TD-LTE網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)具有自配置、自優(yōu)化和自治愈的自組織智能網(wǎng)絡(luò)，在小區(qū)切換技術(shù)、上下行技術(shù)和空中接口技術(shù)等方面，既具有LTE-FDD網(wǎng)絡(luò)完全等同的優(yōu)勢，又有超越如LTE-FDD網(wǎng)絡(luò)所不具備的優(yōu)勢。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在傳輸信息時(shí)，充分利用了時(shí)域、頻域和空域等數(shù)據(jù)承載資源，從而極大地提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能力。

　　【摘要】TD-LTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)由時(shí)間、頻率等系統(tǒng)資源所承載，資源單元是承載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)最小的資源單位。首先從幀結(jié)構(gòu)開始，深入淺出地闡述了TD-LTE系統(tǒng)承載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的所有資源承載單位；然后分析了系統(tǒng)資源的分配原則和分配方式；最后在總結(jié)中提出了一些可行性建議，對TD-LTE系統(tǒng)的管理、維護(hù)和優(yōu)化有一定的參考性。

　　【關(guān)鍵詞】TD-LTE,RB,RE,資源分配

　　1概述

　　TD-LTE數(shù)據(jù)在物理層傳輸?shù)木唧w內(nèi)容是串行比特流，而串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是按位順序進(jìn)行。根據(jù)通信原理，為保證比特流在系統(tǒng)中的正確傳輸并能被接收者識別，必須使用以幀為傳輸單位的串行通信方式。TD-LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)是指無線幀結(jié)構(gòu)，通過幀結(jié)構(gòu)定義，系統(tǒng)可以約束數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間參數(shù)，從而保證系統(tǒng)收發(fā)數(shù)據(jù)的正確執(zhí)行。

　　TD-LTE系統(tǒng)十分復(fù)雜，僅底層物理信道就可分為上下行，且上行主要有3條、下行有6條功能不同的物理信道。對于實(shí)時(shí)雙向通信過程中的資源承載，僅用1個(gè)無線幀表示是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。事實(shí)上，TD-LTE的系統(tǒng)資源表述更注重于資源定義和分配，因此在無線幀的基礎(chǔ)上還引入了子幀、資源塊和資源單元等數(shù)據(jù)承載單位。顯然，全面了解TD-LTE承載系統(tǒng)數(shù)據(jù)的時(shí)間、頻率等資源以及它們的分配方法，不僅是認(rèn)識TD-LTE系統(tǒng)的重要途徑，也能為維護(hù)管理TD-LTE網(wǎng)絡(luò)提供理論支撐。

　　2TD-LTE資源單位簡介

　　TD-LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。可以看出，物理層中傳輸?shù)膸�結(jié)構(gòu)是由時(shí)長為10ms的無線幀組成，每個(gè)無線幀是由2個(gè)時(shí)長為5ms的半幀組成，每個(gè)半幀是由5個(gè)時(shí)長為1ms的子幀組成，每個(gè)子幀是由2個(gè)時(shí)長為0.5ms的時(shí)隙組成。或者可以說，每個(gè)無線幀包含10個(gè)子幀或20個(gè)時(shí)隙。由于TD-LTE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)承載資源主要有時(shí)域、頻域、空域甚至功率、小區(qū)等，所以從時(shí)隙開始，TD-LTE定義了每個(gè)時(shí)隙所包含的頻域資源；從子幀對應(yīng)的兩個(gè)資源塊開始，TD-LTE定義了多天線中各天線對應(yīng)資源塊的空域資源。

