Канальный ресурс и его характеристики

На физическом уровне (на радиоинтерфейсе) в E-UTRAN используют технологию OFDM с модуляцией 4-ФМ, 16-КАМ и 64-КАМ. При этом число поднесущих частот в рабочей полосе 20 МГц составляет 1200.

Для взаимной синхронизации E-UTRAN и UTRAN используют тактирование с длительностью временной единицы T_s = 1/(15000×2048)c. Передача по радиоканалу идет кадрами длиной 10 мс, что составляет 307200 Ts. Кадр состоит из 20 временных слотов длиной 15360×Ts = 0,5мс, пронумерованных от 0 до 19. Два последовательных слота составляют 1 субкадр – всего 10 субкадров, от 0 до 9 рис.2.8. Различают 2 структуры кадров: кадры типа 1 при работе с частотным дуплексом (FDD) и кадры типа 2 при работе с временным дуплексом (TDD). На рис. 2.9. показаны структуры кадров с FDD и TDD.

Рис.2.8. Структура кадра LTE

Рис.2.9. Конфигурация кадра при частотном и временном дуплексе

При частотном дуплексе в каждом субкадре идет одновременная передача вверх (UL) и вниз (DL) в разных частотных полосах. При временном дуплексе в некоторых субкадрах идет передача вниз (D), в других вверх (U). Кроме того, есть специальные (переходные) субкадры (S),состоящие из трех полей: DwPTS – поля передачи вниз, UpPTS – поля передачи вверх и защитного интервала (GP). В сетях LTE согласно спецификациям возможны 7 конфигураций кадров при временном дуплексе (рис.2.10).

Рис.2.10. Конфигурации кадра при временном дуплексе

При расстоянии между поднесущими ∆F = 15 кГц длина OFDM-символа составляет 1/∆F ≈ 66,7 мкс. В каждой половине субкадра (слоте длиной 0,5мс) передают 6 или 7 OFDM-символов в зависимости от длительности циклического префикса СР (cyclic prefix) ‒ активной паузы между символами. Длительность циклического префикса T_CP составляет 160Тs ≈5,2 мкс перед первым символом и 144Тs ≈4,7мкс перед остальными символами. Возможен вариант использования расширенного СР длительностью 512 Тs ≈16,7мкс. В этом случае в одном субкадре размещают 6-OFDM символов (рис.2.11).

Весь канальный ресурс разделяют на ресурсные блоки (РБ). Ресурсный блок состоит из 12 расположенных рядом поднесущих, занимающих полосу 180 кГц и одного временного слота (7 или 6 OFDM-символов на интервале 0,5 мс). Каждый OFDM-символ является ресурсным элементом (РЭ); его характеризуют 2 параметра {k,l}, где k определяет номер поднесущей, а l ‒ номер символа в ресурсном блоке. При передаче вниз, от eNB к UE, в каждом блоке из 12×7 = 84 РЭ часть ресурсных элементов используют для передачи опорных (reference) символов (рис.2.12). Выделяемый канальный ресурс определяют числом ресурсных блоков или групп ресурсных блоков.

Рис.2.11. Структура слота на физическом уровне

Реальная скорость передачи данных уменьшается из-за передачи опорных символов и управляющих каналов. Опорные символы сигналов CRS (Cell-specific Reference Signals) используют для организации когерентной демодуляции и оценки каналов. При работе нескольких передающих антенн каждой антенне выделены определенные РЭ для передачи опорных символов. Расположение CRS в ресурсном блоке при работе eNB с 4 антеннами показано на рис.2.13. В LTE передающим антеннам присваивают номера логических антенных портов. Символы, помеченные R0, передает порт 0, символы R1 – порт 1, R2 – порт 2, R3 – порт 3. Снижение пропускной способности ресурсного блока (в процентах) из-за передачи опорных символов приведено в табл. 2.1.

Рис.2.12. Структура ресурсного блока при передаче вниз

Рис.2.13. Позиционирование опорных символов в ресурсном блоке при передаче вниз

В E-UTRA специфицированы 6 полос частот для развертываемых сетей (табл.2.2). В ней также приведено максимальное число ресурсных блоков в одном временном интервале при передаче вниз и полоса частот, вырезаемая приемником UE для обработки принятого сигнала (measurement bandwidth).

Таблица 2.2

Полоса частот (МГц)	1,4
Число ресурсных блоков
Полоса в приемнике (МГц)	1,08	2,7	4,5		13,5

Абонентский трафик передают блоками, которые размещают в субкадрах. Структура субкадра вниз (кроме 0 и 5 субкадров) приведена на рис. 2.17. В начале каждого субкадра размещают каналы управления: PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel) – канал, где указано, сколько OFDM-символов выделено в субкадре для передачи управляющих каналов (от 1 до 4 OFDM-символов), PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) – канал для передачи подтверждений (неподтверждений) принятых в предыдущих субкадрах блоков трафика вверх (от UE) и PDCCH (Physical Downlink Control Channel) – канал для передачи информации о выделении ресурсных блоков и форматах передачи в канале с разделением пользователей вниз PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) и каналах вверх PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) и PUCCH (Physical Uplink Control Channel) [3].

Остальную часть субкадра вниз занимает канал PDSCH, где размещают пакеты (блоки) трафика, вызовы абонентов (пейджинг), ответы eNB на запросы мобильных терминалов на доступ к сети, а также блоки системной информации SIB (System Information Blocks).

Рис.2.17. Распределение канального ресурса в субкадре вниз

В табл. 2.3 приведены сквозные скорости передачи вниз в канале PDSCH в режиме частотного дуплекса, когда каналы управления в субкадре занимают 3 OFDM-символа. Передача идет с нормальным СР (7 OFDM-символов в тайм-слоте); скорости рассчитаны для рабочих полос 10 МГц (50 РБ) и 20 МГц (100 РБ). Передачу ведут через одну антенну.

Таблица 2.3

Индекс CQI	Модуляция	Rкод (Скорость кода)	Кол-во бит на символ	Сквозная скорость, Мбит/с
50 РБ	100 РБ
	4-ФМ	0,08		0,95	1,91
	4-ФМ	0,12		1,46	2,94
	4-ФМ	0,19		2,35	4,73
	4-ФМ	0,3		3,75	7,54
	4-ФМ	0,44		5,47
	4-ФМ	0,59		7,34	14,74
	16-КАМ	0,37		9,21	18,52
	16-КАМ	0,48		11,94
	16-КАМ	0,6		15,02	30,17
	64-КАМ	0,46		17,04	34,24
	64-КАМ	0,55		20,73	41,66
	64-КАМ	0,65		24,35	48,94
	64-КАМ	0,75		28,23	56,72
	64-КАМ	0,85		31,92	64,15
	64-КАМ	0,93		34,66	69,66