3gpp長期演進(jìn)lte技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第 5 章LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)無線系統(tǒng)的成形，固然取決于選擇合適的空中接口傳輸技術(shù)，但系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)也同樣重要。第 4 章介紹的 LTE 傳輸技術(shù)為 LTE 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能提供了潛在的能力，但這距離要形成一個(gè)完整的 LTE 傳輸系統(tǒng)還相去甚遠(yuǎn)。要將眾多的集成在一起，形成一個(gè)有機(jī)的架構(gòu)，使各種技術(shù)協(xié)同工作，相得益彰，充分發(fā)揮它們的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效、均衡、經(jīng)濟(jì)、可以實(shí)現(xiàn)高性能而又簡潔實(shí)用的系統(tǒng)，仍需要依賴縝密細(xì)致的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。LTE 采用的OFDM、MIMO 等先進(jìn)的傳輸技術(shù)為系統(tǒng)提供了大量的時(shí)域、頻域、空域，但如何用好這些、管好這些，則需要幀結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)計(jì)和分配技術(shù)的支持。要

2、想適應(yīng)多徑無線信道的變化，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，則需要依靠精巧實(shí)用的參考信號(hào)設(shè)計(jì)。而要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和終端之間的默契配合、步調(diào)一致，則離不開高效、完善的控制信令設(shè)計(jì)。本章將針對(duì)這些重要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹，幫助讀者建立起對(duì) LTE 空中接口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基本認(rèn)識(shí)。的選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)分別在第 4、5 章介紹，但并不意味著需要說明的是，雖然技術(shù)的選擇過程和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程是截然、先后進(jìn)行的。相反，它們是兩個(gè)密不可分的過程。很多從理論分析上雖然具有很好的先進(jìn)性，但在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中卻難以看到預(yù)期的性能增益。例如，那些帶來大量信令開銷和軟硬件復(fù)雜度的技術(shù)，即使理論上性能優(yōu)異，在實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)化中也經(jīng)常被棄用。因此，標(biāo)

3、準(zhǔn)化中的篩選和系統(tǒng)設(shè)計(jì)不是孤立進(jìn)行的，也不可能先完成技術(shù)篩選，再進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而往往是技術(shù)選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)交互進(jìn)行、相互影響的。也就是說，評(píng)估、選擇每一項(xiàng)技術(shù)，都必須放在一個(gè)完整的系統(tǒng)中去，而不能孤立地去評(píng)判。只有那些適合這個(gè)系統(tǒng)、服務(wù)于這個(gè)系統(tǒng)、可以很好地提升整體系統(tǒng)性能的技術(shù)，才是對(duì)這個(gè)系統(tǒng)有價(jià)值的技術(shù)，最終才會(huì)被選用。E-UTRA 系統(tǒng)的特點(diǎn)是除了系統(tǒng)信息、物理層信令、尋呼、MBMS 等以外，所有單播數(shù)據(jù)均通過共享信道傳送，共享信道也是功能最全的信道。因此這里可以以共享信道為例，說明 E-UTRA 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其他廣播、控制、尋呼、多播等信道可以看作是共享信道的簡化， 只實(shí)現(xiàn)共享信道的一部

4、分功能。E-UTRA 下行共享信道（DL-SCH）的物理模型如圖 5-1 所示5-92。這個(gè)模型集中體現(xiàn)了E-UTRA 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、物理層的功能和數(shù)據(jù)處理流程。eNode B 端的信號(hào)處理流程包括 CRC 處理（如 4.8.5 節(jié)所述）、信道編碼和速率匹配（如 4.8 節(jié)所述）、交織、調(diào)制（如 4.7 節(jié)所述）、資源（Resource Mapping，如 5.4.1 節(jié)所述）和天線（Antenna Mapping，如 4.5 節(jié)所述）等；UE 端的信號(hào)處理流程包括天線逆Antenna Demapping）Resource Demapping）、逆解調(diào)、解交織、和 CRC 校驗(yàn)等。DL-SCH

5、具有最完全的功能，支持多層 SU-MIMO 傳輸、MAC 層調(diào)度和HARQ（如 6.2 節(jié)所述）等各種功能。系統(tǒng)可以根據(jù)反饋的信道狀態(tài)信息（CSI）等，通過 MAC 層調(diào)度，動(dòng)態(tài)配置 eNode B 發(fā)射信號(hào)的調(diào)制編碼方式、和天線方式?；?UE 反饋的 ACK/NACK 信息，eNode B 可以進(jìn)行HARQ 重傳。同時(shí)，HARQ 操作也通過冗 207 余版本（RV）控制信道編碼冗余比特的產(chǎn)生。在這個(gè)模型中，上層協(xié)議可以對(duì)編碼與速率匹配、和天線進(jìn)行靈活的配置，從而獲得 DL-SCH 的最大容量。調(diào)制、圖 5-1 下行共享信道（DL-SCH）物理模型上行共享信道（UL-SCH）的物理模型如圖

6、5-2 所示。UL-SCH 包含的功能和 DL-SCH 相比略有不同。首先，R8 LTE 暫不支持上行 SU-MIMO，只支持開環(huán)的天線選擇，因此 UE 不需要支持天線功能。但是LTE 上行支持 MU-MIMO 操作，因此兩個(gè) UE 可以配對(duì)進(jìn)行MU-MIMO 傳輸，這種情況下，eNode B 需要支持天線逆，以正確接收兩個(gè) UE 的 MU-MIMO 信號(hào)。其次，由于LTE 上行采用同步 HARQ，重傳的信息是固定的，因此 UE 也不需要在上行傳送HARQ 信息。第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 5-2 上行共享信道（UL-SCH）物理模型根據(jù) DL-SCH 和 UL-SCH 的物理模型

7、，就可以理解第 4、5、6 章介紹的部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)是如何相互配合、形成一個(gè)有機(jī)的整體的。和用于承載 MBMS 業(yè)務(wù)的多播信道（MCH）可以看做 DL-SCH 信道的一種簡化（其物理模型如圖5-3 所示），雖然仍然可以支持多層 MIMO 操作，但由于原則上沒有上行反饋，因此只能進(jìn)行開環(huán)的 MIMO 操作。另外，由于 MBMS 系統(tǒng)是一個(gè)沒有上行反饋的系統(tǒng)，因此不必要也無法對(duì)調(diào)制、和天線進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，只需進(jìn)行半靜態(tài)（semi-static）的配置。同樣，由于缺乏上行反饋，MCH 也不可能支持HARQ 操作，因此編碼和速率匹配也不需要通過上層協(xié)議配置。圖 5-3 多播信道（MCH）物理模型可以以尋呼信

8、道（PCH）為例說明某些控制信道的物理功能。如圖 5-4 所示，PCH 仍然圖 5-4 尋呼信道（PCH）物理模型可以通過 MAC 層調(diào)度來選擇調(diào)制方式、分配、進(jìn)行天線。但這樣的信道通常要求有較高的可靠性，對(duì)頻率效率的要求不高，因此不采用多層 MIMO 傳輸。另外，這一類信道通常也不采用 HARQ 操作，不支持 RV 的控制。廣播信道（BCH）對(duì)可靠性的要求最高（其物理模型如圖 5-5 所示），因此其支持的物理層功能反而最少。BCH 總是采取最可靠的調(diào)制（僅使用 QPSK）、編碼和多天線分集物理層配置是完全靜態(tài)的，因此不需要支持任何自適應(yīng)功能。，第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 5-5

