SRS是探测参考信号的缩写,所谓参考信号,那么是为谁提供参考?参考的指标是什么?答案是为eNodeB的调度提供参考,参考的内容是为上行信道质量做参考。
那么为什么需要SRS呢?众所周知,在LTE网络中,eNodeB通常是分配系统带宽的一部分区域给特定的UE,也就是在一个特定时间、给UE分配特定的频率区域资源,此时若eNodeB知道哪一部分特定频率区域质量较好,优先分配给UE将使UE的业务质量更有保障;当然,若eNodeB每次都把整个系统带宽分配给UE,那么SRS的参考意义就不重要了,所以SRS是一个可选的参考信号,只是为eNodeB的调度资源提供参考。
SRS是上行的参考信号,由UE上报给eNodeB,为什么上行已经有DM-RS(解调参考信号)参考信号,还需要SRS呢?那是因为DM-RS与上行信道PUSCH或PUCCH占用同一个资源区,可为eNodeB提供信道估计与相干解调;而SRS是位于一个子帧的最后一个SC-FDMA符号,周期性的发送,与上行数据传输无关,因其是周期上报,除了为上行资源调度提供参考外,eNodeB还可以检测UE的时间对齐状态。有点类似于CQI,用于下行资源调度。如下图。
SRS的发送周期是2ms~320ms,具体周期要根据高层的参数(SIB2\RRC CONNECTION SETUP\RRC CONNECTION RECONFIGURATION)配置而定,当然,也可以设置不发送SRS.具体参数可以参考36.211协议。SRS配置参数包括两个部分,公共配置SRS和专用配置SRS,公共配置部分又叫做小区专属SRS(Cell specific SRS),在系统消息2中下发;专用配置SRS又叫UE专属SRS(UE specific SRS),在RRC连接中配置完成。如下图,在公共配置中包含Csrs带宽配置、子帧配置、simultaneous-AN-and-SRS(该值设置为TRUE,将采用短PUCCH格式)等;在专用配置中包含Bsrs配置、Bhop配置、n_SRS等,这些配置参数的设置决定了SRS上报的带宽,带宽分段等。
像GSM、WCDMA网络一样,随机接入过程能够实现UE初始接入网络,完成上行同步过程;但在LTE网络中随机接入过程在多个事件中都有使用到,尤其是在切换、RRC连接重建等流程中,归结起来,共有六种情况使用到了随机接入流程。
随机接入的方式有两种,基于竞争的方式和基于非竞争的方式,这与2、3G网络的机制类似,在基于竞争的随机接入方式中,对于UE而言,RACH资源是一个池可供选择,不同的UE可以使用相同的资源,造成资源竞争的产生。而基于非竞争的随机接入方式,特定的资源被保留起来,供UE使用。
那么在上述的6种事件中,哪种场景使用基于竞争的接入方式?哪种场景使用基于非竞争的接入方式呢?简单的理解就是,当eNB知道UE的RACH用途时,一般采用基于非竞争的方式。如
但是,选择采用哪种方式,需要根据网络策略而定,通常情况下,上述6种场景中,除了定位过程外其他的事件都可以采用基于竞争的接入方式,而从RRC_IDLE状态的初始接入过程总是使用基于竞争的方式接入。这是因为基于非竞争方式的接入,需要预留RACH资源,当这部分资源不用时相当于浪费掉了,所以预留资源是有限的;而基于竞争的接入方式,可能需要解决冲突的问题,增加接入时延。
RRC(无线资源控制)是无线资源管理的核心,为了提高资源管理效率,缩短时延,在LTE网络中对RRC做了一些修改,下面通过对比UMTS的RRC实体功能,介绍下LTE网络中RRC实体功能变化。
除了以上内容,LTE网络中RRC实体还在同步机制、消息流程、移动性管理上与UMTS存在很大的不同
所谓下行资源调度,就是指系统资源分配过程,决定着什么时候、哪些资源可用于UE传输数据,或者接收数据。这里的资源由频率和时间组成,后被划分成N个RB块,然后系统为每一个用户分配一定数量的RB块。在时域上调度周期最小为1ms,也就是一个子帧长度。在下行,调度信息在PDCCH信道上传输,分配的频域资源从最小一个RB到整个系统带宽所能提供的最大RB数。
关于系统资源的调度规范中没有明确定义,具体由eNB厂家决定,因此不同的设备商之间的算法也不同,但总的来说,设备厂商是综合考虑多种因素的后一个结果,如包括不同用户的信道质量(CQI)、QoS、当前资源使用状况、公平性、策略与计费等等。若设备厂家若不支持基于差分服务或业务差异化服务,那么在系统调度中就不会考虑因素;或者由于调度算法效率的不同,导致在一个TTI中能同时调度的用户数也不同。但大多情况下,调度的目标是在考虑了公平性(如小区边缘用户和信道条件好的用户)的前提下使小区的吞吐率最大。所以,公平性是下行调度的重要原则。体现在每个用户都应有一个最低的保障速率、SRB和HARQ数据的优先级要高、要考虑UE的能力等。
调度的流程,第一步、公共信道数据的调度,考虑相应资源的预留。第二步、评估可用于PDSCH信道的资源。第三步、哪些用户需要调度。第四步、时域和频域资源调度。第五步、调度的方法和调度信息的承载。
公共信道数据调度:评估广播消息、寻呼消息、随机接入数据所占资源,根据需求预留部分资源。
计算可用PDSCH信道资源:扣除公共信道的开销,计算出可用于承载数据的资源。
调度用户的选择:通过UE状态来判断是否满足被调度的条件,首先,UE必须激活,处于同步状态,且DRB或SRB中有数据要传输,信道质量也要满足一定条件。
时域和频率资源调度:时域调度实际上是求UE的调度优先级,如考虑UE所进行的业务优先级,SRB和HARQ的业务优先级高于初次数传;还有就是结合公平性原则,按照保障速率/实际速率进行排序,优先调度排序靠前的用户,这与WCDMA的调度算法相似,综合以上因素对所要调度的UE优先级进行排序。频域资源调度主要是根据CQI来判断,同时结合业务的差异性、用户差异性进行综合考虑。
上面简单介绍了下行资源调度流程,最后一步是资源调度的方法和调度信息的承载。经过前几个资源调度准备流程后,eNB知道有哪些资源可以用于分配,并且也知道优先调度哪个用户,那么如何把资源分配调度信息告诉UE呢?
首先,大家都知道下行资源调度信道是封装在DCI(下行控制信息)中的,DCI再映射到PDCCH信道,PDCCH信道所占的OFDM符号数由PCFICH或者说由PDCCH信道负荷而定。DCI包含的信息除了RB分配及分配类型外,还可根据需求可携带MCS信息、HAQR信息、上行信道的功率控制命令等。如下表格呈现了不同DCI格式的用途。
DCI格式 | 用途 | 下行资源分配 |
0 | PUSCH的调度,即上行的调度授权 | 无 |
1 | 单码字PDSCH的调度 | 类型0或1 |
1A | 单码字PDSCH的紧凑调度或随机初始接入流程 | 类型2 |
1B | 带预编码信息的单码字PDSCH的紧凑调度(对应MIMO发射模式6-单层闭环空分复用) | 类型2 |
1C | 更为紧凑的单码字调度格式,主要用于公共信道(SIB、寻呼、随机接入等) | 类型2 |
1D | 带有预编码和功率偏置信息的单码字PDSCH紧凑型调度(对应MIMO发射模式5-多用户MIMO) | 类型2 |
2 | 通常用于多天线端口、多码字模式(对应MIMO发射模式4-闭环空分复用) | 类型0或1 |
2A | 通常用于多天线端口、多码字模式(对应MIMO发射模式3-开环空分复用) | 类型0或1 |
3、3A | 分别用于A2\A1-比特上行信道(PUCCH和PUSCH)功率控制命令发送 | 无 |
上表中除了呈现资源调度信息由不同DCI格式所承载外,还包含了一个信息,那就是资源调度的方法,即资源分配的类型,每一种DCI格式都与资源分配类型对应。资源分配一共有3种类型,分别是类型0、1、2,通常情况下,分配类型0用于数据或信令的资源分配,分配PRB的资源组粒度由系统带宽决定,如20Mhz带宽,组粒度为4.