　　圖1TD-LTE幀結(jié)構(gòu)示意圖

　　時(shí)域的1個(gè)時(shí)隙在頻域?qū)��?yīng)著N個(gè)載波，N的大小由系統(tǒng)帶寬決定，因系統(tǒng)可配置1.4/3/5/10/15/20MHz帶寬，且定義每個(gè)載波帶寬為180kHz，除去間隔，N可取6、15、25、50、75、100，加上最大邊緣值110，N共有7個(gè)值。系統(tǒng)定義1個(gè)時(shí)隙和1個(gè)載波資源為1個(gè)RB（ResourceBlock，資源塊）；一個(gè)時(shí)隙在時(shí)域還可分為M個(gè)OFDM符號，為了最大限度地消除符號間干擾，系統(tǒng)將每個(gè)符號后面部分復(fù)制到該符號前面，形成CP（CyclicPrefix，循環(huán)前綴），若取常規(guī)CP，則M=7，若取擴(kuò)展CP，則M=6。1個(gè)載波在頻域可分為12個(gè)子載波，每個(gè)子載波帶寬為：180kHz/12=15kHz。系統(tǒng)定義1個(gè)符號和1個(gè)子載波的資源為1個(gè)RE（ResourceElement，資源單元）。

　　無線幀是TD-LTE系統(tǒng)在無線信道上傳輸數(shù)據(jù)的基本單位，即在信道上按位順序傳輸?shù)谋忍亓魇且?0ms時(shí)長來約束數(shù)據(jù)位發(fā)送。由于是TDD，上下行工作在同一頻率，幀結(jié)構(gòu)需要同時(shí)給出上下行占用資源時(shí)間和位置信息。此外，一般幀結(jié)構(gòu)表述是從基站、終端側(cè)看，因傳播時(shí)域影響，不同用戶接收數(shù)據(jù)時(shí)，下行數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)刻和上行發(fā)送時(shí)間提前量不相同。為了保證信息上下行傳輸?shù)耐暾�性和正確性，每個(gè)無線幀至少包含1個(gè)下行傳輸、1個(gè)保護(hù)間隔和1個(gè)上行傳輸，保護(hù)間隔應(yīng)位于兩者之間，主要是防止下行信號對上行信號的干擾。

　　每個(gè)無線幀又分為兩個(gè)半幀，這種分法實(shí)際上是為了兼容TD-SCDMA系統(tǒng)，因?yàn)門D-SCDMA的每個(gè)時(shí)長為10ms的無線幀由2個(gè)時(shí)長為5ms的無線子幀組成，而每個(gè)無線子幀又由8個(gè)時(shí)隙組成。顯然，TD-LTE和TD-SCDMA的無線幀在時(shí)長上相同，TD-LTE的半幀和TD-SCDMA的無線子幀在時(shí)長上也相同，所以由于幀結(jié)構(gòu)方面的某些相同，方便了TD-LTE與TD-SCDMA的向下兼容。

　　子幀是系統(tǒng)在上下行鏈路上傳輸上下行數(shù)據(jù)時(shí)分配上下行資源的基本單位。由于1個(gè)子幀包含2個(gè)時(shí)隙，因此上下行子幀傳輸時(shí)都是以2個(gè)資源塊為單位計(jì)算的。TD-LTE系統(tǒng)的子幀結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)支持5ms和10ms周期兩大類的多種時(shí)隙比例配置提供了可能，使系統(tǒng)可以靈活地配置具體的上下行不對稱資源，更好地支持不同業(yè)務(wù)類型，從而提高了系統(tǒng)資源的利用率。

　　資源塊（RB）是系統(tǒng)為數(shù)據(jù)傳輸承載分配或調(diào)度時(shí)域頻域資源時(shí)的基本單位，上下行資源塊定義完全相同。由于資源塊在時(shí)域上占用1個(gè)時(shí)隙，1個(gè)子幀至少包含2個(gè)資源塊，且必須為偶數(shù)倍，所以資源塊與子幀在應(yīng)用方面對應(yīng)，在系統(tǒng)中主要應(yīng)用于描述物理信道到資源單元的映射。一般情況下，資源塊（RB）又叫物理資源塊（PRB），以區(qū)別虛擬資源塊（VRB）。

