LTE物理层(000001)

1、第16章LTE物理层在上一章中，我们从总体上讨论了一下LTE无线接口体系，并讨论了不同的协议层的功能和特点。在这一章中，将对这些层中的最底层，即LTE物理层的当前现状进行更进一步的讨论。下一章将会更深入的介绍一些LTE接入过程，包括随机接入和小区搜索。16.1 时域的总体结构图16.1从高层次上显示LTE传输的时域结构，每一（无线）帧长度是=10ms，每一帧包含十个等长的子帧=1ms。为了提供一致和准确的时序定义，在LTE无线接入的规范中，不同的时间间隔都能表达成基本时间单位=1/30720000的倍数。图16.1列出的时间间隔因此能表达成=30720000*，且=30720*。在一个载波里，

2、一帧的不同子帧可以用做下行传输或上行传输。如图16.2a所示，FDD情况下，是成对的频谱操作，一个子载波里的所有子帧要么用来下行传输（称为下行载波），要么用来上行传输（称为上行载波）。另外一面，在TDD情况下，是不成对的频谱操作（图16.2b），每一帧的第一个和第六个子帧（子帧0和子帧5）总是分配给下行传输，余下的子帧则可以灵活地分配给上行或者下行传输。预先分配第一和第六子帧的原因是他们包含了LTE的同步信号。同步信号是通过每个小区的下行链路传输的，它的目的是用来初始小区搜索和邻近小区搜索。LTE小区搜索的基本原理以及同步信号的结构都会在第17章中作具体讨论。通过图16.2可以看出，TDD中子

3、帧分配的灵活性使得可以相应地给下行和上行传输分配不同数量的无线资源（子帧），以获得不同的非对称性。为了避免导致小区间的上行和下行传输的严重干扰，子帧分配在相邻小区间必须是一样的，因此，下行/上行链路非对称性不能动态变化，比如以一帧一帧的快速变化。然而，它可以基于更慢基础的变化，以匹配不同流量特性比如下行/上行流量非对称，或者其它作用。图16.1中所示的,一般被称作”类型1”或“通用”(generic or type 1)LTE帧结构。这种帧结构既可用于FDD也可用于TDD。 除了通用结构以外，如果LTE是工作在TDD方式，那么还有一种“可选择”或“类型2”的帧结构（alternative or

4、 type 2），它是为了满足3GPP TD-SCDMA标准特别设计的。在本章节以及后面的章节中，如果不作特殊的说明都将使用类型1进行讨论。16.2 下行链路传输方案16.2.1 下行链路的物理资源正如前面第14章中提到的，LTE下行链路传输是基于正交频分复用OFDM技术的。正如第4章所说，基本的LTE下行链路物理资源可以被视为一个时间频率资源网格（如图16.3），每一个资源粒子都对应一个OFDM码元长度内的一个OFDM子载波。对于一个LTE下行链路来说，OFDM子载波之间的间隔为。假设是一个基于FFT实现的收发系统，这就意味着一个的采样率，其中是FFT的大小。在上一节中定义的时间单位可以被看

5、成一个2048点的FFT的采样间隔。理解这一点很重要，尽管这个时间单位被引入到LTE无线接入的规范中，仅仅是作为一个定义不同时间间隔的工具，并且不会对接收机和/或发射机的实现上加以指定的限制，即指定的采样率。在实际应用中，一个=2048（相应的 ）的基于FFT实现的收发系统非常适用于带宽较宽的LTE，比如带宽为15MHz或者更高。然而，较小的传输带宽只需要较小的FFT和相应小的采样率。举例来说，一个5MHz的传输带宽，对应于一个=512，采样率的FFT就可以满足需要了。LTE采用15KHz子载波的原因之一是，这样做有可能简化WCDMA/HSPA/LTE多模终端的实现。假设一个FFT的大小是2的

6、指数倍，而且子载波间隔为，那么采样率将是WCDMA/HSPA芯片频率的整数倍或者是其约数。这样多模WCDMA/HSPA/LTE终端可以直接在一个时钟电路上实现。除了15KHz子载波间隔之外，在LTE中，“削减子载波间隔（reduced subcarrier spacing）”同样被定义。它是为了基于MBSFN的多播/广播传输而设定的，具体将会在16.2.6节中讨论。在本章中的后段以及接下来的章节之中，如果不作特殊说明都将默认为15KHz。如图16.4所示，在频域中下行链路子载波被组合成一个个“资源块（resource blocks）”，每一块由12个连续的子载波组成并且名义上对应一个180KH

7、z带宽的资源块。除此之外，有一个没有被使用的直流子载波在下行链路频谱的中央。因为直流子载波频率可能会跟基站或者移动终端的本地振荡器频率重合（零中频），那么将会遭受诸如本振泄露之类的非比例的大干扰，所以这个直流子载波不被使用。因此，在一个下行载波中，包括直流子载波在内一共有，其中表示资源块的数量。LTE物理层规范中实际上允许一个下行载波可以由任意个资源块组成，从6个到大于100个。这与名义上的1MHz到20MHz下行传输带宽相对应，并且具有良好的粒度性。在第14章中已经提到，这将给LTE的带宽/频谱提供一个很高的弹性，至少从物理层规范的角度来说是这样的。然而，同样如第14章所说， LTE系统的无