下行系统带宽RB数 | RBG(无线资源组)大小(P) |
<=10 | 1 |
11~26 | 2 |
27~63 | 3 |
64~110 | 4 |
类型0分配的资源可以是整个系统带宽,由于是按组来进行分配,可提供最大的速率,因此最适合数据传输场景,一般与DCI=1、2、2A进行对应。
对于资源分配类型2,一般用户公共信道的资源分配,承载信令或者控制信息。与DCI=1A\1B\1C\1D进行对应。
关于资源分配的方法是,每个PDCCH信道中包含两部分资源分配字段,一部分是类型字段,指示是类型0或1,另一部分是真正的资源分配信息。对于资源分配类型0和1,因为有着相同的PDCCH格式,所以只能通过类型字段区分,当系统带宽所能提供的PRB数量小于等于10个时,PDCCH内仅包含真正的资源分配信息,而不包括类型字段信息。对于资源分配类型2与类型0或1的PDCCH格式不同,因此,不需要类型字段。
资源分配类型0,采用位图的方式分配RBG(无线资源组)给调度的UE,RBG的大小与系统带宽相关(如上表),与位图的bit数是一致的,如20Mhz带宽,100个RB,25个RBG,也就是由25bit组成的位图,这样相对于用1个比bit标识一个RB而言,位图的方式减少了开销。对于位图分配方式很多资料都没有解释清楚,但下图做了很好诠释。
资源分配类型1,同样采用位图的方式,但RB资源被划分成多个子组(P),增加了频率分集增益,每一个位图表征一个子组的资源分配,分配的RB数最大为子组带宽。由于资源子组的存在,相对于分配类型0,位图bit开销更少。类型1资源分配由三部分字段决定-子组识别bit、偏移bit、位图bit。例如下图RB被分为2个子组调度。
在资源分配类型2中,通过PDCCH信道中的1bit标志,可以分配给UE一组连续的物理资源或者VRB(虚拟资源块),资源分配范围可以是一个RB到整个系统带宽。VRB的资源分配方式有两种,一种为区域型方式,即资源调度信息包含在11bit的RIV(资源指示值)中,由VRB的开始位置和VRB连续RB的长度决定资源分配;如下图所示。
另一种为分布式方式,VRB资源分配可以在整个系统带宽中,但在频域不是连续的(可能存在1个或2个Gap),需要通过跳频实现。值得注意的是,DCI格式-1C总是采用分布式VRB分配方式,而其他的如DCI格式-1A\1B\1D可以通过1bit标志指示采用区域性方式或者分布式方式。
最后,网络侧通过带有DCI格式的PDCCH信道发送资源调度信息给UE,但对于公共信道的信息,UE是如何判断DCI格式是属于自己的呢,答案是RNTI,因为PDCCH信道有用RNTI加扰处理,因此可是实现对UE的资源分配。
在LTE网络中有一个最基本的时间单元:Ts,无论帧长(=307200*Ts)、时隙长度(=15360*Ts)、循环前缀长度(=144*Ts或者512*Ts)都是通过TS定义的。那么Ts值是多少呢?下面等式明确给出了Ts的定义。
Ts =1/(15000*2048) 单位是:秒
计算结果大约时间为32.6纳秒。虽然规范中定义了Ts公式,但没有给出明确的解释,这个公式缘何而来,刚接触时会有点陌生。有两点可以帮助更好的理解Ts的含义。
第一,LTE系统中OFDM符号生成所采用的FFT SIZE为2048(以20MHZ带宽为例),采样频率为15kHz,那么20M带宽的采样率=15kHz*2048=3.072MHz,这样Ts可以理解为OFDM符号的采样周期,即一个OFDM符号的周期为Ts=1/15000*2048。
第二,Ts的大小可与UMTS或者CDMA的码片周期匹配。如UMTS系统的码片周期=1/3.84Mhz,CDMA系统的码片周期=1/1.2288Mhz,正好等于8*Ts和25*Ts,这样有利于减少多模芯片(同时支持LTE和UMTS或CDMA)实现的复杂度。
UE从网络侧接收TA命令,调整上行PUCCH/PUSCH/SRS的发射时间,目的是为了消除UE之间不同的传输时延,使得不同UE的上行信号到达eNodeB的时间对齐,保证上行正交性,降低小区内干扰。在GSM网络中,1TA表征的距离大约在550m,那么在LTE网络中TA命令对应距离是如何计算?
1Ts对应的时间提前量距离等于:(3*10^8*1/(15000*2048))/2=4.89m。含义就是距离=传播速度(光速)*1Ts/2(上下行路径和)。TA命令值对应的距离都是参照1Ts来计算的。
eNodeB测量到上行PRACH前导序列,在RAR(随机接入响应)的MAC payload中携带11bit信息,TA的范围在0~1282之间,根据RAR(随机接入响应)中TA值,UE调整上行发射时间Nta=TA*16,值恒为正。
例如:TA=1,那么Nta=1*16Ts,表征的距离为16*4.89m=78.12m,同时可以计算得到在初始接入阶段,UE与网络的最大接入距离=1282*78.12m=100.156km。
周期性的TA命令在Mac层的信息为6bit,即TA的范围在0~63之间。
TA命令Nta_新 = Nta_旧 +(TA-31)*16,时间提前量值可能为正或负。
例如:TA=30,那么Nta_新 = Nta_旧 +(30-31)*16Ts,距离等于-1*16*4.89m=-78.12m
根据公式可以算出最小的TA距离为-31*16*4.89m=-2.42Km,最大TA距离为32*16*4.89m=2.5Km。
DRX功能,在2G和3G中都有应用,主要目的是降低空闲态UE的功耗,增加手机电池寿命。随着网络演进HSPA在R7版本后引入了连接态的DRX功能,主要改善高速数据业务带来的高能量消耗。对于空闲态,UE没有占用无线资源,而在连接态,终端占用空口无线资源,保持高能量消耗。
CDRX(CONNECTED DRX)功能的应用与分组业务(HTTP、EMAIL、IM)特性相关,由于分组业务在使用中具有明显的突发性,即实际发送/接收的分组包周期短、但频率高,呈梳状分布,如下图。在LTE网络中,当UE处于RRC_CONNECTED状态,即使没有数传,UE仍要每子帧监听PDCCH信道,判断是否有数据发送,所以要一直保持较高的发射功率,消耗大量的电能。同时PS业务特性也会造成额外的信令开销,占用用户面资源,降低了系统容量。
在LTE网络中,RRC实体得到优化,UE仅存在RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两个状态,在空闲态UE附着在EPS进行移动性管理,没有实际的数据激活,在这个状态UE可以被寻呼进行下行数传,也可发起RRC连接请求进行上行数传,进入RRC_CONNECTED状态。而这个状态若开启DRX功能,UE在数传阶段的分组包间隔期可进入DRX睡眠期,关闭射频单元,降低手机功耗。CDRX具体实现是网络侧通过RRC CONNECTIONRECONFIGURATION或者RRC CONNECT SETUP通知UE,按照相关参数进行“小睡”或者“深睡”。具体参数包括“drx-inactivity timer”、“onDurationTimer”、“drx-Retransmission timer”、“HARQ RTT Timer”、“shortDRX-Cycle”、“drxShortCycleTimer”、“longDRX-Cycle”等。参数具体含义结合下图进行说明。
DRX功能流程在3GPP 36.321中有明确定义,当网络配置CDRX功能后,如上图UE成功解码PDCCH信道进行数据传输,UE处于业务态(Traffic态),当在“drx-inactivity timer”内都没有监测到本UE的调度信息时,UE进入DRX Cycle模式(短DRX周期模式或者长DRX周期模式),选择哪种模式根据网络参数设置决定,长DRX周期模式可以深度节电,但会增加业务响应时延;短DRX周期模式对用户体验影响较小,周期较短,但频繁的“唤醒”和“睡眠”,节电效果不如长DRX周期,也可以两种模式都配置。DRX Cycle周期由“onDurationTimer”+“DRX Sleep”组成,在RRC消息中没有定义,需要根据子帧号与DRX Cycleoffset计算得到。“onDurationTimer”相当于一个DRX Cycle周期中的“CONNECTED态”,用于监听PDCCH信道上的调度信息,而“DRX Sleep”相当于一个DRX Cycle周期中的“IDLE态”,在此态中射频单元关闭,实现UE节电的目的。
还有另一种情况就是HARQ重传模式,系统为每一个HARQ进程都配置了一个“HARQ RTT Timer”、“drx-Retransmission timer”用于在重传模式下的控制。DRX流程如下图。
当成功解码PDCCH信道调度信息后,启动“HARQ RTT Timer”定时器,如果定时器超时前没有在相应的子帧上收到下行数据的ACK(确认)反馈,则启动drx-Retransmission timer定时器,若在定时器超时前UE接收到重传数据,则定时器停止。
SIB2中包含公共的无线资源配置信息,如上行RACH、PUCCH、PUSCH、SRS的资源分配与调度,上行信道功率控制信息;下行BCCH、PDSCH、PCCH信道资源配置等,这些信息对理解当前系统上下行的资源使用及分析网络资源问题有很大帮助。系统消息2主要有三大部分,包括radioResourceConfigCommon(公共无线资源配置信息)、ue-TimersAndConstants(定时器与常量)、freqInfo(频率信息)。除此之外还包含小区接入禁止相关信息。下面结合现网参数设置介绍下相关参数含义。
第一部分:radioResourceConfigCommon(公共无线资源配置信息)
radioResourceConfigCommon:rach-ConfigCommon
............................preambleInfo
..............................numberOfRA-Preambles:n52 (12) 保留给竞争模式使用的随机接入探针个数,PRACH探针共有64。当前参数设置52,表示52个探针用于竞争模式随机接入
..............................preamblesGroupAConfig
................................sizeOfRA-PreamblesGroupA:n28 (6) 组A随机接入探针个数。基于竞争模式的随机接入探针共分2组,A组和B组。当前参数设置28,A组中有28个探针,B组中52-28=24个探针。
................................messageSizeGroupA:b56 (0) 表示随机接入过程中UE选择A组前导时判断msg3大小的门限值/bit。当前参数设置56,即msg3的消息小于56bit时,选择A组。
................................messagePowerOffsetGroupB:dB10 (4) 用于UE随机接入Preamble B组的选择。默认为10dB。
............................powerRampingParameters
..............................powerRampingStep:dB2 (1) 随机接入过程探针功率攀升步长。当前参数设置dB2,即2dB
..............................preambleInitialReceivedTargetPower:dBm-104 (8) 探针初始接收功率目标. 当PRACH前导格式为0时,在满足前导检测性能时,eNodeB所期望的目标功率水平。当前参数设置-104 dBm,即期望的功率值,用于计算探针的初始发射功率。
............................ra-SupervisionInfo
..............................preambleTransMax:n10 (6) 随机接入探针最大重发次数。当前参数设置10,即最大重发10次
..............................ra-ResponseWindowSize:sf10 (7) 随机响应接收窗口。若在窗口期未收到RAR,则上行同步失败,当前参数设置sf10,即10个子帧长度。
..............................mac-ContentionResolutionTimer:sf64 (7) RA过程中UE等待接收Msg4的有效时长。当UE初传或重传Msg3时启动。在超时前UE收到Msg4或Msg3的NACK反馈,则定时器停止。定时器超时,则随机接入失败,UE重新进行RA。当前参数设置sf64,即64个子帧长度。
............................maxHARQ-Msg3Tx:0x5 (5) Msg3的HARQ最大传输次数.当前参数设置5,即5次。
radioResourceConfigCommon:bcch-Config
............................modificationPeriodCoeff:n2 (0) BCCH信道修改周期系数,该值乘以defaultPagingCycle为UE侦听SI是否修改的周期。但系统消息是否修改还与MIB中tag相关。当前参数设置n2,即系数为2。
radioResourceConfigCommon:pcch-Config
............................defaultPagingCycle:rf128 (2) Idle模式下DRX周期,用于计算寻呼时刻,可实现节电的目的。当前参数设置rf128,即128个无线帧长度。
............................nB:oneT (2) 表示在一个寻呼周期内包含的寻呼时刻(子帧)的数量,也即寻呼组的数量。可获取N值,用于计算寻呼时刻。当前参数设置oneT,即1倍的寻呼周期。
radioResourceConfigCommon:prach-Config
............................rootSequenceIndex:0x7 (7) 用于生成Signature的逻辑Za-doff序列索引,每一个逻辑索引对应一个物理Zadoff-chu序列。该值一般是按网络规划配置设置的。当前参数设置为7,对应物理Zadoff-chu序列为629.见36.211 Table 5.7.2-4.
