LTE学习笔试 信道、PHICH、上行同步、PDSCH资源分配方式.doc

2014-3-5：信道、PHICH、上行同步、PDSCH资源分配方式一、信道表1定义了上行传输信道和对应的物理信道的映射关系。表2定义了上行控制信道信息与对应的物理信道的映射关系。表1传输信道（TrCH）物理信道（Physical Channel）上行共享信道（UL-SCH）物理上行共享信道（PUSCH）随机接入信道（RACH）物理随机接入信道（PRACH）表2控制信息（Control information）物理信道（Physical Channel）上行控制信息（UCI）物理上行控制信道（PUCCH），物理上行共享信道（PUSCH）表3定义了下行传输信道与对应的物理信道的映射关系。表4定义了下行控制信道信息与对应的物理信道的映射关系。表3传输信道（TrCH）物理信道（Physical Channel）下行共享信道（DL-SCH）物理下行共享信道（PDSCH）广播信道（BCH）物理广播信道（PBCH）寻呼信道（PCH）物理下行共享信道（PDSCH）多播信道（MCH）物理多播信道（PMCH）表4控制信息（Control information）物理信道（Physical Channel）控制格式指示（CFI）物理控制格式指示信道（PCFICH）HARQ指示（HI）物理HARQ指示信道（PHICH）下行控制信息（DCI）物理下行控制信道（PDCCH）PHICH:PHICH用于对PUSCH传输的数据回应HARQ ACK/NACK。每个TTI中的每个上行TB对应一个PHICH，也就是说，当UE在某小区配置了上行空分复用时，需要2个PHICH。二、PHICH资源介绍小区是通过MasterInformationBlock的phich-Config字段来配置PHICH的。图1： PHICH-ConfigPhich-Duration指定了是使用control region中的1个symbol还是3（或2）个symbol来发送PHICH，对应36.211的表6.9.3-1（如下图）。通常会配置只使用第一个OFDM symbol来发送PHICH，这样即使PCFICH解码失败了，也不影响PHICH的解码。但在某些场景下，比如系统带宽较小的小区（如1.4MHz，总共只有6个RB），其频域分集的增益要比系统带宽较大的小区（如20MHz）的小区要低。通过使用extended PHICH duration，能提高时间分集的增益，从而提高PHICH的性能。表 6.9.3-1: MBSFN子帧和非MBSFN子帧中的PHICH持续时间PHICH持续时间非MBSFN子帧MBSFN子帧所有情况同时支持PDSCH和PMCH的载波Normal11Extended32注：TDD中，PSS随着子帧1和6的第三个symbol传输（在DwPTS中），所以在extended PHICH duration下，只能使用2个symbol来发送PHICH。PHICH duration的配置限制了CFI取值范围的下限，也就是说，限制了control region至少需要占用的symbol数。对于下行系统带宽的小区而言，如果配置了extended PHICH duration，UE会认为CFI的值等于PHICH duration，此时UE可以忽略PCFICH的值；对于下行系统带宽的小区而言，由于CFI指定的可用于control region的symbol数可以为4（见36.212的5.3.4节），大于PHICH duration可配置的最大值3，如果此时配置了extended PHICH duration，UE还是要使用PCFICH指定的配置。即“CFI和extended PHICH duration相比较，取其大者”。（见36.213的9.1.3节和1）phich-Resource指定了control region中预留给PHICH的资源数，它决定了PHICH group的数目。多个PHICH可以映射到相同的RE集合中发送，这些PHICH组成了一个PHICH group，即多个PHICH可以复用到同一个PHICH group中。同一个PHICH group中的PHICH通过不同的orthogonal sequence来区分。即一个二元组唯一指定一个PHICH资源，其中为PHICH group索引，为该PHICH group内的orthogonal sequence索引。一个小区内可用的PHICH group数的计算方式如图2所示。图2：如何计算PHICH group的个数此图适用于帧结构类型2，通过上图可计算出小区内可用的PHICH group数（TDD,FDD,普通CP，扩展CP）注意：的场景只出现在TDD 0这种配置下，此时对应子帧所需的PHICH group数量是时的2倍。这是因为只有在TDD 0配置下，一个系统帧内的下行子帧数少于上行子帧数，此时同一个下行子帧可能需要反馈2个上行子帧的ACK/NACK信息，所以需要2倍的PHICH资源。