特别策划 - Ericsson

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1. 无线网络侧用户数据处理的流程
图1-1是3GPP LTE网络的用户面协议栈 [1]。左边蓝色
框内是无线网络侧的用户面协议栈。下行数据从核心网传
输到基站侧后,经过PDCP层、RLC层和MAC层的封装映射
到物理层上,再通过空口传输到UE侧。UE侧经过相应层的
解封装后,得到下行的数据包。
PDCP层从上层接收数据,对数据进行压缩和加密,
然后再转发到RLC层。RLC层根据底层传输块大小对上层
PDU进行分段,然后通过确认模式、非确认模式或者透明
模式传输到MAC层,并通过ARQ机制进行错误修正。MAC
层实现了UE间的动态调度,能通过HARQ进行错误纠正以
及实现传输块格式的选择等功能。物理层为MAC层和高层
提供信息传输的服务。在TD-LTE系统中,MAC层和物理层
的配置和功能直接影响了用户的下行流量。
图1-2传输信道DL-SCH在MAC层的处理流程
下行用户数据在MAC层是承载在传输信道DL-SCH上
的。当基站发射数据的天线多于一根时,MAC层会将接收
到的上层数据分成两个比特流。图1-2是传输信道DL-SCH
在MAC层的一个比特流的处理流程 [2]。每一个比特流需要
被附加24比特的CRC校验位,然后再进行比特加扰。如果
比特流的大小大于传输信道的最大长度,比特流就会被分
割成多个码块,每一码块都要加24比特的CRC校验位。经
过码块分割后,每一个码块都要进行信道编码。DL-SCH
传输信道使用的是Turbo 1/3 编码方式。编码后的数据进入
HARQ软比特缓冲器后,进行HARQ的功能处理。从HARQ
软比特缓冲器输出的比特流进行二次交织后,与控制信息
复用,然后再映射到物理信道上。
图1-3是物理信道PDSCH上两个码字的处理流程 [3]。首先,将传输信道DL-SCH上的码字进行加扰,然后再进行调
制。PDSCH的调制方式可以是QPSK、16QAM或64QAM。经过调制后的码字是复值的调制符号,这些符号又会映射在
一个或者多个的空间层上。在LTE系统中,空间复用可以有1、2、3或4层。每一层的复值信号经过预编码后映射在为这个
PDSCH分配的资源单元上,然后再经过OFDM调制,被发送到天线端口上。
code words
UE
IP
PDCP
RLC
MAC
PHY
PDCP
RLC
MAC
PHY
eNodeB
GTP-U
UDP
IP
L1/L2
Uu S1-U
DL data
SGW
IP
GTP-U
UDP
IP
L1/L2
CODE BLOCK
CRC Attachment BIT SCRAMBLING channel coding
SEGMENTATION
physical channel
mapping
Scrambling
Scrambling
Modulation
mapper
Modulation
mapper
图1-1 3GPP LTE网络的用户面协议栈
coding control
information multiplexing
Layer
mapper
图1-3 PDSCH物理层处理流程
interleaving
harq
functionality
layers antenna ports
Precoding
Resource element
mapper
Resource element
mapper
OFDM signal
generation
OFDM signal
generation
2. 下行流量的潜在影响因素
用户面数据的处理流程描述了物理层和MAC层对用
户数据的处理过程。物理层的配置决定了系统最终能够为
用户提供的物理承载能力,而这些物理承载中映射的用户
信息比特数是由MAC层所采用的编码率、调制方式以及是
否有数据重传等因素决定的。所以,下面分别从物理层和
MAC层分析影响下行流量的因素。
2.1 TD-LTE系统物理层的用户传输能力
图2-1是TD-LTE的帧结构 [3]。一个无线帧的长度是
10ms,由两个结构一样的半帧组成,每个半帧中有五个子
帧。子帧1是特殊时隙,用来传输DwPTS、GP和UpPTS。
子帧0和子帧 2分别固定用作下行和上行。子帧 3和子帧4可
以用作上行或者下行。
One slot,
Tslot=15360Ts
One radio frame, Tf= 307200Ts= 10 ms
One half-frame, 153600Ts= 5 ms
DwPTS
30720Ts
GP UpPTS
物理信道PDSCH可用的资源单元的数量直接
影响了用户的下行流量。所以,物理层对下行流量
的影响是在于不同的系统配置。这些配置因素包括
带宽、多天线技术、上下行时隙比、下行控制信道
的OFDM符号数(CFI)和特殊时隙的配置。表2-2是
这些影响因素的常用配置。
图2-1 TD-LTE帧结构
下行物理信道有物理下行共享信道(PDSCH),
物 理 广 播 信 道 ( P B C H ) , 物 理 控 制 格 式 指 示 信 道
(PCFICH),物理下行控制信道(PDCCH),物理
HARQ指示信道(PHICH)。每一个下行物理信道都是一
系列的资源粒子RE的集合。除此之外,物理层上还有一些
资源单元不对应物理信道,只是传输下行物理信号,其中
包括参考信号和同步信号。在这些所有的物理资源上,只
有PDSCH是用来传输用户数据的。表2-1举例说明了物理
信道PDSCH在特定系统配置下能够提供的最大资源单元
(RE)。
Subframe #0 Subframe #2 Subframe #3 Subframe #4 Subframe #5 Subframe #7 S ubframe #8 Subframe #9
One subframe
30720Ts
下行参考信号
系统配置:10M带宽,2根发射天线,上下时隙比2:2,特殊时隙配置 10:2:2
每帧下行RE总数:50(RB)*12(sub-carrier)*[14(OFDM0)*4(DLsub-frame)+10(OFDM)*2(special-slot)]=45600 RE
50(RB)*[16(OFDM)*4(DLsub-frame)+12(OFDM)*2(special-slot)]=4400 RE
主同步信号 6(RB)*12(sub-carrier)*2(OFDM)=144 RE
辅同步信号 6(RB)*12(sub-carrier)*2(OFDM)=144 RE
物理广播信道 6(RB)*[12(sub-carrier)*4(OFDM)-8(OFDM)]*2(DLsub-frame)=480 RE
下行控制信道 CFI=1 CFI=2 CFI=3
下行共享信道 4600-4400-144*2-480-280=37632 RE 45600-4400-144*2-480-6400=34032 RE 45600-4400-144*2-480-8800=31632 RE
DwPTS
GP UpPTS
表2-1 物理信道PDSCH基于特定系统配置下可用的资源单元
因素 带宽 上下行时隙比 特殊时隙配置 CFI 多天线技术
配置 5M 2:2 10:2:2 1 闭环空间复用
10M 1:3 ~ 2 开环空间复用
15M 3:1 ~ 3 发射分集
20M ~ ~ ~ ~
表2-2 物理层对下行流量的影响因素及常用配置
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