............................prach-ConfigInfo
..............................prach-ConfigIndex:0x6 (6) 该值与探针格式一同确定探针频域/时域资源。当前参数设置为6,对应探针格式0,可占用任意系统帧的第1或6子帧资源。见36.211 Table 5.7.1-2.
..............................highSpeedFlag:FALSE 高速移动小区指示。即是否是覆盖高速移动场景,当前参数设置为False,表示非覆盖高速移动场景。
..............................zeroCorrelationZoneConfig:0x2 (2) 零自相关区配置索引。随机接入探针是由具有CAZAC(恒幅零自相关)的Zadoff-chu序列生成的,通过逻辑根序列获取物理根序列,然后对物理根序列进行循环移位获得。零自相关区配置索引与Ncs的选择直接相关。取值范围0~15,当前参数设置为2,即对应Ncs=15(无限集)或Ncs=22(有限集),见36.211 Table 5.7.2-2.
..............................prach-FreqOffset:0x6 (6) FDD小区的每个PRACH所占用的频域资源起始位置的偏置值。取值范围0=< prach-FreqOffset ul-rb-6,当前参数设置为6,即在第6个PRB位置。
radioResourceConfigCommon:pdsch-ConfigCommon
............................referenceSignalPower:0xf (15) 每逻辑天线(port)的小区参考信号的功率值。参数设置值为15,即RS信号功率为15dbm。
............................p-b:0x1 (1) 表示PDSCH上EPRE(Energy Per Resource Element)的功率因子比率指示,它和天线端口共同决定了功率因子比率的值,见36.213 Table 5.2-1。P-b实际表征的是有RS的PDSCH符号功率与没有RS的PDSCH符号的功率偏移量。
radioResourceConfigCommon:pusch-ConfigCommon
............................pusch-ConfigBasic
..............................n-SB:0x4 (4) 给定跳频模式下,用于跳频的PUSCH子带个数。该参数与跳频偏置决定了子带的大小,而子带大小与跳频偏置、Vrb数一起决定PUSCH信道PRB的分配。该参数设置为4,即子带数为4.
..............................hoppingMode:interSubFrame (0) PUSCH跳频模式选择。该参数设置为interSubFrame,表示采用子帧间跳频模式。还有另一种模式为子帧内和间跳频。
..............................pusch-HoppingOffset:0x16 (22) PUSCH信道的跳频偏置;与FDD/TDD模式、子帧配置、CP长度相关。参与决定PUSCH信道资源分配。
..............................enable64QAM:TRUE 上行PUSHC是否使用64QAM调制方式。CAT5类终端支持。当前参数设置为TRUE,表示上行支持64QAM使用。
radioResourceConfigCommon:ul-ReferenceSignalsPUSCH
..............................groupHoppingEnabled:FALSE PUSCH信道的分组跳频开关;Group hopping作为UL RS生成base序列组Planning的一种补充,有简化Planning及随机化UL RS互相关干扰的作用,虽然现有的Group hopping模式能够大大减小出现碰撞(即相邻小区在一个TTI内使用相同的base序列组)的概率,但却不能避免出现碰撞的情况。
..............................groupAssignmentPUSCH:0x0 (0) PUSCH信道的分组指派;一个eNodeB下所有小区的GroupAssignPUSCH取0时,这些的PUSCH上的UL RS由不同的base序列组生成,每个小区在生成UL RS时可以使用全部的CS(Cyclic Shift)取值,可用的CS越多,能够支持配对的V-MIMO用户越多。
..............................sequenceHoppingEnabled:FALSE PUSCH信道的序列跳频开关;当不执行Group hopping时,允许支持sequence hopping
..............................cyclicShift:0x0 (0) PUSCH信道的循环移位;当一个eNodeB下的所有小区使用相同的base序列组生成PUSCH上的UL RS时,为了保证在半静态调度时这些小区使用不同的CS(Cyclic Shift)取值,需要为这些小区配置不同的CyclicShift取值;
..........................pucch-ConfigCommon
............................deltaPUCCH-Shift:ds1 (0) PUCCH信道的循环移位间隔。在组网时根据环境类型获得小区的平均时延扩展,然后根据小区的平均时延扩展得到PUCCH信道的循环移位间隔。与硬件处理能力相关.
............................nRB-CQI:0x1 (1) FDD小区的RRC层给CQI配置的RB总数。当PUCCH资源调整开关关闭时,CQI RB个数才能够进行手动配置。参数设置为1,表示1个RB用于承载CQI.该参数定义与36.211 5.4章节描述不一致.规范中定义为不同PUCCH格式下一个Slot可用带宽,即RB数。
............................nCS-AN:0x0 (0) 使用混合PUCCH格式下,用于PUCCH格式1/1a/1B的循环移位数。是delta PUCCH Shift的整数倍。
............................n1PUCCH-AN:0x12 (18) PUCCH占用RB数索引,表示PUCCH 使用的RB 个数.
radioResourceConfigCommon:soundingRS-UL-ConfigCommon
..............................srs-BandwidthConfig:bw3 (3) SRS带宽配置;见36.211 Table 5.5.3.2-1、Table 5.5.3.2-2、Table 5.5.3.2-3
..............................srs-SubframeConfig:sc3 (3) SRS子帧配置索引;见36.211 Table 5.5.3.3-1、Table 5.5.3.3-2
..............................ackNackSRS-SimultaneousTransmission:TRUE UE的Sounding RS和PUCCH的ACK/NACK或SR时域冲突时,是否允许同时发送.
