LTE时频域资源

摘自《深入理解LTE-A》

时域

系统帧

在时域上,上下行传输都被组织成10ms的系统帧(system frame)。
LTE支持2种系统帧结构:用于FDD的类型1和用于TDD的类型2。

子帧

FDD下,上下行数据在不同的频率内传输。每个系统帧由10个子帧(subframe)组成,每个子帧包含2个slot。

TDD下,上下行数据在同一频率内传输。每个系统帧由2个半帧(half-frame)组成。每个半帧由5个子帧组成。TDD中的子帧包括正常子帧和特殊子帧。

TDD支持7种不同的上下行配置,通过RRC消息中的TDD-Config->subframeAssignment来配置。


36.211 Table 4.2-2 uplink-downlink configurations

Slot and Symbol

一个slot由多个symbol组成,每个symbol由循环前缀(Cyclic Prefix)和可用的符号时间组成。
上行使用SC-FDMA symbol,下行使用OFDM symbol。

一个slot包含的symbol数(下行:N_{symb}^{DL};上行:N_{symb}^{UL})取决于CP的长度和子载波间距(Sub Carrier Spacing)。

36.211 Table 6.2.3-1: Physical resource blocks parameters.

36.211 Table 5.2.3-1: Resource block parameters.

从上图可知,除了TDD中的特殊子帧,正常子帧使用normal CP时,每个slot包含7个symbol。

OFDM中可以插入一段空白符号作为保护间隔。这样做可以消除ISI(Inter Symbol Interference,符号间干扰),但无法消除ICI(Inter Carrier Interference,子载波间干扰)。
循环前缀是将OFDM信号的最后一定长度内的部分提取出来放在OFDM信号的头部,这样做可以消除ISI和ICI。这也使得OFDM信号变长了。


36.211 Table 6.12-1: OFDM parameters.

36.211 Table 5.6-1: SC-FDMA parameters.

频域

LTE中,频域上的基本单位为一个子载波(subcarrier)。上行和下行的子载波间距均为15kHz.

LTE中,频域上可用的所有资源称之为系统带宽。下行系统使用N_{RB}^{DL}表示,上行系统带宽使用N_{RB}^{UL}表示。 单位为RB。每个RB包含12个子载波。

信道带宽与传输带宽之间的对应关系

eNodeB通过 MIB(对应 RRC消息 MasterInformationBlock的 dl-Bandwidth 字段)告知 UE小区所使用的下行系统带宽。
eNodeB通过 SIB2(对应 RRC消息 SystemInformationBlockType2的 ul-Bandwidth 字段)告知 UE小区所使用的上行系统带宽。对于TDD而言,eNodeB并不需要发送 ul-Bandwidth 字段,因为其上下行的系统带宽是相同的。

一个 slot 上传输的信号可以描述成一个或多个频域上包含N_{RB}^*N_{sc}^{RB} 个子载波,时域上包含 N_{symb}^* 个symbol的时频资源网格(resource grid)。
资源网格上的每个元素称为一个 RE(Resource Element),并且通过(k, l)唯一指定。k为频域上子载波的Index (0~N_{RB}^*N_{sc}^{RB}),l为时域上symbol的index (0~N_{symb}^*)。
天线端口 p 上索引为 ( k , l ) 的 RE对应的值使用a_{k,l}^{(p)}表示。

RE是 LTE中的最小物理资源。一个 RE可存放一个调制符号(modulation symbol),该调制符号可使用 QPSK(对应一个 RE存放 2bit 数据)、16QAM(对应一个 RE存放 4bit 数据)或64QAM(对应一个 RE存放 6bit 数据)调制。

一个 RB(Resource Block)在时域上包含6或7个连续的symbol,在频域上包含12个连续的sc。
可以看出,对于正常的循环前缀,每个 RB包含 7 * 12 = 84 个 RE;对于扩展的循环前缀,每个 RB包含 6 * 12 = 72个 RE。

虽然 RB是基于一个 slot(0.5 ms)定义的,但 LTE中调度的基本时间单位是一个子帧(1 ms, 对应 2个 slot),称为一个 TTI。一个TTI 内的调度(调度 PDSCH和 PUSCH资源)的最小单位实际上由同一子帧上时间上相连的 2个 RB(每个 slot 对应一个 RB)组成,并被称为 RB pair。

空域

原文中有一小段对空域的介绍。

LTE中,空间维度是以“层(layer)”来度量的,并使用多天线传输和多天线接收技术来实现。每层对应一条有效的数据流,并会映射到逻辑上的“天线端口(antenna port)”上。每个天线端口对应一个时频资源网格,并有一个对应的参考信号(Reference Signal),以便接收端进行信道估计和相干解调等。

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