从图2可以看出：对于FDD而言，PHICH group数仅与phich-Resource的配置相关；而对于TDD而言，PHICH group数不仅与phich-Resource的配置相关，还与uplink-downlink configuration以及子帧号相关。（由phich-Resource指定）越大，可复用的UE数越多，支持调度的上行UE数也就越多，但码间干扰也就越大，解调性能也就越差。与此同时，control region内可用于PDCCH的资源数就越少。 一个PHICH group可用的orthogonal sequence数见36.211的Table 6.9.1-2。可以看出，对Normal CP而言，一个PHICH group支持8个orthogonal sequence，即支持8个PHICH复用；对Extended CP而言，一个PHICH group支持4个orthogonal sequence，即支持4个PHICH复用。序列号正交序列常规CP扩展CP01234-5-6-7- 通过上面的介绍，我们可以计算出一个小区在某个下行子帧所包含的PHICH资源数：对应Normal CP，其值为；对应Extended CP，其值为。（我们可以认为：在FDD下，）一个小区真正所需的PHICH资源总数取决于：（1）系统带宽；（2）每个TTI能够调度的上行UE数（只有被调度的上行UE才需要PHICH）；（2）UE是否支持空分复用（2个上行TB就对应2个PHICH）等。 PHICH配置必须在MIB中发送的原因在于：SIB是在PDSCH中发送的， PDSCH资源是通过PDCCH来指示的， PDCCH的盲检又与PHICH资源数的配置相关（详见LTE：CCE介绍系列），因此UE需要提前知道PHICH配置以便成功解码SIB。对于FDD而言，接收到MIB就可以计算出预留给PHICH的资源。对于TDD而言，UE仅仅接收到MIB是不够的，UE还需要知道uplink-downlink configuration和子帧号。通过小区搜索过程，UE已经知道了当前子帧号（见LTE：小区搜索过程（cellsearchprocedure）；而UE需要接收到SIB1后，通过SystemInformationBlockType1的tdd-Config的subframeAssignment字段才能知道uplink-downlink configuration。问题来了：SIB1在PDSCH中发送，需要先解码PDCCH，且PDCCH的解码与PHICH资源数的计算相关；而PHICH资源数的计算又依赖于SIB1中指定的uplink-downlink configuration，这就形成了死锁。解决的方法是，UE在接收SIB1时，会使用不同的值（02，见图2）去尝试盲检，直到成功解码出SIB1为止，从而得到uplink-downlink configuration。总结：PHICH用于对PUSCH传输的数据回应HARQ ACK/NACK。通过MasterInformationBlock的phich-Config字段来配置PHICH，phich-Config字段包含Phich-Duration，phich-Resource两个主要的参数。Phich-Duration指定了是使用control region中的1个symbol还是3（或2）个symbol来发送PHICH。phich-Resource指定了control region中预留给PHICH的资源数，它决定了PHICH group的数目。同时给出一个小区内可用的PHICH group数（TDD,FDD,普通CP，扩展CP）的计算方式如图2。计算出PHICH group数后我们就可以计算小区中某个下行子帧所包含的PHICH资源数：对应Normal CP，其值为；对应Extended CP，其值为。（FDD(mi)=1）二、PHICH物理层处理每个HARQ确认信息（1 bit：对应一个上行TB）先重复3遍（见36.212的5.3.5节），接着使用BPSK调制和使用一个长为4（对于Extended CP而言，长为2）的orthogonal sequence进行扩频，再使用小区特定的搅扰序列进行加扰后，就得到12个加扰symbol（见36.211的6.9.1节）。 多个PHICH映射同一个PHICH group时，是将多个PHICH的映射到同一个RE的symbol相加来实现的。（对应36.211的6.9.3节中的公式） 每个PHICH group会映射到3个REG中，这3个REG是分开的，彼此间隔1/3下行系统带宽。12个symbol如何映射到对应的REG、层匹配、预编码、以及如何映射到RE，详见36.211的6.9.2节和6.9.3节。图3：PHICH结构 在control region的第一个OFDM symbol，资源首先会分配给PCFICH，PHICH只能映射到没有被PCFICH使用的那些RE上。