Гельгор А.Л., Попов Е.А. Технология LTE мобильной передачи данных

Подождите немного. Документ загружается.

141

Рис. 2.33. Примеры функций взаимной корреляции между пилотными

последовательностями разных групп

Различные абоненты, находящиеся в обслуживании одной БС,

должны использовать различные циклические сдвиги демодулирую-

щей пилотной последовательности, а соседние соты, как правило,

должны использовать разные группы пилотных последовательностей

для правильного разделения сигналов абонентов. Пилотные последо-

вательности, принадлежащие различным группам, обладают хороши-

0,1

(n)

1,17

(n)

142

ми взаимными корреляционными свойствами. Другими словами,

функция взаимной корреляции

1, 2

()

таких сигналов имеет малые

значения при любом сдвиге (рис. 2. 33). Однако свойство постоянства

функции взаимной корреляции, которым обладают последовательно-

сти Задова — Чу, образованные разными корнями, для таких после-

довательностей уже не выполняется.

Для снижения влияния интерференции между сигналами абонен-

тов, находящихся в соседних сотах, системой LTE предусмотрены

следующие методы.

• Используемый абонентом циклический сдвиг изменяется при

переходе к новому слоту канала PUSCH. Однако, в силу особенностей

размещения данных канала PUCCH по ЧВР выделенного диапазона, в

этом канале интерференция между сигналами различных абонентов

оказывает большее влияние на качество приема. В связи с этим, при

передаче сигнала канала PUCCH циклический сдвиг меняется в каж-

дом SC-FDMA-символе.

• Номер используемый группы пилотных последовательностей

изменяется в каждом новом слоте сигнала. Изменение номера группы

осуществляется согласно определенной таблице и начального смеще-

ния, выделенного данной соте.

• Если используются пилотные последовательности для размеще-

ния в диапазоне, занимающем больше пяти ресурсных блоков (в одной

группе таких последовательностей две), то возможно изменение пилот-

ной последовательности в пределах одной группы. Понятно, что одно-

временное использование данного режима с предыдущим невозможно.

Зондирующие пилотные сигналы (сигналы SRS) необходимы для

оценки качества канала базовой станцией во всей полосе частот вос-

ходящего канала, даже если передача канала PUSCH занимает не весь

выделенный частотный диапазон или вовсе отсутствует. БС принима-

ет сигнал SRS, производит оценку качества канала и использует ин-

формацию о качестве канала для оптимального решения о выделении

143

частотного ресурса абоненту. Сигнал SRS всегда размещается в по-

следнем SC-FDMA-символе подкадра, как показано на рис. 2.34

Рис. 2.34. Передача зондирующего пилотного сигнала

При передаче сигнала SRS используется режим распределенной

по символу передачи, при котором символы пилотной последователь-

ности помещаются на каждую вторую поднесущую SC-FDMA симво-

ла. Для зондирующего сигнала используются такие же пилотные по-

следовательности, что и для демодулирующего пилотного сигнала.

Длина пилотной SRS-последовательности всегда кратна 24, таким об-

разом, диапазон сигнала SRS всегда кратен диапазону четырех ре-

сурсных блоков.

Для разделения сигналов SRS в системе LTE предусмотрены сле-

дующие методы.

• Ввиду использования последовательностей Задова — Чу в каче-

стве пилотных возможно разделение абонентов по циклическому

сдвигу. Для сигналов SRS возможно 8 значений циклического сдвига.

• Временное разделение, при котором различные абоненты по-

мещают свои сигналы SRS в конце разных подкадров радиосигнала.

На рис. 2.35 показан пример частотно-временной схемы разделе-

ния SRS-сигналов различных абонентов. В этом случае SRS-сигнал

144

первого абонента занимает диапазон 0,72 МГц (4 ресурсных блока) и

передается с периодом 10 мс (один раз для 5 подкадров). Зондирую-

щий пилотный сигнал третьего абонента занимает 20 ресурсных бло-

ков (полосу 3,6 МГц) и передается с периодом 5 мс.

Рис. 2.35. Пример частотно-временной схемы разделения сигналов

SRS, принадлежащих различным абонентам

2.2.7. ФИЗИЧЕСКИЙ КАНАЛ СЛУЧАЙНОГО ДОСТУПА

Передача сигнала канала случайного доступа PRACH может

осуществляться в произвольный момент времени, в отличие от сигна-

лов рассмотренных выше физических каналов. Передача данных по

этому каналу невозможна до выполнения процедуры синхронизации с

БС. Более того, расстояние до БС остается неизвестной величиной

даже после синхронизации, поэтому сигнал канала PRACH может

приходить от разных ПТ с различными значениями временной за-

держки, которая и оценивается на БС по сигналу канала PRACH.

