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.6.2. 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. 6.3. показаны структуры кадров с FDD и TDD.

Рис.6.2. Структура кадра LTE

Рис.6.3. 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.6.4).

Рис.6.4. Конфигурации кадра при временном дуплексе

Так как число символов в поле вниз DwPTS специального субкадра гораздо больше количества символов в поле вверх UpPTS, то при оценке относительного времени передачи DL:UL на рис. 6.4 специальные субкадры относим к субкадрам передачи вниз.

В сетях LTE с временным дуплексом суммарная пропускная способность в рабочей полосе делится между потоками вниз и вверх в соответствии со сценариями на рис. 6.4. Это позволяет оператору менять конфигурацию кадра в зависимости от реальной картины трафика, который, как правило, асимметричен. Для сетей LTE с временным дуплексом выделены полосы частот в диапазоне от 1900 до 3800 МГц , что предполагает использование этого варианта дуплекса в микро, пико и фемтосотах (прежде всего в зданиях).

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 512Тs 16,7мкс. В этом случае в одном субкадре размещают 6-OFDM символов (рис.6.5).

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) сигналов (рис.6.6). Выделяемый канальный ресурс определяют числом ресурсных блоков или групп ресурсных блоков.

 

Рис.6.5. Структура слота на физическом уровне

 

Рис.6.6. Структура ресурсного блока при передаче вниз

Реальная скорость передачи данных уменьшается из-за передачи опорных сигналов и управляющих каналов. Опорные сигналы (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 2 антеннами показано на рис.6.7. В LTE передающим антеннам присваивают номера логических антенных портов. Символы, помеченные R0, передает порт 0, символы R1 – порт 1. Снижение пропускной способности ресурсного блока (в процентах) из-за передачи опорных символов приведено в табл. 6.1.

Рис.6.7. Позиционирование опорных символов в ресурсном блоке при передаче вниз

Таблица 6.1

	Нормальный СР	Расширенный СР
1 перед. антенна	4,76	5,56
2 перед. антенны	9,52	11,11
4 перед. антенны	14,29	15,87