Данный раздел находится в стадии разработки!
Структура радиоинтерфейса сетей 4G-LTE
Временная структура каналов сетей LTE строится на основе радиофреймов - см. Рис.1. Длительность одного радиофрейма составляет TF=307200xTS (10мс). Радиофреймы делятся на субфреймы, длительностью TSF=30720xTS=1мс и слоты - 15360xTS=0.5мс (здесь и далее для указания различных временных параметров используется базовая временная единица TS=1/(15000x2048) секунд).
Рис.1
Каждый слот содержит 7 или 6 OFDMA/SC-FDMA символов (в зависимости от используемого циклического префикса). Один символ включает в себя интервал передачи полезного сигнала, длительностью TU=2048*TS (~66.7мкс) и циклический префикс (нормальный, либо расширенный). Длительность нормального префикса составляет TCP=160xTS (~5.2мкс) перед первым символом слота и TCP=144xTS (~4.7мкс) - перед остальными. Длительность расширенного префикса составляет TCP=512xTS (~16.7мкс) - см. Рис.2.
Рис.2
3GPP определяет два способа разделения каналов в сетях LTE:
- FDD (Frequency Division Duplex) - частотное разделение восходящего (UL) и нисходящего (DL) направлений, "структура фрейма Type-1";
- TDD (Time Division Duplex) - временное разделение UL/DL направлений, "структура фрейма Type-2".
В сетях LTE-FDD оператор для построения сети связи получает парный спектр, включающий две полосы радиочастот одинаковой ширины, предназначенные для DL и UL каналов соответственно. В сетях LTE-TDD оператору выделяется одна полоса радиочастот, которая попеременно используется для передачи DL и UL. При этом существуют 7 конфигураций "Uplink-Downlink", позволяющих распределять радиоресурсы между восходящим и нисходящим направлениями в соответствии с профилем трафика - см. Табл.1.
| Номер конфигурации UL:DL | Соотношение UL:DL |
Период переключения UL:DL | Номер субфрейма | |||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |||
| 0 | 3:1 | 5 мс | D | S | U | U | U | D | S | U | U | U |
| 1 | 1:1 | 5 мс | D | S | U | U | D | D | S | U | U | D |
| 2 | 1:3 | 5 мс | D | S | U | D | D | D | S | U | D | D |
| 3 | 1:2 | 10 мс | D | S | U | U | U | D | D | D | D | D |
| 4 | 2:7 | 10 мс | D | S | U | U | D | D | D | D | D | D |
| 5 | 1:8 | 10 мс | D | S | U | D | D | D | D | D | D | D |
| 6 | 5:3 | 5 мс | D | S | U | U | U | D | S | U | U | D |
Здесь:
- D - субфрейм, выделенный для нисходящего канала (DL);
- U - субфрейм, выделенный для восходящего канала (UL);
- S - специальный субфрейм.
Специальный субфрейм (S) всегда вставляется при смене направления передачи с нисходящего (DL) на восходящее и включает в себя 3 поля (см. Рис.3):
- DwPTS - дополнительный ресурс, выделенный для передачи данных и сигналов линии "вниз";
- GP (Guard Period) - защитный интервал;
- UpPTS - дополнительный ресурс, выделенный для передачи данных и сигналов линии "вверх".
3GPP определяет 8 основных конфигурации специального субфрейма - см. Табл.2.
Рис.3
| Special subframe configuration | Normal CP (UL и DL), OFDM/SC-FDMA символов | Extended CP (UL и DL), OFDM/SC-FDMA символов | ||||
| DwPTS | GP | UpPTS | DwPTS | GP | UpPTS | |
| 0 | 3 | 10 | 1 | 3 | 8 | 1 |
| 1 | 9 | 4 | 1 | 8 | 3 | 1 |
| 2 | 10 | 3 | 1 | 9 | 2 | 1 |
| 3 | 11 | 2 | 1 | 10 | 1 | 1 |
| 4 | 12 | 1 | 1 | 3 | 7 | 2 |
| 5 | 3 | 9 | 2 | 8 | 2 | 2 |
| 6 | 9 | 3 | 2 | 9 | 1 | 2 |
| 7 | 10 | 2 | 2 | 5 | 5 | 2 |
| 8 | 11 | 1 | 2 | |||
| 9 | 6 | 6 | 2 | |||
| 10 | 6 | 2 | 6 | |||
Весь частотный ресурс, доступный оператору связи, разбивается на физические ресурсные блоки (Physical Resource Block - PRB). PRB представляет собой матрицу на частотно-временной сетке, состоящую из ресурсных элементов. Один PRB занимает 12 поднесущих (SCS - Subcarrier spacing) в частотной области, что составляет 12x15=180кГц, и 7 или 6 OFDMA/SC-FDMA символов во временной - 0.5мс (для LTE определен только один шаг между поднесущими - 15 кГц; при этом для сетей NB-IoT и 5G-NR допустимы несколько вариантов SCS). Два смежных PRB формируют ресурсный блок (Resource Block - RB) - см. Рис.4. Количество доступных на сети ресурсных блоков определяется шириной полосы радиочастот - см. Табл. 3.