В системах LTE, работающих в режиме FDD и использующих

структуру кадра типа 1, передача по каналу PRACH может осуществ-

ляться только один раз в течение временного интервала, соответст-

145

вующего одному подкадру радиосигнала. Частота, с которой может

задействоваться данный канал, зависит от загруженности сети и от

потребностей пользователя. Передачи могут осуществляться с часто-

той следования подкадров или один раз в 20 мс. Передача по каналу

случайного доступа всегда представляет собой преамбулу и цикличе-

ский префикс. Возможные структуры преамбул показаны на рис. 2.36.

Рис. 2.36. Форматы преамбулы канала PRACH (режим FDD)

Форматы преамбулы 1, 3, которые имеют большую длительность

циклического префикса, могут использоваться в сотах, обслуживаю-

щих большие территории, где задержка распространения сигнала ме-

жду ПТ и БС может принимать большие значения (радиус соты в сис-

теме LTE может достигать 100 км, при этом задержка распростране-

ния сигнала составит около 333 мкс). Форматы преамбул с повто-

ЦП

Последовательность

преамбулы

103 мкс 800 мкс

903 мкс

1,08 МГц

(6 ресурсных блоков)

Формат 0

ЦП

Последовательность

преамбулы

684 мкс 800 мкс

1484 мкс

Формат 1

ЦП

Последовательность

преамбулы

203 мкс 800 мкс

Последовательность

преамбулы

800 мкс

1803 мкс

Формат 2

ЦП

Последовательность

преамбулы

684 мкс 800 мкс

2284 мкс

Последовательность

преамбулы

800 мкс

Формат 3

146

ряющимися последовательностями могут использоваться в условиях

работы с большими потерями при распространении. В каждой соте

возможно формирование 64 последовательностей преамбулы, кото-

рые могут быть распределены между абонентами. Передача данных

по каналу PRACH всегда занимает полосу частот шириной 1,08 МГц,

что соответствует шести ресурсным блокам.

В качестве последовательностей преамбулы используются после-

довательности Задова — Чу длиной 839 элементов, свойства которых

были описаны выше. Автокорреляционные свойства этих последова-

тельностей позволяют точно обнаруживать сигнал канала PRACH и

оценивать задержку его распространения. В одной соте используется

одна последовательность Задова — Чу с 64 возможными значениями

циклического сдвига. Такое малое по сравнению с длиной последова-

тельности число возможных циклических сдвигов обеспечивает вы-

полнение условия, при котором временной интервал, соответствую-

щий возможным значениям задержки распространения, имеет дли-

тельность меньше, чем минимальный циклический сдвиг между воз-

можными последовательностями преамбулы. Другими словами, дан-

ное условие исключает ситуацию, при которой задержанную на время

распространения сигнала от ПТ к БС преамбулу возможно спутать с

преамбулой другого пользователя (рис. 2.37).

Рис. 2.37. Условие корректной оценки момента прихода

преамбулы сигнала PRACH

Задержка

распространения

Временной интервал, в течение

которого возможен приход преамбулы

Возможный разброс значений задержки

Момент прихода

преамбулы

Передача

преамбулы

Другие преамбулы

147

Итак, в предыдущих разделах были рассмотрены физические

восходящие каналы. Обратимся теперь к рассмотрению основных

особенностей физических нисходящих каналов.

2.3. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ НИСХОДЯЩИЕ КАНАЛЫ

В разд. 2.1.1 была рассмотрена структура многочастотных орто-

гональных сигналов, используемых при передаче данных системы

LTE в нисходящем направлении, позволяющих (при помощи защит-

ного интервала) эффективно бороться с замираниями. Еще одним

преимуществом таких сигналов является удобство мультиплексиро-

вания потоков данных, предназначенных различным абонентам. Дей-

ствительно, при передаче одного OFDM-сигнала данные, поступаю-

щие от различных пользователей, можно размещать по разным под-

несущим, или по группам поднесущих. Такой метод множественного

доступа совмещает в себе идею OFDM-сигналов и принцип частотно-

го разнесения. Метод получил название множественного доступа с

ортогональным частотным разнесением (Orthogonal Frequency Divi-

sion Multiple Access, OFDMA). Далее будем использовать понятие

OFDMA-символа, который, по сути, является набором отсчетов

OFDM-сигнала во временной области, подчеркивая таким образом,

что сигнал является групповым, т. е. несет данные нескольких поль-

зователей.