8、线频率需求，至少是部署之初，会限定于有限的传输带宽，相应地，资源块的数量可能值也限定于一定范围。图16.5描述了具体的LTE下行传输链路的时域结构。每个1ms的子帧都由2个相同大小的时隙组成，时隙大小为。每个时隙由几个加了循环前缀的OFDM码元组成。根据第4章的内容，的子载波间隔对应一个有效的码元时间。一个完整的OFDM码元时间是有效码元时间和循环前缀长度的和。如图16.5所示，LTE定义了两种循环前缀长度，一个是标准循环前缀长度，另一个是扩展循环前缀长度，分别对应于每个时隙7个和6个OFDM码元的情况。循环前缀的精确长度，在图16.5中用基本时间单元表示出来了。值得注意的是，在使用标准循环前

9、缀的情况下，时隙的第一个OFDM码元的循环前缀相较于其它的OFDM码元来说要长一些。原因很简单，整个0.5ms时隙的Ts总数（15360）无法被7整除，这样做可以填补整个时隙。1尽管从开销的观点看效率更低，但是，更长的循环前缀可能在有很大时延扩展的特殊环境下比较有利。值得注意的是，在较大的小区中即使时延扩展很大的情况下，较长的循环前缀不一定就更好。在较大的小区中，如果链路性能更多的是受到噪声的影响而不是受到由于循环前缀没有覆盖时延而带来的影响，在这种情况下，循环前缀长度的增加而导致的无线信道对时延的健壮性的增加，不一定能够抵偿信号能量方面的相应损失。(justify)2正如第4章所说，在基于M

10、BSFN的多播/广播传输中,循环前缀不能够仅仅只覆盖实际的信道时延部分，还要覆盖从与MBSFN传输相关的各小区接收到的传输的时差部分。因此在MBSFN方式下，通常需要扩展的循环前缀。因此,扩展的LTE循环前缀主要是用于基于MBSFN的传输。在同一帧里面不同的循环前缀长度可以被用于不同的子帧。举例来说，基于MBSFN的多播/广播传输可能被限定在特定的一些子帧中，这种情况下，这些子帧就使用扩展循环前缀，以及循环前缀的相关的额外开销。把下行链路的时域结构考虑在内的话，图16.6表示了上面提到的在一个0.5ms的时隙内由12 个子载波组成的资源块。当使用标准循环前缀时每个资源块包括个资源粒子，当使用扩

11、展循环前缀时包括个资源粒子。16.2.2下行链路参考信号为了实现下行链路的相干解调，移动终端需要估计下行链路的信道参数。正如第4章描述的那样，OFDM传输中，最直接的信道估计的方法是插入已知的参考码元到OFDM时频网格里。在LTE中，这些参考码元统称为LTE下行链路参考信号。如图16.7，下行链路参考信号被插入到倒数第1个和第3个OFDM码元中，其频域间隔为6个子载波。而且，在第一个和第二个参考码元之间有3子载波的频域参差。在每个资源块内，一个时隙由12个子载波组成，所以有4个参考码元。除了用于MBSFN传输以外，所有的子帧都是这样。为了估计信道在整个时频网格中的情况以及尽量减少噪声的干扰，移

12、动终端必须对多个参考码元进行插值/平均。因此，当为了某个资源块而估计信道的时候，移动终端不仅仅要用到本块内的参考码元，还要用到频域内的相邻参考码元以及前面的子帧/时隙的参考码元。然而，具体要用多少个相邻的块来平均就要看信道的特点了。在较高的信道频率选择性时，在频域内的平均受到很大限制。同样，在信道快速变化时，在时域内使用前面子帧也很受限制，比如终端高速移动的情况。同样值得注意的是，在TDD的情况下，时间上平均也是有限的，因为前一个子帧可能根本就没有被分配给下行链路。16.2.2.1参考信号序列和物理层小区ID一般来说，参考信号的复数取值将会根据不同的参考码元位置和不同的小区而变化。因此，一个小

13、区的参考信号可以被视为一个二维序列，在LTE规范里面，被称为二维参考信号序列。与WCDMA/HSPA中的加扰码类似，LTE的参考信号序列同样可以被视为LTE物理层小区的ID标示。在LTE中定义了510个参考信号序列，也就对应了510个小区ID。更具体地说，每个参考信号序列都可以被看成一个二维伪随机序列和一个二维正交序列的乘积。LTE一共定义了170个伪随机序列，分别与170个小区ID一一对应。LTE也定义了3个正交序列，分别对应于小区ID组中的三个特定的小区ID之一。参考信号序列和其本身的乘积结构都会被利用在LTE小区搜索中，更具体的讨论将会在17章中说明。参考信号序列分配给小区的方案，最好是

14、使得属于同一个eNodeB的小区尽量分配到属于同一个小区ID组的物理层小区ID，也就是，基于同一个伪随机序列但不同的正交序列的参考信号。这样做，能使同一个eNodeB的不同小区的参考信号之间的干扰降到最低。16.2.2.2 参考信号跳频在图16.7种显示的参考信号结构图中，参考码元的频域位置在连续的子帧之间是相同的。然而，参考码元的频域位置也可能是变化的，这被称为参考码元调频。在参考码元跳频的情况下，在同一个子帧中的参考码元的相对位置跟图16.7中所示的是一致的。因此，这种跳频可以被描述为只是向图16.7中的原来的参考码元图中添加一个频率偏移(frequency offsets)，这个偏移大小

