第一章 帧格式

1.1 下行帧格式

LTE中的下行帧结构如下图1.1所示：

 http://s10/middle/5eba1ad1g810e69cf0849&690

图1.1  下行帧格式

       1个无线帧包含10个子帧、20个时隙，每个下行时隙又分为若干个OFDM符号，根据CP的长度不同，包含的OFDM符号的数量也不同。当使用常规CP时，一个下行时隙包含7个OFDM符号；当使用扩展CP时，一个下行时隙包含6个OFDM符号。（本系列只涉及常规CP以及帧格式1的情况，其它模式类似，在后面的描述里面将不再提及。）

1.2 多天线资源栅格

由于LTE引入了多天线技术，每根天线上传输的资源栅格具有一定相似性，但是由于它们对应的天线端口往往是不一样的，因此它们的资源栅格也会不一样，这主要表现在不同的参考信号的分布上，下图为多天线端口情况下的资源栅格示意图1.2：

http://s6/bmiddle/5eba1ad1g810e807211c5&690

图1.2  两个空间层资源栅格

上图红色方块为参考信号所处位置，而灰色的方块为空信号。参考信号是为了让用户对信号质量进行测量以及信道估计所用，因此对于多天线端口的情况，在某一天线端口上存在参考信号的话，那么对应的另外的天线端口相应的位置就不能够传任何信号，以避免对参考信号造成干扰。

       以上的帧格式对于所有的带宽情况都是一样的，他们不同的地方就是资源块数不一样，下表1.1列出了不同带宽下的资源块数：

表1.1 不同带宽下的资源块数

 1.3 上行帧格式      

       FDD LTE的上行帧结构在时隙以上层面完全和下行相同，而在时隙内结构也基本和下行相同，区别在于一个时隙包含7个DFT-S-OFDM块，而非OFDM符号，这是因为上行采用的是SC-FDMA技术造成，为什么这里说是DFT-S-OFDM块呢？因为上行在做资源映射之前，做了一次DFT，相当于把时域的信号先扩展到所分配的频域资源上，再做IFFT，从而变换到时域（要深刻了解这个过程还是需要另外看点OFDMA，DFT-SFDM的知识），经过这两个过程后，实际上开始的一个时域上的符号，已经映射到所分配的所有频域资源上了，而在时域上被压缩了，这看起来就像一个单载波的信号，所以不再是单纯的一个符号了，它包含了多个符号的信息。由于在同一时刻来说只有一个符号了，那么也就不存因为多载波而造成PAPR了。我们可以看一下，下面这个图【2】（从安捷伦的讲座截取的）。

http://s2/middle/5eba1ad1g810e8d856cf1&690

图1.3 OFDMA与SC-FDMA资源映射比较

从上图可以一目了然的看出它们的区别，对于上面这个例子来说，用户分配了4个子载波，对于OFDMA来说，每一调制信号符号占用一个子载波的频带，而在时域上占用一个OFDMA符号的长度，而对于SC-FDMA来说，它的最初的调制信号符号占用了4个子载波的频带，但是在时域上压缩为OFDMA符号的四分之一。

    （在这里顺便提一下为什么上行选择SC-FDMA，LTE不采用OFDM做上行，而采用SC-FDMA的主要原因是为了降低峰均比，一般的解释是SC-FDMA最后发送的时域上的数据而不是频域上的数据，因此PAPR会很低，但是为什么时域上的数据的PAPR就低呢？其实它等同于单载波，PAPR当然低，而关键的区别在于OFDM每个子载波上的相位是随机的，能量是固定的，而SC-FDMA的所谓的子载波上相位是有规律的，能量是不一样的，所以它在叠加之后，其实相当于串行发送。首先，SC-FDMA调制后信号是时域信号，本身这个时域信号就是QAM调制信号（PAPR很低，都归一化在1附近了），经过M点的DFT后，变换至频域上，然后映射至N点FFT大小的M点上，其中映射方式可以集中式或者分散式的。然后再经过N点的IFFT再变换至时域上。其中对于分散式映射，IFFT之后的时域信号相当于DFT之前时域信号的重复(N/M，假设能整除)，所以其PAPR也会很低；对于集中式映射，相当于在频域上边带添0，这样IFFT之后的时域信号相当于对DFT之前时域信号进行插值，由于原来的时域信号的PAPR低，所以插值之后时域信号的PAPR依然很低。最直观还是图1.3所示。）

    由于上行采用的是SC-FDMA技术，因此为了保持上行的单载波特性，在物理信道的设置，参考信号的分布都有很大的不同，下图以一个时隙的上行资源块为例：

http://s9/middle/5eba1ad1g810e992d6a18&690

图1.4 上行资源块格式

1.4 上下行资源块映射与调度（待续）