9、廣播信道（BCH）物理模型從上面幾種信道的物理模型可以看到，只有將各種在一起，才能形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，提供各種所需的功能。根據(jù)不同的需要有機(jī)地結(jié)合5.1幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幀結(jié)構(gòu)（Frame Structure，F(xiàn)S）定義了系統(tǒng)最基本的傳輸時(shí)序，是整個(gè)空中接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，幾乎所有的傳輸技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)、分配和物理過程設(shè)計(jì)，都基于這個(gè)基本時(shí)序結(jié)構(gòu)。在幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以采用兩種思路。一種思路是設(shè)計(jì)一個(gè)帶有特殊時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)， 即在正常長度的數(shù)據(jù)時(shí)隙之外專門為公共控制信道分配特殊長度的時(shí)隙。另一種思路是設(shè)計(jì)一個(gè)包含完全等長時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)。帶有特殊時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)（例如 WiMAX 幀結(jié)構(gòu)和TD-SCDMA 幀結(jié)構(gòu)）已

10、經(jīng)將控制信道的部分設(shè)計(jì)思想融合其中，因此可以在標(biāo)準(zhǔn)化伊始很快地形成公共控制信道的基本架構(gòu)，有利于快速推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而不包含特殊時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)則沒有對(duì)公共控制信道的設(shè)計(jì)附加任何限制和導(dǎo)向，公共信道和控制信道的設(shè)計(jì)完全取決于后期標(biāo)準(zhǔn)化過程中的研究、討論和融合。在 LTE 技術(shù)規(guī)范中，F(xiàn)DD 幀結(jié)構(gòu)稱為“第 1 種幀結(jié)構(gòu)”（Frame Structure Type 1，F(xiàn)S1）， TDD 幀結(jié)構(gòu)稱為“第 2 種幀結(jié)構(gòu)”（Frame Structure Type 2，F(xiàn)S2）。FS1 采用沒有特殊時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)，在 3GPP 這樣一個(gè)包含大量公司的不同觀點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化組織中，這種幀結(jié)構(gòu)可以在標(biāo)準(zhǔn)化初期避免卷入

11、控制信道的具體設(shè)計(jì)問題，快速確立最基本的工作假設(shè)，更好地推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。FS2 由于是在 TD-SCDMA 幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，因此與 TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)一樣包含 DwPTS、GP 和 UpPTS 三個(gè)特殊時(shí)隙。5.1.1FDD 下行幀結(jié)構(gòu)（FS1）FDD LTE 上下行均采用簡單的等長時(shí)隙幀結(jié)構(gòu)。如圖 5-6 所示，LTE 系統(tǒng)沿用了 UMTS系統(tǒng)一直采用的 10ms 無線幀長度。在時(shí)隙劃分方面，由于 LTE 在數(shù)據(jù)傳輸延遲方面提出了很高的要求（單向延遲小于 5ms），因此要求 LTE 系統(tǒng)必須采用很小的時(shí)間間隔（TTI），最小TTI 通常等于子幀的長度，所以LTE 的子幀也

12、必須具有較小長度。但是，過小的子幀（TTI） 長度雖然可以支持非常靈活的調(diào)度和很小的傳輸延遲，卻會(huì)帶來過大的調(diào)度信令開銷，反而會(huì)造成系統(tǒng)頻譜效率下降。早期 LTE 研究中曾考慮采用 0.5ms 子幀（TTI）長度，子幀內(nèi)不再分時(shí)隙，但隨著研究的深入，經(jīng)過慎重考慮，又將子幀（TTI）長度調(diào)整為 1ms，1 個(gè)子幀包含兩個(gè) 0.5ms 的時(shí)隙。這樣，1 個(gè)無線幀包含 10 個(gè)子幀、20 個(gè)時(shí)隙。FS1 上行和下行采用完全相同的幀結(jié)構(gòu)。圖 5-6 FDD LTE 的下行幀結(jié)構(gòu)（FS1）一個(gè)下行時(shí)隙又分為若干個(gè) OFDM 符號(hào)，根據(jù) CP 的長度不同，包含的 OFDM 符號(hào)的數(shù)量也不同。當(dāng)使用常規(guī) C

13、P 時(shí)，一個(gè)下行時(shí)隙包含 7 個(gè) OFDM 符號(hào)；當(dāng)使用擴(kuò)展 CP 時(shí)， 一個(gè)下行時(shí)隙包含 6 個(gè) OFDM 符號(hào)。OFDM 符號(hào)長度、CP 長度、常規(guī) CP 和擴(kuò)展 CP 的定義將在 5.2 節(jié)中介紹。在這樣一個(gè)等時(shí)隙長度的幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，公共控制信道的時(shí)域位置則依靠比時(shí)隙更小一級(jí)的符號(hào)來定義，例如，PDCCH（物理下行控制信道）位于每個(gè)子幀的前 13個(gè)符號(hào)。對(duì)這些公共控制信道的時(shí)頻結(jié)構(gòu)，會(huì)在后續(xù)的章節(jié)中介紹。5.1.2FDD 上行幀結(jié)構(gòu)（FS1）FDD LTE 的上行幀結(jié)構(gòu)在時(shí)隙以上層面完全和下行相同（如圖 5-7 所示）。時(shí)隙內(nèi)結(jié)構(gòu)也基本和下行相同，唯一的不同在于一個(gè)時(shí)隙包含 7 個(gè)（對(duì)

14、于常規(guī) CP）或 6 個(gè)（對(duì)于擴(kuò)展 CP）DFT-S-OFDM 塊（Block）（通常也可以稱為 DFT-S-OFDM 符號(hào)），而非 OFDM符號(hào)。圖 5-7 FDD LTE 的上行幀結(jié)構(gòu)（FS1）需要說明的是，在 LTE 研究的早期曾考慮過與此不同的上行時(shí)隙結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在采用常規(guī) CP 時(shí)，1 個(gè)時(shí)隙包含 6 個(gè)長塊（Long Block）和 2 個(gè)短塊（Short Block），短塊的長度為長塊的 1/2，專門用來 參考符號(hào)5-1。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)這個(gè)參考符號(hào)結(jié)構(gòu)有一定的缺陷，因此改成了圖 5-7 中的結(jié)構(gòu)5-3。相關(guān)研究過程見 5.3.2 節(jié)。第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.

