原文地址：LTE資源單位介紹作者：彌岳峰_鄧強(qiáng)
彌岳峰
1. LTE多址方式
移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方式是直接決定了多個(gè)用戶同時(shí)接入時(shí)共享資源的方式，如圖1所示，第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)多址方式是FDMA（頻分復(fù)用接入），不同用戶同時(shí)占用不同頻率進(jìn)行業(yè)務(wù)直到業(yè)務(wù)結(jié)束釋放頻率資源；第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方式在頻分的基礎(chǔ)上加上時(shí)間維度去分配資源，同一時(shí)刻接入的用戶占用不同的頻率進(jìn)行業(yè)務(wù)，同一頻率資源在不同的時(shí)間段可以分配給不同的用戶使用，典型代表是GSM網(wǎng)絡(luò)，多址方式FDMA+TDMA；第三代移動(dòng)通訊系統(tǒng)多址方式引進(jìn)CDMA技術(shù)，同一時(shí)刻接入的用戶可以通過分配不同的正交碼來占用相同的頻率資源，如果小區(qū)配置多個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，同一時(shí)間接入的用戶也可以通過FDMA方式占用不同頻點(diǎn)，如WCDMA、CDMA2000多址方式為FDMA+CDMA，TD-SCDMA系統(tǒng)除了可以頻分和碼分的同時(shí)也可以時(shí)分，TD-SCDMA系統(tǒng)多址方式為FDMA+TDMA+CDMA；在LTE及WIMAX系統(tǒng)中，由于OFDM技術(shù)的引入，系統(tǒng)的資源從時(shí)間和頻率兩個(gè)維度進(jìn)行區(qū)分，OFDMA多址方式實(shí)際上是FDMA+TDMA，由于MIMO技術(shù)的引入，也可以實(shí)現(xiàn)SDMA（空分復(fù)用接入），不同用戶可以在同一時(shí)間，同頻率上進(jìn)行業(yè)務(wù)，因此LTE系統(tǒng)的多址方式為FDMA+TDMA+SDMA。
圖1 多址方式
2. LTE時(shí)頻資源結(jié)構(gòu)
LTE可以支持一個(gè)頻點(diǎn)不同的系統(tǒng)帶寬，從1.4MHz到20MHz，OFDM技術(shù)將一個(gè)頻點(diǎn)在頻率上分成很多小的相互重疊的子載波，每個(gè)子載波和相鄰子載波重疊一半，子載波間隔有15KHz和7.5KHz（EMBMS業(yè)務(wù)時(shí)用到）兩種，一般使用15KHz子載波間隔，R8定義一個(gè)20MHz里面最多有1200個(gè)載波，用戶一個(gè)調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號(hào)發(fā)射時(shí)調(diào)制在頻域上一個(gè)子載波15KHz上，在時(shí)間上占用一個(gè)符號(hào)的長(zhǎng)度為1/15KHz秒，同一個(gè)符號(hào)時(shí)間上，頻域最多可以同時(shí)將1200個(gè)不同的數(shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制在不同的1200個(gè)子載波上。因此OFDM將LTE資源頻域上分成多個(gè)子載波，時(shí)間上分成多個(gè)符號(hào)，時(shí)間和頻域交錯(cuò)形成LTE中最小的資源單元RE（Resource Element），如圖2所示。
圖2 OFDM資源劃分
FDD-LTE將時(shí)間資源劃分成一個(gè)個(gè)無線幀，每個(gè)無線幀10ms，一個(gè)無線幀分成10個(gè)子幀，每個(gè)子幀分為兩個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙0.5ms，每個(gè)時(shí)隙中包含6或7個(gè)OFDM符號(hào)，為什一個(gè)時(shí)隙里面包含6或7個(gè)符號(hào)呢？