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  • 无线资源
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    2020-10-10 15:15:52

    初涉及无线通信的人,经常会听说无线资源,这个词很抽象,但什么是无线资源呢?

    1. 什么是资源?

    资源,指一国或一定地区内拥有的物力财力人力等各种物质要素的总称。可分为自然资源社会资源两大类。

    自然资源:包括阳光空气土地森林草原动物矿藏等;

    社会资源:包括人力资源信息资源以及经过劳动创造的各种物质财富等。

    2. 什么是无线资源?

    无线资源,是在无线通信过程中涉及到的一切物质要素的总称。包括计算机资源与空口电磁波资源。

    2.1 计算资源:

    一般指计算机程序运行时所需的CPU资源、内存资源、硬盘资源和网络资源还有其他硬件处理单元。

    2.2  无线资源

    与空口电磁波相关的所有资源,空口资源多址复用密切相关:如频分复用,频率就是无线资源;时分复用,时隙就是无线资源;码分复用,就是正交码就是资源;空分复用,小区id就是资源。

    无线资源是分层的:下层为上层提供服务,上层对下层服务的进一步抽象,并依赖下层的能力。

    1.  射频资源

    (1)电磁波:载波、载频

    (2)带宽:LTE 5M/10M/15M/20M兆种带宽

    (3)功率:信号发送的能量,基站的总的发送功率是确定的,发送给所有用户的信号总功率不能超过其功率,否则电源供应不足。

    (4)天线:接收天线、发送天线、多天线

    2. 物理层信道资源

    (1) 子载波:

    (2)时隙:在时分复用的系统中个,按照时间复用的原则,不同的终端复用电磁波资源,谁拥有更多的时序,谁就拥有更大的二进制比特发送的带宽

    (3)正交码:在码分系统中,获取正交码,就意味着拥有控制发送数据的权力。 

    (4)专用物理信道以及信道最大的传输比特

    (5)共享信道的最大传输比特

    3. 无线链路控制层

    (1)小区:每个基站,支持的小区数是限定的

    (2)传输信道

    (3)逻辑信道

    (4)信道的最大数据传输比特

    (5)Qos:服务质量和服务优先级,高优先级,优先发送,因此优先级本身也是一种资源与权利。

    (6)用户容量

    (7)无线资源承载RB

    (8)最大连接数

    4. 传输网资源

    (1)TCP/IP连接数

    (2)传输速率

    (3)传输带宽

    (4)传输优先级

    3. 什么是无线资源管理RRM?

    无线资源管理 Radio Resource Management(RRM):是在有限带宽的条件下,为网络内无线用户终端提供业务质量保障,其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干扰而起伏变化等情况下,灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源,最大程度地提高无线频谱利用率,防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。

    主要包括以下几个部分:

    (1)接入控制

    (2)信道分配

    (3)调度

    (4)功率控制

    (5)负载控制

    (6)端到端的QoS

    (7)自适应编码调制等

    (8)切换

    (9)动态资源分配

    (10)无线承载控制(RBC)

    (11)负载均衡(Load Balance,LB):负载均衡是指多小区间的负荷分布不均衡,甚至已经出现了较大比例的超忙小医或 者超闲小区,通过一定的协调,降低超忙小区的利用率、提髙超闲小区的利用率,使得小区间负荷分担更加均衡,在小区资源利用率和业务质量(QoS,掉话率)之间寻找到一个合适的平衡点。

    (12)移动性管理

    无线资源管理,与其说是技术,不如说是管理策略!

    4. 终端什么时候被基站管理?

    总体来看,终端有两大状态

    (1)空闲模式:空闲模式是指终端不占用专门的信道资源传输信息,处于对无线网络的旁听状态。

    主要流程有:

    • 运营商网络选择:选择加入哪个运营商网络
    • 小区选择:选择加入运营商的哪个小区
    • 小区重选:小区信号变化后,重选选择新小区

    (2)专有模式:占用网络资源,进行通信

    • 偶尔向上报自己的位置,以便网络中的其他用户能够找到自己
    • 寻呼:就是被其他用户呼叫,被请求建立通话连接
    • 申请资源
    • 鉴权与加密
    • 主叫
    • 被叫
    • 短消息
    • 功率控制
    • 小区切换(不是小区重选)
    • 信道模式重配
    • 链路释放

    在空闲模式下,终端是不占用网络资源的,它们处于监控网络的状态,基站不对它们进行无线资源管理。

    只有终端进入专有模式时,才会向网络申请资源,网络才会对它们进行无线资源的管理!

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    目录

    第1章 基带无线资源概述

    1.1 无线资源的作用

    1.2 基带无线资源

    1.3 无线资源的核心地位

    1.4 无线资源的分类

    1.5 无线资源的组织:物理层帧

    第2章 4G LTE的时频资源

    2.1 LTE的带宽

    2.2 LTE子载波间隔

    2.3 LTE子载波个数

    2.3 LTE OFDM时域信号

    2.3 LTE的时频资源RE矩阵

    第3章 4G LTE的物理层帧结构

    3.1 以太网帧结构

    3.2 LTE无线帧结构的特点

    3.3 LTE的双工模式

    3.4 LTE FDD的帧结构

    3.5 LTE TDD的帧结构

    3.6 时隙Slot的构成

    第4章 5G NR的时频资源

    4.1 5G NR的时频资源与4G LTE时频资源的比较

    4.2 5G NR的基带载波带宽

    4.3 5G NR的子载波间隔

    4.4 5G NR的时隙slot时长与子载波间隔的关系

    4.5 5G子载波间隔的应用

    4.6 子载波间隔(SCS,SubCarrier Spacing)对覆盖、时延、移动性、相噪的影响

    4.7 关于循环前缀CP

    第5章 5G NR的物理层帧结构

    5.1 NR的物理层帧结构概述

    5.2 固定的10ms系统帧、5ms的半帧和1ms的子帧结构

    5.3 灵活多变的时隙结构

    5.4 5G NR的调度周期

    5.5 Mini-Slot的引入

    5.6 基于slot的调度格式(Format)

    5.7 时隙Slot的pattern(样式、模式)

    第6章 空间资源

    第7章 功率资源

    7.1 功率的层次

    7.2 功能控制的类型

    第8章 码资源

    第9章 5G NR时频资源矩阵中几个基本概念

    9.1 频域:SCS (sub-carrier space)- 子载波间隔

    9.2 时域:slot

    9.3 RB

    9.4 CRB

    9.5  Point A

    第x章 时频资源的功能划分




    第1章 基带无线资源概述

    1.1 无线资源的作用

    所谓无线资源是指能够承载用户二进制数据的无线信号。

    有点类似飞机以及飞机上的座位。

    不同的频率类似不同航班的飞机。

    不同子载波波类似于同一个飞机上的不同座位。

    不同的时隙类似于同一个飞机不同的起飞时间。

    关于5G的高频载波的频谱,请参考:《[4G&5G专题-25]:架构-4G&5G频谱资源大全与详解》

    [4G&5G专题-25]:架构-4G&5G频谱资源大全与详解_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客

    1.2 基带无线资源

    物理层的无线资源,主要是低频基带无线信号,而不是高频的载波信号。

    “基带”Baseband是相对于RF射频而言的。

    “低频”是相对与RF的数字中频与射频高频而言的,低频是从0频率开始的一定带宽的频谱资源。

    1.3 无线资源的核心地位

    一定带宽的无线信号,一次能够携带的二进制比特是有限的。

    为了在一定的带宽下能够传递更多的比特、或通过增加带宽传递更多的比特,于是产生了各种调制技术。

    为了能够利用有限的无线资源为更多的动态变化的用户提供二进制比特的传输服务,于是产生了各种多址复用技术

    为了能够在不可靠的的无线信道上,稳定、可靠的传输二进制比特服务,于是产生了各种防错、检错、纠错的编码技术

    可以这样说,物理层的各种技术都是构建各种无线资源之上的,是其他技术的基础;其他的技术都是围绕着无线资源展开的。

    1.4 无线资源的分类

    在4G和5G中,无线资源在进一步细化为:

    image.png

    • 小区频率带宽资源:比如 4G LTE支持5M/10M/15M/20M,5G LTE可以支持更大的带宽,如50M/100M/200M/400M.
    • 不对称、可变带宽BWP资源:这是5G新引入的技术,该技术可是使得终端信号带宽与基站的载波带宽不相同。
    • 频率子载波资源:4G LTE是15K的子载波,5G的子载波可以是15K, 30K, 60K, 120K子载波。

