LTE物理傳輸資源（3）

dsplog 2019-07-13

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在博文《LTE物理傳輸資源（1）-幀結構和OFDM符號》里提到了LTE的幀結構和時域上的OFDM符號，本文繼續(xù)這個話題，繼續(xù)描述子幀和時隙結構里的其他內(nèi)容。

1.資源粒度

為提高終端的功率效率，延長電池的續(xù)航時間，以及設備成本上的考慮，LTE上行鏈路采用SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access，單載波頻分多址）技術。在時域上，最小的資源粒度是一個OFDM符號（上行是SC-FDMA符號。下文統(tǒng)一稱為OFDM符號）。在頻域上，最小的粒度是一個子載波。一個OFDM符號與一個子載波組成的一個時頻資源單元，叫做RE（Resouce Element）。物理層在進行資源映射的時候，是以RE為基本單位的。一個時隙內(nèi)所有的OFDM符號與頻域上12個子載波組成的一個資源塊，叫做RB（Resource Block），LTE資源調(diào)度就是以RB為基本單位的。

循環(huán)前綴（CP，Cyclic Prefix）的長度影響著一個時隙（Slot）內(nèi)OFDM符號的個數(shù)。一個時隙內(nèi)包括的OFDM符號總個數(shù)是N_symb個：CP類型為Normal時，N_symb=7；CP類型是Extended類型，N_symb=6。因此，如果是Normal CP類型，那么1個RB由12*7=84個RE組成；如果是Extended CP，那么1個RB由12*6=72個RE組成。

系統(tǒng)可以使用的子載波個數(shù)與信道帶寬有關：帶寬越大，包括的子載波個數(shù)就越多。帶寬內(nèi)包括的子載波總個數(shù)是（N_RB*N_RB_sc=12*N_RB）個，其中，N_RB_sc值固定等于12（見上面的表格），N_RB與帶寬相關，取值如下：

對于整個帶寬來說，如果當前帶寬占用N_RB個RB塊（RB從0開始標識，標識的范圍是：0，1，2，...，N_RB-1），那么占用的子載波個數(shù)就是N_RB*N_RB_sc=12*N_RB個。比如20MHz帶寬，能夠傳輸數(shù)據(jù)的子載波個數(shù)=12*100=1200個。

下圖是一個CP類型為Normal的上行時隙Tslot在整個帶寬內(nèi)的展開圖（下行時隙的結構與上行相同）。

上圖中的橫坐標是時域，以SC-FDMA符號個數(shù)L為基本單位，每個時隙包括7個SC-FDMA符號?？v坐標是頻域，以子載波個數(shù)K為基本單位。對于一個坐標為（k,l）的RE來說，它所屬的RB號n_pRB等于（k/12）向下取整的值，比如k=13，那么該RE所屬的RB號是（13/12）=1。

2.頻域結構

還記得博文《LTE物理傳輸資源（2）-頻帶、信道帶寬和頻點號EARFCN》中載波中心頻點Fc的概念嗎？在那篇文章里并沒有提及上行和下行載波中心頻點的不同，這里嘗試做下說明。

在LTE下行鏈路中，存在著一個不用的直流子載波，位于載波中心頻率，所以下行載波個數(shù)實際上是（12*N_RB+1）個。之所以不用這個直流子載波承載用戶數(shù)據(jù)，是因為無論收發(fā)哪一方，它的上變頻器件都存在著固有的本振泄漏，但終端一般采用的是零中頻接收方案（結構簡單成本低），因此無論基站側的射頻怎么發(fā)送，終端接收的時候都會在直流子載波處產(chǎn)生一個較強的噪聲，因此該處不適合傳輸用戶數(shù)據(jù)，故空出一個子載波。

在LTE上行鏈路中，因為上行采用的是SC-FDMA，需要使用連續(xù)的子載波承載用戶數(shù)據(jù)，不能像下行鏈路那樣跳過一個DC子載波，這就需要基站側接收的時候不能采用零中頻方案，而要采用非零中頻方案。因此，上行鏈路不能也不會增加一個不用的直流子載波，故載波中心頻率位于兩個上行子載波之間，上行載波總個數(shù)是（12*N_RB）個。如下圖所示。