上面介紹一個(gè)調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號(hào)最終調(diào)制在頻域一個(gè)子載波，時(shí)間上 一個(gè)符號(hào)1/15K秒，那么一個(gè)時(shí)隙0.5ms里面最多可以包含0.5*0.001/（1/15000）=7.5符號(hào)，因此一個(gè)時(shí)隙最多包含7個(gè)符號(hào)，剩余的0.5個(gè)符號(hào)作為CP（Cyclic Prefix）分到7個(gè)符號(hào)前面，CP作用：（1）保證子載波間正交，降低子載波間干擾（ICI），（2）克服多徑時(shí)延引起的符號(hào)間串?dāng)_（ISI），只有保證CP時(shí)間長(zhǎng)度大于信號(hào)在無線環(huán)境中傳播的最大多徑時(shí)延時(shí)才可以抵抗ISI，當(dāng)多徑時(shí)延較大時(shí)，為了保證CP足夠長(zhǎng)，需要將7.5個(gè)符號(hào)中1.5個(gè)符號(hào)作為一個(gè)CP的總長(zhǎng)度，此時(shí)一個(gè)時(shí)隙中只有6個(gè)OFDM符號(hào)，再將1.5個(gè)符號(hào)時(shí)長(zhǎng)平均分成6個(gè)CP，放置在每個(gè)符號(hào)前，一個(gè)符號(hào)1/15K秒加上一個(gè)CP為一個(gè)OFDM符號(hào)。
圖3 FDD-LTE幀結(jié)構(gòu)
3. LTE資源單位
圖4 RE、RB定義
RE：
一個(gè)時(shí)隙包含6或7個(gè)符號(hào)，一個(gè)頻點(diǎn)在頻域上包含多個(gè)子載波，頻域和時(shí)域交錯(cuò)后形成很多小的二維時(shí)頻單元，如下圖4所示，一個(gè)小的方格代表LTE中最小的資源單位RE（Resource Element），時(shí)間上一個(gè)OFDM符號(hào)長(zhǎng)度，頻域上一個(gè)子載波。一個(gè)RE可以承載一個(gè)經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號(hào)，一個(gè)符號(hào)最多可以代表6個(gè)bits內(nèi)容（64QAM調(diào)制）。不同系統(tǒng)帶寬頻域上包含的子載波數(shù)目不同，如表1所示。
表1 系統(tǒng)帶寬與子載波、RB數(shù)目
當(dāng)系統(tǒng)帶寬為20MHz時(shí)，一個(gè)時(shí)隙包括7個(gè)符號(hào)，一個(gè)符號(hào)在頻域上同時(shí)包括1200個(gè)RE，那么一個(gè)時(shí)隙中包括1200*7=8400個(gè)RE。
RB：
當(dāng)用戶接入時(shí)若以RE為單位給用戶分資源，那么將RE位置的信息傳遞給用戶時(shí)所消耗的資源也會(huì)更多，因此協(xié)議定義用戶分配資源時(shí)的另一個(gè)單位資源塊RB（Resource Block），RB為分配給用戶的最小資源單元，RB分為虛擬資源塊VRB和物理資源塊PRB，VRB是物理信道最終映射到PRB過程中的邏輯資源單元，如圖6所示。一個(gè)PRB在時(shí)間上為一個(gè)時(shí)隙時(shí)長(zhǎng)，在頻域上帶寬為180KHz，子載波間隔為15KHz，常規(guī)CP時(shí)，頻域包括12個(gè)連續(xù)子載波，如表2所示。不同系統(tǒng)帶寬所包含的RB數(shù)如表1所示。
表2 RB參數(shù)
虛擬資源塊VRB大小和PRB一樣，虛擬資源塊分為集中式VRB和分布式VRB。對(duì)于集中式VRB，一個(gè)子幀兩個(gè)時(shí)隙連續(xù)的相同頻率的兩個(gè)VRB構(gòu)成一個(gè)VRB對(duì)，映射到兩個(gè)相同時(shí)頻位置的PRB上（PRB對(duì)），如圖5所示。
圖5 VRB集中式映射到PRB
VRB分布式映射過程比較復(fù)雜，一個(gè)子幀兩個(gè)時(shí)隙相同頻率的連續(xù)的兩個(gè)VRB映射到PRB的時(shí)頻位置需要經(jīng)過計(jì)算得出，基站給用戶分配VRB之后，VRB需要經(jīng)過交織和時(shí)隙間調(diào)頻最終確定映射的PRB位置，分布式映射可以獲取頻率分集增益。
圖6 VRB與PRB分布式映射
為了保持上行單載波特性，LTE上行只支持VRB集中式映射到PRB，但是也可以通過上行時(shí)隙間跳頻獲取上行頻率分集增益，如圖7所示。
圖7 VRB與PRB分布式映射
LTE下行可以支持分布式和集中式VRB到PRB的映射方法。
RBG：