    子载波:把一群人分割成一个个的人,每个人就是一个子载波,一个子载波可以单独传递信息。20M带宽的无线信号,可以分割成载波间隔15K的1200个子载波,就相当于有1200个人。

    • 时间资源:不同的用户,不同时分复用的方式,共享相同的子载波

    一个人,不会时时刻刻干相同的活,如果说,一个人写一张PPT的活称为一个“”符号”的话,那么写一张PPT的时间就是符号的时间,那么一个人写7张PPT的时间称为一个slot。

    也就是说,一个人,在不同的时间可以写不同的PPT, 除了人力资源,时间也是资源,这就是时间资源,一个人工作8小时和10小时的差别,不是人力资源的差别,而是时间资源的差别。

    把12个人分成一组,各自完成7张PPT,共84张PPT,称为“物理资源块” PRB。

    • 时频资源:频率和时间资源合称为时频资源

    1200个人+ 工作时间,就构成了公司的时频资源。

    • 功率资源:任何信号的发送和接收,都需要消耗能量,能量也是一个非常重要的资源,每个基站有最大的功率,每个UE会分得一部分功率。
    • 空间资源:空间资源是MIMO的“层”,在LTE中,同一个RE的MIMO的所有“层”只能归属同一个用户,用于增加用户的带宽,在5G中,结合波束赋形,MIMO的层,可以分配给不同的用户,称为多用户MIMO
    • 无线信道:把各种无线资源按照功能的方式组织起来,向MAC层提供服务。

    1.5 无线资源组织-按时间组织:物理层帧

    这些无线资源按照一定的方式有机的结构化的组织起来的,称为物理层的帧结构。

    image.png

    第2章 4G LTE的时频资源

    2.1 LTE的带宽

    在LTE中,每个小区的带宽可以是5M/10M/15M/20M, 最大带宽是20M.

    一个基站可以支持多个5M/10M/15M/20M的小区。

    20M的小区带宽,有效带宽为18M, 两边各留了1M作为保护带宽。

    2.2 LTE子载波间隔

    (1)FDM

    (2)OFDM子载波

    OFDM并非可以任意重叠,每个载波的最大带宽只能是30K,重叠为载波间隔15K。

    2.3 LTE子载波个数

    2.3 LTE OFDM时域信号

    (1)OFDM时域信号的频谱

    (2)OFDM已调波的时域波形

    (3)OFDM已调波的IQ采样点

    采样点的个数与子载波的个数相关,即与基带信号的频域带宽相关,带宽越大,所需要的时域采样点的个数越多。

    子载波间隔为15K

    基波信号的频率为15K,  基波信号的传输时间=1/15K = 66.67us,传输一个完整的符号的最短时间为66.67us,即至少能传输一个完整的基波信号,可以传输N个谐波信号。

    20M带宽时,1200子载波,经过一次快速傅里叶变换,生成一个OFDM符号,一个OFDM符号用2048个时域采样点来表达。

    OFDM中包含的子载波越多,OFDM符号所需要的时域采样点的个数就越多。

    采样率=2048 * 15K = 30.72M。

    2.3 LTE的时频资源RE矩阵

    (1)LTE基带信号的带宽:1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等多种带宽配置。

    (2)无线资源的复用模式:频分复用FDD + 时分复用TDD

    (3)“频分复用“”的最小复用单位:子载载波,一个符号周期内的一个子载波资源称为一个资源单元RE.

     备注:

    • 1ms中包含14个符号,是由15K的基波频率(周期)和CP时长共同决定的,基波频率决定了承载二进制比特的“基波”信号的步伐的快慢,CP是两个相邻步伐之间的过渡时间。
    • 4G和5G在slot上的定义有细微的差别

    • 频率:就一个15K带宽的子载波,载波频率为n*15K, n=1,2,3....周期为1/15K = 66.67us/n,频率越高,周期越小,传输一个完整波形的时间越小,相同时间内,传输的完整的波形就越多。因此恢复波形所需要的采样点就越多。
    • 时域-有效数据:一个符号符号的传输时间为66.7us,正好包含1....N个完整的载波的波形, 频率越高,包含的完整的波形的个数越多,N个波形称为一个符号symbol。
    • 时域-CP:填充数据,是两个有效符号之间的空挡时间,是为了克服符号间的干扰(ISI)添加的。第0个OFDM符号CP长度约为5.2us;而其他6个OFDM符号CP长度约为4.7us;
    • 时域-RE:   每个RE传输与一个携带无效数据CP和一个携带有效数据的OFDM符号,平均时间为71.43us。
    • 时域-时隙:7个带CP的符号的传输时间为0.5ms,为一个时隙。 
    • 时域-子帧:2个0.5ms的时隙,共14个符号构成一个子帧,一个子帧的传输时间为1ms。
    • 时域-10ms系统帧:10个1ms的子帧,构成了10ms的系统帧。

    (4)子载波个数: 子载波间隔=15K, OFDM子载波带宽=30K, SC-FDMA子载波宽度=15K,20M带宽时子载波的个数=1200。

    (5)时频资源矩阵

    由子载波和时间组合而成的二维的矩阵,矩阵中的每个单元是可以调制二进制比特的符号(子载波)。

    • 频率维度

    1200个单元格,最小单元是单载波的RE, 也称为符号;每个子载波之间的间隔是15K, 子载波的个数取决与小区带宽。

    20M带宽时,有1333子载波,有效子载波为1200,多余的子载波用于小区的保护。

    • 时间维度:每个RE预留的传输时间为0.5ms/7=0.07ms(0.67us+CP时间),RE传输时间的时域采样点的个数与带宽成正比比。

    (6)"时分复用"的最小复用单位:连续7个RE构成的一个时隙slot,15KHz子载波时,一个时隙的传输时间为0.5ms。

    (7)无线资源最小的多用户复用单位:物理资源块PBR

    1PRB = 12个子载波 * 7个连续时间的符号RE = 84个RE

    在这里插入图片描述

    频域上12个子载波,时域上7个符号的时间,构成一个物理资源块PRB。

    无线资源的分配,是以单个PRB为最小单位的。

    5M带宽情况下,  单个时隙有300%12   = 25PRB,   10ms内有  25 * 2slot * 10ms = 500个PRB.

    10M带宽情况下,单个时隙有 600%12 =  50PRB,   10ms内有  50 * 2slot * 10ms = 1000个PRB.

    20M带宽情况下,单个时隙有1200%12 = 100PRB, 10ms内有100 * 2slot * 10ms = 2000个PRB.