radioResourceConfigCommon: uplinkPowerControlCommon
............................p0-NominalPUSCH:-0x43 (-67) PUSCH的标称P0值,应用于上行功控过程。与p0-NominalPUCCH含义一致。
............................alpha:al07 (4) 路径损耗补偿因子,应用于上行功控过程;
............................p0-NominalPUCCH:-0x69 (-105) 正常进行PUCCH解调,eNodeB所期望的PUCCH发射功率水平;P0NominalPUCCH设置的过高,会增加本小区的吞吐量,但是会降低整网的吞吐量;P0NominalPUCCH设置偏低,降低对邻区的干扰,导致本小区的吞吐量的降低,提高整网吞吐量。
............................deltaFList-PUCCH
..............................deltaF-PUCCH-Format1:deltaF0 (1) PUCCH格式1的Delta值;用于计算PUCCH信道功率,相当于对每种PUCCH格式补偿值。当前设置值deltaF0,表示0dB。
..............................deltaF-PUCCH-Format1b:deltaF3 (1) PUCCH格式1b的Delta值;当前设置值deltaF3,表示3dB。
..............................deltaF-PUCCH-Format2:deltaF1 (2) PUCCH格式2的Delta值;当前设置值deltaF1,表示1dB。
..............................deltaF-PUCCH-Format2a:deltaF2 (2) PUCCH格式2a的Delta值;当前设置值deltaF2,表示2dB。
..............................deltaF-PUCCH-Format2b:deltaF2 (2) PUCCH格式2b的Delta值;当前设置值deltaF2,表示2dB。
............................deltaPreambleMsg3:0x4 (4) 消息3的前导Delta值。步长为2;当PUSCH 承载Msg3 时,用于计算每个UE的PUSCH 发射功率。
..........................ul-CyclicPrefixLength:len1 (0) 小区的上行循环前缀长度,分为普通循环前缀和扩展循环前缀,扩展循环前缀主要用于一些较复杂的环境,如多径效应明显、时延严重等。当前参数设置为len1,即采用扩展循环前缀。
第二部分:ue-TimersAndConstants(定时器与常量)
........................ue-TimersAndConstants
..........................t300:ms200 (1) RRC连接建立定时器。开始于RRCConnectionRequest发送,在收到RRCConnectionSetup或RRCConnectionReject消息、cell re-selection或连接放弃后停止,定时器超时后,UE直接进入RRC_IDLE态。参数设置值为200ms。
..........................t301:ms200 (1) RRC连接重建定时器。UE在发送RRCConnectionReestabilshmentRequest时启动该定时器。
定时器超时前,如果UE收到RRCConnectionReestablishment或者RRCConnectionReestablishmentReject或者被选择小区变成不适合小区(适合小区定义参见3GPP TS 36.331),则停止该定时器。定时器超时后,UE进入RRC_IDLE态。参数设置为200ms。
..........................t310:ms1000 (5)无线链路失败定时器.在收到底层连续N310个失步指示后启动,若在定时器时间内收到连续N311个同步指示,无线链路恢复,否则定时器超时,即意味着无线链路失败。参数设置值为1000ms
..........................n310:n10 (6) 表示接收到底层的连续"失步"指示的最大数目。
..........................t311:ms10000 (3) 无线链路失败恢复定时器。在RLF后T311时间内进行RRC connection re-establishment流程,若在定时器内若RRC重建失败,则进行小区重选或者TA更新,UE进入idle状态。
..........................n311:n1 (0) 接收到底层的连续"同步"指示的最大数目。
第一部分:freqInfo(频率信息)
........................freqInfo
..........................ul-Bandwidth:n100 (5) 小区上行带宽。以RB数计量。当前参数设置N100,即100个RB,对应20M带宽。
..........................additionalSpectrumEmission:0x1 (1)附加频率散射,限制UE功率在相应信道带宽内的水平。即用于计算ue的上行发射功率。这个参数对应一个Additional Maximum Power Reduction (A-MPR),该值可以计算对应频带的上行发射功率。该参数与Additional Maximum Power Reduction (A-MPR)的对应关系,见 TS 36.101 Table6.2.4-1和TS 36.521 Table 6.2.4.3-1.当前参数设置值为1,对应NS_01,即A-MPR为NA。
........................timeAlignmentTimerCommon:sf1920 (3) 该参数表示UE上行时间对齐的定时器长度,该定时器超时,则认为UE上行失步。当前参数设置sf1920,即1920个子帧长度。
像其他GSM、WCDMA系统一样,LTE系统在空闲态UE使用DRX(不连续接收-睡眠、唤醒机制)功能减少功率消耗,增加电池寿命。为了达到这一目的,UE从SIB2中获取DRX相关信息,然后根据DRX周期UE监测PDCCH信道,查看是否有寻呼消息,如果PDCCH信道指示有寻呼消息,那么UE解调PCH信道去看寻呼消息是否属于自己。在这个过程,UE如何根据DRX周期确认在哪一无线帧、哪一子帧去监测PDCCH信道?寻呼时刻(PO)如何获取呢?通常为了计算PO分为两步。
第一步、寻呼帧位置确认。
根据下面公式求得:
寻呼帧位置 PF = SFN mod T= (T div N)*(UE_ID mod N)
其中 SFN:系统帧号,当前UE所在帧号
T:T=min(Tc,Tue),其中Tc,Tue 分别表示核心网和无线侧设置的寻呼周期,一般情况无线侧的寻呼周期小于核心网周期,默认等于无线侧寻呼周期DefaultPagingCycle,该参数从SIB2中读取。而Tc从S1的寻呼消息中获取。
N:N=min(T,nB),nB从SIB2中读取。
UE_ID: 包含在S1的寻呼消息中,通过IMSI模1024计算得到。
第二步、寻呼时刻的确认
寻呼时刻:即寻呼帧所在位置对应的子帧号,该时刻不是通过计算得到,而是通过NS与I_s对应关系获取。对应关系如下表1、2.其中表1为FDD模式,表2为TDD模式。
其中:Ns:Ns =max(1,nB/T),其中nB,T都是通过SIB2获得。
i_s :i_s = floor(UE_ID/N) mod Ns。UE_ID从S1消息中获取,N通过SIB2中信息计算得到。
下面举例说明寻呼帧与寻呼时刻的计算。
例如:如下表,现网中DefaultPagingCycle设置为128,则T=128; nB设置为T,即128,那么N=128;Ns=1.
第一步,算寻呼帧位置:
假设用户的IMSI= 448835805669362,则根据公式求得。
寻呼帧位置:= (T div N)*(UE_ID mod N) =(128/128)*((448835805669362 mod 1024) mod 128) = 114
则寻呼帧的位置可能出现在SFN =(128*i) + 114,(其中i = 0 到 N ,但是SFN <= 1024)。如,寻呼帧的位置可能为128、242、498、626、754、868、982。
第二步,寻呼时刻确认:求Ns和i_s,根据公式求得。
Ns:Ns =max(1,nB/T)=1;
i_s = floor(UE_ID/N) mod Ns=floor((448835805669362 mod 1024)/128)= 0
按照表1、2对应关系,Ns=1&i_s=0 => PO=9, 即当NB=T时,PO在寻呼帧的9子帧位置。
关于对码本(Codebook)和预编码(Precoding)这两物理层概念的认识,分享给大家,要理解这两个概念,先要从MIMO说起。
LTE网络中采用MIMO技术增加系统容量,提升吞吐率,从理论上来看,多天线的空分复用能成倍增加系统容量。但实际上并非如此,如,2*2MIMO的容量C(容量)=2*2MIMO 小于两倍的SISO容量C(容量)=2SISO,这是因为容量增加了,干扰增大了,干扰主要是由于信道矩阵中信道的相关性造成的,为了消除信道相关性造成影响,需要在接收端对H进行评估,并做线性均衡,最大化MIMO信道矩阵H的容量。
此处存在两个问题,一个是,为了获取更高的MIMO容量,接收机侧需要对MIMO的发射矩阵H中的每个信道都进行均衡处理,消除信道间的影响,这样增加接收机的实现复杂度。如SISO模式,接收机需要线性均衡处理一个信道,而对于一个2*2MIMO模式,接收机需要处理评估4个信道;其次,接收端若将H矩阵中的多个信道相关性评估结果反馈给发射机,这会增加系统开销。另一个是,若通过增加天线空间来消除信道间的影响,但天线近处的杂散环境使实现难度增加。于是提出了通过技术改进解决,这个方法就是预编码(Precoding)。
因此,预编码(Precoding)的目的是降低接收机消除信道间影响实现的复杂度,同时减少系统开销,最大提升MIMO的系统容量。
当然,消除MIMO信道间的影响,可以在接收机侧实现,也可以通过改变发射机的发射方式,对发射信号进行预处理,辅助接收机消除信道间的影响,这种发射方式的改变就是通过预编码实现的。
为了识别MIMO矩阵H中有用的通道,需要把多个通道(如2*2MIMO H11\H12\H21\H22)转化成类似于SISO的一对一模式,实现发送信号S1对应接收信号R1,S2对应接收信号R2,也就是将多个MIMO交叉通道转换成多个平行的一对一信道。这个过程通过信道矩阵SVD(奇异值分解)实现。如r=H*s+n,变换为r=UΣ(V*)T*s+n,经过接收端的处理=Σ(V*)T*s+UHn,从结果可以发现发射端不再需要知道MIMO信道矩阵H,而知道V(共轭转置矩阵,又叫酉矩阵)即可,此处的V即码本(Codebook),3GPP定义了一系列V矩阵,eNodeB和ue侧均可获得,应用时根据PMI选择一个可以使信道矩阵H容量最大的V。到这里,预编码就很好理解了,实际上就是在发射端对发射信号S乘以V,
与后面SVD过程匹配,这样在接收端需要处理的复杂性与开销大大减少了。
当码本选择4、0、1、2时,对应的发射信号。从图可知,在发射信号S乘以V后,相当与在发射端将天线域的信号转换成有方向性的“赋型波束”。如图。
PCI(Physical Cell Identity)即,物理层小区识别。顾名思义,PCI的作用就是用于识别小区,用于小区搜索或者切换过程邻区检测等。LTE网络的PCI规划,类似于UMTS系统中的扰码规划,是重要的小区数据配置信息,如果PCI规划不合理,可能造成UE同步小区过程时间很长或者产生高干扰。
那么为什么PCI规划不合理会产生上述不良影响?