15、1.3TDD 幀結(jié)構(gòu)（FS2）LTE TDD 幀結(jié)構(gòu)是基于 TD-SCDMA 幀結(jié)構(gòu)修改而成的，保留了原幀結(jié)構(gòu)中的三個(gè)特殊時(shí)隙：下行導(dǎo)頻時(shí)隙（DwPTS）、保護(hù)間隔（GP）、上行導(dǎo)頻時(shí)隙（UpPTS），同時(shí)采用了統(tǒng)一的 1ms 子幀長度。常規(guī)子幀結(jié)構(gòu)和 FS1 一樣，包含兩個(gè) 0.5ms 的時(shí)隙5-3。DwPTS、GP 和UpPTS 也占用一個(gè) 1ms 子幀，這個(gè)子幀的結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)子幀，DwPTS 為一個(gè)下行時(shí)隙， UpPTS 為一個(gè)上行時(shí)隙，GP 不傳送任何信號(hào)，為上下行之間提供保護(hù)，避免上下行之間出現(xiàn)“交叉干擾”。根據(jù)這個(gè)特殊子幀的出現(xiàn)頻率，可以將 FS2 分為 5ms 周期幀結(jié)構(gòu)和 1

16、0ms 周期幀結(jié)構(gòu)兩種類型。5ms 周期 FS2 如圖 5-8 所示，將一個(gè) 10ms 無線幀分為兩個(gè) 5ms 的“半幀”（Half Frame）。這兩個(gè)半幀具有完全相同的結(jié)構(gòu)和相同的上下行子幀比例，特殊子幀位于每個(gè)半幀的第二個(gè)子幀（即子幀 1 和子幀 6）。以常規(guī) CP 為例，特殊子幀和常規(guī)子幀一樣，包含 14 個(gè)符號(hào)。這 14 個(gè)符號(hào)分配給 DwPTS、GP 和 UpPTS，在圖 5-8 所示的示例中，DwPTS、GP 和 UpPTS 分別占用十個(gè)、三個(gè)和一個(gè)符號(hào)。實(shí)際上，在采用常規(guī) CP時(shí) 共 支 持 九 種 DwPTS/GP/UpPTS 長 度 配 置 ， 在 采 用 擴(kuò) 展 CP 時(shí)

17、 共 支 持 七 種DwPTS/GP/UpPTS 長度配置，如表 5-1 所示，特殊時(shí)隙的長度由信令配置。相對(duì)而言，UpPTS 的長度比較固定，只支持一個(gè)符號(hào)、兩個(gè)符號(hào)兩種長度，以避免過多的選項(xiàng)，簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。而 GP 和 DwPTS 具有很大的靈活性，這主要是為了實(shí)現(xiàn)可變的 GP 長度和 GP 位置，以支持各種統(tǒng)鄰頻共存的可行性。的小區(qū)半徑，并提供與各種上下行比例的 TD-SCDMA 系圖 5-8TDD LTE（FS2）5ms 周期幀結(jié)構(gòu)（以正常CP 為例）表 5-1FS2 DwPTS、GP 和UpPTS 的長度配置常規(guī) CP 下特殊時(shí)隙的長度（符號(hào)）擴(kuò)展CP 下特殊時(shí)隙的長度（符號(hào)）Up

18、PTSGPDwPTSUpPTSGPDwPTS110310129如果一個(gè) TDD LTE 系統(tǒng)和一個(gè) TD-SCDMA 系統(tǒng)在不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行上下行轉(zhuǎn)換，就會(huì)在部分時(shí)段里發(fā)生“一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行下行傳輸?shù)耐瑫r(shí)另一個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行上行傳輸”的現(xiàn)象。在側(cè)，下行傳輸系統(tǒng)的在進(jìn)行的同時(shí)，上行傳輸系統(tǒng)的正在接收，上行傳輸系統(tǒng)的就會(huì)受到嚴(yán)重的干擾。如果該 TDD LTE 系統(tǒng)和 TD-SCDMA 系統(tǒng)部署在相鄰的頻譜，頻譜之間的保護(hù)頻帶根本不足以避免這種上下行之間的“交叉干擾”；如果兩個(gè)系統(tǒng)共用站址，這種干擾將尤為嚴(yán)重。在終端側(cè)，上行傳輸系統(tǒng)的終端發(fā)射也會(huì)干擾附近的下行傳輸系統(tǒng)中正在接收的終端，這種干擾可能較側(cè)略輕，

19、但其危害性也不能忽視。為了避免 TDD LTE 系統(tǒng)和 TD-SCDMA 系統(tǒng)在鄰頻部署時(shí)上下行之間的“交叉干擾”，必須保證兩個(gè)系統(tǒng)的上下行切換點(diǎn)（GP）相互對(duì)齊。但由于 FS2 采用了和 TD-SCDMA 幀結(jié)構(gòu)不同的時(shí)隙長度（TD-SCDMA 時(shí)隙長度為 0.675ms），兩個(gè)幀結(jié)構(gòu)無法在時(shí)隙邊界上自然對(duì)齊。因此，為了使兩個(gè)系統(tǒng)在常見的上下行比例下都能實(shí)現(xiàn) GP 對(duì)齊，需要 GP 能靈活地配置在特殊子幀內(nèi)的不同位置。10ms 周期 FS2 如圖 5-9 所示，和 5ms 周期 FS2 不同，這種幀結(jié)構(gòu)在一個(gè) 10ms 無線幀中只包含一個(gè)特殊子幀，位于子幀 1，其幀均為常規(guī)子幀。5ms 周期

20、 FS2 支持的上下行子幀比例如圖 5-10 所示。在 1 個(gè)半幀包含的 5 個(gè)子幀中，除1 個(gè)特殊子幀（特殊子幀總是包含 1 個(gè)下行的 DwPTS、1 個(gè)上行的 UpPTS 和 1 個(gè) GP）外， 其余 4 個(gè)常規(guī)子幀中下行子幀和上行子幀的比例可為 31、22 或 13。這種情況下，1 個(gè)無線幀的 2 個(gè)半幀的上下行比例保持一致。圖 5-9 TDD LTE（FS2）10ms 周期幀結(jié)構(gòu)（以正常CP 為例）12111110111227329322823921922102111第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 5-10 TDD LTE（FS2）5ms 周期幀結(jié)構(gòu)支持的上下行子幀比例10ms

21、 周期FS2 支持的上下行子幀比例如圖 5-11 所示。在 1 個(gè)無線幀包含的 10 個(gè)子幀中， 除 1 個(gè)特殊子幀外，其余 9 個(gè)常規(guī)子幀中下行子幀和上行子幀的比例可為 81、72、63 或 35。其中在 35 情況下，1 個(gè) 10ms 無線幀包含 2 個(gè)特殊子幀。最后一種配置雖然分為2 個(gè)半幀，但 2 個(gè)半幀的上下行比例不同，因此周期仍為 10ms。圖 5-11 TDD LTE（FS2）10ms 周期幀結(jié)構(gòu)支持的上下行子幀比例特殊時(shí)隙的使用對(duì)公共控制信道的結(jié)構(gòu)也有一定影響。例如，F(xiàn)S1 的主同步信道（PSCH） 和輔同步信道（SSCH）分別位于時(shí)隙 0 的倒數(shù)第 1 個(gè)和倒數(shù)第 2 個(gè)符號(hào)