    很显然,带宽越大,10ms帧包含的PRB就越多。

    (8)传输速率

    调制方式 调制bits单个RE的速率
    (Kbits)

    PRB的速率

    12个子载波
    (Kbits)

    20M带宽的速率

    1200个子载波
    (Mbits)

    QAM16456 = 4*14672 = 56 * 12067.2 = N * 100/1000
    QAM64684 = 6*141008 = 84 * 12100.8 = N * 100/1000
    QAM2568112 = 8*141344 = 112 * 12134.4 = N * 100/1000
    QAM102410140 = 10*141680 = 140 * 12168.0 = N * 100/1000

    (9)PRB的内容

    在实际系统中,PRB中,不仅仅存放多个用户的数据,还存放小区公共数据。

    移动通信中,对10ms帧所有的二维的无线资源PRB进行功能的划分和结构化的管理,就构成了10ms的帧结构

    10ms帧内所有的二维的无线资源PRB的功能进行分类,就得到了各种物理信道

    第3章 4G LTE的物理层帧结构

    3.1 以太网帧结构

    上图是熟悉的以太网的帧结构。以太网帧结构的特点:

    • 帧结构:以太网的帧是没有时间信息,只有反应二进制比特数据关系的的结构化信息,反应了如何结构化的方式组织二进制比特。
    • 完整性:通常在一个连续的时间内,处理完(发送和接收)一个完整、独立的以太网帧。
    • 复用方式:在以太网中,物理层的传输资源是分时复用的,不同的用户分时复用底层的传输资源,但分时的时间间隔不是严格固定的。而是取决于以太网帧的长度信息。
    • 调度方式:不同用户,采用公平竞争的方式获取物理层的传输资源,并通过载波侦听和冲突检测的方式解决不同用户何时使用共享的传输信道、以及解决冲突问题。

    3.2 LTE无线帧结构的特点

    • 帧结构:移动通信中的无线帧结构二维的结构,一维是可用的无线频率(频域)资源,另一维是时间(时域)资源。称之为时频资源。
    • 完整性:通常在一段连续的时间内,由多个、离散时间组成的帧结构,比如10ms的基本帧,1ms的子帧。
    • 多址复用方式:每个无线帧不归属于任何用户,同一个帧结构为多个用户同时共享。
    • 双工复用方式:空口的无线资源为上下行复用。
    • 调度方式:完全基站采用独裁的方式、进行统一调度,每个用户没有权利在未获得基站授权的情况下使用无线资源。
    • LTE的帧结构与LTE的双工模式密切相关。

    3.3 LTE的双工模式

    双工模式是接收方向(上行)和发送方向(下行)共享无线资源。上行和下行,接收与发送是站在基站的角度来定义的,而不是手机。

    LTE支持两种双工模式:TDD和FDD,于是LTE定义了两种帧结构:TDD帧结构和FDD帧结构。

    FDD:是指使用不同的频率来区分上行与下行,上行与下行,在时间上是可以重叠的。因此,无线帧的结构不需要包含上行与下行的时间信息。

    TDD: 是指使用相同的频率来发送和接收,并使用时间来区分上行和下行。上行与下行,在时间上是不能重叠。因此,无线帧的结构需要包含上行与下行的时间信息。

    这就决定了LTE FDD和TDD具有不同的物理层的帧结构。

    3.4 LTE FDD的帧结构(时域

    (1)10ms帧结构

    LTE FDD类型的无线基本帧时间长为10ms,每帧含10个1ms子帧,称为TTI, 每个TTI包含2个0.5ms的时隙,因此,一个10ms的基本帧,包含20个时隙。

    很显然,LTE的帧是以时间为主线进行组织的。

    LTE的时隙长度为0.5ms,LTE协议支持0.5ms的调度周期。

    但在实际系统实现时,对0.5ms这一个调度的话,信令开销太大,对器件要求高。

    一般调度周期设为一个子帧的长度(1ms),包括两个slot的时间长度,因此一个调度周期内,slot都是成对出现的。

    3.5 LTE TDD的帧结构(时域:上下行共享

    (1)TDD 10ms帧结构 (时域)

    TDD帧结构中,同时包含上行与下行时隙,用于分时复用接收和发送数据。

    • 10ms帧包含20个半帧

    • 10ms帧中包含10个1ms子帧

    (2)LTE的TDD帧结构和FDD相同的地方:

    • 每个10ms帧由10个1ms的子帧组成,
    • 每个子帧包含2个0.5ms的时隙。

    (3)LTE的TDD帧结构和FDD不相同的地方:

    • 存在三种类型的子帧:上行子帧、下行子帧、特殊子帧
    • 下行子帧=》上行子帧切换时,中间必须有一个特殊时隙进行过度。
    • 上行子帧=》下行子帧切换时,中间无需有一个特殊时隙进行过度。

    (4)上下行子帧的配比

    D代表下行、S代表特殊时隙(也算下行),U代表上行。

    3.6 时隙Slot的构成

    (1)子帧或时隙的结构

    (2)普通模式时每个slot的构成

    每个时隙slot,映射到1个无线资源块(PRB)上, PRB是分配无线资源的最小单元块,一个PRB=12*7=84个RE.

    每个PRB包含7个时间上连续的OFDM/SC-FDM调制信号,每个调制信号也称之为一个OFDM/SC-FDM symbol或RE. 挼下图所示:

    (3)普通模式时每个符号的构成

    采样周期:LTE采用OFDM技术,子载波间隔为△f=15kHz,每个子载波为2048阶IFFT采样,则LTE采样周期Ts=1/(2048×15 000)=0.033us。在LTE中,帧结构时间描述的最小单位就是采样周期Ts。

    • 有效数据:每个时域调制信号由2048个采样点组成,约为66.7us。
    • 填充数据:为了克服符号间的干扰(ISI),需要加入CP。CP长度与覆盖半径有关,要求的覆盖半径越大需要配置的CP长度就越长,但过长的CP也会导致系统开销太大。第0个OFDM符号CP长度为160Ts,约为5.2us;而其他6个OFDM符号CP长度为144Ts,约为4.7us;

    在这种情况下, 0.5ms时间内,只能容纳7个符号; 或者说7个符号的传输时间为0.5ms。

    (4)扩展模式时每个slot的构成

    (5)扩展模式时每个符号的构成

    • 有效数据:每个时域调制信号由2048个采样点组成, 约为66.7us。
    • 填充数据:每个OFDM周期内有用CP时间长度为512Ts,约为16.7us。

    在这种情况下, 0.5ms时间内,只能容纳6个符号; 或者说6个符号的传输时间为0.5ms。

    (6)循环前缀CP

    (6)特殊子帧内部的组成与配比

    特殊子帧的构成

    • DwPTS下行导频时隙,长为75us
    • GP:保护间隔,长为75us
    • UpPTS:上行导频时隙,长为125us

    通过特殊子帧,就可以从下行时隙顺利过度上行时隙。

    不同的特殊时隙DwPTS、GP、DwPTS的长度,在LTE-TDD帧中可配置,如上图所示。

    TDD的一个子帧长度包括2个时隙,普通CP配置情况下,TDD的一个子帧长度是14个OFDM符号周期;

    而在扩展CP配置情况下,TDD的一个子帧长度 为12个OFDM符号周期。

    第4章 5G NR的时频资源

    4.1 5G NR的时频资源与4G LTE时频资源的比较

    (1)相同点

    • 从总体看,5G NR与LTE采用类似的,甚至说,几乎相同的时频资源的结构。
    • NR中的一个frame的时间长度依然是10ms,包含10个subframe,其中每个subframe的时间为1ms。

    (2)不同点

    • 4G LTE的小区载波带宽最大为20M, 5G NR的载波带宽高达400M
    • 4G LTE的子载波的间隔为15K, 而5G NR的子载波的间隔15K, 30K, 60K, 120K, 且子载波的间隔与小区带宽相关。
    • 4G LTE的一个不带CP的符号的时长固定为1/15KHz=67us, 而5G由于支持不同子载波间隔,不同的子载波间隔导致每个符号的时长不同,分别为:66.7us, 33us,16us,8us. (取决于基波信号的周期

    • 4G LTE的一个时隙slot,占用7个符号symbol,5G NR的一个时隙slot,占14个符号symbol,相当于LTE的子帧所占的时隙,实际上,5G改变了时隙slot的内涵,14个符号为1个时隙。
    • 4G LTE的一个时隙时长共0.5ms,而5G由于支持不同子载波间隔,一个时隙的时长分别为:1ms, 0.5ms,0.25ms,0.125ms,这为5G支持更短的时间调度和更短的空口延时提供了技术上的保障。
    • 4G LTE的一个1ms子帧,包含2个slot,5G NR 1ms子帧,包含的slot数,与子载波间隔相关,分布是:1, 2,4,  8个slot。