首先,PCI由PSS和SSS组成。PSS–主同步信号,有3种不同序列,构成物理层识别(0-2);SSS–辅同步信号,有168种不同序列,构成物理层小区识别组(0~167);168个物理层识别组中每组3个物理层识别,PCI = 3*SSS + PSS,因此PCI的范围0~503,数量是有限的,在商用网络中出现复用不可避免,应尽量保证复用距离足够远。
其次,若相邻小区配置相同的PCI,相当于PSS相同、SSS相同,那么在UE初始小区搜索过程中,对于UE来说,仅有一个小区能同步,但在主同步过程、辅同步过程出现两个同步码相同的小区,发生冲突,导致同步时间很长。另一种情况,若主服务小区的两个邻区存在相同PCI的配置,在切换过程中,UE检测目标小区时出现异常,将无法决定切换到哪一个小区,因此就可能切换到不满足条件的小区,造成业务掉话。
再次,PCI的规划影响参考信号(RS)的频域位置。由于RS可以来计算RSRP\RSRQ用于切换或重选,或者用于信道的估计,然而RS在频域的位置是有限的,如单天线场景,仅有6个位置可以避免与邻区RS占用相同的子载波,若2*2MIMO,仅有3个位置可以避免与邻区RS占用相同位置。如果同站中不同小区间出现RS占用相同子载波情况将会出现严重干扰,SINR恶化,造成网络性能下降。因此,规范中规定在2*2MIMO场景下,PCI按照MOD3规划,单天线按照MOD6规划,即使这样,虽然eNoedB间帧不是同步的,但由于MOD3后的值只有3个,eNodeB间仍会有33%的概率出现RS碰撞,产生干扰。因此PCI规划不好可能造成覆盖黑洞,应尽量控制小区间重叠覆盖面积,降低干扰发生。
PCI规划原则:
1、相同PCI的复用距离要足够远。异频小区间PCI相同不会产生干扰。
2、避免同一基站内小区间出现相同PCI的情况。而且PSS也不能相同、最好m0(m'mod 31)和m1([m0+INT(m'/31)+1]mod 31)也不要相同。
3、尽量避免站内或邻区中配置PCIMOD3的值相同。若MOD3值相同不可避免,那么避免MOD6,MOD30值相同。
4、保留适量PCI用于室分规划、位置边界规划和网络的扩展。
5、通常情况下,物理层小区识别组(0~167)按站点设置,物理层识别(0~2)按小区设置。
现网规划设计:
结合PCI规划原则3、5,可以将504个PCI划分为3个子组(如下表,宏站规划分组),一个宏基站中的3个小区分别使用不同子组的PCI。如一个三扇区宏基站,1小区可用0、3、6....501规划,2小区可用4、7、10....1规划,3小区可用8、11、14....5规划。这样就可以避免基站内MOD3值相同、RS占用的频域位置相同。
现网中,可以结合LTE工程建设进展,按照簇进行规划。例如把每个簇划分为30个站点左右,按照MOD3进行规划,同时可减少邻区间m0相同和m1相同的概率(因为m0相同和m1相同也可能造成网络性能下降)。
CQI作为CSI的重要组成部分,影响下行编码、调制方案的选择,进而影响整个系统性能。在LTE网络中UE上报CQI有两种模式,分别是周期性上报和非周期性上报。如下表,周期性CQI承载在PUCCH信道上,而非周期性CQI承载PUSCH信道上。有一种情况,当UE需要发送数据的子帧正好与CQI上报时间相同,此时的CQI在PUSCH信道承载,这是因为UE不能同时在PUCCH与PUSCH信道上发送信息,同时由于PUCCH上的CQI级别仅有WideBand和Frequency-Selective,相对较粗,为了得到更详细的CQI报告时,eNB会触发非周期上报模式.
CQI报告等级分为三种,带宽级别、UE选择子带级、高层配置子带级。带宽级别是指整个下行占用带宽上报一个CQI值;UE选择子带级是把整个系统占用带宽分为多个子带,优选一组子带,上报一个带宽级CQI和优选子带组CQI值。高层配置子带级是把整个带宽划分为多个子带,但不进行分组,而是按照每一个划分的子带上报CQI值同时上报带宽级CQI,由此可见,高层配置子带级上报的CQI值最为详细,级别也最高。由于CSI的信息还包含PMI、RI等,因此几种信息的组合有9种模式,在PUCCH上有4种,在PUSCH上有5种。如下图
同时CQI的上报模式与发射模式密切相关,不同的发射模式对应不同的报告CSI报告模式。如下表
PUSCH CQI(报告模式): 非周期 | PUCCH CQI(报告模式): 周期 |
Transmission mode 1 : Modes 2-0, 3-0 | Transmission mode 1 : Modes 1-0, 2-0 |
Transmission mode 2 : Modes 2-0, 3-0 | Transmission mode 2 : Modes 1-0, 2-0 |
Transmission mode 3 : Modes 2-0, 3-0 | Transmission mode 3 : Modes 1-0, 2-0 |
Transmission mode 4 : Modes 1-2, 2-2, 3-1 | Transmission mode 4 : Modes 1-1, 2-1 |
Transmission mode 5 : Mode 3-1 | Transmission mode 5 : Modes 1-1, 2-1 |
Transmission mode 6 : Modes 1-2, 2-2, 3-1 | Transmission mode 6 : Modes 1-1, 2-1 |
Transmission mode 7 : Modes 2-0, 3-0 | Transmission mode 7 : Modes 1-0, 2-0 |
| No PMI | Single PMI | Multiple PMI |
Wideband (wideband CQI) |
|
| Mode 1-2 |
UE Selected(subband CQI) | Mode 2-0 |
| Mode 2-2 |
Higher Layerconfigured(suband CQI) | Mode 3-0 | Mode 3-1 |
|
| PMI Feedback Type |
| |
| No PMI | Single PMI |
|
Wideband (wideband CQI) | Mode 1-0 | Mode 1-1 |
|
UE Selected(subband CQI) | Mode 2-0 | Mode 2-1 |
|
在LTE网络中,下行链路共有8中发射模式,如下。
模式1、2、3,属于没有PMI反馈的开环空分复用模式,模式4、5、6、7属于有闭环的空分复用模式。两种模式的最大区别是否有PMI的反馈。目前商用网络中可实现两种模式自适应,根据模式特性UE反馈的PMI\RI\CQI的信息及移动速率等因素,动态调整发射模式。其中2、3、4、6模式是针对SU-MIMO(单用户MIMO)的。简单介绍下几种发射模式应用场景。
Mode1:单天线单发单收或单发多收的场景,采用小区RS端口0(端口号与RS对应),如室分覆盖。
mode2:发分集。在2/3G系统中均有应用,如3G网络中在频域中应用STTD技术。而在LTE网络中,通过基于Alamouti码的SFBC(空频编码块)技术实现,在两个天线端口发送相同的数据信息,以此达到增加链路可靠性,对抗衰落,增加系统性能。发分集支持2TX或4TX,主要应用在公共信道(PDCCH\PCFICH\PHICH\PBCH)的发射上,那是因为公共信道链路不需要自动适配,而且覆盖距离尽可能与小区覆盖一致,越大越好,还要保持链路的可靠性,这与发分集技术功能基本一致。
mode3、mode4、mode6:开环模式和闭环模式的空分复用,与发分集增加系统性能,改善覆盖,提升链路可靠性不同,空分复用,能提升频谱效率,即能提升单位带宽的吞吐率。闭环空分复用技术根据UE反馈的精准的CSI(PMI\RI\CQI),选择最好的RI向UE发送数据,但码本(Wf)比较有限,典型应用环境在UE慢速移动场景。而开环空分复用,采用CDD技术,人为增加多径,使每一个码字映射到每一层,这样通过每一个层向UE发送数据,最好RI使用发分集。由于在该模式下UE没有上报PMI值,因此CSI的准确度不高,多应用在UE高速移动的场景。
Mode5 :多用户MIMO,是典型的空分多址接入技术,使每小区容纳的用户提升,增加小区容量,但需要较高的SINR,通常在小区的中心覆盖较好的区域才能应用,若小区负载较低,MU-MIMO的业务范围更广。
Mode7、Mode8:波束复型技术与发分集技术都是提升SNR,改善覆盖,但需要多天线联合检测。
查询资料偶然看到一张图片,很好的阐述了FFR与SFR的区别,于是截图分享。SFR是LTE网络中降低ICI(小区间干扰)的一项关键技术,最初是由爱立信与华为共同提出。相比于FFR方案,SFR有着明显优势,如下图,FFR方式是将整个信道带宽,如20Mhz,划分为3部分,每一个小区使用整个带宽中的部分频率(类似GSM的频率规划),也就是可用的PRB的数量受限,虽然有效降低了小区边缘用户的干扰程度,但影响了用户吞吐率及小区的容量;而SFR方案把整个信道带宽(20MHZ)分为主、副载波,主载波按照频率再分为3段,按照FFR规划的相同原则与小区对应,用于小区覆盖边缘,与其他小区存在干扰区域的用户使用。而在小区内部的用户,主、副载波均可使用,这样小区的PRB利用率得到了提升,同时抑制了小区间干扰。技术上,SRF通过调整特定的PRB功率来实现的,如在小区边缘对应主载波的PRB功率较高,而在小区内部整个带宽的PRB分配较低的功率。
LTE是面向分组业务或者数据业务的网络,也就是说演进的初衷是针对数据业务的。那么当UE注册到LTE网络,要进行CS的主叫业务或者CS被叫业务怎么办?毕竟CS域的语音或者短信在LTE网络部署初期仍是运营商收益的重要组成部分。为满足上述需求,3gpp规范中提出了三种可选方式,分别是CSFB、Voip(Voice over IP)、全IP(IMS),其中一个就是CSFB技术,可实现LTE网络中的CS域语音呼叫业务回退到支持CS语音业务的WCDMA或者GSM网络,那么CSFB功能是如何实现的那?简单理解,有两种方式,通过重定向或者切换。重定向功能类似于华为在WCDMA系统中IUR口迁移策略DSCR.下面通过LTE->WCDMA回落流程来看下CSFB的实现。