22、（將在 6.4.1 節(jié)中介紹）。而在 FS2 中，PSCH 放置在 DwPTS 的第 3 個(gè)符號(hào)，SSCH 則放置在時(shí)隙 1 的最后一個(gè)符號(hào)（如圖 5-12 所示）。上述 PSCH 和 SSCH 的位置差異，正好可以用來識(shí)別系統(tǒng)是 FDD 系統(tǒng)還是 TDD 系統(tǒng)。另外，UpPTS 可以用來專門放置物理隨機(jī)接入信道（PRACH），這是 TDD LTE 系統(tǒng)特有的一種“短 RACH”結(jié)構(gòu)（只有一個(gè)或兩個(gè)符號(hào)長），相對(duì)而言，F(xiàn)DD LTE 系統(tǒng)的 PRACH 不短于 1ms。短 RACH 是一種對(duì)半徑較小的小區(qū)的優(yōu)化，可以在不占用正常時(shí)的情況下，利用很少的承載 PRACH 信道，隨著寬帶蜂窩系統(tǒng)小區(qū)

23、半徑的逐漸縮隙小，這種短 RACH 將有越來越廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)然，需要說明的是，F(xiàn)S2 也完全可以在常規(guī)子幀中采用 1ms 以上的 PRACH 信道，與 FS1 具有相同的支持大半徑小區(qū)的能力。圖 5-12 FS1 和FS2 的結(jié)構(gòu)不同造成的 PSCH 和SSCH 的位置差異最后需要說明的是，第 4、5、6 章的內(nèi)容主要是為了說明 LTE 的技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理， 因此如無特殊說明，均是以 FS1 為例說明的。LTE 系統(tǒng)的絕大多數(shù)設(shè)計(jì)原理對(duì) FS1 和 FS2 是完全相同的，因此讀者基于 FS1 學(xué)習(xí)這些原理并不妨礙對(duì) FS2 的理解。第 3 章對(duì)規(guī)范的詳細(xì)介紹如實(shí)反映了 FS1 和 FS2

24、 的所有差異，讀者基于對(duì)第 4、5、6 章的理解，就完全可以讀懂第 3 章的相關(guān)內(nèi)容，從而了解 FS2 的各種技術(shù)細(xì)節(jié)。5.2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)與采用何種基本傳輸和多址技術(shù)有關(guān)，例如 OFDM 系統(tǒng)和 CDMA 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)原理就全然不同。由于 LTE 選擇了 OFDMA（下行）和 SC-FDMA（上行）作為多址技術(shù)，因此必須針對(duì) OFDMA 和 SC-FDMA 重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)。5.2.1LTE 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)需求在設(shè)計(jì) LTE 系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，需要考慮如下要求5-5。1后向兼容性正如第 2 章所述，LTE 在后向兼容性方面并沒有設(shè)定硬性的要求。在 4.3 節(jié)和 4.4 節(jié)中可以看到，L

25、TE 最終改變了基本傳輸和多址技術(shù)，采用了 OFDMA/SC-FDMA 代替 CDMA 技術(shù)，OFDMA/SC-FDMA 的具體參數(shù)設(shè)計(jì)沒有可能和 CDMA 系統(tǒng)保持一致，從而不可能在嚴(yán) 216 第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)格意義上保持 E-UTRA 和 UTRA 系統(tǒng)的后向兼容性。因此，E-UTRA 和 UTRA 系統(tǒng)所能追求的兼容性，只能體現(xiàn)在無線幀（Radio Frame）的長度和碼片速率等少數(shù)參數(shù)上。例如，保持無線幀長度為 10ms，這樣可以更好地實(shí)現(xiàn) E-UTRA/UTRA 雙模設(shè)備。2. 帶寬擴(kuò)展性正如第 2 章所述，LTE 的需求中明確要求系統(tǒng)支持靈活的系統(tǒng)帶寬，從 1.

26、420MHz。因此，LTE 系統(tǒng)參數(shù)要針對(duì)從 1.420MHz 的各種帶寬設(shè)計(jì)，這主要體現(xiàn)在不同系統(tǒng)帶寬將使用不同數(shù)量的子載波。3. 無線接入網(wǎng)（RAN）延遲正如第 2 章所述，LTE 對(duì) RAN 用戶面的傳輸延遲提出了很高要求，即最小單向傳輸延遲要控制在 5ms 以內(nèi)。這對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)，尤其是最小 TTI 長度的選擇有有采用足夠小的最小 TTI 長度，才能盡量降低傳輸延遲。4. 高數(shù)據(jù)率正如第 2 章所述，LTE 要求顯著提高系統(tǒng)的峰值速率，尤其是要對(duì)低速移動(dòng)場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化。因此，在相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)，如子載波間隔、循環(huán)前綴（CP）的選擇上，要在滿足基本移動(dòng)性和多徑無線信道要求的條件下，盡量提高頻

27、譜效率。5. 多普勒頻移和相位噪聲如 4.4 節(jié)所述，單純從頻譜效率角度考慮，越小的子載波間隔可以獲得越高的頻譜效率， 但是過小的子載波間隔會(huì)對(duì)多普勒頻移和相位噪聲過于敏感。多普勒頻移和相位噪聲與系統(tǒng)的載波頻率和支持的移動(dòng)速度有關(guān)，其中多普勒頻移的影響明顯大于相位噪聲的影響。雖然LTE 是為低速移動(dòng)優(yōu)化的，但也必須支持高速移動(dòng)。例如，假設(shè) LTE 系統(tǒng)需要在 2.6GHz 頻段中支持 350km/h 的移動(dòng)速度，則相應(yīng)的最大多普勒頻移為 840Hz，LTE 系統(tǒng)的子載波間隔的影響。只必須足夠大，使系統(tǒng)在 840Hz 的多普勒頻移下6支持廣域覆蓋對(duì)廣域覆蓋的支持，也是第 2 章中提到的對(duì) LTE

28、 系統(tǒng)的重要要求。LTE 系統(tǒng)不僅要支持類似熱點(diǎn)、室內(nèi)、局域覆蓋等單小區(qū)小覆蓋場(chǎng)景，也要支持多小區(qū)大覆蓋場(chǎng)景。因此系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)，如 CP 長度等，也要滿足廣域覆蓋的要求。7E-MBMS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率正如 4.2 節(jié)所述，LTE 的單播（Unicast）系統(tǒng)確定不采用多小區(qū)宏分集合并，但 E-MBMS 系統(tǒng)將采用多小區(qū)信號(hào)的單頻網(wǎng)（SFN）合并。另外，E-MBMS 主要用于低速移動(dòng)場(chǎng)景。這些差別會(huì)導(dǎo)致單播系統(tǒng)和 E-MBMS 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)原則有差異。例如，相對(duì)單播 LTE 系統(tǒng)， E-MBMS可以采用較小的子載波間隔以獲得更高的頻譜效率，但需要采用更長的CP 支持SFN 合并。8控制選項(xiàng)數(shù)量