    4.2 5G NR的基带载波带宽

    很显然,5G NR支持的基带信号的带宽,不再是最大20M。基带信号的带宽与高频射频载波的频谱位置相关。

    如果射频载波在FR1频段,基带信号的带宽为5M-100M;子载波间隔为15K, 30K, 60K

    如果射频载波在FR2频段,基带信号的带宽为50M-400M;子载波间隔60K, 120K

    4.3 5G NR的子载波间隔

    (1)子载波的间隔(SCS:SubCarrier Spacing)可变:

    子载波间隔不再是固定的15KHz,可以是15KHz, 30KHz, 60KHz, 120KHz. 240KHz。

    不同的子载波间隔,称为不同的numerologies,如下图所示

    这里写图片描述

    (2)子载波的间隔(SCS:SubCarrier Spacing)与基带信号带宽有关。

    FR1:

    • 带宽为5M时,子载波的间隔可以为:15K, 30K
    • 带宽为10M-50M时,子载波的间隔可以为:15K, 30K, 60K
    • 带宽为60M-100M时,子载波的间隔可以为:30K, 60K

    FR2: 

    • 带宽为60M-200M时,子载波的间隔可以为:60K, 120K
    • 带宽为400MM时,子载波的间隔可以为:120K

    4.4 5G NR的时隙slot时长与子载波间隔的关系

    1/15KHz : 1ms (14个符号)

    1/30KHz: 0.5ms (14个符号)

    1/60KHz: 0.25ms (14个符号)

    1/120KHz:0.125ms (14个符号)

    1/240KHz:0.0625ms (14个符号)

    4.5 5G子载波间隔的应用

    这里写图片描述

    子载波间隔为:

    15KHz、30KHz、120KHz可用于数据传输信道,也可以用于同步信道

    60KHz:只能用于同步信道

    240KHz:只能用户数据信道

    4.6 子载波间隔(SCS,SubCarrier Spacing)对覆盖、时延、移动性、相噪的影响

    (1)覆盖:SCS越小,符号长度/CP越长,覆盖越好;

    (2)移动性:SCS越大,多普勒频移影响越小,性能越好;

    (3)时延:SCS越大,符号长度越短,时延越小;

    • 子载波间隔越大(15K, 30K, 60K, 120K),
    • 基波信号的频率越高(15K, 30K, 60K, 120K),
    • 周期越短(66.7us, 33us,16us,8us.),
    • 14个符号的slot的时间越短(1ms, 0.5ms,0.25ms,0.125ms),
    • MAC层调度周期越快 (1ms, 0.5ms,0.25ms,0.125ms)
    • 空口传输延时越小(1ms, 0.5ms,0.25ms,0.125ms)

    (4)相噪:SCS越大,相噪影响越小,性能越好。

    (5)C-band建议子载波间隔30kHz,28GHz建议120kHz。

    4.7 关于循环前缀CP

    (1)什么是循环前缀CP:  双头蛇

    多径时延扩展(最大传输时延和最小传输时延的差值),导致

    • 物理符号间干扰ISI(Inter-Symbol Interference),严重影响数字信号的传输质量;
    • 物理信道间干扰ICI(Inter-Channel Interference),OFDM系统下子载波的正交性被破坏,影响接收侧的解调。

    引入CP解决ISI和ICI:

    • 保护间隔减少ISI:在每个OFDM符号之间插入保护间隔,该保护间隔的时间长度Tg一般要大于无线信道的最大时延扩展;
    • 保护间隔内填入循环前缀CP减少ICI:将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面,保证在FFT周期内,OFDM符号的延时副本内包含的波形的周期个数也是整数。

    (2)循环前缀的时长:

    第5章 5G NR的物理层帧结构

    5.1 NR的物理层帧结构概述

    对于5G帧结构,由固定结构和灵活结构两部分组成。

    ac3d4c1fbccfa54e11f64d5a3a2f57c8.png

    (1)系统帧的时长不变:10ms

    (2)半帧的时长不变:5ms

    (3)子帧的时长不变:1ms

    (4)时隙slot的时长赋予了新的含义,时长为1ms,0.5ms,0.25ms,0.125ms......与子载波的长度成反比。相对于LTE, 变化最大。

    (5)每个slot包含的符号数:14个符号

    (5)mini slot包含的符号数:2,3,4......14

    5.2 固定的10ms系统帧、5ms的半帧和1ms的子帧结构

    如上图,与LTE相同,10ms无线帧、5ms的半帧和1ms子帧的长度固定,从而允许更好的保持LTE与NR间共存。

    这样的固定结构,利于LTE和NR共同部署模式下时隙与帧结构同步,简化小区搜索和频率测量。

    5.3 灵活多变的时隙结构

    NR赋予了时隙slot新的含义。

    不同的是,5G NR定义了灵活的时隙构架: 时隙和符号长度可根据子载波间隔灵活定义。

    (1)每个slot包含符号的个数, 这与LTE是不一样的,为14个符号

    (2)1ms子帧中,包含的slot的个数,随着子载波的间隔变化而变化。。

    (3)每个时隙的时长不固定,反比于子载波的宽度。

    时隙的时长为1ms,0.5ms,0.25ms,0.125ms......相对于LTE, 变化最大。

    (4)1ms子帧中包含的符号数随着子载波的间隔变化而变化。

    15KHz: 14;

    30KHz: 28;

    60KHz: 56;

    120KHz: 112;

    240KHz: 224;

    子载的宽度越大,一个时隙的时长(持续时间)越短:1ms、0.5ms、0.25ms;

    子载的宽度越大,1ms中包含的时隙的个数就越多:1、2、4、8

    子载的宽度越大,1ms中包含的符号数越多:14、28、56、120、240

    5.4 5G NR的调度周期

    5G NR是按照Slot的周期来进行调度的,调度周期取决于调度周期内子载波的宽度。

    一个调度周期内,包含了上行数据和下行数据;包含了控制信令和用户数据。

    5.5 Mini-Slot的引入

    为了支持URLLC业务,进一步降低空口延时,5G NR中引入了mini slot的定义。

    特定场景下,可以支持Slot的调度,基于mini slot进行调度,这是5G(NR)网络中的最小调度单位。当然,这需要终端的支持。

    如上图所示:

    (1)普通slot:

    • 14个符号
    • 2个PDCCH信道
    • 1个参考信号符号
    • N个数据信道符号。

    (2)Mini slot:

    • 符号个数不固定
    • 符号个数可定制为2, 4 or 7个符号。
    • 图示中,一个mini slot包含1个PDCCH控制信道符号和3个URLLC数据信道符号

    mini slot的时间:

    7个符号时:7/14 * 1 slot的时间

    4个符号时:4/14 * 1 slot的时间

    2个符号时:2/14 * 1 slot的时间

    5.6 Slot内部的调度格式(Format)(VS 基于slot的调度)

    所谓Slot内部调度格式:是指一个slot内,14个符号的上行配比。

    5G NR支持非常多的调度格式,可以说支持任意的配比。

    上图中,D表示下行,U表示上行,X表示任意,可以上行下行。

    0:1个slot中所有的符号用于下行。

    1:1个slot中所有的符号用于上行。

    2:1个slot中符号的上行行是任意的。

    其他:组合。

    备注:

