了得網計算機/網絡_LTE教程：結構與實施

編輯推薦

本書**特色是：
全方位的學習，全新的學習體驗。
三位一體：教程、視頻和網站，一個也不能少。
承上啟下??從LTE的關鍵技術，擴展到LTE物理層的結構。
學以致用??從掌握LTE技術，到理解LTE無線網絡的規劃與部署。
揭開LTE物理層結構的真面目，講解LTE無線網絡實施的不傳之秘。

內容簡介

《LTE叢書之學好LTE繫列》是專為LTE學習而打造的，內容脫胎於作者深受好評的LTE公開課程，並加以完善和增補，循序漸進，娓娓道來，非常適合LTE學習。本書是《LTE叢書之學好LTE繫列》中的一冊，全書分為結構篇和實施篇兩部分，詳細介紹了LTE技術的基本結構以及具體的實施方法，可幫助讀者快速了解和理解LTE的結構與實施。

作者簡介

孫宇肜：高級工程師，“空中接口學園”、“讀懂通信”、“GPRS家園”、“學好LET ”的建立者，LTE學習大使。

結構篇
導言
第1章時頻結構
本章導讀
1.1概述
1.1.1什麼是時頻結構
1.1.2如何理解時頻結構
1.1.3雙工方式
1.2FDD的時間結構
1.2.1FDD的時間結構：無線幀
1.2.2FDD的時間結構：子幀
1.2.3FDD的時間結構：時隙
1.2.4更小的時間結構
1.2.5上、下行子幀對齊結構篇