為了資源調(diào)度更簡(jiǎn)單，LTE在RB基礎(chǔ)上又定義了RBG（Resource Block Group），一個(gè)RBG中包含的RB數(shù)目與系統(tǒng)的帶寬有關(guān)，如圖8中所示。假設(shè)小區(qū)系統(tǒng)帶寬為10MHz，小區(qū)會(huì)有50RB資源，查下圖中表7.1.6.1.1得到此小區(qū)一個(gè)RBG中包括3個(gè)RB。如下圖所示小區(qū)的PRB從0~49編號(hào)，然后3個(gè)RB一組依次組成RBG 0~16，調(diào)度時(shí)基站通過PDCCH信道將分配給用戶的RBG信息發(fā)給用戶。
圖8 RBG與系統(tǒng)帶寬關(guān)系
REG：
REG（Resource Element Group）下行物理控制信道分配資源的單位，一個(gè)REG由同一個(gè)OFDM符號(hào)中頻域上四個(gè)連續(xù)可用的RE組成。為了信道估計(jì)，需要在一些RE中發(fā)送已知信息（參考信號(hào)），LTE R8可以支持1、2、4個(gè)天線端口，隨著天線端口數(shù)目不同，參考信號(hào)的數(shù)目也有所不同。圖9為一個(gè)子幀兩個(gè)RB，橫軸為時(shí)間，縱軸為頻率，兩天線端口時(shí)，兩個(gè)天線發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過不同的無線空間到達(dá)接收端，兩個(gè)天線需要各自在不同的RE上發(fā)送參考信號(hào)用于信道估計(jì)，圖中紅色RE為一組參考信號(hào)，黑色為另一個(gè)天線的一組參考信號(hào)，參考信號(hào)的具體位置跟小區(qū)的PCI、時(shí)隙號(hào)、OFDM符號(hào)編號(hào)、天線端口號(hào)有關(guān)，如果RE用于發(fā)送參考信號(hào)，則該RE不能用于組成REG。下圖RB第一列中除掉發(fā)送參考信號(hào)的RE剩余的RE只能構(gòu)成3個(gè)REG，第二、三列不發(fā)送參考信號(hào)，因此一個(gè)RB帶寬有3個(gè)REG。
圖9 兩天線端口時(shí)REG組成
下圖RB第一列中除掉發(fā)送參考信號(hào)的RE剩余的RE只能構(gòu)成3個(gè)REG，第二、三列不發(fā)送參考信號(hào)，因此一個(gè)RB帶寬有3個(gè)REG。圖10為四天線端口時(shí)參考信號(hào)的位置，每種顏色代表一個(gè)天線端口在一個(gè)子幀兩個(gè)RB中發(fā)送的一組參考信號(hào)，第一、二列除去參考信號(hào)只能組成兩個(gè)REG，第三列沒有參考信號(hào)，可以組成三個(gè)REG。
圖10 四天線端口時(shí)REG組成
CCE：
CCE（Control Channel Element）為物理層下行控制信道PDCCH資源分配的單位，一個(gè)CCE由9個(gè)REG組成，如下圖所示橫軸為時(shí)間，縱軸為頻域，如果一個(gè)REG用于傳輸其他物理層控制信道，那么此REG不能用于構(gòu)成CCE，構(gòu)成CCE的REG先在時(shí)域找，再在頻域找，如圖11所示，CCE #0的9個(gè)REG先時(shí)域然后頻域，CCE編號(hào)從0開始，CCE數(shù)目取決于控制域占用的符號(hào)的數(shù)目。
圖11 CCE組成
總結(jié)：
LTE定義多種資源單位，用于不同信道的資源分配，RE為L(zhǎng)TE最小的資源單元，RB、RBG為業(yè)務(wù)信道資源分配的單位，基站為用戶分配業(yè)務(wù)信道資源時(shí)最少一個(gè)RB對(duì)，REG為下行物理層控制信道資源分配的單位，CCE為物理下行控制信道資源分配的單位。
參考文獻(xiàn)：
1. http://ww1793.blog.163.com/blog/static/4398608820104263644950/
2. http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_RAType.html
3. http://blog.sina.com.cn/s/blog_927cff010101canf.html
4. TS 36.211 V8.9.0 Physical Channels and Modulation
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