    • 时隙格式的可变性和灵活性,为不同厂家的调度算法的发挥提供了空间。
    • MAC的调度是以时隙为单位进行调度的,一个时隙内的载波的宽度相同!简化傅里叶变换。
    • 一个时隙内14个符号,不同的符号,可以放不同的内容,而不是统一的。实际上,一个时隙的14个符号中,必须有一个控制信道,然后才是数据信道。
    • 一个时隙内14个符号,可以用于上行,也可以用于下行;可以用于控制信令,也可以用于用户数据。
    • FDD可以看成是TDD的一种特殊格式,全部下行或全部上行。
    • 不同的高频载波的频谱位置与带宽不同,支持的子载波的宽度不同。

    • 不同的时隙子载波的宽度可不同。

    5.7 时隙Slot的pattern(样式、模式)

    (1)任意配比,任意slot周期的样式

    任意配比的上行行符号的格式,虽然增加了灵活性,也增加了设备设计的复杂性。

    • Slot内部符号的上下行配比是任意的。
    • slot的与slot之间,没有任何规律,周期性。

    为了简化设计,设计了一些常用的基于Slot调度的重复规律,并用一个数值来代表这些预先约定好的格式,这些些预先约定好的格式就是时隙样式。

    (1)时隙样式案例1:

    • 上下行的配比有:9:1, 8:2, 7:3, 5:5
    • 系统同步块SSB的时隙位置固定
    • PARCH的的时隙位置固定
    • 以40个slots为周期重复。

    (2)时隙样式案例2:

    • 上下行的配比有:9:1, 8:2, 7:3, 5:5
    • 系统同步块SSB的时隙位置固定
    • PARCH的的时隙位置固定
    • 以320个slots为周期重复。

    疑问:

    基于slot的调度和slot内部的调度是否有冲突?Slot调度是下行,slot内部调度是下行怎么办?

    第6章 空间资源

    为了在相同的时频资源上和载波频率上,能够传送更多的数据,采用了多天线技术MIMO

    在空间构成了一个相互不干扰的时频资源的“层”。每一层“时频”资源与前面讨论的是完全一样的。

    不同的是,由于不同“层”使用自己的基带时频资源,共享的相同的高频载波,为了避免不同“层”的时频资源之间的相互干扰,需要采用预编码技术。

    详见《图解通信原理与案例分析-21:4G LTE多天线技术--天线端口、码流、分集Diveristy、波束赋形BF、空分复用MIMO、空分多址》

    图解通信原理与案例分析-21:4G LTE多天线技术--天线端口、码流、分集Diveristy、波束赋形BF、空分复用MIMO、空分多址_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客_lte通信原理

    第7章 功率资源

    7.1 功率的层次

    功率资源是指基站的总功率,如何分配给不同的终端。

    (1)单基站总功率:取决于基站的电源。

    (2)单小区的功率:

    (3)单信道的功率:

    (4)单PRB的功率:

    (5)单RE的功率:

    (6)单用户的功率:

    7.2 功能控制的类型

    (1)模拟功率

    (2)数字功率

    关于功率控制,后续章节再继续探讨。

    第8章 码资源

    在4G & 5G中,可以通过扰码区分不同的小区。扰码本身就是一个无线资源。

    第9章 5G NR时频资源矩阵中几个基本概念

    9.1 频域:SCS (sub-carrier space)- 子载波间隔

    在5G中,频域上的子载波间隔是可变的,而LTE中,子载波间隔固定为15KHz。

    在38.211中,规定了5种可用的子载波间隔,其中只有子载波间隔为60KHz时,可应用扩展循环前缀。

    9.2 时域:slot

    (1)相同

    4G和5G的一个系统帧=10ms, 1个帧中包含10个子帧,每个子帧=1ms。

    4G和5G的每个slot中的symbol数也和LTE相同,固定为14个。

    (2)不同

    在LTE中一个子帧中固定包含两个slot,1个slot=0.5ms。

    在5G中,1个子帧所包含的slot个数是根据子载波间隔而变化的,并不固定。

    9.3 RB

    (1)LTE RB的定义:

    定义RB为频域上连续的12个子载波,时域上7个符号的时频资源, 称为PRB.

    (2)NR对RB的定义

    在38.211中,定义RB为频域上连续的12个子载波,并没有对RB的时域进行定义。

    9.4 CRB

    CRB (common resource block)通用资源块。

    这是5G NR新定义的资源块。之所以在已有的RB的基础之上,再定义一个新的名称,是因为在5G NR中,子载波的带宽是可变的。

    9.5  Point A

    这是5G中新增的概念,Point A相当于一个频域上的参考点。

    因为在5G中,频带宽度大幅增加,频域资源分配的灵活度增加。

    在5G中弱化了中心频点的概念,而使用Point A作为频域上的参考点来进行其他资源的分配。

    Ponit A可以从两个参数中读取:

    •   offsetToPointA : 这个参数定义了Point A 和频域最低频率点之间的距离
    •   absoluteFrequencyPointA : 直接定义了Point A的频率点,单位是ARFCN

    第x章 时频资源的功能划分

    对10ms帧内所有的二维的无线资源PRB的功能进行分类,就得到了各种物理信道。后续章节再继续探讨。

    简单的说,物理信道,就是对一群人和他们的时间进行分类,每个部门,就相当于一个信道,一个信道完成特定目标的任务。

    有些部门,有些部门只负责财务、有些部门只负责生产、有些部门负责技术、有些部门负责战略,有些负责后勤,有些负责人力资源管理。

    而有些部门,可以负责多件任务,还能为多个部门共享。

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  • LTE学习笔记之无线资源管理

    千次阅读 2019-05-15 10:24:37
    LTE无线资源管理集中式RRM分布式RRMRRM的影响因素RRM模块之间的关系RRM职能职能模块之间的关系无线准入控制(RAC)RAC工作配合关系QoS保证准入控制法则无线承载控制(RBC)动态资源分配(DRA)动态调度三要素下行...


    LTE的无线资源调度模块设置在基站侧,可以根据无线环境的变化更加灵活高效的完成无线资源调度任务。

    LTE无线资源管理(Radio Resource Management)包括无线准入控制、无线承载控制、动态资源分配、小区间干扰协调、负载均衡、连接移动性控制、小区间和系统间RRM等多个模块。

    覆盖、容量、质量(QoS)是无线网络性能的三个支柱,既相互影响,又相互作用。无线资源管理的目的就是在保证服务质量的同时,最大限度地增强覆盖和提高频谱利用效率,寻求覆盖、容量、质量三者之间的最佳工作平衡点。

    集中式RRM

    管理权力高度集中,将无线资源管理的功能模块集中放置在一个网元中(如GSM中的BTS、UMTS中的RNC),控制多个基站设备的无线资源调度,是一种计划经济时代的资源分配方式。集中式RRM有利于基站间的无线资源的协调控制,但会带来复杂的信令流程和较大的时延。

    分布式RRM

    分布式RRM中,RRM和无线资源之间成为基站内部的信令交互,而不是基站和上层设备之间的信令交互。

    分布式RRM一定包括两部分:

    • 基站内部的RRM,只对一个基站下的多个小区进行无线资源管理。
    • 基站之间的RRM,对多个eNodeB下的各个小区间的无线资源进行管理,需通过X2接口和其他基站交互信息。

    RRM的影响因素

    不同业务的吞吐量要求、 实时性要求、QoS要求、突发性要求就是各种RRM模块的输入,RRM根据这些输入作出灵活的无线资源安排。

    在UMTS系统中,采用固定带宽,RRM模块无须考虑带宽灵活调度问题。LTE支持多种系统带宽灵活配置。带宽的灵活配置给RRM增加了两类工作:

    • 子载波频域资源的调度;
    • 考虑频率选择性衰落(不同的子载波,信道衰落特性是不一样的)的调度。

    频率资源的多少和不同频率的调度性能是LTE RRM模块需要重新考虑的问题。

    LTE摒弃了以往无线制式的专用信道机制,而采用了多业务多用户共享同样的信道资源,通过分组调度的方式,在业务之间进行分配的机制。RRM模块要适应这种共享信道机制的动态性、灵活性、快速性,就要改变以往专用信道机制的刻板,eNodeB通过控制信令为每一个传输块(TB)动态地分配所对应的无线资源,用完后,立即收回,继续为其他调度服务。这就必然给RRM模块的资源调度带来更复杂的信令交互过程。