29、LTE 系統(tǒng)對(duì)各種場(chǎng)景和各種系統(tǒng)帶寬的支持，勢(shì)必要通過一組參數(shù)集，而不是單一的參數(shù)集來實(shí)現(xiàn)，例如不同場(chǎng)景下可能需要使用不同的子載波長度和 CP 長度。但是，支持過多的參數(shù)選項(xiàng)會(huì)增大系統(tǒng)信令的開銷，同時(shí)大大提高系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和測(cè)試的難度。因此，應(yīng)該在滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的需求的基礎(chǔ)上，盡可能減少選項(xiàng)的數(shù)量。出現(xiàn)明顯的性能。 217 5.2.2TTI 長度為了有效支持各種不同的業(yè)務(wù)類型，LTE 系統(tǒng)應(yīng)支持多種 TTI 長度。也就是說，較大的TTI 可以更有效地支持低數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)、優(yōu)化 QoS、降低調(diào)度開銷、提高系統(tǒng)效率。而針對(duì)對(duì)延遲比較敏感的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，則應(yīng)該是用盡可能小的 TTI，以降低傳輸延遲?？梢?/p>

30、考慮采用半靜態(tài)（Semi-static）方式或動(dòng)態(tài)（Dynamic）方式改變 TTI 的長度。在采用半靜態(tài) TTI 時(shí)，可以通過信令來調(diào)整 TTI。在采用動(dòng)態(tài) TTI 時(shí)，系統(tǒng)可以直接通過物理層動(dòng)態(tài)地將若干個(gè)連續(xù)的時(shí)隙連起來組成一個(gè) TTI。采用動(dòng)態(tài) TTI 可能會(huì)降低議開銷和層 1 開銷（如 CRC），減少 ACK/NACK（肯定回執(zhí)/（如 MAC 層和 RLC 層）協(xié)回執(zhí)），減少 IP 包的分塊，降低延遲。TTI 可以由 eNode B 顯性地（Explicitly）或隱性地（Implicitly）通知 UE。顯性方式即通過層 1 信令通知；隱性方式即通過傳輸塊的大小和調(diào)制編碼方式間接通知

31、。因此，需要定義的首先是最小的TTI。為了使用戶面單向傳輸延遲小于 5ms，最小 TTI 長度應(yīng)明顯小于 2ms。另外，由于時(shí)隙是調(diào)度的基本單元，TTI 必定由若干個(gè)連續(xù)的時(shí)隙構(gòu)成。因此，具體 TTI 長度受到幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。如 5.1 節(jié)中所述，LTE 幀結(jié)構(gòu)的時(shí)隙長度為 0.5ms（FS2 中的特殊時(shí)隙DwPTS 和UpPTS 除外），因此最小 TTI 的長度應(yīng)為 0.5ms 的整數(shù)倍。剩下的問題是，最小 TTI 的長度應(yīng)是 0.5ms 的幾倍。在 LTE 的早期研究中，初步確定LTE 的最小 TTI 長度為 0.5ms，也就是時(shí)隙長度的一倍。但是隨著研究的深入，也發(fā)現(xiàn)如此短的 TTI

32、也可能在其他方面產(chǎn)生一些問題，例如在某些場(chǎng)景下上行覆蓋不足（上行傳輸帶寬受限，需要依靠時(shí)域的能量積累來改善鏈路預(yù)算）、控制信令開銷較大等。因此，最終確定5-6 將 LTE 的 TTI 改為 1.0ms。需要說明的是，最終的 LTE 規(guī)范中實(shí)際上只定義了唯一的 TTI 長度 1.0ms。而采用 TTI（TTI binding）的方式等效地實(shí)現(xiàn)更長的 TTI，例如可以將 4 個(gè) TTI，4 個(gè) TTI1 個(gè)傳輸塊（TB）的不同 RV 或相同 RV，以提高 VoIP 等業(yè)務(wù)的覆蓋性能。是否啟動(dòng) TTIbinding，需通過信令慢速調(diào)整。5.2.3子載波間隔正如 4.4 節(jié)所述，OFDM 系統(tǒng)的子載波

33、間隔選擇取決于頻譜效率和抗頻偏能力的折中。在一定的 CP 長度（取決于小區(qū)大小和多徑信道特性）下，子載波間隔越小，OFDM 符號(hào)周期越長，系統(tǒng)頻譜效率越高。但同時(shí)，過小的子載波間隔對(duì)多普勒頻移和相位噪聲過于敏感， 會(huì)影響系統(tǒng)性能。因此，如果不考慮 FFT 變換的復(fù)雜度，子載波間隔的選擇原則，應(yīng)該是在保持足夠的抗頻偏能力的條件下采用盡可能小的子載波間隔。研究表明5-7，在使用帶有鎖相環(huán)（PLL）的壓控振蕩器（VCO）的系統(tǒng)中，相位噪聲對(duì)載波間干擾的影響并不大。只要子載波間隔在 10kHz 以上，相位噪聲的影響就可以降到相對(duì)較小的水平。相對(duì)而言，多普勒頻移的影響明顯大于相位噪聲，因此子載波間隔的確

34、定應(yīng)主要考慮多普勒頻移的影響。多普勒效應(yīng)引起的頻率偏移會(huì)破壞子載波之間的正交性5-7。例如在 2GHz 頻段，350km/h的移動(dòng)速度會(huì)帶來 648.1Hz 的多普勒頻偏。這種頻率偏移尤其會(huì)對(duì)高階調(diào)制（如 64QAM）造 218 第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)成顯著的影響。因此，子載波間隔應(yīng)該設(shè)置為一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，使系統(tǒng)在高速移動(dòng)和低速移動(dòng)場(chǎng)景下都有較好的性能。也就是說，在低速移動(dòng)場(chǎng)景下（此時(shí)多普勒效應(yīng)不顯著），相對(duì)較小的子載波間隔沒有嚴(yán)重的性能降低；在高速移動(dòng)場(chǎng)景下（此時(shí)多普勒頻移是主要問題），相對(duì)較大的子載波間隔也沒有嚴(yán)重的性能降低。研究表明，為了將多普勒頻移的影響降低到足夠低的水平，

35、應(yīng)該將子載波間隔設(shè)置在11kHz 以上。在假設(shè)理想信道估計(jì)的參數(shù)配置下，350km/h 移動(dòng)速度下的系統(tǒng)吞吐量只比30km/h 下的系統(tǒng)吞吐量下降 0.5Mbit/s。如果是假設(shè)真實(shí)信道估計(jì)5-5，較小子載波間隔（10kHz以下）對(duì)系統(tǒng)吞吐量的影響就較為嚴(yán)重。但是，只要將子載波間隔保持在 11kHz 以上，多普勒頻移對(duì)系統(tǒng)吞吐量的影響就與在理想信道估計(jì)條件下一樣，是輕微的。另外，混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）技術(shù)可以從某種程度上減輕多普勒頻移的影響。在采用增量冗余（Incremental Redundancy，IR）合并的 HARQ 系統(tǒng)中，在低速移動(dòng)情況下， 如果將子載波間隔設(shè)置為 13kHz

