四个参数向量 用来表示RACH信号具体的物理时频资源位置,
是某一时刻的频域资源索引号; 为无线帧索引号,分别表示RACH将出现在每个,偶数或奇数的无线帧中;
为半帧索引号,分别表示RACH位于无线帧中的第一个半帧或第二个半帧;
为上行子帧号索引号,指示Preamble在时域的起始点,两个连续的下行/上行转换点中的第一个上行子帧记为0;由于Format
4中的RACH只能在特殊子帧的UpPTS内进行传输,因此Format 4配置下的 用 * 表示。
对于PRACH传输资源配置而言,为了降低基站在某一时刻处理的复杂度,LTE物理层标准中规定PRACH时频资源映射的规则是:先在时域上进行分配,若时域资源匮乏,再考虑在频域上放置多个PRACH信道。PRACH时频资源配置的基本原则:
时域资源分配:在小区规划分配preamble资源时,首先要考虑preamble序列在10ms中的传输密度 。
的确定要综合考虑小区的业务量和上/下行子帧配置,在满足小区业务量的前提下,尽量选择较低的传输密度,以减少preamble序列的相互干扰。而如果小区中UE的业务量大或配置的上行子帧数较少时,preamble序列的传输密度就要较大,也就是一个无线帧中的PRACH信道较多,以满足随机接入的需求。在组网规划中,如果preamble传输密度相同,相邻小区可以采用不同的版本号rRA来进行区分,使PRACH资源尽量分配到不同的子帧上,以减少小区间的干扰。
频域资源分配:如果相邻小区选择了相同的PRACH资源配置序号,且可用的上行子帧数很少(例如上下行子帧配置为5时,每个无线帧中只有一个上行子帧,此时随机接入将集中在子帧2中发送),则相邻小区要尽量选用不同
(高层配置的可以用于PRACH映射的第一个PRB索引号),使相邻小区选用的频域信道分开。
对于Preamble序列配置而言,需要保证本小区中接入序列的覆盖和检测性能,并且要尽可能的减小相邻小区间UE发送preamble序列的干扰。Preamble序列配置的基本原则:
低速小区:循环移位Ncs的取值要根据小区半径进行选择,相邻小区使用的ZC根序列不能重叠。
高速小区:循环移位Ncs的取值不仅要根据小区半径进行选择,同时还要考虑ZC根序列所能支持的最大小区半径,保证小区所选用的ZC根序列处于同一根序列组中,且相邻小区使用的ZC根序列不能重叠。
(下图为一种可能的PRACH配置)
图6-5 随机接入信道的时频域位置
在TDD中,format
0~4的PRACH都可能需要在频域上进行频分,同一时刻发送多个PRACH,这时候在上行频段的两边,在与PUCCH相邻的频域位置上下交错排列,如下图:
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图6-6 普通子帧上PRACH频域位置(TDD) UpPTS上PRACH频域位置(TDD)