    RRM模块之间的关系

    RRM职能

    RRM的职能范围,具体职能包括:
    (1) 无线准入控制(Radio Admission Control,RAC);
    (2) 无线承载控制(Radio Bearer Control,RBC);
    (3) 动态资源调度分配(Dynamic Resource Allocation, DRA);
    (4 )小区间干扰协调(Inter Cell Interference Coordination, ICIC);
    (5) 负载均衡(Load Balance, LB);
    (6) 连接移动性控制(Connection Mobility Control, CMC);
    (7) 系统间无线资源管理(Inter-RAT RRM)。

    职能模块之间的关系

    RRM功能模块之间的管理关系大致分为以下三类:
    (1) 调用和被调用关系。
    (2) 触发和被触发关系。
    (3) 信息需求与信息提供关系。
    第一类:一个功能需要调用另外一个功能才能正常工作。

    移动性控制(CMC)在将一个用户切换出去的过程中,先要调用一下无线准入控制(RAC)功能,看一下可以把这个用户切换到哪个小区。

    第二类:一个功能触发另外一个功能。

    第三类:一个功能为另外一个功能提供信息。

    单向信息提供关系:无线准入控制(RAC)根据负载均衡(LB)模块为其提供的负载信息,以及动态资源调度分配(DRA)和为其提供的剩余可分配的资源信息来判断是否允许接入某一业务请求。

    双向信息提供关系:动态资源调度分配(DRA)可以为无线承载控制(RBC)、小区间干扰协调(ICIC)、负载均衡(LB)提供资源调度的信息;反过来,无线承载控制(RBC)给动态资源调度分配(DRA)提供业务初始接入资源占用情况;小区间干扰协调(ICIC)给动态资源调度分配(DRA)提供目前小区间干扰情况及如何抑制;负载均衡(LB)给动态资源调度分配(DRA)提供小区负载情况及如何均衡负载。

    无线准入控制(RAC)

    RAC功能的目标就是尽量提髙无线资源的利用率,同时保证己有会话的业务质量(QoS)。只要有可用的、能够满足申请要求的无线资源,就要接纳新RB的建立申请,以提髙无线资源的利用效率;假若新申请建立的RB的QoS无法保证,或者没有可用无线资源,则拒绝RB建立申请,以尽可能确保已有会话的QoS。

    RAC工作配合关系

    RAC模块输入的是资源利用状况、QoS现状和新要求,输出的是"Yes"(接收)或者"No"(拒绝)。

    DRA模块、LB模块都可以给RAC输入资源利用的一些信息;而RAC的输出又可以指导RBC是否建立RB,或者指导CMC是否切入该小区。

    QoS保证

    一个用户使用某一业务,涉及从UE到eNodeB;再从eNodeB到SGW,最后到PDN(PGW,分组网关)的业务承载过程。整个EPS业务承载包括无线承载(RB)、S1承载、S5/S8承载。

    在LTE中,由核心网EPC的控制单元MME,给无线侧下发QoS控制消息,指示QoS保障的目标,最终使业务承载按照要求建立在业务单元上。

    MME进行QoS控制的基本粒度是一个EPS业务承载(Bearer),同一业务承载上的所有数据流只能使用相同的QoS配置(调度策略、缓冲队列管理、链路层配置等),不同的业务承载QoS配置可以不相同。

    无线承载的QoS是核心网MME指示的,由eNodeB的RBC在RAC准入允许后进行QoS控制的。

    毎个无线承载都对应有QoS参数,包括:

    (1) ARP(Allocation and Retention Priority,分配保留优先级);

    (2) QCI(QoS Class Identifier,QoS 等级指示);

    (3) GBR(Guaranteed Bit Rate,保证比特速率);

    (4) MBR(Maximum Bit Rate,最大比特速率);

    (5) AMBR(Aggregated Maximum Bit Rate,组合最大比特速率)。

    分配保留优先级ARP主要用于在资源受限的条件下,系统按照该优先级所指定的先后顺序决定是否接受相应的承载建立请求,是否抢占已经存在承载的资源,也就是说,一个承载的ARP仅在承载建立之前对承载的建立产生影响,在建立之后对系统没有影响。

    承载建立之后对承载有影响的是QCI值、GBR、MBR、AMBR等QoS特性参数。

    根据QoS保证类型的不同,业务承载可以划分为两大类:
    (1) GBR (保证比特速率);
    (2) Non-GBR (非保证比特速率)。

    GBR是指业务承载要求无线网络“永久”恒定分配的比特速率,不管无线网络资源是否紧张,要求的比特速率必须保持。

    Non-GBR是指没有比特速率保证的业务承载,不需要占用固定的网络资源。在无线资源利用率较高及发生拥塞的情况下,可以要求一些业务承载降低速率,不必考虑保证速率。

    GBR承载只有在需要时才建立,但由于Non-GBR的资源占用较少,可以长时间地建立。

    为了提髙系统的带宽利用率,防止多个Non-GBR承载占用过多的无线资源,定义 AMBR (Aggregated Maximum Bit Rate,组合最大速率),可以用来限制签约用户所有业务承载的总速率

    AMBR不是针对一个承载(Bearer),而是针对一组Non-GBR的承载(Bearer)。系统可以分别定义上行和下行的AMBR。

    准入控制法则

    (1)无线资源利用率的RAC判决。

    拒绝个申请的目的是确保已有会话的QoS,接收一个申请的目的是提髙系统资源利用率。

    RAC准入控制的对象有信令RB(Signalling RB,SRB,如RRC连接建立)和业务数据RB(Data RB,DRB),先申请信令RB,信令RB成功建立后,再申请业务数据RB。

    在LTE系统中,SRB的准入控制不但要依据无线资源的利用状况(小区负荷状况、无线接口负荷),还需要根据核心网MME的负荷状况(与SI接口负荷状况直接相关)。当小区拥塞或MME过载时,会拒绝一些SRB建立请求,也就没有后续的业务数据RB(DRB)建立请求了。

    DRB准入控制的主要依据是无线资源利用的状况。LTE的无线资源利用率是时间和子载波组成的二维资源的利用率。

    (2) QoS水平的RAC判决。

    当无线资源利用率过高,发生拥塞的时候,或者无线环境恶劣,空中接口速率下降的时候,QoS水平会恶化,对新的业务承载请求,其QoS要求无法保证。当实际QoS水平低于系统配置的QoS水平,就是一次QoS水平不达标,当QoS水平不达标的比例 过高的时候,新申请承载的QoS要求就可能不能满足。

    **NOTE:**信令链接(SRB)请求不做判断,一律准入;SRB建立失败,不执行抢占,因为此时抢占会导致别的用户业务中断;对于紧急业务呼叫,只要资源不受限,则始终准入;如果资源受限,则触发抢占。

    当系统过载及QoS水平恶化严重的时候,除信令连接SRB和紧急呼叫外的所有新业务和切换业务都拒绝接入。

    无线承载控制(RBC)

    RBC功能位于eNodeB中,配置信令可以直接从eNodeB发给UE,方便实现同步方式的RB配置或重配置。相对于UMTS的RBC位于RNC设备上及底层操作单元位于NodeB的方式,LTE的方式可以有效地减少相关信令交互的复杂性及降低信令交互的时延。

    建立新的RB之前,RRC(Radio Resource Connection,无线资源连接)必须建立,终端和核心网的一些NAS(Non-Access Stratum,非接入层)协商已经完成。(注:NAS是从终端直接到核心网的信令,eUTRAN无须处理,直接透明传输即可。)