　　資源單元（RE）是承載系統(tǒng)數(shù)據(jù)的最小單元。系統(tǒng)數(shù)據(jù)在物理層以二進(jìn)制比特流傳輸，每個(gè)資源單元所承載的數(shù)據(jù)以比特位計(jì)算。如下行基帶調(diào)制鏈路，輸入串行比特流經(jīng)串并變換成n路并行分組，經(jīng)過基帶調(diào)制，每組比特?cái)?shù)為x（x值由調(diào)制方式?jīng)Q定，下行基帶調(diào)制方式有QPSK、16QAM、64QAM三種，對應(yīng)的x值分別為2、4、6），通過信號映射，將每組x比特狀態(tài)映射成對應(yīng)星座，再經(jīng)IFFT變換得到由n個(gè)復(fù)數(shù)組成的矢量集，將該矢量集的實(shí)部通過并串轉(zhuǎn)換和低通濾波器處理，可得OFDM符號。因此，每個(gè)資源單元所承載的比特?cái)?shù)是x個(gè)。

　　3TD-LTE資源分配在TD-LTE系統(tǒng)中，無線資源主要包括時(shí)間、頻率、功率、多天線、小區(qū)和用戶等，涉及與無線資源分配相關(guān)的技術(shù)主要有資源分配、接入控制、負(fù)載均衡及干擾協(xié)調(diào)等。但因其下行尋址使用OFDMA技術(shù)、上行尋址使用SC-FDMA技術(shù)，時(shí)間和頻率是系統(tǒng)主要控制的兩類資源，且TD-LTE采用了多天線技術(shù)，多天線空域也成為其主要控制資源之一，所以研究系統(tǒng)資源分配主要是反映時(shí)域、頻域的分配情況。

　　3.1資源塊和資源單元分配原則

　　RB是TD-LTE系統(tǒng)中業(yè)務(wù)資源的基本單位，由12個(gè)連續(xù)子載波組成，帶寬為180kHz，持續(xù)時(shí)間為1ms（1個(gè)子幀或2個(gè)時(shí)隙）。系統(tǒng)在每個(gè)子幀中的RB數(shù)與頻點(diǎn)帶寬相關(guān)，由于系統(tǒng)支持帶寬有7種選擇，所以每個(gè)子幀包含的RB數(shù)為6～110。TD-LTE系統(tǒng)分配RB或者確定RB映射順序的原則是：先頻域再時(shí)域，從第一個(gè)時(shí)隙開始，先在頻域上排列，后在時(shí)域上排列。在RB映射中，先映射完slot0中的RB，再映射slot1中的RB；在RB對（RBpair）映射中，先映射slot0和slot1的第1個(gè)RB對，再映射slot0和slot1的第2個(gè)RB對，以此類推。

　　習(xí)慣用RE（k，l）為RE在時(shí)頻域二維坐標(biāo)系中定位（見圖1）。其中，k為資源柵格中頻域子載波序號（頻域坐標(biāo)，縱坐標(biāo)）；l為資源柵格中時(shí)域OFDM符號序號（時(shí)域坐標(biāo)，橫坐標(biāo)）。與習(xí)慣不同的是，每個(gè)RB中的RE分配方式是先以k遞增索引，再以l遞增索引的。另外需要說明的是，每個(gè)子載波是系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸信道，每個(gè)OFDM符號是每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸信道中的一個(gè)調(diào)制波形，這個(gè)調(diào)制波形與系統(tǒng)的調(diào)制方式有關(guān)，如16QAM的調(diào)制波形或OFDM符號是由4個(gè)比特?cái)?shù)組成的脈沖方波。