導言

第1章時頻結構

本章導讀

1.1概述

1.1.1什麼是時頻結構

1.1.2如何理解時頻結構

1.1.3雙工方式

1.2FDD的時間結構

1.2.1FDD的時間結構：無線幀

1.2.2FDD的時間結構：子幀

1.2.3FDD的時間結構：時隙

1.2.4更小的時間結構

1.2.5上、下行子幀對齊

1.3TDD的時間結構

1.3.1TDD的時間結構

1.3.2TDD的時間結構：特殊子幀

1.3.3TDD的特殊子幀：GP

1.3.4TD-LTE與TD-SCDMA共存

1.4頻率結構

1.4.1頻率結構：子載波

1.4.2頻率結構：資源塊（RB）

1.4.3頻率結構：頻點

1.5時頻分布

1.5.1各種下行信號與信道的時間分布

1.5.2各種下行信號與信道的頻率分布

1.5.3各種上行信號與信道的時頻分布

1.6總結

第2章參考信號

本章導讀

2.1概述

2.1.1什麼是參考信號

2.1.2小區參考信號的發展史

2.1.3小區參考信號的設計

2.1.4小區參考信號的分布

2.2小區參考信號的生成

2.2.1小區參考信號的生成過程

2.2.2擾碼的生成方式

2.2.3Gold碼的初始值

2.2.4擾碼的輸出方式

2.2.5擾碼的輸出過程

2.2.6擾碼的時頻映射

2.3小區參考信號的KPI

2.3.1參考信號強度：RSRP

2.3.2參考信號質量：RSRQ

2.3.3參考信號信噪比：RS-SINR

2.4終端專用參考信號

2.4.1什麼是終端專用參考信號

2.4.2R8的終端專用參考信號

2.4.3R9的終端專用參考信號

2.5上行參考信號

2.5.1上行參考信號的生成過程

2.5.2上行參考信號的資源映射（業務信道）

2.6總結

第3章控制信道

本章導讀

3.1概述

3.1.1控制信息

3.1.2LTE繫統的控制信道

3.2LTE繫統的下行物理控制信道

3.2.1物理信道類型（用於控制）

第4章業務信道

實施篇

導言

第5章覆蓋設計

第6章容量分析與評估

第7章TDD與VoLTE

第8章無線網絡的部署方案

附錄A資源分配類型

附錄B干擾分析

縮略語

參考文獻

在線試讀

2.1 概述
2.1.1 什麼是參考信號
在第1章時頻結構中，我們已經知道了LTE繫統處理的內容包括各種信號以及信道上的各種信息。在各種信號中，最重要的就是參考信號（Reference Signal，RS）了。
不過有意思的是，很多人會把參考信號稱為導頻信號，這隻能說明大家受3G的影響太深了，一時間還沒有辦法進入4G的環境。但是，這種情況不足為奇，因為參考信號的確與導頻信號非常類似。
參考信號與導頻信號有哪些相似之處呢？
首先看定義，顧名思義，參考信號就是發射機發送的基本信號，是LTE網絡中的接收機正常工作的基礎，這與3G網絡的導頻信號定義是一致的。
其次看功能，參考信號的功能也與導頻信號類似，提供判斷覆蓋、獲取無線環境的狀態（信道估計）、協助解調信號等功能。
因此，把參考信號稱為導頻信號也是情有可原的。
在LTE繫統中，參考信號不止一種，分布在基站和終端兩種設備上，接下來我們就來分別了解這些參考信號。
1．基站側的參考信號
LTE基站產生的參考信號種類非常多，其中最著名也是最常用的叫小區參考信號，簡稱CRS（Cell Reference Signal）。
我們知道，小區是基站進行業務覆蓋的基本單位，一個基站通常分為3個小區，每個小區都會廣播相應的小區參考信號。
因此小區參考信號是公共信號，為小區覆蓋範圍內的所有用戶服務。在LTE繫統中，除小區參考信號外，在波束賦形的TM7、TM8模式下，還會發送基於終端UE的參考信號，也就是終端專用的參考信號；在多媒體單頻廣播MBSFN網絡中，還會發送MBSFN的參考信號。後一種參考信號，由於MBSFN網絡還沒有應用，因此本書不做介紹，大家可以自行查閱其他參考書。另外，如果大家想深入了解TM7和TM8模式，可以查閱《LTE教程：原理與實現》一書。
到了R10的LTE-A以後，基站的參考信號做了重大的變革，從小區參考信號中拆分出了解調參考信號（DMRS）、信道狀態參考信號（CSI-RS），還引入了用於定位的定位參考信號（PRS）。以上這些新增的參考信號，由於在現階段部署的LTE網絡中還沒有引入，因此本書同樣不會涉及，請大家自行查閱其他參考書。
2．終端側的參考信號2.1 概述

2.1.1 什麼是參考信號

在第1章時頻結構中，我們已經知道了LTE繫統處理的內容包括各種信號以及信道上的各種信息。在各種信號中，最重要的就是參考信號（Reference Signal，RS）了。

不過有意思的是，很多人會把參考信號稱為導頻信號，這隻能說明大家受3G的影響太深了，一時間還沒有辦法進入4G的環境。但是，這種情況不足為奇，因為參考信號的確與導頻信號非常類似。

參考信號與導頻信號有哪些相似之處呢？

首先看定義，顧名思義，參考信號就是發射機發送的基本信號，是LTE網絡中的接收機正常工作的基礎，這與3G網絡的導頻信號定義是一致的。

其次看功能，參考信號的功能也與導頻信號類似，提供判斷覆蓋、獲取無線環境的狀態（信道估計）、協助解調信號等功能。

因此，把參考信號稱為導頻信號也是情有可原的。

在LTE繫統中，參考信號不止一種，分布在基站和終端兩種設備上，接下來我們就來分別了解這些參考信號。

1．基站側的參考信號

LTE基站產生的參考信號種類非常多，其中最著名也是最常用的叫小區參考信號，簡稱CRS（Cell Reference Signal）。

我們知道，小區是基站進行業務覆蓋的基本單位，一個基站通常分為3個小區，每個小區都會廣播相應的小區參考信號。

因此小區參考信號是公共信號，為小區覆蓋範圍內的所有用戶服務。在LTE繫統中，除小區參考信號外，在波束賦形的TM7、TM8模式下，還會發送基於終端UE的參考信號，也就是終端專用的參考信號；在多媒體單頻廣播MBSFN網絡中，還會發送MBSFN的參考信號。後一種參考信號，由於MBSFN網絡還沒有應用，因此本書不做介紹，大家可以自行查閱其他參考書。另外，如果大家想深入了解TM7和TM8模式，可以查閱《LTE教程：原理與實現》一書。

到了R10的LTE-A以後，基站的參考信號做了重大的變革，從小區參考信號中拆分出了解調參考信號（DMRS）、信道狀態參考信號（CSI-RS），還引入了用於定位的定位參考信號（PRS）。以上這些新增的參考信號，由於在現階段部署的LTE網絡中還沒有引入，因此本書同樣不會涉及，請大家自行查閱其他參考書。

