LTE资源单位介绍

原文地址：LTE资源单位介绍作者：弥岳峰_邓强

弥岳峰

1. LTE多址方式

移动通信系统的多址方式是直接决定了多个用户同时接入时共享资源的方式，如图1所示，第一代移动通信系统多址方式是FDMA（频分复用接入），不同用户同时占用不同频率进行业务直到业务结束释放频率资源；第二代移动通信系统的多址方式在频分的基础上加上时间维度去分配资源，同一时刻接入的用户占用不同的频率进行业务，同一频率资源在不同的时间段可以分配给不同的用户使用，典型代表是GSM网络，多址方式FDMA+TDMA；第三代移动通讯系统多址方式引进CDMA技术，同一时刻接入的用户可以通过分配不同的正交码来占用相同的频率资源，如果小区配置多个频点时，同一时间接入的用户也可以通过FDMA方式占用不同频点，如WCDMA、CDMA2000多址方式为FDMA+CDMA，TD-SCDMA系统除了可以频分和码分的同时也可以时分，TD-SCDMA系统多址方式为FDMA+TDMA+CDMA；在LTE及WIMAX系统中，由于OFDM技术的引入，系统的资源从时间和频率两个维度进行区分，OFDMA多址方式实际上是FDMA+TDMA，由于MIMO技术的引入，也可以实现SDMA（空分复用接入），不同用户可以在同一时间，同频率上进行业务，因此LTE系统的多址方式为FDMA+TDMA+SDMA。

图1 多址方式

2. LTE时频资源结构

LTE可以支持一个频点不同的系统带宽，从1.4MHz到20MHz，OFDM技术将一个频点在频率上分成很多小的相互重叠的子载波，每个子载波和相邻子载波重叠一半，子载波间隔有15KHz和7.5KHz（EMBMS业务时用到）两种，一般使用15KHz子载波间隔，R8定义一个20MHz里面最多有1200个载波，用户一个调制后的数据符号发射时调制在频域上一个子载波15KHz上，在时间上占用一个符号的长度为1/15KHz秒，同一个符号时间上，频域最多可以同时将1200个不同的数据符号调制在不同的1200个子载波上。因此OFDM将LTE资源频域上分成多个子载波，时间上分成多个符号，时间和频域交错形成LTE中最小的资源单元RE（Resource Element），如图2所示。

图2 OFDM资源划分

FDD-LTE将时间资源划分成一个个无线帧，每个无线帧10ms，一个无线帧分成10个子帧，每个子帧分为两个时隙，每个时隙0.5ms，每个时隙中包含6或7个OFDM符号，为什一个时隙里面包含6或7个符号呢？上面介绍一个调制后的数据符号最终调制在频域一个子载波，时间上 一个符号1/15K秒，那么一个时隙0.5ms里面最多可以包含0.5*0.001/（1/15000）=7.5符号，因此一个时隙最多包含7个符号，剩余的0.5个符号作为CP（Cyclic Prefix）分到7个符号前面，CP作用：（1）保证子载波间正交，降低子载波间干扰（ICI），（2）克服多径时延引起的符号间串扰（ISI），只有保证CP时间长度大于信号在无线环境中传播的最大多径时延时才可以抵抗ISI，当多径时延较大时，为了保证CP足够长，需要将7.5个符号中1.5个符号作为一个CP的总长度，此时一个时隙中只有6个OFDM符号，再将1.5个符号时长平均分成6个CP，放置在每个符号前，一个符号1/15K秒加上一个CP为一个OFDM符号。

图3 FDD-LTE帧结构

3. LTE资源单位

图4 RE、RB定义

RE：

一个时隙包含6或7个符号，一个频点在频域上包含多个子载波，频域和时域交错后形成很多小的二维时频单元，如下图4所示，一个小的方格代表LTE中最小的资源单位RE（Resource Element），时间上一个OFDM符号长度，频域上一个子载波。一个RE可以承载一个经过调制后的数据符号，一个符号最多可以代表6个bits内容（64QAM调制）。不同系统带宽频域上包含的子载波数目不同，如表1所示。

