2012年11月23日 星期五

LTE:Physical layer Concept (Frame structure, Resource Block and Resource Element 概念)

LTE Physical layer structure (Subcarrier and Frame Structure

OFDM and LTE Subcarrier Introduction


LTE在實體層使用OFDM作為主要調變的方式,這種調變方式因為有良好的通道適應性,相較於WCDMA的技術,增加了7%的額外系統容量,所以被廣泛用在通訊的領域中,例如xDSL、DAB、WLAN、WiMAX、LTE等,OFDM是將頻寬上面分為許多個子載波(subcarrier),每個子載波再使用不同的調變方式去作傳輸,優點是相當的彈性,缺點就因為被切割得很細,所以容易會有額外的時間上的傳輸錯誤intersymbol interference(ISI)。或是載波頻率上的錯誤intercarrier interference(ICI),。有可能是QPSK、 16QAM、64QAM,依據狀況會使用不同的調變,若是要高可靠性就使用QPSK,若是要高傳輸速率就使用64QAM,而LTE中使用的OFDM,一個子載波的基本單位是 15KHz。

Image


Resource Block(RB) and Resource Element(RE) Concept


在LTE高度彈性化的設計,不論是頻率、時間皆可以進行相當彈性的分配,也就是在時間與頻率上面做切割。所以必定要先提一下Resource Block及Resource Element的概念。知道一下RB是多大的單位。時間是多長,佔了多少頻寬,跟RE的關係在哪邊?
Resouce Element(RE):最小的調變單位是,佔了一個頻率上的Subcarrier,每個subcarrier是15KHz。時間上的一個Symbol。每個RE可以表示2bits、4bits或6bits。這跟調變的方式有關係。至於為什麼是這樣,這個是一個很大篇的故事,這邊就不多作介紹。不過觀念的部分可以參考這篇文章。所以RE意思即是,我在一個Symbol時間跟subcarrier的頻率範圍中。我可以傳2bits、4bits或6bits。
Resource Block(RB):既然有了RE為什麼還要定義RB呢?因為RB是使用者或是系統功能分配到的最小單位,也就是同一個RB內的功能皆是相同的,部會在一個RB內夾雜了User Data跟系統訊息等,如果映射到Physical Channel的話,每個Resource Block都是特定的Physical Channel,這樣功能才會相同。Physical channel跟RB的映射關係之後還會再詳述。
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上圖為頻率、Symbol、RB、RE的示意圖,看的出來相當的清楚,RB就是84個RE,因為頻率上面是12組、在時間上面是7組,不過這邊要注意的是,這個範例是Normal Cyclic Prefix的範例,如果是Extend Cyclic Prefix,則時間上面一個Slot只能有6個OFDM Symbol,Cyclic Prefix(CP)的功用是用來防止OFDM的ISI效應產生,讓不同的symbol中間有緩衝,不要去干擾到其他的symbol,所以若是Extend Cyclic Prefix則是增加 CP的時間,讓intercarrier interference(ICI)的機會更低。
LTE Bandwidth Configuration 
根據LTE的頻寬設定,1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz會有不同的數量的RB可作分配 6,15,25,50,75,100。如同下表所示
Image(1)
也就是系統總共可以分配的RB數量。所以我們可以算算看一個RB最大的傳送效率是多少,每個RE最多傳送6個bits,在5ms/7的時間內。所以0.5ms之內已傳送84個RE(84*6個bits)。所以,可以得到每一個RB相當於1004kbits/sec,就是1Mbits/s左右。結論就是分到幾個RB就是幾個妹(大誤)。
由上述可知,:OFDM的技術縱橫在Time Domain與Frequency Domain,使得LTE在頻寬的使用率及彈性都大為提升,至於要怎麼去彈性使用這些資源,作為各種Physical Layer,下個主題會探討














2 則留言:

  1. 請問"所以0.5ms之內已傳送84個RE(84*6個bits)。所以,可以得到每一個RB相當於1004kbits/sec,就是1Mbits/s左右"這句話要怎麼解釋? 因為84個RE=1個RB,所以RB=84*6bit=504 bit,不知道我的理解是否有錯? 謝謝.

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    1. 504bits還要/總時間才會是bits/second => 504 bits/ 0.5ms = 1004kbits/sec.
      代表說,一個RB可以負責的資料傳輸能力為 1004kbits/sec.

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