15、在同一个子帧中是一样的，但是在不同的子帧中会变化。因此，第k个子帧中的参考码元位置p可以表示为： 第一个参考码元： 第二个参考码元：其中i是一个整数。频率偏移序列（或称跳频图pattern）的周期是10，跳频图在连续的帧中重复。一共有170种跳频图被定义，每一个图对应一个小区ID组。相邻的小区使用不同的跳频图，这样相邻的小区的参考码元间连续冲突的风险就可以避免。当参考码元以相对本资源块的其它部分较高的能量传输的时候这一点显得尤为重要，也被称为参考信号能量提升（energy boosting）。16.2.2.3多天线传输的参考信号在多天线的下行传输中，移动终端须要能估计每根天线的下行链路信道。要

16、实现这一点，每根天线都发送一个下行参考信号。需要指出的是，LTE无线接入规范中一般用天线端口一词，用来强调多天线并不一定是指多根天线。实际上，一个特定天线端口的参考信号就可以定义一个独立的天线端口。因此，如果几根天线传输的是同一个参考信号，移动终端将无法区分它们且将它们视为同一个天线端口，然而，为了方便叙述，这里还是简称作天线。 图16.8a所示的2天线传输，第二根天线在频率上与第一根天线的参考信号是复用的， 只是有一个三子载波的频率偏移。 图16.8b所示的4天线传输，第3 和第4天线的参考信号与第二个OFDM码元是频率复用的。在每一个时隙里面第3 和第4天线的信号在一个OFDM中就可传输完

17、毕。同样要注意到，如果某个天线在一个资源粒子里携带参考码元，那么其它天线在这个资源粒子里什么也不发送。因此，小区内某个天线发送的参考码元不会受其它天线发送的信号干扰。很明显，4天线传输的情况下，第3 和第4天线的参考码元在时域内的密度较第1和第2天线来说已经被大大的减小了。这是为了限制4天线情况下的参考信号开销而采取的措施。同时，这样做也有它的缺点，那就是在跟踪快速变化信道的时候会遇到一些麻烦。然而，这种情况只有在4天线复用被使用在低速运动的场景中的时候才是正确的。保留第1和第2天线参考码元的高密度的原因是，他们可能被用于初始小区搜索，而此时移动终端还没有获得有关本小区内发送天线数量的足够信息

18、。因此，不论天线数量多少，对于第1和第2天线参考信号的配置都是一样的。16.2.3下行链路传输信道处理正如第15章所讨论的，物理层通过传输信道的方式向高层，更准确地说是向MAC层，提供接口。LTE仍采用WCDMA/HSPA的基本原理，也就是数据以一定大小的传输块的形式传送给物理层。关于传输块更详细的结构，LTE采用与HSPA类似的方法： 在单天线传输的情况下，每个TTI最多有一个动态大小的传输块。 在多天线的情况下，每个TTI最多可以有2个动态大小的传输块，每一传输块与下行链路空分复用的一个码字相对应。这说明，虽然LTE支持达到4天线数量的下行链路空分复用，但是码字的数量始终被限制在2个。图1

19、6.2.5将对LTE下行链路多天线传输作更具体的介绍。有了传输块结构的概念，LTE下行链路传输信道的处理，特别是DL-SCH的处理，可以通过图16.9中的两条处理链来说明，每一条链都对应一个独立的传输块的处理。第二条传输链路对应于第二个传输块，它只在下行链路空分复用的情况下才使用。在这种情况下，两个不同大小的传输块被合在一起到天线映射(Antenna Mapping)，如图16.9的下半部分所示。16.2.3.1 CRC插入传输信道处理的第一步中，首先要计算循环冗余校验(CRC)然后把它附到每一个传输块中(如图16.10所示)。CRC使得接收端可以发现传输块解码出来的错误。相应的错误指示可以用

20、来，比如，被下行链路的混合ARQ协议所使用。16.2.3.2 信道编码在第一版本的WCDMA无线接入（HSPA之前）的规范中卷积码和Turbo码都被允许使用到传输信道中。对于HSPA，只有Turbo码能被使用到与HSPA相关的传输信道，且信道编码能被简化 (下行HS-DSCH，上行E-DCH)。这同样适用于LTE下行共享链路，也就是说只有Turbo码可以被用到DL-SCH传输中。LTE的Turbo编码总体结构的说明如图16.11所示。Turbo编码重用了2个WCDMA/HSPA中1/2码率、8状态的编码器，所以总的码率为R=1/3。然而，在LTE中，用基于QPP的交织器代替了所用的WCDMA/

21、HSPA Turbo编码器的内部交织器。与现行的WCDMA/HSPA交织器相比，QPP的交织器的线路竞争是最小的，也就意味着解码可以直接并行进行，而没有访问内存时发生竞争的风险。对于LTE支持的高速率数据传输，使用QPP交织器可以明显降低Turbo编码/解码的复杂度。16.2.3.3物理层混合ARQ的功能下行链路物理层混合ARQ的功能，是从信道编码器的比特流中提取在规定TTI中(如图16.12所示)将要被传输的准确的比特位集合。这些要传输的比特位集合是由被分配的资源块的数量、采用的调制方案以及空分复用所采用的阶数所决定的。要注意的是，分配的资源块中，有些资源粒子将被参考码元和L1/L2控制信令

22、(详见16.2.4节)所占用。如果总的由编码器发送的编码比特数量比能够被传输的比特数量大，混合ARQ功能将会从中提取一个编码后比特的子集，使得有效编码效率>1/3。同样，如果总的由编码器发送的编码比特数量比能够被传输的比特数量小，混合ARQ功能将会重复所有编码后比特或塔的子集，使得有效编码效率<1/3。在重传的情况下，混合ARQ功能将会选一个不同的编码比特流集合来传输，这也就是说混合ARQ功能允许增量冗余 (Incremental Redundancy)。16.2.3.4比特级加扰LTE下行加扰，是指混合ARQ功能传送的比特块乘以（即进行异或操作）一个比特级的扰码序列（如图16.1