Аналогично случаю восходящих каналов, выделение физических

ресурсов пользователям осуществляется ресурсными блоками, каж-

дый из которых занимает в частотной области полосу 180 кГц, что

при разносе между соседними поднесущими в 15 кГц соответствует

12 поднесущим, а во временной – 0,5 мс (слот). Однако перераспреде-

ление частотно-временных ресурсов между пользователями может

осуществляться только раз в 1 мс (подкадр). В режиме работы с нор-

мальным циклическим префиксом один ресурсный блок включает 7

OFDMA-символов, а в режиме работы с расширенным циклическим

префиксом – 6 OFDMA-символов.

148

2.3.1. ПЕРЕДАЧА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ДАННЫХ В

НИСХОДЯЩЕМ НАПРАВЛЕНИИ

В нисходящем направлении пользовательские данные передают-

ся в нисходящем физическом групповом канале PDSCH. БС произво-

дит оценку качества канала между пользователем и БС на основе ин-

дикаторов CQI, передаваемых пользовательскими терминалами, и в

соответствии с результатом выделяет пользователям те или иные ре-

сурсные блоки. Понятно, что если пользователю необходимо переда-

вать данные на более высокой скорости, то ему должно быть выделе-

но большее количество ресурсных блоков. Также, как и в случае вос-

ходящего канала, положение и параметры выделяемых пользователю

ресурсов могут изменяться с течением времени (рис. 2.38).

Рис. 2.38. Перераспределение ЧВР между пользователями

Служебные сообщения о том, какие ресурсные блоки назначают-

ся данному пользователю, передаются в физическом нисходящем

управляющем канале PDCCH. Данные канала PDSCH могут занимать

от трех до шести OFDMA-символов в слоте в зависимости от конфи-

гурации канала PDSCH и от используемого циклического префикса

Индикатор CQI

Индикатор

CQI

ПТ 1

ПТ 2

Данные ПТ 1 Данные ПТ 2

Данные ПТ 2Данные ПТ 1

Поднесущие

149

(нормальный или расширенный). В каждом подкадре данные канала

PDCCH могут содержаться только в первом слоте подкадра, в то вре-

мя как второй слот подкадра содержит только данные PDSCH.

В примере, показанном на рис. 2.39, в первом слоте подкадра ка-

налу PDCCH выделено 3 OFDMA-символа, но в общем случае данные

этого канала могут занимать от одного до трех OFDMA-символов. В

режиме работы, при котором системе выделен диапазон частот шири-

ной 1,4 МГц, в первом слоте подкадра радиосигнала каналу PDCCH

может выделяться от двух до четырех OFDMA-символов.

Рис. 2.39. Размещение служебных и пользовательских данных

в подкадре

Вместе с данными каналов PDCCH и PDSCH в сигнале нисходя-

щего канала необходимо размещение пилотных сигналов и данных

широковещательного канала PBCH. Для более эффективной оценки

передаточной характеристики канала символы пилотной последова-

тельности распределяются равномерно по ЧВР подкадра, как по час-

тотному диапазону, так и во времени (по OFDMA-символам). Пример

распределения пилотных символов по ЧВР подкадра показан на

рис. 2.40.

Слот № 1 (0,5 мс)

Слот № 2 (0,5 мс)

Служебные данные

Данные пользователя

Поднесущие

Подкадр (1 мс)

Кадр (10 мс)

150

Рис. 2.40. Пример распределения ЧВР подкадра

В качестве схемы помехоустойчивого кодирования пользователь-

ских данных используется турбокодирование со скоростью 1/3, кото-

рая подробно рассматривалась для случая восходящих каналов

(разд. 2.2.5). Максимальный размер блока данных, который может

подаваться на кодер турбокода, составляет 6144 бита. Структурная

схема процедуры кодирования пользовательских данных представле-

на на рис. 2.41. Обратим внимание, что в отличие от схемы кодирова-

ния пользовательских данных для восходящего канала PDSCH в дан-

ной схеме отсутствует процедура их мультиплексирования со слу-

жебными данными, так как служебные данные занимают другие

OFDMA-символы.

PDCCH PDSCH

Поднесущие

OFDMA-символы

Символы пилотной

последовательности