表1 系统带宽与子载波、RB数目

当系统带宽为20MHz时，一个时隙包括7个符号，一个符号在频域上同时包括1200个RE，那么一个时隙中包括1200*7=8400个RE。

RB：

当用户接入时若以RE为单位给用户分资源，那么将RE位置的信息传递给用户时所消耗的资源也会更多，因此协议定义用户分配资源时的另一个单位资源块RB（Resource Block），RB为分配给用户的最小资源单元，RB分为虚拟资源块VRB和物理资源块PRB，VRB是物理信道最终映射到PRB过程中的逻辑资源单元，如图6所示。一个PRB在时间上为一个时隙时长，在频域上带宽为180KHz，子载波间隔为15KHz，常规CP时，频域包括12个连续子载波，如表2所示。不同系统带宽所包含的RB数如表1所示。

表2 RB参数

虚拟资源块VRB大小和PRB一样，虚拟资源块分为集中式VRB和分布式VRB。对于集中式VRB，一个子帧两个时隙连续的相同频率的两个VRB构成一个VRB对，映射到两个相同时频位置的PRB上（PRB对），如图5所示。

图5 VRB集中式映射到PRB

VRB分布式映射过程比较复杂，一个子帧两个时隙相同频率的连续的两个VRB映射到PRB的时频位置需要经过计算得出，基站给用户分配VRB之后，VRB需要经过交织和时隙间调频最终确定映射的PRB位置，分布式映射可以获取频率分集增益。

图6 VRB与PRB分布式映射

为了保持上行单载波特性，LTE上行只支持VRB集中式映射到PRB，但是也可以通过上行时隙间跳频获取上行频率分集增益，如图7所示。

图7 VRB与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：

为了资源调度更简单，LTE在RB基础上又定义了RBG（Resource Block Group），一个RBG中包含的RB数目与系统的带宽有关，如图8中所示。假设小区系统带宽为10MHz，小区会有50RB资源，查下图中表7.1.6.1.1得到此小区一个RBG中包括3个RB。如下图所示小区的PRB从0~49编号，然后3个RB一组依次组成RBG 0~16，调度时基站通过PDCCH信道将分配给用户的RBG信息发给用户。

图8 RBG与系统带宽关系

REG：

REG（Resource Element Group）下行物理控制信道分配资源的单位，一个REG由同一个OFDM符号中频域上四个连续可用的RE组成。为了信道估计，需要在一些RE中发送已知信息（参考信号），LTE R8可以支持1、2、4个天线端口，随着天线端口数目不同，参考信号的数目也有所不同。图9为一个子帧两个RB，横轴为时间，纵轴为频率，两天线端口时，两个天线发送的信号经过不同的无线空间到达接收端，两个天线需要各自在不同的RE上发送参考信号用于信道估计，图中红色RE为一组参考信号，黑色为另一个天线的一组参考信号，参考信号的具体位置跟小区的PCI、时隙号、OFDM符号编号、天线端口号有关，如果RE用于发送参考信号，则该RE不能用于组成REG。下图RB第一列中除掉发送参考信号的RE剩余的RE只能构成3个REG，第二、三列不发送参考信号，因此一个RB带宽有3个REG。

图9 两天线端口时REG组成

下图RB第一列中除掉发送参考信号的RE剩余的RE只能构成3个REG，第二、三列不发送参考信号，因此一个RB带宽有3个REG。图10为四天线端口时参考信号的位置，每种颜色代表一个天线端口在一个子帧两个RB中发送的一组参考信号，第一、二列除去参考信号只能组成两个REG，第三列没有参考信号，可以组成三个REG。

图10 四天线端口时REG组成

CCE：

CCE（Control Channel Element）为物理层下行控制信道PDCCH资源分配的单位，一个CCE由9个REG组成，如下图所示横轴为时间，纵轴为频域，如果一个REG用于传输其他物理层控制信道，那么此REG不能用于构成CCE，构成CCE的REG先在时域找，再在频域找，如图11所示，CCE #0的9个REG先时域然后频域，CCE编号从0开始，CCE数目取决于控制域占用的符号的数目。

图11 CCE组成

总结：

LTE定义多种资源单位，用于不同信道的资源分配，RE为LTE最小的资源单元，RB、RBG为业务信道资源分配的单位，基站为用户分配业务信道资源时最少一个RB对，REG为下行物理层控制信道资源分配的单位，CCE为物理下行控制信道资源分配的单位。

参考文献：

1. http://ww1793.blog.163.com/blog/static/4398608820104263644950/

2. http://www./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