23、3）。通常，编码数据的加扰的好处在于，接收端的解码可以充分利用信道码的处理增益。没有下行加扰，至少从原理上，除了目的信号，移动终端的信道解码器也会被同等匹配到一个干扰信号，因此导致无法正确地抑制干扰。通过在相邻小区中使用不同扰码序列，解扰码之后的干扰信号会被随机化分配，能确保真正利用到信道码的处理增益。HSPA中，下行扰码是应用在扩频（片码chip级加扰）后的复值片码上，相比，LTE将下行扰码应用在每一个传输信道（比特级加扰）的编码的比特位上。HSPA需要使用的是片码级加扰，这样才能保证可以有效利用扩频后的处理增益。而另一方面，在LTE中，对编码的比特位而不是复调制码元进行加扰，能给系统带来了

24、较低的实现复杂度，而且又不会对LTE系统性能带来不利影响。在LTE中，所有下行的传输信道都要进行加扰。下行L1/L2控制信令也要进行加扰处理（见16.2.4节）。所有的下行传输信道中，除了MCH和L1/L2控制信令，相邻的小区需使用不同扰码序列（小区特定specific扰码），以保证小区间的干扰随机化。相比，在使用MCH传输信道的基于MBSFN的传输情况下，所有处于同一MBSFN传输的各小区需使用相同的扰码处理（小区公共扰码）（详见16.2.6节）。16.2.3.5数据调制下行数据调制时将一组加扰比特转换到相应的一组复调制码元（图16.14）。LTE下行支持的调制方案包括QPSK，16QAM以

25、及64QAM，相应地，每个调制码元携带2位，4位以及6位比特。所有这些调制方案在DL-SCH传输时都是可以使用的。而对于其他传输信道可能会有一些限制。比如，在BCH传输时，只能使用QPSK调制。16.2.3.6天线映射天线映射同时联合处理来自两个传输块的调制码元并且将结果映射到不同的天线上。如图16.9所示，LTE最多可以支持4天线的传输。天线的映射可以被有不同配置用来提供不同的多天线方案，包括发送分集，波束成形以及空分复用。更多的关于多天线映射的细节将在16.2.5中提到。16.2.3.7资源块映射资源块映射是将每根天线上待发送的码元映射到由MAC调度器分配的资源块上的资源粒子上(如图16.

26、15所示)。正如第15章已讨论过，资源块的选择可以（至少部分地）基于不同资源块的信道质量估计来进行，信道质量估计是由对象移动终端完成。第15章已经提到，下行链路调度是基于1ms的子帧的。而一个下行链路资源块被定义为在一个0.5ms时隙中的一系列连续子载波，因此，下行链路资源块的分配总是以资源块对的形式来分配的，其中每一对都由时域上连续的2个在同一个子帧中的资源块组成。总的来说，每个资源块由84个资源粒子组成(一共7个OFDM码元时间，每个码元时间12个载波)。然而，如上面所提到的，对于传输信道映射来说，资源块中的某些资源粒子是不可用的，因为他们已经被占用给： 下行链路参考码元，包括与其它天线参

27、考码元对应的没有被使用的资源粒子。 下行链路的L1/L2控制信令，具体将在下一节中讨论。由于基站已知哪些资源粒子是分配给下行参考信号以及L1/L2控制信令，已知这些资源粒子不能用作传输信道映射，所以能直接将传输信道映射到余下的可用资源粒子。同样，在接收时，移动终端已知哪些资源粒子是分配给下行参考信号以及L1/L2控制信令，所以能直接从正确的资源粒子集合中提取出传输信道的数据。DL-SCH所映射的物理资源，在LTE中被称为下行物理共享信道(PDSCH)。16.2.4下行L1/L2控制信令为了支持下行和上行传输信道的传送，更确切地说是DL-SCH和UL-SCH传输，必须要有相关的下行链路控制信令。

28、这种控制信令通常被称为L1/L2控制信令，表明相应的信息一部分来自物理层(L1)而另一部分来自MAC层(L2)。更确切地说，与DL-SCH和UL-SCH传输相关的L1/L2 控制信令包括： DL-SCH相关的调度消息，这些信息用来保证移动终端正确接收、解调和解码DL-SCH信号。他们包括DL-SCH资源分配（资源块的组集）和传输格式信息以及DL-SCH混合ARQ的信息。这个信令与HSPA中定义的HS-SCCH类似（参见第9章）。 UL-SCH相关的调度消息，更具体地说就是告知移动终端的UL-SCH传输中能使用哪些上行资源和何种传输格式的许可(grant)。因此这种信令与HSPA中定义的E-AG

29、CH相似（参见第10章）。因为多个移动终端可能同时被调度，所以必须要在一个TTI中有能力传输多个调度消息。每一个这样的消息都作为一个下行L1/L2控制信道而传送。如图16.16所示，每一个控制信道都对应唯一的一个调度消息，这些消息首先被分开处理，包括CRC插入，信道编码以及比特级的加扰和QPSK调制。调制码元然后被映射到下行链路物理资源（比如OFDM时频网格）。L1/L2控制信令所映射的LTE物理资源在LTE规范中被称为PDCCH。如图16.17所示，L1/L2控制信道被映射到每个子帧中的开头几个OFDM码元中。通过将L1/L2控制信道映射到每一个子帧的开头，那么L1/L2控制信息，包括DL-