首先,为了能实现CSFB功能,终端一定是支持多种无线接入技术,即要能支持LTE\WCDMA\GSM网络,这是前提条件。其次,核心网页要支持CSFB功能,即EPS要支持CSFB,并且EPC与2/3G的核心网是互通的(存在SGs接口),多个核心网之间可协同处理事务。这两项都是能实现CSFB的先决条件。下面看下流程:
流程第一步:ATTACH(下图来自3gpp 23.272)
从下图来看,UE在LTE网络中一个小区发起附着,需要完成联合注册流程,UE既要在EPS上注册又要在2/3G核心网上注册。这也是UE能进行LTE到2/3G的回退的前提。UE是否完成了联合附着流程,可通过查看ATTACH ACCEPT消息内容获得。如:Attach Result:Combined EPS/IMSI attach,说明UE当前联合附着在EPS/(2/3G)核心网。附着完成后,进行第二步,业务建立流程。
流程第二步:CSFB回退流程
如下图,无论CS主叫业务还是被叫业务,业务建立时UE首先发起EMM_Extened_Service_Request(业务类型为:Mobile originating/terminal CS fallback or 1*CS fallback)消息给MME,并伴随CSFB指示,当MME收到包含CSFB指示的业务请求后,触发RRC释放流程,在RRC connection Release消息中包含重定向的异系统目标信息,如:
Rrc_Connection_Release ---------->
c1: rrcConnectionRelease-r8 (0)
rrcConnectionRelease-r8
releaseCause: other (1)
redirectedCarrierInfo: utra-FDD (2)
utra-FDD: 10713
当UE获得重定向目标系统信息后,UE选择一个合适的小区驻留,读取系统消息,进行RAU(路由区更新),重新建立无线连接,在路由区更新结束后,重新发起CM service request或者寻呼响应,业务建立原因值为:CS fallback mobile originating/terminal call,后续的流程与2/3G网络业务建立流程一致。
小结,CSFB是在LTE部署初期,与2/3G网络共存,且没有IMS时的最好语音解决方案,但CSFB过程对QOS要求较高,尤其是时延,若时延较大则会影响用户体验。其中重选到2/3G网络过程,读取系统消息是一个不稳定因素,若无线环境不好,时延可能较长。
随着网络演进,LTE网络中语音解决方案,可以是VOIP,通过PS域切换转到3G网络承载(也是VOIP),也可以采用SRVCC,在LTE网络中PS域接入,然后在3G网络中CS域承载,不过这两种方案对于网络而言需要部署IMS,对于终端要求功能支持,实现复杂度更高,相当于需要更多的投资。
在LTE网络中,PDCCH(下行物理控制信道)承载特定UE的调度、资源分配信息-DCI,如下行资源分配、上行授权、PRACH接入响应、上行功率控制命令、信令消息(如系统消息、寻呼消息等)的公共调度指配。
通常,PDCCH信道位于每一个子帧开始的1、2、3个符号内,具体占用几个符号是按照PCFICH指示的值来定的。(PCFICH位于每一个子帧的第一个符号内,占用16RE资源),那么PDCCH信道需要占用多少个符号呢?由于现网中CFI指示是动态自适应调整的,依据厂家eNodeB算法而定,需要考虑在一个TTI中被调度的用户数量(用户数越多,PDCCH承载的DCI越多)、下行无线环境因素(无线线环境越好,所需CCE也越少)。PDCCH信道占用的符号数也是不确定。
首先,PDCCH信道的容量用什么来衡量?大家都知道PDCCH信道是由CCE构成的,一个CCE包含36(4*9=36)RE资源。一个PDCCH信道中包含的CCE的数量,叫CCE的聚合等级,可以是1、2、4、8个连续的CCE.在一个子帧中,不同的PDCCH信道可以使用不同的CCE聚合等级(n),也就是包含不同数量的RE资源。所以说PDCCH的容量是由CCE的数量决定的。那为什么需要不同的CCE聚合等级呢,一个是要支持不同的DCI格式,提升资源利用率,因为DCI信息量的多少与其格式及信道带宽有着密切的关系。另一个是,适应不同的无线环境。DCI信息量大小与PDCCH容量的比例表明了编码效率,如果DCI格式固定,越高的聚合等级将提供编码效率越高,越能对抗较差的无线环境。对于较好的无线环境,采用较低的聚合等级将能节约资源。最后,由于控制信息的重要性,更高的聚合等级将能对控制信息提供更强的保护。通常控制信息(如系统消息、寻呼)都是采用聚合等级4或8.而对特定UE的调度就可以用1、2、4、8.
其次,那么PDCCH的容量如何计算?以20MHz信道带宽为例,PDCCH分别占用不同数量的符号可提供的CCE数量如下表:
信道带宽(20MHz) |
|
|
|
|
CFI | 1 | 2 | 3 |
|
PRB数 | 100 | 100 | 100 |
|
总RE数 | 1200 | 2400 | 3600 | 2*2MIMO |
参考(RS)占用RE数 | 400 |
| ||
PCFICH占用RE数 | 16 |
| ||
PHICH占用RE数 | 156 | 假设Ng=1,PHICH组为13,那么13*3*4=156RE | ||
PDCCH占用RE数 | 628 | 1828 | 3028 |
|
CCE数量 | 17 | 50 | 84 |
|
计算CCE数量的公式:CCE的数量=(总RE数-参考(RS)占用RE数-PCFICH占用RE数-PHICH占用RE数)/36。
最后,知道了CCE数据就不难算出每一个调度周期(TTI)能调度的用户数是多少,因为调度特定UE的CCE最小聚合等级是1,若以20MHz带宽,3个PDCCH符号为例,可调度84个用户(实际可调度的用户数还受其他因素影响)。但现网中PDCCH信道不仅承载用户面资源的分配与调度,控制消息也需要占用PDCCH,上面也提到了控制消息包括系统消息、寻呼消息、PRACH接入响应、上行TPC功控命令等。也就是说实际调度的用户数肯定小于84个(因控制消息的CCE聚合等级为4或者8)。
PDCCH的容量越大,实际能调度的用户数也就越多,但PDCCH属于控制信道,开销过大将影响实际用户的吞吐率,所以现网中CFI采用自适应算法,可根据需要调度用户数的多少及无线环境调整PDCCH占用符号数的多少,动态调整PDCCH容量,提升资源利用效率。
LTE-FDD的上行峰值速率计算思路与下行相似,在能提供的上行可用资源的基础上,扣除控制信道的开销,计算出实际可用资源。
还是以信道带宽10MHz为例,终端不支持MIMO、采用16QAM调制方式、编码速率为1.估算下上行峰值速率。
上行总的可用资源:12*14*50*10=84000个RE。每个RE可独立承载调制符号,当采用16QAM调制时,上行总的bit数为:84000*4bits=336000bits,在编码速率为1的情况下,上行最大速率为336000/10ms(帧长)=33.6Mbps。
若以上行控制开销为23%计算,上行最终速率为33.6Mbps*(1-23%)=25.8Mbps.以上估算过程都是按照理论计算得到的。
根据估算思路还是可以写出一个简单公式:
上行峰值速率=(RB数(依信道带宽而定)*12*14*(1-控制信道开销(%))*10*调制方式效率*编码速率)/10ms
根据公式在信道带宽确定的前提下,控制信道开销是计算上行峰值速率的关键。其实上行控制的开销计算可以说简单,是因为上行信道较少(上行仅需计算DRS、PRACH、PUCCH、PUSCH/UCI的开销),但又有些难理解。首先,对于DRS的开销,可以广义的认为是1/7,开销大约在14%左右,若严格根据信道带宽、每个时隙包含的PUCCH资源块不同,计算结果也略有不同,如10MHz信道带宽,每时隙PUCCH无线块为4个(根据规范提供的公式计算得到不同带宽下的值),那么DRS的开销为13.14%;5MHz信道带宽、每时隙PUCCH无线块为2个,则DRS的开销也为13.14%,3MHz带宽时略少,为12.38%。而PUCCH的开销,如果知道每时隙PUCCH无线块,PUCCH的开销为:每时隙PUCCH无线块/信道带宽对应的无线块。如10MHz信道带宽,每时隙PUCCH无线块为4个,则PUCCH的开销为8%;5MHz信道带宽、每时隙PUCCH无线块为2个,则开销也为8%;对于PRACH信道,规范中规定PRACH占用72个子载波,也就是占用6个无线块资源,若考虑一帧中仅保留一个PRACH资源,那么10MHz信道带宽条件下,PRACH信道开销等于6/50*10=1.2%,20MHz带宽下开销为0.6%。所以上行10MHz带宽的条件下,上行控制信道总的开销大约在22.3%。
总的说来,LTE-FDD上行峰值速率计算起来比较简单,但在理解上有些模糊,尤其是根据PUCCH格式计算所占资源块数,对资源块对的理解等
看了一些资料,发现LTE-FDD中的下行峰值速率较为好计算,也好理解,但是上行的峰值速率的计算感觉有点模糊,可能是和SC-FDMA本身的机理有关系。下面以一个简单的例子,介绍下LET-FDD下行峰值速率的计算。首先,大家知道LTE下行可以达到几百Mbps,但需要满足如信道带宽、循环前缀的类型、发射模式、PDCCH的配置等条件才能实现。
一、下行峰值速率计算
首先,以信道带宽10MHz、正常CP、发射模式为2*2 MIMO、PDCCH配置3个符号、调制方式为64QAM、编码速率为1为前提,估算结果如下:
10MHz带宽可获得的RE数为:12子载波(1个PRB)*7个符号(0.5ms)*50个资源块*2*10(帧长)=84000个,而每个RE可承载一个调制符号,那么采用64QAM调制方式,一帧中总共有:84000*6bits/每个调制符号=504000bits,在编码速率为1的情况下,速率为504000/10ms=50.4Mbps,又由于采用2*2 MIMO(双发双收模式)会使速率翻倍,因此在以上条件下可计算到的最大速率为100.8Mbps,但这是没有考虑控制信道的开销的,即所有的无线资源均用于承载数据,而实际上配置PDCCH为3个符号,加之PSS\SSS\PBCH\RS等开销,大约占29%左右,那么最终速率为100.8Mbps*(1-29%)=71.56Mbps.