既然子載波個數(shù)這么多，這里就有個代碼實現(xiàn)的問題：UE在初始接入的時候，怎么來獲取當前載波的中心頻率？當然一個可能的方法是，讓UE盲檢測當前支持頻段下的所有子載波，然后依次檢測PSS和SSS，如果能找到PSS和SSS，則就找到了中心頻點，但這樣的缺點是掃頻時間較長。還記得博文《LTE物理傳輸資源（2）-頻帶、信道帶寬和頻點號EARFCN》中提到的中心載波頻率Fc與載波頻點號EARFCN之間的固定關系嗎？即：

這個公式隱式傳達了一個信息：每個載波頻率之間的間隔是0.1MHz即100KHz。也就是說，不是所有的子載波都可以用來做載波的。UE只需要對可能存在中心頻點的子載波進行盲檢測查找PSS和SSS就可以了。比如，初始接入時一個可能的方法是終端依次將EARFCN=0，1，2，...代入公式，得到若干個間隔為100KHz、可能是中心載波頻率的備選集合，然后依次對這些備選頻率進行檢測，最后根據(jù)終端廠家自己的算法，獲取真實的那個中心載波位置。對于曾經(jīng)找到過中心頻點EARFCN的終端，則可以保留歷史中心載波頻點信息，后續(xù)優(yōu)先對這些載波頻點進行檢測，這樣就可以提高掃頻速度。

3.下行子幀結構

下行的每個子幀分為控制區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域。控制區(qū)域位于每個下行子幀第一個時隙的前1~4個OFDM符號（注：一般是1-3個符號，只有在1.4MHz帶寬的時候才可能出現(xiàn)4個OFDM符號），用于傳輸下行L1/L2控制信令。這些承載在控制區(qū)域的L1/L2控制信令，對應3種不同的物理信道類型：

（1）物理控制格式指示信道（PCFICH，Physical control format indicator channel），指示終端當前子幀的控制區(qū)域占據(jù)了幾個OFDM符號，范圍是1~4，不同的子幀該值可能不同。在相同的子幀時刻，小區(qū)內(nèi)所有終端獲取的該值是相同的。

（2）物理下行控制信道（PDCCH，Physical downlink control channel），用于傳輸上下行資源調(diào)度分配的信令。PDCCH信道既可以給1個終端，也可以給多個終端發(fā)送相關信令。比如，某個子幀時刻，eNB只給一個UE分配了資源，而下個子幀時刻給2個UE分配了資源。不同終端從PDCCH信道中獲取的信息可能不同，也可能相同。比如，CRNTI加擾的信息，不同終端解碼獲取的信息不同，而用TPC-RNTI加擾或者RA-RNTI加擾的信息，不同終端獲取的內(nèi)容就可以是相同的。

（3）物理混合ARQ指示信道（PHICH，Physical hybrid-ARQ indicator channel），用于傳輸上行數(shù)據(jù)的HARQ確認信息。每個終端對應不同的PHICH位置，因此獲取到的ACK應答內(nèi)容也不同。

之所以將控制區(qū)域放在子幀的開始部分，一方面是終端可以盡快的解碼出相關調(diào)度信息，從而可以在當前子幀還沒有結束的時候就開始下行數(shù)據(jù)的解碼工作，減少了下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。另一方面，終端在子幀開始的幾個符號就檢測出調(diào)度信息，就可以知道本終端有沒有在該子幀被eNB調(diào)度，如果沒有被調(diào)度，或者說沒有屬于本終端的信息，就可以不需要在當前子幀接下來的時間內(nèi)接收下行數(shù)據(jù)，或者直接關閉接收電路，以減少終端功率的消耗。

PCFICH、PDCCH、PHICH信道的位置如下示意圖所示。接下來的幾篇文章，將繼續(xù)寫這幾個信道的相關內(nèi)容。

FDD制式，1.4MHz帶寬：