30、SCH资源分配以及传输格式信息，则可以在子帧结束之前被获取。这样，DL-SCH的解码可以直接在子帧的结束时就开始进行，而不必等到对L1/L2控制信息的解码完成。这就大大减小了DL-SCH的解码时间和整个下行链路的传输延时。而且， 在子帧的开头传送L1/L2控制信道，即较早的L1/L2控制信息解码，没有被调度的移动终端可以提前关闭接收机，这样可以大大的减少功耗。更具体而言，L1/L2控制信令所映射的物理资源是由一定数量的控制信道粒子（control-channel elements）所组成，而每一个控制信道粒子又是由预先定义好的一些资源粒子组成。然后每个L1/L2控制信道的调制码元被映射到一个或

31、多个控制信道粒子上，取决于每个L1/L2控制信道的调制码元数量大小。注意对于不同的L1/L2控制信道这个数量大小可以不同。网络将会显性的发讯号告知一个子帧里控制信道粒子的数量。由于控制信道粒子大小是预定的，并且位于子帧的开头，这表明被调度的移动终端能获知L1/L2控制信道占有的是哪些资源粒子，同样也就能获知DL-SCH映射到哪些资源粒子（余下的资源粒子）。然而，移动终端没有被显性的告知有关L1/L2控制的更详细的结构，包括L1/L2控制信道的准确数量，以及每个L1/L2控制信道映射到的控制信道粒子的准确数量。相反，移动终端只能盲解码多个候选控制信道，来找出指定给本移动终端的那个携带调度信息的L

32、1/L2控制信道。举例来说，图16.18显示一个六个控制信道粒子的例子，L1/L2控制信道映射到1个，2个，或者4个控制信道粒子都是有可能的。可以看出，在这个例子中，有10个不同的候选控制信道。移动终端解码这里的每一个候选项，校验CRC找出有效的控制信道。16.2.5下行链路多天线传输16.2.3节介绍的传输信道的处理包括天线映射，不过在那一节中只讨论了通常情况下，来自两个编码后传输块的调制码元块被处理和映射到（多达4个）发送天线的情况。如图16.19所示，LTE天线映射其实由2个独立的步骤组成：层映射（Layer mapping）和预编码(Pre-coding)。层映射提供了对调制码元的解复

33、用，即将每个码字（编码和调制后的传输块）解复用到一个或多个层。因此，层的数量一般至少是与传输块的数量相同或更多。预编码首先从每一个层中提取一个调制码元，然后同时联合处理这些提取出来的码元并把他们的处理结果映射到频域和天线域。如图16.19所示，预编码可以被视为对一个大小为的向量进行操作，每一个向量都由每个层的一个码元组成。在LTE中将天线映射部分分成层映射和预编码两个部分有利于定义和描述不同的天线传输方案，包括开环发送分集，波束成形，以及空分复用，均在一个多天线框架内。下面给出一些多天线传输方案的例子，同时给出了LTE多天线框架里相应的实现方法。16.2.5.1双天线的空间频率块编码（SFBC

34、）在双天线的SFBC中（如图16.20所示），有一个单独的码字（没有空分复用）和两个层。层映射对调制码元进行解复用，并把他们分别送到两个层。然后预编码对每个一个层的矢量均应用空间频率码。16.2.5.2波束成形在波束成形这种情况下(如图16.21所示)，只有一个码字(没有空分复用)和一个单独的层。这也就意味着层映射是透明的。预编码对每一层的码元均应用大小为的预编码（波束成形）矢量。16.2.5.3空分复用在空分复用这种情况下(如图16.22所示)，一般有两个码字，个层和个天线而且,。更具体的说，如图16.22显示了两个层四个发送天线的例子。层映射将2个码字的调制码元解复用到个层上。可以看出，在

35、这个三层情况中，第一个码字被映射到第一个层而第二个码字被映射到第二个和第三个层。因此，第二个码字的调制码元数量应该是第一个码字的两倍，以此来保证每一层有同样数量的码元。接下来预编码将大小为的预编码矩阵W均应用到每个层向量。 一般来说，LTE空分复用依赖于基于码本的预编码，这就意味着对于每一个由根天线和层组成的组合都对应一个预编码矩阵。基于对不同天线的下行链路参考信号的估计，移动终端可以选择合适的秩（层数量）和预编码矩阵，然后将结果报告给网络。单个秩是对整个系统带宽有效，必须报告到网络，然而，多重预编码矩阵是对系统带宽的不同部分有效，只是可以报告到网络。网络会将这些数据作为参考，但是不必完全遵从

36、它们来决定下行传输实际的秩是多少和预编码矩阵。网络可以决定比移动终端报告更多的不同预编码矩阵，但是网络必须通过L1/L2控制信令显式(explicitly)的报告采用了何种预编码矩阵。下行链路多天线的波束成形也是用了与此类似的方法，也就是基于对不同天线的下行链路信道的估计，移动终端可以选择合适的预编码矢量（波束成形），将结果报告给网络。网络同样是将这些信息作为参考来决定哪一个预编码矩阵被使用但并不必完全遵从这些信息。与空分复用类似，网络因此必须显式的告诉移动终端哪一种波束成形向量被使用。所以，预编码只能被用于DL-SCH传输，不能被用于L1/L2控制信令的传输。16.2.6使用MBSFN的多波