    RBC负责无线承载(Radio Bearer, RB)的建立、维护和释放。

    新产生的会话,或者从原小区切换过来的会话,需要在目标小区建立RB,RBC则调用RAC决定该RB是否允许建立。RAC给RBC输出允许RB建立还是拒绝RB建立的指示,指导RBC进行后续的操作。

    RBC在RB资源配置前,要和DRA模块交互信息。DRA将为RBC提供小区资源的总体情况,而RBC根据RB的QoS需求向DRA提出资源调度要求,RBC在RB资源释放后,要通知DRA资源已经释放。

    动态资源分配(DRA)

    根据资源分配方式调整频繁程度的不同,可以将调度分为动态调度(Dynamic Scheduling,DS)、持续调度(Persistent Scheduling,PS)、半持续调度(Semi-Persistent Scheduling,SPS)。

    动态调度,也就是动态资源分配,是最基本、最灵活的调度方式。在动态调度下,无线资源分配采用按需分配方式,用户和网络在每个调度时刻都需要交互层1、层2的调度信令

    持续调度,就是指在一定的周期内,持续按照一定的资源分配方式,为用户分配无线资源,无须层1、层2控制信道调度信令的交互,直接发送或者接收数据。

    动态调度可以提高频率分集和多用户分集增益,比较适合数据类业务,但层1和层2调度信令开销较大。对于持续调度资源的分配方式,有效期长,通常持续多个TTL可以大幅减少层1和层2调度信令开销,比较适合语音类业务,但是资源利用率较低、实时性较差

    为了克服动态调度信令开销较大、持续调度资源利用率低的缺点,提出了半持续调度,主要应用于VoIP业务。

    VoIP半持续调度方案的核心思想是:需要时一定确保,不需要时则要动态调整。对于处于激活(Active)状态的数据包,采用持续调度的方式,确保有足够的无线资源;处于静默(Silent)状态的数据包,采用动态调度的方式,
    以便灵活处理空闲的无线资源;对于重传的数据包,无论是静默期,还是激活期,均采用动态调度的方式。

    **NOTE:**在一些RRM实现技术中,ICIC与DRA的关系不只是信息提供的关系,还是相互配合工作的关系。ICIC为了降低小区间的干扰,需要DRA采用特殊的调度策略;DRA也需要ICIC根据资源和干扰情况,采用特殊的干扰协调机制,来提高资源的使用效率。

    动态调度三要素

    DRA三要素:

    (1)动态调度的依据。
    (2)动态调度的算法。
    (3)动态调度的结果。

    下行资源调度

    上行资源调度

    UE想要发送数据的时候,先把自己要发送的数据放入缓存中,然后给领导eNodeB提交自己的缓存状态报告(Buffer State Report,BSR),同时递交上行调度请求。基站的上行调度器根据UE的缓存状态报告及其上行调度请求、上行信道状况决定给该UE调度什么样的无线资源,把调度结果通过PDCCH信道的上行调度准许(UL Grant)告知UE; UE按照领导eNodeB的指示,在上行数据承载的信道PUSCH发送业务数据。

    小区间干扰协调(ICIC)

    在LTE中,小区间干扰对系统性能的影响比小区内的干扰严重得多,主要表现在以下几点:

    1. 小区间干扰是导致无线链路信噪比(SIR)降低的主要因素,SIR降低后,LTE自适应技术就会选择比较低阶的调制方式和效率较低的编码方式,这样时、频资源承载的业务比特数就会减少。
    2. 同频干扰引起的功率控制,使一个子帧中可以使用的PRB也会相应减少,用户速率会进一步降低。
    3. 当干扰严重的时候,会导致数据传输过程中出现较多的错误比特,需要频繁的HARQ重传,这势必占用较多的系统资源,进一步降低用户速率。

    小区间干扰控制技术

    小区间干扰控制技术主要有:
    (1) 干扰随机化技术。
    (2) 干扰消除技术。
    (3) 小区间干扰协调(Inter-Cell Interference Coordination, ICIC)技术。

    干扰随机化的方法包括:加扰(Scrambling)、交织多址(Interleaving Division Multiple Address, IDMA)和跳频(Frequency Hopping)等。

    干拢消除(Interference Cancelation,IC)技术就是将服务小区、同频邻区的信号都进行解调、解码,利用小区间干扰的相关性,将各自的干扰信号、有用信号分离开来。

    小区间干扰协调(ICIC)是通过协调服务小区、邻小区选用不同的时频资源、限制发射功率大小,来避免产生较大的小区间干扰。

    小区间干扰协调技术的本质是通过对小区边缘用户无线资源的调度,降低小区间干扰的影响。本质上是一种时间、频率、功率资源的调度和控制策赂。处于服务小区边缘的用户在一个调度周期内,选择小区间干扰较低的时、频资源限制使用干扰较大的时、频资源控制干扰较大时、频资源的发射功率,以达到降低干扰和保证边缘覆盖速率的目的。

    这里面有以下两种情况:
    (1) 事前规避、过载发生之前,尽量控制干扰,减少过载发生的槪率,
    (2) 事后控制、过载发生之后,快速降低干扰,使之恢复正常工作的范围。

    事前规避的方式是提前规划好每个小区边缘用户可用的时、频资源,在哪些PRB上以大功率发送。

    频率软复用(SFR)

    软频率复用SFR是频率复用与功率控制相结合的干扰协调方法,核心思想是:中心区域用户可以使用全部资源块,但只能以低功率使用部分资源块;边界区域用户以全功率使用部分资源块

    UE是否是小区边缘用户,系统根据对服务小区和邻区的RSRP测量来判断。

    软频率复用SFR将频率资源分为若干个频率复用集,其中一个频率集作为主频,用于边缘区域的用户;其余一个频率集作为副频,用于小区中心的用户。

    根据频率复用方案是否随时间变化、随时间变化的频次,可以将软频率复用SFR方法分为三种:静态干扰协调、半静态干扰协调、动态干扰协调。

    • 静态干扰协调

    小区边缘用户固定使用预留的部分带宽资源,小区中心可使用整个带宽资源,在整个时间轴上分配的频率资源是固定不变的。

    **优点:**简单易行,信令开销较少,使用效率高。

    **缺点:**在LTE系统负荷剧烈变化的时候,无法适应小区间干扰情况的变化,缺乏灵活机动性尤其是在小区边缘处于髙负荷状态,小区中央处于低负荷状态时,难以有效地提高小区边缘性能。

    • 动态干扰协调

    频率资源的划分方案和空间分配方案,每调度周期(TTI)都会随干扰分布和负荷状态的变化而变化,即每个小区用于干扰协调的资源都会随着时间的变化而増加或者减少。

    **优点:**可以动态(每TTI)调整频率资源的划分,能够很好地适应小区间干扰分布和负荷状态的变化。

    **缺点:**产生过多的信令开销,导致系统效率的严重降低,增加系统的处理时延,对系统性能的提髙作用有限。

    • 半静态干扰协调

    频率资源的划分方案和空间分配方案可以随时间的变化而变化,但并不是时刻变化,而是根裾干扰协调的需要,经过多个TTI才会变化一次。

    **特点:**只有在干扰分布和负荷大小变化较大的时候,才进行动态资源协调,在减少信令开销的同时,适应小区间干扰变化。

    干扰协调员——HII、RNTP、OI

    • 高干扰指示(High Interference Indication,HII)

    相邻小区进行干扰及负荷状态交互的信令指示。HII指示本小区在未来一段时间将分配哪些PRB给边缘用户,相邻小区使用这些资源可能产生较高的干扰,所以在调度边缘用户的时候,邻小区尽量避免使用这些PRB。

    • 相对窄带发射功率指示(Relative Narrowband TX Power Indicator, RNTP)

    本小区PRB上的下行发送功率等级的指示,用于通知邻小区哪些PRB以高功率发送;邻小区在给边缘UE调度无线资源时,尽量避开这些PRB。

    • 过载指示(Overload Indicator, OI)