2．終端側的參考信號

在終端側，終端可以發送兩種參考信號：解調參考信號（DMRS）和探測參考信號（SRS）。解調參考信號服務於基站相干解調，而探測參考信號主要用於基站獲取無線環境的狀態。

在這兩種參考信號中，解調參考信號是必備的，探測參考信號是可選的。因此本書隻介紹解調參考信號，不會涉及探測參考信號，請大家自行查閱其他參考書來了解探測參考信號。

最後，我們在圖2.1中羅列出了LTE繫統使用的各種參考信號，其中小區參考信號極其重要，所以專門用粗體標出，而且本章的後續內容將主要圍繞小區參考信號來展開。

2.1.2 小區參考信號的發展史

既然小區參考信號來源於導頻信號，這裡我們就簡單回顧一下各種移動通信制式中與LTE小區參考信號類似的信號。

1．GSM

在GSM繫統中，有很多公共的信道，其中廣播信道BCCH起到了小區參考信號的作用。BCCH是終端測量GSM小區信號強度的目標：終端通過測量BCCH的強度來判斷GSM小區的覆蓋範圍，決定是否駐留以及是否切換。當然，GSM繫統的BCCH比起LTE繫統的小區參考信號功能豐富一些，還能廣播繫統信息。

為了區分各個小區的BCCH，GSM繫統引入了頻分多區技術，采用頻率規劃來避免相鄰小區BCCH的相互干擾，具體內容可以查閱《LTE教程：原理與實現》。

LTE小區參考信號的另外兩個功能：獲取無線環境的狀態和協助解調信號，在GSM繫統中由業務信道自己來承擔，主要通過時隙上的訓練比特來完成。

2．PHS

PHS繫統與GSM繫統非常類似，終端通過測量PHS控制頻點上控制時隙的信號強度，來判斷PHS小區的覆蓋範圍，決定是否駐留以及是否切換。

為了區分各個小區的控制時隙，PHS繫統引入了時分多區技術，利用邏輯控制信道LCCH來避免相鄰小區控制時隙的相互干擾。

小區參考信號的另外兩個功能：獲取無線環境的狀態和協助解調信號也由業務信道自己來承擔，主要通過時隙上的UW識別字來完成。

3．cdma2000

cdma2000繫統的導頻信號Pilot是終端進行測量的主要目標，可以幫助終端獲取無線環境的狀態和協助解調信號。

為了區分各個cdma2000小區的導頻信號，cdma2000繫統引入了碼分多區技術，利用PN碼的不同相位來降低相鄰小區導頻信號的相互干擾。

值得注意的是，EVDO與cdma2000有所不同，EVDO的導頻信號是不連續發射的。

4．WCDMA

WCDMA繫統的導頻信號CPICH是終端進行測量的主要目標，至於獲取無線環境的狀態和協助解調信號這兩大功能，則可以利用業務信道上嵌入的導頻比特來實現。

為了區分各個WCDMA小區的導頻信號，WCDMA繫統引入了碼分多區技術，利用不同的主擾碼來降低相鄰小區導頻信號的相互干擾。

5．TD-SCDMA

TD-SCDMA繫統的導頻信號PCCPCH是終端進行測量的主要目標，至於獲取無線環境的狀態和協助解調信號這兩大功能，都通過時隙上的訓練序列 Midamble部分來實現，類似GSM繫統。

為了區分各個TD-SCDMA小區的導頻信號，TD-SCDMA繫統引入了碼分多區技術，利用不同的擾碼來減少相鄰小區導頻信號的相互干擾。

2.1.3 小區參考信號的設計

了解了各種移動通信制式的類似信號後，接下來我們來分析LTE繫統的小區參考信號在設計時需要考慮哪些因素。

1．功率

很顯然，為了方便終端進行信號強度的判斷，我們要求小區參考信號的發射功率必須維持恆定。功率恆定這個特點其實在GSM、WCDMA等繫統中也是如此。因此，功率恆定是小區參考信號的第一要求。

此外，為了方便終端判斷路徑損耗，以確定上行的發射功率，小區參考信號發射功率的具體數值將通過繫統信息SIB2廣播出來，讓終端心知肚明。

附帶說一下，在天文領域中，天文學家利用超新星的最大亮度基本相當這個條件，測量出了大量河外星繫的距離，並結合河外星繫的巨量紅移，為宇宙大爆炸理論奠定了堅實的基礎。

2．區分

為了避免相鄰小區間參考信號的干擾，LTE繫統必須引入小區參考信號的區分機制。在LTE繫統中，同時使用了頻分多區技術和碼分多區技術，這些技術的具體實施方法，將在後續小節中介紹。