　　3.2上行傳輸資源分配

　　一般情況下，上行傳輸?shù)目傎Y源可以分為兩個(gè)區(qū)域：一個(gè)是位于頻域兩側(cè)的控制區(qū)域，用于承載物理上行控制信道PUCCH；另一個(gè)是位于頻域中間的數(shù)據(jù)區(qū)域，用于承載物理上行共享信道PUSCH，既可傳輸數(shù)據(jù)，也可傳輸以PUSCH形式傳輸?shù)目刂菩畔ⅰ．?dāng)然，這兩個(gè)區(qū)域并無明確界限，有時(shí)基站也可以調(diào)度某UE使用控制區(qū)域的物理資源塊（PRB）傳輸數(shù)據(jù)。上行共享信道PUSCH的信號處理流程可以概括為速率匹配后的PUSCH二進(jìn)制數(shù)據(jù)比特，經(jīng)過加擾、調(diào)制映射、變換預(yù)編碼、資源單元映射，最后產(chǎn)生SC-FDMA符號，如圖2所示：

　　圖2上行共享信道處理過程

　　設(shè)Mbit個(gè)二進(jìn)制比特?cái)?shù)據(jù)分別是b（0），b（1），…，b（Mbit-1）；加擾后變?yōu)镸bit個(gè)二進(jìn)制數(shù)c（0），c（1），…，c（Mbit-1）；經(jīng)過調(diào)制映射得到Msymb個(gè)復(fù)值符號d（0），d（1），…，d（Msymb-1），由于PUSCH支持QPSK/16QAM/64QAM三種調(diào)制方式，所以Msymb有三種小于Mbit的選擇值。為得到上行單載波特性，將復(fù)值d（0），d（1），…，d（Msymb-1）分組為Msymb/MSCPUSCH，每組對應(yīng)一個(gè)SC-FDMA符號，每組大小MSCPUSCH=MRBPUSCH×NSCRB，其中MRBPUSCH是用戶PUSCH所調(diào)用的RB數(shù)，NSCRB是每個(gè)RB中的子載波數(shù)。而預(yù)編碼過程可表示為：

　�。�1）

　　其中，k=0，1，…，MSCPUSCH-1，l=0，1，…，Msymb/MSCPUSCH-1，而z（0），z（1），…，z（Msymb-1）即為預(yù)編碼后的復(fù)數(shù)符號。其實(shí)該過程正是OFDM調(diào)制前的DFT，以達(dá)到上行單載波目的。

　　最后，將z（0），z（1），…，z（Msymb-1）乘以放大因子βPUSCH以調(diào)整發(fā)送功率PPUSCH，再映射至分配給PUSCH傳輸?shù)奈锢碣Y源塊（PRB）中進(jìn)行傳輸，而PRB中是從z（0）開始按先k增加、再l增加的原則，依次映射至資源單元RE（k，l）中的。

　　3.3下行傳輸資源分配

　�。�1）虛擬資源塊（VRB）

　　在TD-LTE上下行鏈路中的IFFT前，需要完成子載波映射，有集中式和分布式兩種方式。集中式可將發(fā)送來的頻域信號按原有順序集中映射到IFFT的輸入端，過程簡單方便；分布式是均勻地映射到間隔為L的子載波上，中間子載波再插入（L-1）個(gè)“0”，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度相對較高。由于上行位于終端側(cè)，不僅設(shè)備成本和功耗要求硬件簡單，同時(shí)面對的也只有一個(gè)基站，因此上行鏈路只能用集中式映射。而下行位于基站側(cè)，不僅設(shè)備可支持較高的復(fù)雜度，同時(shí)面對的是多個(gè)終端，所以完全可以支持集中式和分布式兩種映射方式，在多天線空域資源分配、分集技術(shù)應(yīng)用以及多用戶時(shí)，則用分布式子載波映射，如圖3所示：