    在小区边缘高负荷的情况下,服务小区将会检测到较强的上行干扰。当基站测量的PRB 上行干扰(Interference Over Thermal Noise, IOT)超过一定门限时,即满足了 OI的触发条件,产生干扰的小区将确定干扰等级,向邻区
    发送过载指示,通知邻区,服务小区哪些资源受到上行干扰。邻区收到OI后,确认是否是由自己引起的干扰,若是则进行降干扰处理。

    降干扰措施有

    1. 在相应的PRB上降低发送功率;
    2. 不使用干扰过大的PRB,让UE使用性能好的时、频资源。

    高干扰指示HII是在中低负荷的时候,对干扰较大的PRB迸行标识的,是过载前的干扰协调机制。

    负荷过载指示OI是在系统负荷较大的时候,对已经产生的上行干扰的指示。在系统过载、半静态干扰机制无法奏效的时候,OI提供额外的保护机制,是一种事后处理策略。

    HII、RNTP、OI信息都是通过eNodeB之间的X2接口传送。

    HII和OI周期性传送可能带来较大的X2信令开销。

    OI由多比特构成的(如2〜5 bit),分为三个等级,分别表示低、中、高干扰水平。

    由于本小区和不同的相邻小区,在某一个时频资源上的干扰可能大不相同,因此需要对不同的相邻小区发送不同的HII。

    负载均衡(Load Balance,LB)

    负载均衡是指多小区间的负荷分布不均衡,甚至已经出现了较大比例的超忙小医或 者超闲小区,通过一定的协调,降低超忙小区的利用率、提髙超闲小区的利用率,使得小区间负荷分担更加均衡,在小区资源利用率和业务质量(QoS,掉话率)之间寻找到一个合适的平衡点。

    根据参与话务分流的小区范围不同,负荷均衡可以分为:

    • 基站内小区之间的负荷均衡;
    • 基站间的负荷均衡;
    • MME之间的负荷均衡;
    • 跨系统间的负荷均衡。

    负载均衡算法

    评估负载均衡算法的好坏有三个维度:

    (1) 资源利用率;

    (2) 业务QoS满意率;

    (3) 掉话率。

    系统资源利用率越高,业务QoS满意率越髙,掉话率越低,则负载均衡的算法越有效。

    负载均衡算法包括两个重要工作:过载判断、负载均衡控制。

    满足下面两个条件的时候,负载均衡算法判断为过载

    (1) 业务QoS满意率低于一个门限,RB利用率高于一个门限;

    (2) 业务QoS满意率低于一个门限,下行功率受限。

    小区负荷过载后,系统就需要启动负载均衡的控制动作,包括以下内容:

    (1) 业务保证速率GBR降速。

    (2) 释放一些优先级太高、占用资源太多业务。

    (3) 要求其他RRM配合。通知CMC变更小区重选门限、小区切换门限,让多余话务到别处去吧;通知RAC,
    本小区的接入控制严厉一些,新增话务非请莫入:通知DRA,本小区过载,寻找其他资源。

    连接移动性管理(Connection Mobility Control,CMC)

    CMC负责处理UE移动时,驻留小区或服务小区发生变化的情况下,无线资源如何使用。

    LB模块可以触发基于负载的切换,CMC又需要调用RAC决定是否切入目标小区;当允许切入目标小医的时候,需要触发源小区的RB释放过程目标小区的RB建立过程。当需要切换到异系统的时候,又会触发跨系统的RRM。

    CMC功能模块的组成

    根据UE和网络是否进行业务连接,可以把UE的状态分为以下两种:

    (1) 空闲状态(Idle);

    (2) 连接状态(Connected)。

    在空闲状态下,UE的移动性处理有PLMN选择(开机时选择网络)、小区选择(Cell Selection)或者小区重选(Cell Reselection)。

    切换三步走

    • 切换的第一步测量

    "切换"的测量由eNodeB控制(RRC层),UE进行测量(物理层)。

    测量控制的消息是eNodeB通过RRCConnectionReconfiguralion消息下发给UE。

    这个测量控制消息有测量ID、测量对象、测量报告方式、测量的物理量、测量Gap等内容。

    每一个测量ID对应一个测量对象、一个测量报告方式、一个服务小区。

    测量对象

    就是要求UE进行什么样的测量?是同频测量、异频测量,还是不同无线制式(其他RAT,如UMTS、GSM、cdma2000)之间的测量?

    测量报告方式

    指的是UE测量完成后,如何给eNodeB汇报工作?是周期性报告(Periodical Report)?还是事件触 发(Event Triggered)?

    在一般情况下,上报触发事件一次后,就会转成针对该事件的周期性汇报,直到不满足事件触发条件为止。

    服务小区

    测量过程中,需要区别小区类型:服务小区(Server Cell, 和UE正在进行业务链接的小区)、列表内小区(Listed Cell, 测量对象中列出须测量的小区)、监测小区(Detected Cell, 在测量对象中没有列出,但UE可以监测的小区)。

    • 切换的第二步判决

    eNodeB如何选择切换的目标小区呢? eNodeB 要把上报事件的所有小区集合起来生成切换目标小区列表(HO_Candidate_List)。按照配置的规则,进行目标小区列表的过滤,经过过滤以后留下的目标小区进行优先级的排列,选择最合适的目标小区切换过去。

    • 切换的第三歩执行

    切换的执行是在eNodeB控制下,eNodeB和UE共同完成业务数据转发路径,由源小区到目的小区的变更;eNodeB完成相应接口 X2/S1信令的交互;切换成功后,要完成源小区的资源释放。切换失败,UE要重新选择小区,重新建立RRC链接。

    事件及触发条件

    待看…

    切换流程

    切换分为硬切换、软切换。

    • 硬切换

    手机先释放和源小区的业务连接,然后再和新小区建立连接,是一个"释放——建立"的过程;源小区和目的小区之间是一种竞争关系,有你没我。

    • 软切换

    手机将会同时和两个或更多的小区建立业务连接,然后比较这些连接的质量好坏,选用一个最好的小区继续保持连接,其余小区释放,是一个"建立——比较——释放"的过程;源小区和目的小区之间是可以共存一段时间的。

    切换流程可以简单地分为**切换准备(Handover Preparation)、切换执行(Handover Execution)、切换完成(Handover Completion)**三个过程。

    • 切换准备

    在切换准备过程中,源小区向目的小区申请切换,告知业务信息;目的小区所在的基站进行准入控制(RAC),将准入控制结果告知源小区,源小区通知UE切换。

    基站内的两个小区间切换,无须源小区发送切换申请,直接告知源小区切换。

    在基站间的两个小区切换,流程交互需要通过基站间的X2接口。

    在不同MME所属的基站的小区间切换,流程交互则需要通过基站与MME之间的S1接口。

    • 切换执行

    在切换执行过程中,主要完成UE与源小区断开业务连接,与目的小区建立业务连接。在切换执行过程中,也需要源小区将缓冲数据、数据的系统顺序号(SN)转发给目的小区。

    在基站内的两个小区间的切换执行。

    在基站间的两个小区切换,流程交互需要通过基站间的X2接口。

    在不同MME所属的基站的小区间切换,流程交互则需要通过基站与MME之间的S1接口。

    • 切换完成

    在切换完成阶段,主要完成目标小区与SGW用户平面的切换以及源小区无线资源的彻底释放。

    在基站内的两个小区间的切换完成阶段,SGW与eNodeB的路由不变,没有用户平面的切换过程。

    在基站间的两个小区切换完成之后,UE需要重新建立经目标eNodeB到SGW的数据路由,信令流程交互需要通过基站间的X2接口。

    在不同MME所属的基站的小区间切换完成,信令流程交互则需要通过基站与MME之间的S1接口。

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