3．分布

由於LTE繫統是多載波繫統，大量的子載波同時工作，而無線環境的特性是與子載波相關聯的，因此，為了方便終端評估無線環境的特性，我們希望小區參考信號在每個子載波上都能出現。

同樣地，我們在第1章介紹了時頻結構，知道LTE繫統的一個時隙中通常承載有7個OFDM符號，那麼，如果讓小區參考信號在每個OFDM符號上都能出現，對終端及時評估無線環境的特性也是有利的。

LTE繫統還采用了多天線技術，通常情況下，每個天線端口發射的信號以及對應的發送特性是不同的，需要區分。為了方便終端進行各個天線端口的評估，小區參考信號還需要在每個天線端口上發送。

這樣看來，在子載波、OFDM符號以及各個天線端口上部署的小區參考信號越多，終端對無線環境特性的把握就越好。

但是，小區參考信號不能傳送業務內容，屬於繫統開銷。小區參考信號越多，繫統的開銷越大。就像一個單位一樣，如果管理層太多，做事的人太少，隻能是辦事不力的結果。

因此，在LTE繫統中采用了變通的方式，並不是在每個子載波或者OFDM符號上都部署小區參考信號，而是每隔若干個子載波以及OFDM符號纔會部署一個小區參考信號，讓小區參考信號在時頻網格上不連續分布，但卻是均勻分布，保證每個調度塊中總會分布固定數量的小區參考信號。

這樣做之後，可以大幅降低繫統開銷，從而提高LTE繫統的吞吐率。當然這樣做也會帶來一個明顯的缺點：如果子載波或者OFDM符號上剛好沒有參考信號，其無線環境的狀態需要根據鄰近的子載波或者OFDM符號來推斷，可能會不夠準確。

2.1.4 小區參考信號的分布

了解了小區參考信號的三大考量因素後，接下來我們介紹小區參考信號在時頻網格上的分布情況。小區參考信號的分布與天線端口數量相關，以下分開來介紹。

1．單天線端口

為了簡化學習過程，我們先考慮基站的小區使用一個天線端口的情況，也就是單天線端口時的分布情況。所謂天線端口，指的是天線的邏輯端口，在FDD雙工方式下，也就是小區采用單天線；在TDD雙工方式下，也就是小區采用單天線或8天線，詳細情況可以查閱《LTE教程：原理與實現》一書。

在圖2.2中，時頻網格橫向以OFDM符號為單位，以l為OFDM符號的序號，從0到6；縱向以子載波為單位，共12個子載波。時頻網格的每個方格對應一個資源顆粒RE，而圖2.2中的時頻網格對應1個調度塊SB。

在圖2.2中，標明R0的方格被小區參考信號占用，以時隙為重復周期。我們不難看出，在時間上，小區參考信號隻出現在時隙的第0號（第1個）和第4號（第5個）OFDM符號上；在頻率上，1個RB的帶寬內每6個子載波上有一個小區參考信號。另外，在不同的OFDM符號上，小區參考信號的位置會彼此錯開。

在單天線端口下，一個調度塊中均勻分布了8個小區參考信號，占用了8個RE。結合一個調度塊中有168個RE，計算可得小區參考信號的開銷約為5%。

2．雙天線端口

接下來，我們考慮基站的小區使用兩個天線端口的情況，也就是雙天線端口，即小區配置了兩個天線邏輯端口。

雙天線端口在FDD雙工方式下，也就是小區采用2天線；在TDD雙工方式下，也就是小區采用2天線或8天線。雙天線端口是LTE小區中最常用的一種天線配置。

圖2.3展示了小區參考信號在雙天線端口時頻網格上的分布，其中左圖是第1個天線端口上的時頻網格，右圖是第2個天線端口上的時頻網格。

對比圖2.2與圖2.3的左圖，我們發現兩種情況的小區參考信號的分布完全一樣，而圖2.3的右圖相當於左圖中第0號OFDM符號與第4號OFDM符號交換了一下，小區參考信號（用R1來表示）同樣也是均勻分布。小區參考信號這樣的交錯分布可以帶來一大好處：避免了兩個天線端口上小區參考信號的相互干擾。

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