Рис.4
| Ширина канала, МГц | 1.4 | 3 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| Кол-во ресурсных блоков (NRB) | 6 | 15 | 25 | 50 | 75 | 100 |
Минимальной единицей для передачи данных в сетях 4G-LTE является ресурсный элемент (resource elements - RE). В частотной-временной структуре ресурсный элемент занимает одну поднесущую в частотной области и один OFDMA/SC-FDMA символ - во временной. Один ресурсный элемент (RE) переносит от 2-х до 8-ми бит информации (в зависимости от определенного варианта модуляции - QPSK, QAM16, QAM64 и QAM256).
Передача данных в сети радиодоступа 4G-LTE осуществляется транспортными блоками. Один транспортный блок передается в одном временном интервале (Transmission Time Interval, TTI) в выделенных пользовательскому терминалу ресурсных блоках. TTI имеет длительность 1мс и совпадает с субфреймом временной структуры радиоканала сети LTE. В зависимости от используемой на сети технологии MIMO в одном TTI возможна передача нескольких транспортных блоков (1, 2 или 4).
Распределение ресурсных элементов в сетях TD-LTE
В сетях TD-LTE ресурсные элементы линии "вниз" используются для:
- Передачи "полезных" данных к пользовательскому терминалу.
- Передачи сигналов первичной синхронизации (PSS):
- во временной области занимает 3-ий OFDM символ субфреймов 1 и 6;
- в частотной области занимает 72 поднесущих (симметрично относительно центральной частоты) из которых используются только 62. - Передачи сигналов вторичной синхронизации (SSS):
- во временной области занимает последний OFDM символ субфреймов 0 и 5;
- в частотной области занимает 72 поднесущих (симметрично относительно центральной частоты) из которых используются только 62. - Передачи данных широковещательного канала (PBCH):
- во временной области занимает первые 4 OFDM символа слота 1 субфрейма 0;
- в частотной области занимает 72 поднесущих. - Передачи референсных сигналов (Cell-specific Reference Signal - CRS, UE-specific reference signals):
- кол-во референсных сигналов и их местоположение на ресурсной сетке определяется кол-вом используемых антенн. - Передачи физического канала управления линии "вниз" (PDCCH - Physical Downlink Control Channel). Канал PDCCH занимает первые символы каждого субфрейма (при этом кол-во символов определяется индикатором формата CFI, типом субфрейма и шириной полосы радиоканала):
- в субфреймах, выделенных для линии "вниз" (D), при ширине полосы радиоканала 1.4МГц PDCCH может занимать 2, 3 или 4 символа;
- в субфреймах, выделенных для линии "вниз" (D), при ширине полосы радиоканала 3, 5, 10, 15 или 20 МГц PDCCH может занимать 1, 2 или 3 символа;
- в специальных субфреймах (S) при ширине полосы радиоканала 1.4МГц PDCCH занимает 2 символа;
- в специальных субфреймах (S) при ширине полосы радиоканала 3, 5, 10, 15 или 20 МГц PDCCH может занимать 1 или 2 символа. - Передачи физических каналов индикатора формата (PCFICH - Physical Control Format Indicator Channel) и трансляции этикеток подтверждения HARQ (PHICH - Physical Hybrid ARQ Indicator Channel).
Ресурсные элементы линии "вверх" используются для:
- передачи "полезных" данных от пользовательского терминала;
- передачи референсных сигналов (Sounding Reference Signal - SRS, Demodulation Reference Signal - DMRS);
- передача данных каналов случайного доступа (PRACH).
Скорость передачи данных в сетях TD-LTE