　　下行鏈路因面對眾多終端，更多的采用分布式子載波映射，為此系統(tǒng)提出了虛擬資源塊（VRB）與物理資源塊（PRB）對應(yīng)。VRB是邏輯概念，大小與PRB相同。在集中式映射中，VRB與PRB一一映射；在分布式映射中，1個(gè)VRB可以映射到多個(gè)PRB上。為了方便，可將1個(gè)子幀中的2個(gè)時(shí)隙上的1對VRB共用1個(gè)獨(dú)立虛擬資源塊號nVRB標(biāo)識，這樣在集中式虛擬資源塊中，因VRB與PRB一一對應(yīng)，所以有nVRB=nPRB，與上行傳輸資源分配沒有區(qū)別。在分布式子載波映射方式中，VRB與PRB不能簡單對應(yīng)，分布式子載波映射實(shí)際上是以RB為單位，以一定RB數(shù)量為間隔值，將子載波映射到IFFT中。為此，系統(tǒng)將1個(gè)時(shí)隙中包含的所有載波數(shù)分為多個(gè)段，每段載波數(shù)有Ngap。若NDLRB表示系統(tǒng)的下行資源塊數(shù)，則系統(tǒng)配置1.4/3/5/10/15/20MHz中任何一種帶寬所包含的載波數(shù)都在6≤NDLRB≤110范圍內(nèi)。系統(tǒng)規(guī)定：在6≤NDLRB≤49范圍內(nèi)，只有1個(gè)間隔值Ngap=Ngap1，共有6個(gè)取值段；在50≤NDLRB≤110范圍內(nèi)，有2個(gè)間隔值Ngap1和Ngap2，且各有3個(gè)取值段，其VRB值由下行調(diào)度分配信息給出。VRB概念的引入，為下行子載波映射和下行系統(tǒng)資源分配提供了較為方便的分析方式。（2）下行物理信道一般處理過程

　　一般下行物理信道的基帶信號處理過程如圖4所示：

　　具體步驟如下：

　　1）對在物理信道上傳輸?shù)拿總�(gè)碼字中的編碼比特加擾，目的是使傳輸比特隨機(jī)化，一般采用一個(gè)偽隨機(jī)序列與需要傳輸?shù)谋忍剡M(jìn)行模2加。設(shè)每個(gè)碼字q的輸入比特塊為b（q）（0），…，b（q）（i），…，b（q）（-1），加擾序列為cq（0），…，cq（i），…，cq（-1），則加擾后生成的比特塊，…，，…，等于：=

　　[b（q）（i）+cq（i）]mod2。其中，是1個(gè)子幀中傳輸在物理信道上的碼字q中的比特?cái)?shù)，由于1個(gè)子幀最多可傳2個(gè)碼字，則q∈{0，1}，若只傳1個(gè)碼字，則q=0。

　　2）對于每個(gè)碼字q的加擾比特塊，…，

　　，…，進(jìn)行QPSK/16QAM/64QAM基帶調(diào)制后，生成復(fù)值調(diào)制符號塊d（q）（0），…，d（q）（i），…，

　　d（q）（-1）。

　　3）根據(jù)信道和業(yè)務(wù)狀態(tài)，下行傳輸最多可支持兩個(gè)碼字傳輸。TD-LTE將可獨(dú)立進(jìn)行速率控制的碼字與系統(tǒng)所能支持的并行數(shù)據(jù)層這兩個(gè)概念分離了，雖然系統(tǒng)最多只能控制兩個(gè)碼字的速率，但傳輸?shù)膶訑?shù)卻可以設(shè)定為1、2、3、4等多層，因此需要定義從碼字到層的映射關(guān)系，這就是層映射。若設(shè)基帶調(diào)制后生成的復(fù)值調(diào)制符號塊為d（q）（0），…，d（q）（i），…，d（q）（-1），將其映射到層x（i）=[x（0）（i）…x（v-1）（i）]T，其中i=0，1，…，-1，v是層數(shù)，是每層的調(diào)制符號數(shù)。對于單天線口上的傳輸，由于是單層，即v=1，所以層映射與復(fù)值調(diào)制符號塊一一對應(yīng)：x（0）（i）=d（0）（i），其中=；對于空間復(fù)用多天線口上的傳輸，層數(shù)v不大于用于物理信道傳輸?shù)奶炀�端口數(shù)，1個(gè)碼字映射到2層僅用于天線端口數(shù)為4的情況；發(fā)射分集僅傳輸1個(gè)碼字，層數(shù)v等于物理信道傳輸?shù)奶炀�端口數(shù)。