36、 和 15kHz，則系統(tǒng)相對(duì) 6.65kHz 子載波間隔的系統(tǒng)分別有 3%和 5%的系統(tǒng)吞吐量損失；如果將子載波間隔設(shè)置為 11.25kHz 和 15.75kHz，則系統(tǒng)相對(duì)6.65kHz 子載波間隔的系統(tǒng)，CP 開銷從 4%分別增大到 6%和 8%，性能的下降和開銷的提高處于可以接受的水平。在高速移動(dòng)（350km/h）情況下，只要子載波間隔大于 11kHz，多普勒頻移就重的性能下降。造成嚴(yán)因此，將子載波間隔設(shè)置在1115kHz 對(duì)LTE 系統(tǒng)是比較合適的。由于15kHz 可以使E-UTRA 系統(tǒng)和UTRA 系統(tǒng)具有相同的碼片速率，從而從某種程度上降低開發(fā)成本，因此LTE 最終決定在單播（Un

37、icast）系統(tǒng)中采用15kHz 的子載波間隔，相應(yīng)的符號(hào)長度為66.67µs（不包括 CP）。載波 MBMS（Dedicated Carrier MBMS，DC-MBMS）業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景為低速移動(dòng)，因此可以考慮使用更小的子載波間隔，以降低 CP 開銷，提高系統(tǒng)頻譜效率。經(jīng)過研究， 決定在 DC-MBMS 系統(tǒng)中采用 7.5kHz 子載波，相應(yīng)的符號(hào)長度為 133.33µs （不包括 CP）。這種情況下，一個(gè) 1ms 子幀包含六個(gè) OFDM 符號(hào)。5.2.4CP 長度CP 的長度，首先是應(yīng)該能將多徑延遲造成的影響控制在可接受的水平。如圖 5-13所示，多徑延遲在 OFD

38、M 系統(tǒng)中的影響首先是造成符號(hào)間干擾（Inter-Symbol Interference）和載波間干擾（Inter-Carrier Interference）。CP 中包含的是 OFDM 符號(hào)尾部的循環(huán)重復(fù)，因此，當(dāng)多徑延遲小于 CP 長度時(shí)，OFDM于 CP 長度時(shí)，部分符號(hào)能量將無法被可以捕捉 OFDM 符號(hào)的全部能量。當(dāng)多徑延遲大捕捉到，但這還不是最嚴(yán)重的問題。更嚴(yán)重的問題是，前一個(gè)符號(hào)的延遲超出 CP 的多徑分量會(huì)被當(dāng)做后一個(gè)符號(hào)接收，從而造成對(duì)后一個(gè)符號(hào)的干擾（如圖中的三角部分所示），這就形成了符號(hào)間干擾。而由于錯(cuò)誤地捕捉了相鄰符號(hào)的一部分分量，F(xiàn)FT 變換就無法完全恢復(fù)子載波之間的

39、正交性，從而造成載波間干擾。當(dāng)然，絕大多數(shù)能量較強(qiáng)的多徑分量通常都具有較小的多徑延遲，具有很大延遲的多徑分量的能量也較弱。一個(gè)適當(dāng)?shù)?CP 一方面應(yīng)足夠長，以避免嚴(yán)重的符號(hào)間干擾和載波間干擾；另一方面又不能過長，造成過大的 CP 開銷，帶來額外的頻譜效率損失。 219 圖 5-13 CP 長度對(duì)符號(hào)間干擾與載波間干擾的影響因此通過對(duì)多徑時(shí)延擴(kuò)展的，可以對(duì)不同 CP 值的系統(tǒng)的頻譜效率進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估發(fā)現(xiàn)，對(duì)于典型小區(qū)半徑的單播系統(tǒng)，當(dāng) CP 值為 35µs 時(shí)，就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)頻譜效率的最大化；而當(dāng) CP<3µs 或CP>5µs 時(shí)，系統(tǒng)頻譜效率都有所降低

40、。除了考慮多徑時(shí)延擴(kuò)展的的影響，還要考慮時(shí)域加窗（Time Windowing）處理的影響。時(shí)域加窗可以保證系統(tǒng)符合帶外雜散限制，并可以有效地抑制信號(hào)的 PAPR，但時(shí)域加窗需要額外增加 1µs 的 CP 長度。如果再考慮到多徑時(shí)延檢測(cè)的可能誤差，將 CP 長度設(shè)定為 5µs 上下是比較合適的。將這一分析結(jié)論和 OFDM/SC-FDMA 符號(hào)長度、時(shí)隙長度加在一起綜合考慮，最終確定常規(guī) CP（Normal CP）基本長度為 4.687 5µs，1 個(gè)子幀的 7 個(gè)符號(hào)中，前 6 個(gè)符號(hào)的 CP 均為 4.687 5µs ，最后一個(gè)符號(hào)的 CP 為 5.2

41、08µs 。上述分析是基于半徑大小典型的小區(qū)和單播傳輸，但 LTE 系統(tǒng)還要支持較大的小區(qū)半徑（最大達(dá) 100km）和多小區(qū)合并 E-MBMS 業(yè)務(wù)。對(duì)于這些應(yīng)用場(chǎng)景，需要比常規(guī) CP 大得多的 CP 長度。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，將 CP 長度設(shè)定在 1014µs 之間比較合適。如果再考慮將來如果采用中繼（Relay）技術(shù)或直放站可能帶來的額外延遲，應(yīng)考慮CP 長度至少為1015µs 。將這一分析結(jié)論和 OFDM/SC-FDMA 符號(hào)長度、時(shí)隙長度加在一起綜合考慮，最終確定在常規(guī) CP 之外再增加 1 個(gè)擴(kuò)展 CP（Extend CP）選項(xiàng)，長度為 16.67µ

42、s 。另外，對(duì)于 DC-MBMS 系統(tǒng)，由于符號(hào)長度為單播/MBMS 混合載波系統(tǒng)的兩倍（為 133.33µs ），因此擴(kuò)展 CP 的長度進(jìn)一步延長為 33.33µs，可以提供更大范圍的多小區(qū) SFN 合并（而且即使沿用 16.67µs CP， 省出的 100µs 也無法構(gòu)成一個(gè)額外的的符號(hào)和CP），姑且可以將這種 CP 稱為“超長擴(kuò)展 CP”。綜上所述，LTE 系統(tǒng)支持的3 種符號(hào)結(jié)構(gòu)如圖5-14 所示，常規(guī)小區(qū)的單播系統(tǒng)采用4.687 5µs的 CP 和 66.67µs 的符號(hào)；大小區(qū)的單播系統(tǒng)或單播/MBMS 混合載波的 E-M

43、BMS 系統(tǒng)采用16.67µs 的 CP 和 66.67µs 的符號(hào)；DC-/MBMS 系統(tǒng)采用 33.33µs 的 CP 和 133.33µs 的符號(hào)。 220 第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 5-14 LTE 采用的 3 種符號(hào)結(jié)構(gòu)5.3參考信號(hào)設(shè)計(jì)參考信號(hào)（Reference Signal，RS），就是常說的“導(dǎo)頻”信號(hào)，是由發(fā)射端提供給接收端用于信道估計(jì)或信道探測(cè)的一種已知信號(hào)。由于 LTE 改變了基本傳輸和多址方式，原來用于 CDMA 系統(tǒng)的參考信號(hào)設(shè)計(jì)無法繼續(xù)使用，需要針對(duì) OFDMA/SC-FDMA 系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)。5.3.1下行參考

