LTE 系統物理層架構

根據文獻[16] 3GPP Physical Layer Standard表示，LTE物理層(Physical

LTE系統將設計出不同大小之頻寬以及資源塊數量，頻寬的大小分別為1.4、

3、5、10、15以及20 MHz，共6種不同頻寬，其中對應的資源塊數量分別 為6、15、25、50、75以及100個，如表2-2所示。 波分頻多工存取 (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access, SC-FMDA) 技術，其目的為減少峰值平均功率比。

在分工模式方面，可分成三種不同的模式，分別為半雙工分頻多工模 式(half-duplex FDD)、全雙工分頻多工模式(FDD)、以及全雙工分時多工模 式(TDD)。而在移動率方面，可以支援用戶端的移動速率為350 km/h。

在多天線模式方面，下行鏈路可使用2X2、4X2、4X4的多天線傳輸模 式，上行鏈路可使用1X2、1X4的多天線傳輸模式。

在調變模式方式，可使用四位元相位偏移調變 (Quadrature Phase-Shift Keying, QPSK)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以及64QAM，以

及其他的技術，例如：功率控制、鏈路動態調整、混合式自動重送請求 (Hybrid Automatic Repeat reQuest, HARQ)，如表2-3所示。

表2-3、LTE系統相關參數[16]

Bandwidth 1.4-20 MHz

Duplexing half-duplex FDD,FDD,TDD

Mobility 350 km/h

Multiple access

Downlink OFDMA Uplink SC-FDMA

MIMO

Downlink 2X2, 4X2, 4X4 Uplink 1X2, 1X4

Modulation QPSK, 16QAM, 64QAM

Channel coding Turbo code

Other Techniques

Power control , Link adaptation ,

HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request),

Channel sensitive scheduling

在LTE系統中，資源分配方式是由資源塊(Resource Block, RB)為一 個基本的傳輸單位，其中資源塊是由時間域(Time domain)與頻率域 (Frequency domain)兩者所組合而成的。在資料傳輸的過程中最少以一 個資源塊為單位作的傳輸，在上行鏈路的資源塊為(𝑁_{𝑠𝑦𝑚𝑏}^𝑈𝐿 × 𝑁_𝑆𝐶^𝑅𝐵)個資

(𝑁_{𝑠𝑦𝑚𝑏}^𝐷𝐿 × 𝑁_𝑆𝐶^𝑅𝐵)個資源單位所建構而成，假若傳送之後的訊號經過多路 徑干擾通道時，將會造成前一個符元(symbol)的後端影響至下一個符元 的前端，這種問題稱為符元間的干擾(inter symbol interference, ISI)，如 果要解決這個干擾情形，必須在OFDM 符元的前端放入保護區間 (Guard Interval)，首先複製OFDM符元的後端信號並放入保護區間中，

則稱作是循環字首 (Cyclic Prefix, CP)，為了避免過長的循環字首，在 循環字首的方面必須限制在1/4的長度之中，以防止降低頻寬效益。循 環字首的使用方式會依據用戶所在之環境有所改變，例如在郊區以及 鄉下地區之用戶，則是使用延伸前置循環碼(Extended Cyclic Prefix)，

在市區以及都會地區之用戶，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[16]

Configuration 𝑵 _{𝒔𝒚𝒎𝒃} ^𝑫𝑳 𝑵 _𝑺𝑪 ^𝑹𝑩 𝑵 _{𝒔𝒚𝒎𝒃} ^𝑼𝑳 Normal Cyclic Prefix ∆f=15kHz 12 7 7

Extended Cyclic Prefix

∆f=15kHz 12 6 6

∆f=15kHz 24 3 N/A

一個單位資源塊，在時間軸方面為1 ms，在頻率軸方面可細分成12個 子載波，每一個子載波(∆f)為15kHz，而一個資源塊為180 kHz，如圖2-5、

圖2-6所示。

Unit Resource Block

One time slot

‧ ‧ ‧

Total System Bandwidth

180 kHz

‧ ‧ ‧

Unit Resource Block

Unit Resource Block

圖 2-5、LTE 系統之下行鏈路分配資源塊之規格[16]

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 2-6、LTE 系統之下行鏈路分配資源塊之規格[16]

根 據 LTE 系 統 中 的 分 工 模 式 方 面 可 分 類 程 分 頻 多 工 (Frequency

如圖 2-7 所示為 LTE 系統之 FDD 訊框的結構，圖中呈現出一組完整 的 FDD 訊框(Frame)，FDD 訊框的長度為 10 ms(microsecond)，其中包含 10 個子訊框(Subframe)，而每個子訊框中包含兩個時槽(time slot)，每個時槽 為 0.5 ms，每個時槽會依據循環字首的不同選擇出適當的符元長度，若使

CP Symbol #0

· · ·

CP Symbol #0

· · ·

圖 2-7、LTE 系統之 FDD 訊框結構[16]

如圖 2-8 所示為 LTE 系統之 TDD 訊框結構，圖中表示 TDD 訊框時間 長度與 FDD 訊框長度相同為 10ms，而一個完整的 TDD 訊框包含 10 個子 訊框，每個子訊框為 1ms，每一個子訊框包含 2 個時槽，每個時槽為 0.5ms，

換句話說 TDD 訊框總共有 20 時槽。在 10 個子訊框當中 Subframe-1 與 Subframe-6 為特別子訊框，特別子訊框中包含了 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot)、UpPTS(Uplink pilot Time Slot)與 GP(Guard Period)三個部份。

 DwPTS：放入 Downlink 信號。

 UpPTS：放入 Uplink 信號。

 GP：能讓 DwPTS 以及 UpPTS 有轉換的時間。

Subframe #0

One radio frame, Tframe = 10 ms

···

Tsubframe = 1 ms

Subframe #7 (special subframe #1)

DwPTS GP

UpPTS

(special subframe #6)

···

圖 2-8、LTE 系統之 TDD 訊框結構[16] Sub-carrier spacing

(kHz)

15

Sub-frame duration (ms) 0.5

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

6 12 25 50 75 100