　　4）TD-LTE中的MIMO預(yù)處理功能主要定義在預(yù)編碼模塊中。對于單端口傳輸，預(yù)編碼的作用是一個(gè)簡單的一對一映射；對于發(fā)射分集，預(yù)編碼模塊實(shí)現(xiàn)SFBC或FSTD/SFBC發(fā)射分集；對于開環(huán)空復(fù)用，預(yù)編碼模塊實(shí)現(xiàn)了層之間的數(shù)據(jù)混合、CDD傳輸以及盲預(yù)編碼功能；對于閉環(huán)空間復(fù)用與MU-MIMO，預(yù)編碼模塊實(shí)現(xiàn)了基于碼本的預(yù)編碼；對于基于專用導(dǎo)頻的傳輸，預(yù)編碼只完成層到運(yùn)用導(dǎo)頻端口的一對一映射，實(shí)際的波束賦形功能通過天線端口到物理天線的映射模塊實(shí)現(xiàn)。

　　5）資源單元（RE）映射：對于物理信道傳輸使用的每個(gè)天線端口，復(fù)數(shù)符號塊y（p）（0），…，y（p）（-1）將以y（p）（0）開始，按照以下規(guī)則映射到資源單元RE（k，l）：

　　映射的物理資源塊（PRB）與分配的虛擬資源塊（VRB）相對應(yīng)；

　　映射的RE位置不用于PBCH、同步信號或參考信號的傳輸；

　　不映射到PDCCH所處的OFDM符號上。

　　4總結(jié)

　　從幀結(jié)構(gòu)來看，TD-LTE上下行鏈路沒有多大區(qū)別；若從系統(tǒng)資源塊分配來看，TD-LTE上下行鏈路有極大的不同。上行鏈路因是終端對基站的傳輸，終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅簡單，而且是一對一的傳輸概念，系統(tǒng)資源分配簡單直觀、便于理解；下行鏈路因是基站對終端的傳輸，基站的多天線端口、空間復(fù)用和發(fā)射分集等技術(shù)應(yīng)用，使得系統(tǒng)資源分配變得相當(dāng)復(fù)雜。這說明在TD-LTE系統(tǒng)管理、維護(hù)和優(yōu)化時(shí)，不能簡單地將上下行鏈路視為對稱系統(tǒng)，更應(yīng)重視下行鏈路的管理與維護(hù)。

　　對于上行鏈路，系統(tǒng)固定為集中式資源分配方式；對于下行鏈路，基站側(cè)可以根據(jù)環(huán)境選擇資源分配方式。其中，集中式可為用戶分配連續(xù)子載波或資源塊，適用于低速移動用戶，通過選擇質(zhì)量較好的子載波來提高系統(tǒng)資源的利用率和用戶峰值速率，從業(yè)務(wù)角度講，該方式比較適用主動數(shù)據(jù)量大、突發(fā)特征明顯的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，缺點(diǎn)是需要調(diào)度器獲取比較詳細(xì)的CQI信息；分布式可為用戶分配離散子載波或資源塊，適合于用戶信道條件變化劇烈、很難采用集中式資源分配的高速移動用戶，從業(yè)務(wù)角度講，該方式比較適用如VoIP一類的突發(fā)特征不明顯業(yè)務(wù)，可以減少信令開銷，這也是筆者在管理、維護(hù)和優(yōu)化時(shí)需要關(guān)注的資源分配問題。

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