44、信號(hào)設(shè)計(jì)在 LTE 早期研究中，明確了下行參考信號(hào)至少可以用于如下目的。（1） 下行信道質(zhì)量測(cè)量（又稱為信道探測(cè)）。（2） 下行信道估計(jì)，用于 UE 端的相干（Coherent）檢測(cè)和解調(diào)。（3） 小區(qū)搜索。下行參考信號(hào)由已知的參考符號(hào)構(gòu)成，如圖 5-15 所示。如果定義 OFDM 的基本單位（即 1 個(gè)子載波´1 個(gè) OFDM 符號(hào)）為粒子（Resource Element，RE），則下行參考符號(hào)是以 RE 為的，即一個(gè)參考符號(hào)占用一個(gè) RE。圖 5-15 下行單天線參考信號(hào)結(jié)構(gòu)（常規(guī) CP 情況）這些參考符號(hào)可分為兩列：第 1 參考符號(hào)和第 2 參考符號(hào)。第 1 參考符號(hào)位于每個(gè)

45、 0.5ms時(shí)隙的第 1 個(gè) OFDM 符號(hào)，第 2 參考符號(hào)位于每個(gè)時(shí)隙的倒數(shù)第 3 個(gè) OFDM 符號(hào)。第 1 參考符號(hào)位于第 1 個(gè) OFDM 符號(hào)有助于下行控制信號(hào)被盡早解調(diào)。當(dāng)然，上面所述是針對(duì)常規(guī)CP（Normal CP）情況的示例，對(duì)于擴(kuò)展 CP（Extended CP）情況，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的符號(hào)數(shù)量為 221 6，此時(shí)第 2 列 RS 實(shí)際上位于第 4 而非第 5 個(gè) OFDM 符號(hào)。在頻域上，每 6 個(gè)子載波一個(gè)參考符號(hào)，這個(gè)數(shù)值是在信道估計(jì)性能和 RS 開銷之間求取平衡的結(jié)果，RS 過疏則信道估計(jì)性能無法接受；RS 過密則會(huì)造成 RS 開銷過大。每 6 個(gè)子載波一個(gè) RS 既能

46、在典型頻率選擇性信道中獲得良好的信道估計(jì)性能，又能將 RS 控制在較低水平。RS 的時(shí)域密度也是根據(jù)相同的原理確定的，每個(gè)時(shí)隙是很大。兩行 RS 既可以在典型的運(yùn)動(dòng)速度下獲得滿意的信道估計(jì)性能，RS 的開銷又不另外，第 1 參考符號(hào)和第 2 參考符號(hào)在頻域上是交錯(cuò)（Staggered）放置的。而且，下行參考信號(hào)的設(shè)計(jì)還必須有一定的正交性，以有效地支持多天線并行傳輸（最多需支持 4 個(gè)并行流）。正交參考信號(hào)設(shè)計(jì)的另一個(gè)用途是支持一個(gè) eNode B 內(nèi)多個(gè)扇區(qū)之間的區(qū)分。例如實(shí)現(xiàn)一個(gè)小區(qū)內(nèi)不同天線之間的參考信號(hào)正交性的法是采用 FDM（頻分復(fù)用）。也就是說，在圖 5-15 中，不同天線的參考信號(hào)

47、在頻域上有一定的位移。另一種可以考慮的方法是采用 CDM（碼分復(fù)用）。不同小區(qū)之間的正交性即可采用 CDM 方式實(shí)現(xiàn)。下行參考信號(hào)一般是公共（Common）參考信號(hào)，以廣播的方式供小區(qū)內(nèi)所有的 UE 使用。UEUE-Specific）的參考信號(hào)也有其用途，例如可以用于支持動(dòng)態(tài)波束賦形（DynamicBeamforming）。另外，對(duì)于多小區(qū)合并的 E-MBMS 系統(tǒng)，考慮了以下兩種參考信號(hào)設(shè)計(jì)。（1）多小區(qū)公共（mon）的參考信號(hào)：即參與多小區(qū) E-MBMS的多個(gè)小區(qū)采用相同的參考信號(hào)，這種參考信號(hào)用于單頻網(wǎng)合并的 MBMS（即 MBSFN）系統(tǒng)，只在傳輸 MBSFN 信號(hào)的子幀中。（2）具有

48、組加擾（Group Scrambling）的小區(qū)不是用于 MBSFN 系統(tǒng)的，而是用于基于多小區(qū)小區(qū)的合并）的。（Cell-specific）參考信號(hào)：這種 RS 并檢測(cè)合并的 MBMS 系統(tǒng)（主要用于少量由于 E-MBMS 方面的工作仍集中于 MBSFN 模式（見 4.9 節(jié)所述），因此 LTE 只設(shè)計(jì)了上述第（1）種 E-MBMS RS，而第（2）種 RS 沒有被采用。1下行參考信號(hào)時(shí)頻結(jié)構(gòu)在 LTE 的早期研究中，初步確定了如圖 5-15 所示的 RS 基本時(shí)頻結(jié)構(gòu)。隨著研究的深入，也有略微調(diào)整 RS 結(jié)構(gòu)的提議，即第 1 列 RS 放置在前一時(shí)隙的最后一個(gè) OFDM 符號(hào)，第 2 列

49、RS 放置在第三個(gè) OFDM 符號(hào)。在圖 5-15 所示的方法中，由于后一時(shí)隙的第1 列 RS 也用于本時(shí)隙的信道估計(jì)（支持 RS 之間的時(shí)域內(nèi)插），因此這種新方法并提高信道估計(jì)性能。這種方法的潛在好處是可以略微減小信道估計(jì)時(shí)延（約 1.4%2.4%），但缺點(diǎn)是大大縮短了 UE 的微睡眠時(shí)間（約 33%50%）5-85-9，而且是本時(shí)隙的解調(diào)必須依賴前一幀的 RS。因此，LTE 最終沒有采用這種新的結(jié)構(gòu)，仍然維持圖 5-15 所示的基本 RS 結(jié)構(gòu)。另一種改進(jìn)方案是在空載的小區(qū)間斷地下行 RS。由于沒有數(shù)據(jù)需要解調(diào)，RS 的密度也不需要維持原有的密度，這樣可以降低對(duì)相鄰小區(qū)的干擾。處于RRC_

50、IDLE（無線控制空閑）狀態(tài)的 UE 始終按照最稀疏的 RS 結(jié)構(gòu)接收 RS，因此受到影響。但這種方法可以獲得性能增益的場(chǎng)景（本小區(qū)空載而相鄰小區(qū)卻相當(dāng)滿載）比較少見，而且需要額外的信令開銷予以支持。更重要的是，即使系統(tǒng)處于空載狀態(tài)，仍可能有 UE 需要下行 RS 進(jìn)行 222 第 5 章 LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)小區(qū)搜索（見 6.4 節(jié)）；即使本小區(qū)沒有 UE 進(jìn)行小區(qū)搜索，相鄰小區(qū)的 UE 仍需要進(jìn)行相鄰小區(qū)測(cè)量，用于可能的切換和小區(qū)重選5-10。因此，這種在空載小區(qū)進(jìn)行非連續(xù) RS議沒有被 LTE 采納。關(guān)于第 2 列RS 的位置也曾有過討論，有提案建議將每個(gè)子幀中第 1 個(gè)時(shí)隙的第 2

