LTE 系統物理層架構

根據3GPP Physical Layer Standard [23]，LTE在物理層(Physical Layer, PHY Layer)發展了新的資源傳輸模型以取代3G電信架構，為了使頻段可靈活地運用，

系統設計傳輸頻寬在1.4-20 MHz間，如表2-2所示。

表 2- 2、LTE 系統相關參數[23]

Channel bandwidth BW_channel [MHz]

Transmission bandwidth configuration N_RB

Transmission bandwidth configuration BW_config

[MHz]

Flat rate pricing pushes efficiency

Other Technologies push Wireless capabilities

LTE targets

Fig. 1. Driving forces for LTE development [13]

LTE下行鏈路中使用正交分頻多工技術(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, OFDMA)，而上行鏈路使用單載波分頻多工技術(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access, SC-FMDA)，支援之分工模式有全雙工分頻多 工模式(FDD)、半雙工分頻多工模式(half-duplex FDD)以及全雙工分時多工模式 (TDD)。支援用戶端移動速度可達350 km/hr，調變方式支援四位元相位偏移調變 (Quadrature phase-shift keying, QPSK)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 與64QAM，其餘服務技術如支援混合式自動重送請求(HARQ)、省電模式以及鏈 路動態調整機制，如表2-3所示。

表 2- 3、LTE 系統相關參數[23]

Bandwidth 1.4-20 MHz

Duplexing FDD, TDD, half-duplex FDD

Mobility 350 km/hr

Multiple access

Downlink OFDMA Uplink SC-FDMA

MIMO

Downlink 2 X 2, 4 X 2, 4 X 4 Uplink 1 X 2, 1 X 4

Modulation QPSK, 16-QAM, 64-QAM

Channel coding Turbo code

Other techniques

Channel sensitive scheduling , Link adaptation,

Power control,

HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)

LTE系統在資源分配中以RB (Resource Block)當作基本的傳輸單位，在RB中 包含了頻率(Frequency)和時間(Time)的集合。LTE系統規格書[23]指出，最小資源 分配單位為一個RB(Resource Block)資源塊，單一個RB在上行鏈路(uplink)由 )資源單位(resource element)構成，在下行鏈路則是( 個 資源單位。傳送訊號在通過多重路徑干擾的通道後，會造成前一個符元(symbol) 的後端部份干擾到下一個符元的前端，此稱之為符元間的干擾(inter symbol interference, ISI)，為克服ISI的問題，在OFDM 符元前端加入一保護區間(Guard Interval)，複製OFDM symbol後半段信號並擺放於保護區間內，稱之為前置循環 (cyclic prefix, CP)。LTE系統之資源塊RB依據用戶使用環境區分cyclic prefix和 OFDM symbol，在郊區或是鄉村環境之用戶，因為受其都卜勒效應(Doppler effect) 之影響，所以使用延伸前置循環碼 (Extended cyclic prefix)，在市區環境之用戶則 是使用一般前置循環碼(Normal cyclic prefix)，如表2-4所示。

表 2- 4、LTE 資源塊(Resource Block) 相關參數[23]

Configuration

Normal cyclic prefix f=15kHz 12 7 7

Extended cyclic prefix f=15kHz 12 6 6

f=15kHz 24 3 N/A

一單位RB在時間上為1 ms，在頻率軸包含12個子載波，單子載波 f)為15kHz，

固一個RB為180 kHz，如圖2-7、2-8所示。

Unit Resource Block

One time slot

‧ ‧ ‧

Total System Bandwidth

180 kHz

‧ ‧ ‧

Unit Resource Block

Unit Resource Block

圖 2- 7、LTE 下行鏈路分配資源 RB 之規格 (資料來源：[12-14][23])

12 subcarriers Resource Block:

7 symbols X 12 subcarriers (short CP), or;

6 symbols X 12 subcarriers (long CP)

Control Channel Region

Downlink slot

圖 2- 8、LTE 下行鏈路分配資源 RB 之規格[12-14][23]

(資料來源：[12-14][23])

根據出版書目[12-14]以及 3GPP Standard TS 36.211[23]，LTE 系統在分工模 式可分為分頻多工(Frequency-Division Duplexing, FDD)與分時多工(Time-Division Duplexing, TDD)，如下圖所示。

圖 2-9 為 LTE 系統中 FDD 訊框結構，一個完整的訊框(Frame)長度為 10 ms(microsecond)，包含 10 個子訊框(subframe)，1 個子訊框中有兩個時槽(time slot)，

每個時槽為 0.5 ms，根據前置循環字首(cyclic prefix)的不同，在使用一般前置循 環字首(normal CP)時，資源區塊在時間的長度為 7 個符元(symbol)；而使用延伸 前置循環字首(extended CP)時，資源區塊在時間的長度為 6 個符元。

Slot #0 Slot #1 Slot #3 Slot #19 Slot #20

One radio frame, Tframe = 10 ms

One subframe

One slot, Tslot = 0.5 ms

Slot #2

· · · · ·

CP Symbol #0

· · ·

CP Symbol #0

· · ·

圖 2- 9、LTE 系統之 FDD 訊框結構 (資料來源：[23])

圖 2-10 為 LTE 系統之 TDD 訊框結構，訊框長度同 FDD 訊框長度為 10ms，

其中包含了 10 個子訊框，固單個子訊框為 1ms，亦可換算總共有 20 時槽，每個 時槽為 0.5ms。圖 2-6 中之 subframe-1 與 subframe-6 為特別子訊框，其中包含三 個部份分別為各為 DwPTS(downlink pilot time slot)、GP(guard period)與

UpPTS(uplink pilot time slot)。

 DwPTS(downlink pilot time-slot)：擺放 downlink 信號

 UpPTS(uplink pilot time-slot)：擺放 uplink 信號，例如 SRS 信號

 GP(guard period)：使 DwPTS 與 UpPTS 有轉換時間 (special subframe #1)

DwPTS GP

UpPTS

(special subframe #6)

···

圖 2- 10、LTE 系統之 TDD 訊框結構[23]

Sub-frame duration (ms) 0.5

Sub-carrier spacing (kHz) 15

Sampling frequency (MHz) 1.92 3.84 7.68 15.36 23.04 30.72

FFT size 128 256 512 1024 1536 2048 OFDM symbol per slot

(short/long CP)

7 / 6

PRB bandwidth (kHz) 180

Number of available PRBs 6 12 25 50 75 100