37、/广播正如第4章中所讨论的，OFDM传输在提供多小区多播/广播业务提供很多特别的优势，更确切的说是，使得同步的多小区多播/广播传输看起来像是一个单独的通过多径信道的传输。如第14章提到的，对于LTE，这种传输被称为单频网中的多播/广播传输（MBSFN）。LTE通过MCH（多播信道）传输信道支持基于MBSFN的多播/广播传输。在许多方面，MCH传输信道的处理，和DL-SCH的处理是一样的（图16.9），除了以下例外： 在MBSFN传输中，来自不同eNodeB的多小区的相同的数据通过相同的传输格式发送，并且使用属于相同的物理资源。因此，eNodeB不能动态的选择MCH传输格式和资源分配情况。 MC

38、H传输在同一时间是针对多个目标终端的，因此，混合ARQ不能被直接应用到MCH传输当中。而且像16.2.3节中提到的那样，MBSFN中的每个小区的MCH扰码应该是一致的（小区公共扰码）。用在MBSFN传输相干解调的信道估计不能直接使用16.2.2节介绍到的“普通的”小区特定参考信号，因为这些参考信号不是通过MBSFN传输的，因此不能反映MBSFN信道状况。相反，MBSFN子帧中需要插入额外的参考码元，如图16.23所示。这些参考码元通过MBSFN发送，也就是说，所有MBSFN传输相关的这些小区发送相同的参考码元（使用相同的资源粒子，相同的复值）。接收到的相应的参考信号可以被用来估计MBSFN的信

39、道，从而使得MBSFN传输能进行相干解调。在同一子帧内，使用MBSFN的MCH传输不能与其他传输信道如DL-SCH的传输复用在一起。因此，在MBSFN子帧中也不会有与DL-SCH传输相关（传输格式，资源标示和混合ARQ相关信息）的下行L1/L2控制信令的传输。然而，MBSFN子帧中可以传输其他下行L1/L2控制信令，比如，UL-SCH传输的调度许可信息。因此，16.2.2节介绍过的普通的“小区特定”参考信号，也要在MBSFN子帧中发送，而且是与基于MBSFN的参考信号并行。然而，由于L1/L2控制信令限制在子帧的开头部分，因此在MBSFN子帧中，只发送子帧中第一个OFDM码元时间（四发送天线时

40、也包括第二个OFDM码元时间）内的小区特定参考码元，如图16.23所示。16.3 上行传输方案16.3.1 上行链路的物理资源在14章我们已近提到了，LTE上行传输是基于DFTS-OFDM传输的。正如在第五章中所介绍，DFTS-OFDM是一个低峰均比的单载波传输方案，它支持灵活的带宽分配和时域、频域的正交多址。所以LTE上行传输方案又称为单载波FDMA（SC-FDMA）。图16.24 描述了一个M点的DFT用于具有M个调制码元块的DFTS-OFDM的基本结构。DFT的输出被映射到N点的IFFT的选择性输入。DFT的点数决定了传输信号的瞬时带宽，而频率映射则决定了传输信号在所有可用上行频谱中的位

41、置。最后，每个处理的块都要加上循环前缀。我们在第5章讨论过使用循环前缀是为了让接收端在单载波的情况下能达到低复杂度、高性能以及使频域均衡（frequency-domain equalization）变得容易。在第五章我们也讨论过，在普通情况下集中式和分布式DFTS-OFDM传输都是可行的。但是，LTE上行传输只限于集中式的传输。也就是说，图16.24的频率映射将DFT的输出映射到IFFT的连续输入端。从DFT实现的角度看，DFT点数M最好是2的指数。然而，这样的限制与分配给不同移动终端的动态资源（瞬时传输带宽）能有高度灵活性的期望是相冲突的。从灵活性的角度看，M应该允许取任意值。对于LTE，采

42、取折中方法，让DFT点数限制在整数2、3或5的整数倍。因此，比如15、16和18点的DFT都可以使用，但是M=17不能使用。这样，DFT可以由各个复杂度相对较低的基2，基3或基5的FFT组合实现。从第五章和图16.24都可以得出，DFTS-OFDM也可被视为传统的OFDM与DFT预编码的结合。所以可以说DFTS-OFDM中也有子载波概念，并且像OFDM一样DFTS-OFDM的物理资源也可被看作是时频网格，但是有一定限制，即分配给某个移动终端的全部时频资源包含的子载波必须是连续的。LTE上行传输方案中使用的基本参数应该尽可能地选择与基于OFDM的LTE下行相应的参数相同。因此，如图16.25所示

43、，上行DFTS-OFDM子载波间隔=15kHz，LTE上行也定义了包含12个子载波的资源块。然而，与下行相比，未使用的DC-子载波在上行中不作定义。原因是在频谱中间安插DC载波会使得整个系统带宽无法连续地分配给某个移动终端，也就无法保持上行传输中的低PAR单载波性质。并且，由于基于DFT的预编码，任何DC干扰的影响都被分散到整个M调制码元块，因此对比普通的OFDM，危害小得多。（less harmful原翻译中有误解还是我的翻译有误解？）因此，上行子载波的总的数量等于。与下行类似，LTE的上行物理层规范中，也允许总体系统带宽的高度灵活性，即允许任意数量（从6个资源块到更多）的资源块使用在上行链

44、路中。然而，也与下行类似的是，无线频率的需求，至少是部署之初，仅限定于上行带宽的一个有限部分。LTE上行的更详细的时域结构与下行也很类似，从图16.26看出来。每个1ms上行子帧包含两个长度为=0.5ms的时隙组成。每个时隙有一定数量的带有循环前缀的DFT块组成。也与下行类似的是，上行定义了两种循环前缀长度，即普通循环前缀和扩展循环前缀。对比下行链路，上行中分配给一个移动终端的资源块在频域中必须是连续的，如图16.27所示。注意，与下行类似，上行资源块也是定义成一个0.5ms时隙的12个DFTS-OFDM子载波。同时，上行调度基于每个子帧（1ms）执行一次。因此，与下行类似，上行资源分配也是在