51、 列RS 前移到該時(shí)隙的第 4 列 OFDM 符號(hào)，以減小用于子幀中前幾個(gè) OFDM 符號(hào)解調(diào)的 RS 的時(shí)域間隔。由于物理下行控制信道（PDCCH）總是位于一個(gè)子幀的最開始幾個(gè)符號(hào)，這種設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步改善 PDCCH 在高速移動(dòng)情況下的信道估計(jì)性能，從而理論上能夠提高 PDCCH 的檢測(cè)性能5-11。但是，這種設(shè)計(jì)會(huì)造成一個(gè)子幀內(nèi)的兩個(gè)時(shí)隙 RS 結(jié)構(gòu)不同，最后 LTE 也沒有采納這項(xiàng)修改建議。2MIMO 參考信號(hào)復(fù)用一個(gè)小區(qū)內(nèi)不同 MIMO 天線之間采用 FDM 的方式復(fù)用，一個(gè)天線傳送 RS 的 RE 不僅不用于本天線的數(shù)據(jù)傳輸，也不再用于其他天線的數(shù)據(jù)傳輸，以保證 RS 的正交傳輸5-

52、8。MIMO RS 的設(shè)計(jì)首先應(yīng)該基于單天線基本 RS 結(jié)構(gòu)，也就是說，MIMO RS 的設(shè)計(jì)不能影響單天線 RS 的位置。因此，在圖 5-15 所示的基本 RS 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，形成了圖 5-16 所示的 2 發(fā)射天線 MIMO RS 結(jié)構(gòu)。從圖中可以看到，針對(duì)每個(gè)天線，RS 結(jié)構(gòu)實(shí)際上和圖 5-15 完全一樣，只是兩個(gè)天線端口（簡稱天線）的 RS 錯(cuò)開放置，第 2 天線的 RS 位置相對(duì)第 1 天線平移了 3 個(gè)子載波。（注 1：在 3GPP 規(guī)范中，天線序號(hào)稱為天線 0、1、2、3，和習(xí)慣的天線 1、2、3、4 的叫法不同。讀者可能會(huì)看到，LTE 研究過程中的大量文獻(xiàn)使用天線 1、2、3、4

53、 的叫法，但這里以最終的 3GPP 規(guī)范為準(zhǔn)。兩種命名法其實(shí)是完全等效的，只是起點(diǎn)不同。注 2：圖 5-16 至圖 5-20 均是針對(duì)常規(guī) CP 的示例，對(duì)于擴(kuò)展 CP，由于每個(gè)時(shí)隙只有 6 個(gè) OFDM 符號(hào)，位于倒數(shù)第 3 個(gè) OFDM 符號(hào)的最后一列 RS 實(shí)際上是位于第 4 個(gè) OFDM 符號(hào)，而非第 5 個(gè)。）的提圖 5-16 2 天線MIMO RS 結(jié)構(gòu)（常規(guī) CP 情況）在 2 天線MIMO RS 的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步擴(kuò)展為 4 天線MIMO RS 結(jié)構(gòu)。在 LTE 研究中，首先明確了 4 天線MIMO 的 RS 開銷不能高于 15%。初步確定的 4 天線 MIMO RS 結(jié)構(gòu)如

54、圖 5-17 所示。第 2 和第 3 天線的 RS 放置在第 1 列 RS 中，位于天線 0 和天線 1 的導(dǎo)頻符號(hào)之間5-13，eNode B 可以根據(jù)具體情況選擇是否第 2 和第 3 天線的參考符號(hào)。第 2 列RS 中沒有第 2 和第 3 天線的 RS，這是因?yàn)楦唠A天線 MIMO 只可能用于相對(duì)低速移動(dòng)的 223 場(chǎng)景，在這種場(chǎng)景下，每個(gè)時(shí)隙一列 RS 符號(hào)就能夠滿足要求了。 224 第 5 章LTE 無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 5-17 LTE 初期設(shè)計(jì)的 4 天線 MIMO RS 結(jié)構(gòu)（常規(guī) CP 情況）多天線 RS 結(jié)構(gòu)其實(shí)可以考慮各種各樣的設(shè)計(jì)。圖 5-17 中 RS 結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)是以一套

55、RS 結(jié)構(gòu)滿足在各種場(chǎng)景下采用單天線、2 天線和 4 天線 MIMO 的需要，4 天線時(shí) RS 總開銷達(dá)到 14.3%。但是，為了同時(shí)滿足各種場(chǎng)景，它對(duì)某些特定場(chǎng)景并不一定是最優(yōu)化的。例 提議認(rèn)為應(yīng)針對(duì)微小區(qū)（Micro Cell）這種重要場(chǎng)景設(shè)計(jì)一種更優(yōu)化的 4 天線 MIMO RS 結(jié)構(gòu)5-14。這種結(jié)構(gòu)考慮到微小區(qū)通常不需要支持非常高速移動(dòng)的用戶，所以在天線 0 和天線 1 的時(shí)域密度上做了一定犧牲，以換取 RS 開銷的降低。這種 RS 結(jié)構(gòu)如圖 5-18 所示，與圖 5-17 中的結(jié)構(gòu)不同的是天線 0 和天線 1 只保留第 1 列 RS，而將第 2 列導(dǎo)頻中原本使用的 RE 讓給了天線

56、 2 和天線 3。這樣，所有 4 個(gè)天線的 RS 密度保持一致，RS 總開銷降低到 9.5%。文獻(xiàn)5-14建議在微小區(qū)使用圖 5-18 所示的 RS 結(jié)構(gòu)，而在宏小區(qū)中使用圖5-17 所示的 RS 結(jié)構(gòu)。在研究中，普遍認(rèn)可圖 5-18 所示的 RS 結(jié)構(gòu)確實(shí)是對(duì)微小區(qū)的一種更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，但增加這種 RS 結(jié)構(gòu)意味著增加一種額外的 RS 結(jié)構(gòu)選項(xiàng)，這需要額外的信令支持，而且可能給小區(qū)搜索和 SCH/BCH（同步信道/廣播信道）的設(shè)計(jì)帶來額外的麻煩（UE 需要識(shí)別每個(gè)小區(qū)使用的是哪種結(jié)構(gòu)）。另一種修改建議主張?jiān)趫D 5-17 所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部修改，在不增加 RS 開銷的條件下，將原本集中在第 1 列 RS 的第 2 和第 3 天線的 RS 分散在第 1 和第 2 列，這樣可以獲得更高的時(shí)域密度，從而使 4 天線情況下更好地支持高速移動(dòng)，但由于略微降低了 RS 的頻域密度，低速下的性能可能有所損失5-155-16。LTE 最終沒有接受這兩種球修改。 225 圖 5-18 曾被考慮的對(duì)微小區(qū)優(yōu)化的 4 天線MIMO RS 結(jié)構(gòu)（常規(guī) CP 情況）4 天線 MIMO RS 結(jié)構(gòu)的修改是由 RS 跳頻和RS Shifting 技術(shù)引起的。如本節(jié)第 5 點(diǎn)所述， LTE