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4G网络中多路复用与调度

 和老康一起学5G 2022-10-06 发布于陕西

无线资源调度是蜂窝移动网络最重要的属性之一,这主要取决于网络采用的多路复用机制。在2G中使用时分多址(TDMA)3G使用码分多址(CDMA);多路复用(Multiplexing)是4G和5G与前几代移动通信区别之一,这是因为它们完成了蜂窝移动通信从电路交换(CS)分组交换(PS)的过渡。4G(LTE)和5G(NR)均基于正交频分复用(OFDM)技术,这是一种在多个正交子载波频率上多路复用数据的技术,每个子载波频率都是独立调制的。而OFDM的价值和效率在于它如何选择子载波频率以避免干扰,如何实现正交性。

4G下行多路复用采用正交频分多址(OFDMA)技术是OFDM的一种特定应用,可在一组12个正交子载波频率上多路复用数据(每个子载波频率都是独立调制)。多个用户同时发送数据,每个用户占用不同的子载波频率和占用不同的持续时间。4G中子载波带宽很窄(15 kHz)并将用户数据编码为OFDMA符号,这是为了最大限度地降低由于相邻频带之间干扰而导致数据丢失的风险。

OFDMA是将无线频谱概念化为二维资源(如图1所示),其资源元素(RE)的最小可调度单元(RE)对应一个子载波频率(15kHz)频带和传输一个OFDMA符号所需的时间。每个符号中可以编码比特数取决于调制速率,其可使用正交幅度调制(QAM)方式,其中16QAM每个符号传递4比特,而64QAM每个符号传递6比特。    图1. 4G网络中调度资源单元二维网格(频谱)

调度器(scheduler)为每个在每1ms传输时间间隔(TTI)内有数据要传输的用户分配一定数量的RE,用户在图1中用不同颜色的块表示。对调度器的唯一限制是它必须使用7x12=84资源元素块的分配决策,这则称为物理资源块 (PRB)(图中显示了两个背靠背的PRB)。时间继续沿一个轴流动并且根据可用频带的大小(如它可能是100MHz带宽)沿另一轴可能有更多的子载波时隙(因此PRB)可用,所以调度器本质上是在准备和传输一系列的PRB。

QAM是一种常见调制器示例,调度器有责任根据收到的CQI反馈为每个PRB选择要使用的调制。调度程序还基于每个PRB选择编码,例如通过它如何将参数设置为turbo码算法。1毫秒TTI对应于调度流程从用户那里收到关于他们正在经历的信号质量的反馈的时间范围。这就是CQI每毫秒一次,每个用户发送一组指标,调度过程中使用这些指标来决定如何在后续TTI期间分配PRB。

调度决策另一个输入是QoS类别标识符(QCI),它指示每个流量类别要接收的服务质量。在4G中分配给每个类的QCI值(9个)指示流量是否具有保证比特率的GBRnon GBR及该类在这两个类别中的相对优先级。

调度过程是决定在给定时间间隔内为哪组用户提供服务,为每个这样的用户分配多少资源元素,如何选择编码和调方式(等级)及使用哪个天线来传输他们的数据!

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