45、每两个时域上连续的资源块（资源块对）上执行的。图16.27中，分配的上行资源对应于处于两个时隙中的同一组子载波。LTE上行中还可以用另一种方法，即时隙间跳频。时隙间跳频是指上行传输使用的物理资源在一个子帧的两个时隙上，不占有同一组子载波，如同16.28所示。注意，由于移动终端RF传输带宽可以覆盖到整个上行的频谱，所以上行跳频纯粹只是基带操作，仅仅改变图16.24 DFTS-OFDM处理中的DFT到IFFT映射情况。使用上行跳频至少有两个潜在的优势： 在跳频是信道相干带宽的同阶或更高阶的前提下，跳频提供额外的频率分集。 在相邻小区使用不同跳频方式的前提下，跳频提供干扰分集（干扰平均化）。16.3

46、.2上行参考信号与下行类似，LTE上行中也需要用于信道估计的参考信号来协助基站端的相干解调。由于LTE下行和上行传输方案的差别（相应的OFDM和基于DFTS-OFDM的SC-FDMA方案），以及上行传输中功率低变动的重要性，上行参考信号的原理与下行不同。基本上，对于上行，将参考信号与移动终端传输的数据频分复用在一起是不可能的。相反，上行参考信号与上行数据是时分复用的。更准确的说，如图16.29所示，上行参考信号在每个上行时隙的第四个块中发送，而且瞬时占据的带宽等于数据传输的带宽。注意，通常情况下，上行跳频可能会被采用，这时，图16.29中两个时隙则通过不同很可能分开的频率来发送。这种情况下，子

47、帧中两个参考信号块之间的内插是不可能完成的，因为信道频率上分隔，在这两个块中可能很不相同。一种实现上行参考信号的方法是根据分配的带宽（分配的DFTS-OFDM“子载波”的数量，或者也可说是瞬时DFT点数），产生长度为的频域参考信号，然后将它输入到IFFT端，如图16.30所示。然后就像其他上行块一样，执行循环前缀的插入。从某种意义上说，这样做就像直接将上行参考信号定义成OFDM信号那样。然而，也可以把这个参考信号看做一个仅仅对频域序列做了点IDFT反变换的DFTS-OFDM信号。得到的序列再被应用到DFTS-OFDM处理中，如图16.24。上行参考信号应具有以下性质：1. 恒定或几乎恒定的幅度

48、，与LTE上行链路传输方案的基本性质保持一致（低峰均比“单载波”）。2. 良好的时域自相关性质，可以使上行信道估计更加精确。3.具有这些性质的序列有时被称为CAZAC（固定幅度零自相关）序列。Zadoff-Chu序列是一个具有CAZAC性质的序列。在频域里，Zadoff-Chu序列的长度为，可以被表示为（16.1）其中，u是长为的Zadoff-Chu序列的索引(index)。在一定的序列长度下，可使用的Zadoff-Chu序列的数量，也就是式（16.1）中索引u的可能取值的数量，等于序列长度的relative质数的数量。这表明，要使Zadoff-Chu序列的数量最大化以最终使可使用的上行参考信

49、号的数量最大，采用质数长度的Zadoff-Chu序列是最好的。同时，上行参考信号的频域长度应等于分配的带宽，也就是12（资源块大小）的倍数，而这又不是一个质数。因此，LTE上行参考信号不能直接使用质数长度的Zadoff-Chu序列。作为代替，上行参考信号只是先由质数长度的Zadoff-Chu序列中导出。在LTE物理层规范中，定义了两种从质数长度的Zadoff-Chu序列中导出长为的参考信号的办法：1、方法1（截短）：长度为的Zadoff-Chu序列截短为长度，这里为大于或等于的最小质数。2、方法2（循环扩展）：长度为的Zadoff-Chu序列循环扩展为长度，这里为小于或等于的最大质数。这两种方

50、法如图16.31。应该注意的是，这个图只是显示的截短或循环扩展正好一个码元的例子，通常情况下不是这样。比如，如果参考序列长度=96，需要对应的8个资源块，方法1可以使用长度为=97（质数）的Zadoff-Chu序列作为起始点。然而，小于或等于96的最大质数是89，那么方法2需要使用长度为=89的Zadoff-Chu序列作为起始点，并且应用一次七码元的循环扩展，以达到参考信号所需的长度96。很明显，两个方法都在不同程度上削减了上行参考信号的CAZAC性质。哪个方法在保持CAZAC性质上最好，主要取决于目标参考信号的序列长度。因此，两个方法都可行，取决于所需参考信号序列长度，也就是资源分配的大小。

51、16.3.2.1 多重参考信号通常情况下，小区内的单个移动终端的发送只在给定的资源（某个子帧中的某一组子载波）里发生。但是，在相邻小区，通常同时会有相同资源内的上行传输发生。在这种情况下，避免相邻小区的两个移动终端使用相同的上行参考信号是非常重要的，否则参考信号传输之间会发生潜在的强干扰的可能。因此，在相邻小区内，上行参考信号最好应该基于不同的Zadoff-Chu序列（取自同一组Zadoff-Chu序列），即式（16.1）中索引u要取不同值。因此，为避免复杂的小区规划，一定长度的上行参考信号的数量不能太小，这一点很重要。这也就是为什么上行参考信号是基于质数长度的Zadoff-Chu序列的，这样