从整个估算过程来看,计算下行峰值速率的思路就是计算当前条件下能提供的最大无线资源能力,然后扣除控制信道开销,即获得实际传输数据能力。可以写一个简单公式:
下行峰值速率=(RB数(不同带宽的能力)*12*14*(1-控制信道开销(%))*调制符号效率*发射模式能力*编码数率)/1ms,由公式可见,需要计算的只有控制信道开销(%),若对LTE的资源分配有一定了解不难计算。因为几个符号的开销是固定的。如PSS/SSS都占124个RE,PBCH占用240个RE(单发),当CFI选定一个值时,PDCCH/PHICH/PCFICH的开销也为定值,如CFI=3时(PDCCH为3个符号),其PDCCH/PHICH/PCFICH开销为19.05%,CFI=1时,PDCCH/PHICH/PCFICH开销为4.76%。
以上的峰值速率均是依靠配置数据从理论的角度计算得到的,而精确的速率可依靠无线环境质量,选择的编码调制方式对应的传输块大小计算。若想了解可参看规范36.213,表7.1.7.1-1和表7.1.7.2.1-1,查询MCS索引对应TBS索引,计算出每TTI对应速率。
LTE同时能调度的用户数,也就是在一个TTI中能调度的最大用户数。这主要与三个因素相关,分别是系统带宽、可用CCE数量、PHICH组数。
1、系统带宽大小,即能提供的PRB的数量。由于分配给一个UE的最小PRB数量为1,假设10Mhz带宽,可提供50个PRB,即同时可调度的用户数为50/TTI。
2、可用CCE数量(CCE是构成PDCCH的最小单元,一个PDCCH中CCE数据量称为聚合等级,可以是1CCE、2CCE、4CCE、8CCE)。虽然10M带宽可调度50个用户/TTI,但由于在10Mhz带宽条件下,最大配置,采用PDCCH格式3,可提供41个CCE,若按照每用户采用聚合等级1计算,那么同时可调度的用户数41/TTI。
3、PHICH组数。组数越多可用于上行数传反馈证实信息量越大,即可同时调度的用户越多。以10M系统带宽、Ng=1,计算PHICH组数为7,那么能调度的用户数为56个/TTI。
综合以上3点,在带宽一定的前提下,可用CCE数是主要受限因素,因为在不同的DCI内容和不同的无线环境下,CCE聚合等级可能是4或8,这样每TTI能调度的用户数会更少。
根据以上信息,若不考虑业务QOS需求,仅以每用户最小调度块计算,单载波一个扇区,最多能支持的用户数不超过400个。估计LTE商用网络中每小区可能支持200个用户左右,除了无线因素,还与厂家设备支持情况相关。
下行PHICH信道承载上行数传的证实信息(ACK/NACK),通常情况,该PHICH位于每一个子帧的第一个符号内。一个PHICH可被多个REGS(资源单元组)承载,多个PHICH又可通过正交序列识别,共享资源单元组。共享相同资源单元组的PHICH称为PHICH组。一个特定的PHICH信道可以用两个参数表示:PHICH组号和组内正交序列。
1、一个PHICH组需要多少个REG呢?即占用多少资源?
首先,混合自动重传的证实信息(ACK/NACK)为3bit,111表示ACK,000表示NACK。其次,PHICH信道采用QPSK进行调制,因此,ACK/NACK信息调制后仍为3符号,再使用SF=4的正交序列扩频,结果共为12符号。由于一个REG包含4个资源单元,每一个资源单元可承载一个调制符号,因此,一个PHICH组需要3个REG。如下图,每个PHICH组都包含3个REG.
2、一个PHICH组包含多少个PHICH信道?
根据3GPP TS 36.211,表6.9.1-2规定,存在8个正交序列,因此每个PHICH组中包含8个PHICH信道。
3、系统中可以支持多少PHICH组?
计算出不同系统带宽,不同Ng值对应的PHICH组数。
N_RB \ Ng | 1/6 | 1/2 | 1 | 2 |
6 (1.4 Mhz) | 1 | 1 | 1 | 2 |
15 (3 Mhz) | 1 | 1 | 2 | 4 |
25 (5 Mhz) | 1 | 2 | 4 | 7 |
50 (10 Mhz) | 2 | 4 | 7 | 13 |
75 (15 Mhz) | 2 | 5 | 10 | 19 |
100 (20 Mhz) | 3 | 7 | 13 | 25 |
在得到了PHICH组数后,即可算出PHICH信道开销。
如上表,当系统带宽(10Mhz)、Ng=1,计算得到PHICH组数为7,考虑每组PHICH需要3个REG,每个REG包含4个RE,所以7组PHICH共占用84个RE单元。
4、PHICH组配置原则是什么?
由于PHICH信道用于承载上行证实信息(ACK/NACK),也就是对上行用户数传进行反馈,因此PHICH组的配置很大程度上取决与用户的多少,当用户量数较多,上行反馈的信息需求量大时,PHICH组也需求较多。
上篇博文介绍了在LTE随机接入流程中探针格式配置与小区覆盖半径的关系。例如,当探针格式为0时,能支持的小区最大半径为14.5Km;除此之外,还有另一个随机接入参数也能影响小区覆盖半径,它就是循环偏移量(或叫循环移位)。在LTE中,随机接入探针是用Zadoff-Chu序列生成的,而且有多个根Z-C序列被使用到,通过对根Z-C序列进行循环移位,获得多个接入探针,所以循环移位可决定小区的最大覆盖半径。
那么,循环移位与小区半径有什么关系呢?如表1,假设有两个终端,UE1在小区的边缘,UE2距离eNB较近,UE1使用循环移位值为0,UE2使用循环移位值为Ncs.从eNB角度看来,由于传输时延的存在,UE1的循环移位值不是0而是其他的值X,只要值X小于Ncs,X与Ncs自相关的值为0,这样eNB将能区分接入过程中的UE1和UE2.(这是Z-C序列的特性)。所以,小区最大覆盖半径受循环移位限制。
现在,通过循环移位来计算下小区最大的覆盖半径,Ncs,根据3GPP,探针的序列的长度为839,持续800um。
回过头来想想,为什么需要循环移位?因为循环移位可以扩展探针的容量,在LTE中,定义了838个Z-C序列,通常情况下,每一个扇区有64个探针,如果在业务密集区域,基站容量较大,可能存在多个微扇区(SmallCell、Femtocell)覆盖,由于探针个数有限,所以可能大量用户同时接入时探针干扰引起更多冲突和接入时延变大;一个较小的Ncs值就能生成多个探针,这样就可以扩展探针的复用距离,减少干扰;而然,配置循环偏移值时不能小于预规划半径,否则将会造成在小区覆盖边缘随机接入失败,也可能造成切换过程中掉话。
[答案: Ncs=13,小区半径为0.96Km, Ncs=46 小区半径为5.68Km]
当我们讨论小区覆盖范围时,通常会考虑无线相关的因素,如天线高度、型号、载频发射功率等;对于LTE中的随机接入流程,小区覆盖半径也与参数配置相关,例如探针格式、循环偏移;首先来看下探针格式与小区覆盖半径的关系。
在LTE网络中,随机接入过程是个非同步通过,也就是说在UE发起初始接入尝试流程时上行是没有同步的(但是,下行已经同步)。所以UE的随机接入流程不会干扰其他已经存在上行同步且在发送数据的终端。
表1呈现了PRACH信道到物理层(物理资源)的映射,可以看出PRACH信道在频域上占用6个PRBs,根据指定的探针格式,Prach信道在时域上可以扩展到1、2或3个子帧。在频域上,为了避免对相邻的PUCCH/PUSCH信道的干扰,选择使用6个PRBs中中间的一些子载波而不使用两边的子载波。在时域上,循环前缀(cp)和保护时间(GT)用来避免与前一个子帧或者后一个子帧的干扰。因此,GT的大小决定了小区的最大覆盖半径。
GT与小区覆盖半径的关系是什么样呢?举例来看,假设在小区中有3个终端,分别位于小区附近、小区中心、小区边缘,都处于空闲状态,准备进行随机接入。相关的RACH配置信息通过系统小区通知给UE,当三个终端同时在相同的子帧上发起探针接入时,对于处在小区边缘的UE3,它的随机接入探针将会比UE1的探针晚到达eNB,假设UE3和UE1间的最大时延(RTD)就是小区覆盖范围的回程时延,而这个时延就是由GT决定的,相当于在eNB接收探针的窗口大小,所以通过GT可以计算出小区半径。
在LTE中定义的探针格式 (3GPP TS 36.211, 章节 5.7).