同一个PHICH group中的所有PHICH映射到相同的RE集合上；不同的PHICH group使用的RE集合是不同的。资料来源：/s/blog_927cff010101bhbi.html二、上行同步上行定时提前（Uplink Timing Advance）本文将介绍LTE中的上行同步过程。主要涉及：1）为何需要上行同步；2）eNodeB如何测量上行定时提前量并下发Timing Advance Command；3）eNodeB和UE如何判断上行失步（eNodeB侧只会做一些原理性的介绍，不同厂家的实现可能不同）。上行同步的原因： 上行传输的一个重要特征是不同UE在时频上正交多址接入（orthogonal multiple access），即来自同一小区的不同UE的上行传输之间互不干扰。为了保证上行传输的正交性，避免小区内（intra-cell）干扰，eNodeB要求来自同一子帧但不同频域资源（不同的RB）的不同UE的信号到达eNodeB的时间基本上是对齐的。eNodeB只要在CP（Cyclic Prefix）范围内接收到UE所发送的上行数据，就能够正确地解码上行数据，因此上行同步要求来自同一子帧的不同UE的信号到达eNodeB的时间都落在CP之内。为了保证接收侧（eNodeB侧）的时间同步，LTE提出了上行定时提前（Uplink Timing Advance）的机制。在UE侧看来，timing advance本质上是接收到下行子帧的起始时间与传输上行子帧的时间之间的一个负偏移（negative offset）。eNodeB通过适当地控制每个UE的偏移，可以控制来自不同UE的上行信号到达eNodeB的时间。对于离eNodeB较远的UE，由于有较大的传输延迟，就要比离eNodeB较近的UE提前发送上行数据。图1：上行传输的timing对齐图1的(a)中指出了不进行上行定时提前所造成的影响。从图1的(b)中可以看出，eNodeB侧的上行子帧和下行子帧的timing是相同的，而UE侧的上行子帧和下行子帧的timing之间有偏移。同时可以看出：不同UE有各自不同的uplink timing advance，也即unlink timing advance是UE级的配置。前面介绍了为什么需要做uplink timing advance，接下来我们来介绍eNodeB如何测量上行信号以得到每个UE的上行定时提前量以及如何下发Timing Advance Command给UE。eNodeB通过两种方式给UE发送Timing Advance Command： （1）在随机接入过程，eNodeB通过测量接收到preamble来确定timing advance值，并通过RAR的Timing Advance Command字段（共11 bit，对应TA索引值的范围是01282）发送给UE。图2：MAC RAR上行同步的粒度为（0.52 ms）。对于随机接入而言，值乘以，就得到相对于当前上行timing所需的实际调整值（单位为）。关于，见36.211的第4章。上行timing的不确定性正比于小区半径，每1 km有大约6.7s的传输延迟（6.7s / km），LTE中小区最大半径为100 km，故最大传输延迟接近0.67 ms。上行同步的粒度为（0.52 ms），故的最大值约为(0.67 * 1000)/0.52 1288。（的最大值为1282，应该是更精确的计算，但计算方法就是这样的，当然还要将解码时间考虑在内） 我称这个过程为“初始上行同步过程”。 2）在RRC_CONNECTED态，eNodeB需要维护timing advance信息。虽然在随机接入过程中，UE与eNodeB取得了上行同步，但上行信号到达eNodeB的timing可能会随着时间发生变化：高速移动中的UE，例如运行中的高铁上的UE，其与eNodeB的传输延迟会不断变化；当前传输路径消失，切换到新的的传输路径。例如在建筑物密集的城市，走到建筑的转角时，这种情况就很可能发生； UE的晶振偏移，长时间的偏移累积可能导致上行定时出错；因此，UE需要不断地更新其上行定时提前量，以保持上行同步。LTE中，eNodeB使用一种闭环机制来调整上行定时提前量。 eNodeB基于测量对应UE的上行传输来确定每个UE的timing advance值。因此，只要UE有上行传输， eNodeB就可以用来估计timing advance值。理论上，UE发送的任何信号（SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH等）都可用于测量timing advance。上行同步更新过程：如果某个特定UE需要校正，则eNodeB会发送一个Timing Advance Command 给该UE，要求其调整上行传输timing。该Timing Advance Command 是通过Timing Advance Command MAC control element发送给UE的。