52、可以使得给定序列长度是序列数量最大化。另一种创建上行多重参考信号的方法是利用Zadoff-Chu序列本身的零自相关性质。这个性质表明Zadoff-Chu序列的循环移位与原序列正交。因此，上行多重参考信号可以通过同一个参考信号的循环移位产生。这个方法可以用于两个小区同步（经常如此）的情况下，至少是两小区属于同一个eNodeB。这个方法也可以用于当两个移动终端在同一个小区使用相同资源发送信息，这可能发生在比如SDMA上行中。16.3.2.2 用于信道测探的参考信号在时域和频域均能进行的下行信道依赖性调度，是LTE的关键技术之一。如前一章所讨论的，上行信道依赖性调度，即依据瞬时信道质量信息来动态地给

53、某移动终端分配上行资源，也可以使用。上行信道依赖性调度，通过移动终端在瞬时质量较好的频带中发送数据，可以增加峰值数据率并且减少对其他小区的干扰。为了能在时域和频域中执行信道依赖性调度，频域信道质量的估计是必不可少的。对于下行，是这样做的，下行小区特定参考信号是在小区全部频带上发送的，移动终端进行测量，然后通过信道质量标示（CQI）的方式向网络报告所估计的信道质量。可以从图16.29看出，用于上行相干解调的参考信号仅仅在动态分配给移动终端的带宽上发送，因此，对于除了分配给移动终端的当前带宽外的其他带宽，网络无法使用这些参考信号来估计其上行信道质量，所以也无法提供信息以支持频域上的信道依赖性调度。

54、因此，为支持上行频域上的信道依赖性调度，还需要在LTE上行链路上发送额外的宽带参考信道。为区别于上文讨论过的图16.29的（用于解调）参考码元，这些参考码元叫做信道测探参考信号。信道测探参考信号的基本原理与解调参考信号的类似。更确切地说，信道测探参考信号也是基于质数长度的Zadoff-Chu序列，并且在一个完整的DFTS-OFDM块中发送。然而，信道测探参考信号与解调参考信号有一些关键区别：·如前所述，信道测探参考信号通常比分配给某个移动终端的上行资源具有更大而且大得多的带宽。甚至对于没有给UL-SCH分配任何上行资源的移动终端，信道测探信号有时也需要发送。·信道测探参考信

55、号通常不需要像解调参考信号那样频繁发送。许多情况下，信道测探参考信号每一帧发送次数少于一次。·信道测探参考信号需要支持从多个不同移动终端使用相同频带发送。如果小区内使用信道测探，网络应在上行子帧结构中，显性地为信道测探参考信号的传输分配一些块，如图16.32所示。这些块则不能用于数据传输（UL-SCH）。分配给信道测探参考信号的传输用的这些块是共享的资源，意思是多个移动终端可以在这些资源中发送参考信号。可以有以下方法实现：·每个子帧中都可能有一个用于信道测探参考信号的块，但是每个终端有可能在每间隔N个子帧才传输一个信道测探参考信号，这表明N个移动终端可以在时域上共享资源。&

56、#183;参考信号传输可以是分布式的，意味着每间隔N个子载波才有一次传输（可与第5章讨论的分布式DFTS-OFDM传输相比较）。通过使得不通移动终端在不同的子载波组上发送，信道测探参考信号可以在频域上共享。·不同移动终端可能同时发送具有不同循环移位的相同的参考信号。如前述讨论，只要移位的长度超过信道时延扩展，同一个Zadoff-Chu序列的不同移位是彼此正交的。为了使小区内不同移动终端能共享分配给信道测探参考信号传输用的资源，在实际中经常综合使用这些方法。16.3.2 上行链路传输信道处理上行链路传输信道的处理可以由图16.33看出。在没有LTE上行链路的空间复用时，只有一个动态大小

57、的传输块，每个TTI传输一次。·CRC插入：与下行链路相似，CRC被计算并插入到每个上行传输块中。·信道编码：上行链路信道编码也是基于相同的Turbo码，包括与下行相同的基于QPP的内部交织器。·物理层的混合ARQ功能：LTE上行混合ARQ的上行物理层方面，与相应的下行功能基本相同，也就是，物理层混合ARQ功能对从信道编码器传送来的编码比特块，提取出将要在每个传输/重传的时间片中发送的那组比特。值得注意的是，在某些方面，上行和下行混合ARQ协议还是有很多区别的，比如异步vs同步操作。然而，这些区别没有在混合ARQ的物理层反映出来。·比特级的加扰：同下行类

58、似，比特级的加扰也能使用在LTE上行链路的编码比特上。上行加扰的目的与下行类似，即干扰随机化，这样保证能充分利用信道码带来的处理增益。为了实现这个目的，上行加扰是对移动终端特定的，也就是，不同的移动终端使用不同的扰码序列。·数据调制：与下行类似，上行数据调制是将一组编码后/加扰后的比特转换成一组复调制码元的过程。LTE上行与下行一样，支持多种调制方案，即，QPSK，16QAM，或64QAM，相应的，每个调制码元携带2，4，或6比特的信息。然后这组调制码元应用到DFTS-OFDM处理端，如图16.24所示，它将信号映射到分配的频带。16.3.3 上行链路L1/L2控制信令与LTE下行类似，上行也需要相关的控制信令（上行L1/L2控制）以支持下行和上行传输信道（DL-SCH和UL-SCH）的传输。上行L1/L2控制信令包括：·对接收到的DL-SCH传输块的混合ARQ应答信号。·CQI（信道质量指示），指示