其中 Ts 为 LTE的基本时间单元, Ts = 1/(15000*2048) s = 3.25521 X 10^(-5) ms.
首先,可以通过Prach信道占用的子帧数就可得到保护时间(GT),在表3中,很明显探针格式0与探针格式1有着不同的GT值,那么就意味值将支持不同的最大小区覆盖半径。
因此可以通过GT值来计算小区半径:
利用上述公式计算,探针格式0与探针格式1对应的小区半径为14.53Km和77.34Km,如下表。而探针格式2、3对应的小区半径为30Km、107Km。
首先,用户面数据以及信令消息在到物理层由空口发送出去前,需要经过PDCP\RLC\MAC层的处理,在物理层处理的数据,实际上是MAC层的PDU,而在物理层看来MAC层的PDU是连续的数据流,通常理解为传输块。
物理层如何处理传输块?首先就是把传输块转换成码字。因不同的传输数据类型,在把传输块转换成码字的过程复杂度也不一样,基本过程如下。
第一步,添加24bit校验比特到传输块。
第二步,把添加了校验比特的传输进行分段,分段后的数据称为码块;码块的大小在40~6144bit之间,如果传输块太小,需填补额外bit到40.如果传输块过大,需要对其进行分割,满足码块要求。
第三步,对码块进行编码。如果传输内容为分组数据,则采用turbo编码,如果是广播或控制信息则此用卷积编码。
最后,对已经编码的码块进行重组,形成一个单独的码字。
总的来说,码字实际上就是增加了错误校验比特的传输块。终端可以被配置接收一个或两个传输块(也就是一个或两个码字)。
层又如何理解呢?
在形成码字后,物理层对每一个码字进行调制。
第一步,对每一个码字内容进行加扰。过程就是使用基于终端的C-RNT和PCI产生的序列进行加扰。
第二步,使用QPSK\16QAM\64QAM对加扰的数据序列进行调制,变成调整符号
第三步,根据使用特定的发送模式,再把调制后的符号分配到一层或几层上。层与天线配置数、RS信号相关。
天线端口
下一步就是对调制后的符号进行预编码,并映射到无线资源块上。简单的说就是把预编码后的符号指定到每一个天线端口上,而天线端口,即根据RS配置对应的无线资源。最后把无线资源生成时域-频域的OFDM信号。
总的说来,物理层码字、层、天线端口关系应该是。一个传输块->一个码字->一或两层->一个或多个天线端口。
从物理层来看,PCI(physical-layer Cell identity)是由主同步信号(PSS)与辅同步信号(SSS)组成,可以通过简单运算获得。公式如下:PCI=PSS+3*SSS,其中PSS取值为0...2(实为3种不同PSS序列),SSS取值为0...167(实为168种不同SSS序列),利用上述公式可得PCI的范围是从0...503,因此在物理层存在504个PCI。
其实,可以把PCI理解为扰码,就像在WCDMA系统中下行扰码用于区分扇区一样,对待发送的数据进行加扰,以便终端可以区分不同扇区。
而从网络操作维护级别来看,CI(Cell Identity)唯一标识一个小区,在网络中不能重复。但PCI却可以重复,因为PSS+SSS仅有504种组合。如,当网络中有1000个小区时,PCI仅有504个,此时就需要对PCI进行复用,通常情况下,PCI规划原则是每个扇区分配特定的PSS序列(0...2)值,而每个基站分配特定的SSS序列(0...167)值,以此避免相邻基站间存在相同PCI的问题发生。
(想想可能与以下几个因素考虑相关。
首先,LTE属于“纯数据”网络,采用HARQ及MCS等技术,若存在软切换将增加终端处理能力以及设备器件实现难度。
其次,和HSPA网络一样(HSDPA采用硬切换),LTE网络数据信道均为高速共享信道,占用资源较多,若存在软切换势必占用更多的网络资源,影响系统容量。
再次,LTE网络中小区边缘小区间干扰要小于HSPA网络,这是因为LTE属于频分复用,若在小区间边界牺牲一点吞吐量,可使干扰降低。同时LTE网络采用了很多新技术代替软切换,降低干扰,所以软切换不是必须要做。
最后,在HSPA系统(码分多址),虽然语音业务与数据业务共存,但语音业务的qos需求更高,对于在小区边缘由于干扰造成掉话用户反应更强烈,而数据业务即使有掉线,对用户感知影响不大,所以在没有语音业务的LTE网络中,软切换需求更弱。
这个问题,是从理论上讨论两者在覆盖上的差异,如果TDD(上下行共10M)和FDD(上下行5M+5M)的带宽相同、发生功率相同、接收模式配置相同,那么FDD和TDD异系统不应该有覆盖上的差别。但在LTE网络规划上通常要考虑这个覆盖差异。
高通曾发表报告说TDD覆盖仅为FDD的80%,并解释原因,在发射功率相同的情况下,TDD上行链路存在发射功率的时间(一个10ms帧中)要比FDD时间短。通俗点解释应该是在FDD模式下,上下行频率分开,所以上行链路UE可连续占用10ms发射功率,而在TDD模式,时分复用相同频率,所以上行链路UE可发射功率的时长不足5ms,这与与TDD帧结构相关。如下图,当采用配置模式1时,上下行可用子帧比例为4:4,在一个10ms中,上行链路存在发射功率的子帧为4个,即为4ms,相当于上行占用4/10M带宽。而在FDD模式连续占用10ms上行带宽(5M),所以说TDD上行吞吐量相当于FDD的80%。
换一个角度,从时域上看,一个10ms中,TDD上行链路可占用4ms(4个子帧),而FDD上行链路占用10ms,所以FDD较TDD模式可使用的RB资源更多,产生吞吐量越大.
从理论上计算FDD与TDD上行容量相差20%左右,这个值相当于在小区覆盖边缘且单用户时计算出来的。在网络规划过程中,需要考虑这个因素,设置小区边缘最大SINR和实际需求的SINR余量,这样20%的容量差异相当于SINR降低3db,其他条件不变的情况下,链路预算后的小区半径TDD要小区FDD,所以说LTE TDD的覆盖要差与LTE FDD.
首先要明确,TD-LTE即LTE的TDD模式,LTE-FDD和LTE-TDD是LTE两个不同版本,在我看来,这两个版本之间区别很小,明显的不同就是双工方式,更主要的不同在于对物理层的处理(如两者使用的帧结构、接入探针格式、调度方式、H-ARQ进程数、确认模式等),因其差别较小,因此终端芯片仅做微小处理即可同时支持FDD和TDD两种模式,双模终端实现难度不大。下面列出了几个不同之处。
1、在TDD模式,采用同一频段分时进行上下行通信;而FDD模式,上下行占用不同频段,一个频段收,另一频段发。
2、在TDD模式,相比FDD模式,上下行频率相同,EndeB之间的干扰更大。
3、在FDD模式,每一个下行子帧都与上行子帧相关联;而在TDD模式,上下行子帧的数目是不同的。
4、TDD模式与FDD的帧结构不同,在TDD帧结构中包含特殊用途帧,如DwPTS、GP、UpPTS。
5、TDD频率范围较少,且位于高频率,不易无线无线传播;而FDD频段范围较广,700M~3.6G均可使用。
6、在TDD模式,需要更大的保护带宽来保证上下行不互相影响,这样将影响系统容量;而FDD模式上下行频率是独立的,所以不会影响容量。
7、在TDD模式下,有更多的特定PRACH格式,使得每个子帧中包含的接入时隙更多。
以上几点不同,说明在LTE中FDD与TDD间差异很小,而且终端将不会是造成部署TDD还是FDD的障碍,而且TDD还有两点独到优势,其一是TDD的上下行共用同一频率,频带费用少(这点对国外运营商尤为重要)。其二是,TDD模式更适合非对称业务,由于目前主流的业务应用都是下行流量大于上行流量,而TDD上下行子帧配置可以不同,如配置模式为2:1时,下行占用带宽大于FDD,可提供更高的吞吐率,使得其更适应主流业务应用,尤其像物联网方面的应用(M2M)。虽然TDD上行覆盖不如FDD,但由于当前主流业务上行流量需求较少,所以TDD与FDD覆盖上差异并不明显。
顺便说下,原有TD-SCDMA系统主要限制在于,技术体制不完善(TD-SCDMA与GSM互操作中存在技术障碍)、不支持国际漫游、终端相比WCDMA终端价格昂贵,且生产商较少;如果中移动部署LTE-TDD将彻底甩掉3G网络遇到的瓶颈。