Timing Advance Command MAC control element由LCID值为11101（见36.321的Table 6.2.1-1）的MAC PDU subhead指示，且其结构如下（R表示预留bit，设为0）： 图3：Timing Advance Command MAC control element可以看出，Timing Advance Command字段共6 bit，对应TA索引值的范围是063。UE侧会保存最近一次timing advance调整值，当UE收到新的Timing Advance Command而得到后，会计算出最新的timing advance调整值（单位为）。总结：为了保证接收侧（eNodeB侧）的时间同步，保证上行传输的正交性（能够解调），避免小区内（intra-cell）干扰，LTE提出了上行定时提前（Uplink Timing Advance）的机制。eNodeB只要在CP（Cyclic Prefix）范围内接收到UE所发送的上行数据，就能够正确地解码上行数据。获取同步时间的两种方法：1、在随机接入过程，eNodeB通过测量接收到preamble来确定timing advance值，并通过RAR的Timing Advance Command字段发送给UE。上行同步的粒度为（0.52 ms）。对于随机接入而言，值乘以，就得到相对于当前上行timing所需的实际调整值（单位为）TA的范围为：01282。2、eNodeB基于测量对应UE的上行传输来确定每个UE的timing advance值。因此，只要UE有上行传输， eNodeB就可以用来估计timing advance值。此外，虽然在随机接入过程中，UE与eNodeB取得了上行同步，但上行信号到达eNodeB的timing可能会随着时间发生变化。如果某个特定UE需要校正，则eNodeB会发送一个Timing Advance Command 给该UE，要求其调整上行传输timing。可以计算出最新的调整值：文章来源：/s/blog_927cff010101cwju.html三、PDSCH资源分配方式从上图可以看出，资源单元RE对应频域上一个载波，时域上一个时系的资源。物理资源块PRB对应的是频域上12个连续的载波（在15K载波间隔的情况下是180K），时域上是一个时系（半个子帧，0.5 ms）的资源。虚拟资源块VRB是资源分配的基本单位，其大小与PRB相同，分为集中式和分布式两种。前者，VRB和PRB是相同的，可以认为VRB就是PRB。对于后者，分布式的VRB，其与PRB的对应关系将在后面介绍。在资源分配时，同一个子帧内两个时系上的VRB是成对分配的，尽管是用一个VRB号来表示的。PDCCH中有一个资源分配域，定义了相应的PDSCH使用的VRB（PRB）资源。PDSCH的资源分配类型有0，1和2三种。每一个PDCCH中的资源分配域包括两部分，即一个类型域以及包含真正资源分配的信息。UE根据检测到的DCI格式对于PDCCH中的资源分配域进行解释。DCI格式1， 2，2A和2B中资源分配域具有类型0和类型1两种方式，其资源分配信息部分具有相同的格式，使用类型域进行区分（0代表类型0而1代表类型1），对于带宽小于或者等于10个PRB的系统，总是使用类型0的资源分配，在每一个PDCCH中的资源分配域也只包含真正资源分配信息。具有DCI格式lA，1B，1C和1D的PDCCH使用类型2的资源分配，与类型0或者类型1资源分配的PDCCH资源分配格式不同。具有类型2资源分配的PDCCH没有类型域。(36.213 Section 7.1.6, 36.212 Section 5.3)类型0：类型0的资源分配中，分配给UE的资源由位图（bitmap）来表示，其中位图中的每一位代表一个资源块组（RBG），置1表示相应的资源块分配给了此UE，0则表示未分配。资源块组RBG是由一个或多个连续的VRB组成，VRB是集中类型的，RBG的大小P（包含的RB数目）与系统带宽有关，如下表所示：System BandwidthRBG Size(P)10111 26227 63364 1104那么在系统带宽为 下RBG的数目（也就是资源位图的bit数）为 ，其中最后一个RBG的大小可能小于P。同RB的编号一样，RBG的编号也是从最低的频率开始的。见上图，以10M带宽50个RB为例，组的大小为3，所以就有16个组RBG（3个RB）个RB) 类型1：在类型1的资源分配中，与类型0相同，资源块同样划分为大小为P（与系统带宽有关）的资源块组，数目为(RB/P) 。分配给UE的时候，指示哪个子集，然后再指示子集内某个或某些RB可以使用。优点就是：能按RB分配给UE,每一个RB都有一个地址（子集号+shift标志+子集内序号） 缺点：就是信令多了子集数目这个东东见上图,10M带宽50个RB,分成3个子集，大小分别为18,17,