上行链路数据传输技术介绍

上行链路用户数据通过PUSCH进行传输，该信道具有10ms长的帧结构，它建立在时域和频域资源分配的基础上，时域和频域的分配周期分别为1ms和180kHz。资源分配来自于eNodeB处的调度器，如图5-4所示。因此，对于设备来说，没有固定的资源，也不需要事先从eNodeB获取信令，只有采用随机接入资源的方法。为了实现这种用途，设备需要为上行链路调度器提供传输要求（缓冲器状态）以及可用传输功率资源等信息。使用的信令是MAC层信令，我们将在第6章中进行介绍。

图5-4 由eNodeB调度器控制的上行链路资源分配

帧结构采取0.5ms的时隙结构，并使用了2个时隙（1个子帧）的分配周期。稍短的0.5ms分配周期（3GPP最初采用该分配周期，来最大限度地降低往返时间）会导致信号密度非常大，尤其是当用户数目非常大时。10ms帧结构如图5-5所示。该帧结构既适用于FDD模式，也适用于TDD模式，但TDD模式为帧中上行链路/下行链路过渡点留有附加域，这一点我们将在第12章中进行介绍。

图5-5 LTEFDD帧结构

在0.5ms时隙中，除了信令之外，既有参考符号，又有用户数据符号，我们将在后面节中进行介绍。用户瞬时数据速率作为上行链路资源分配的函数，随着分配的瞬间带宽变化而变化。分配带宽的变化范围为0～20MHz，步长为180kHz。由于上行链路传输是FDMA调制，一次只传送一个符号，因而带宽分配是连续的。连续TTI之间的时隙带宽调整如图5-6所示，数据速率加倍会导致所用的带宽加倍。参考符号通常会在时域中占据相同的位置，因而数据速率增加会造成参考符号数据速率的增加。

图5-6 上行链路方向TTI之间的数据速率

上行链路中的循环前缀有两种可能值，根据采用的是短循环前缀还是扩展循环前缀来决定。其他参数保持不变，因而0.5ms时隙能够容纳6个或7个符号，如图5-7所示。如果采用扩展循环前缀，则数据净荷缩短，但这种情况不常用。由于信道时延扩展要比循环前缀长得多，如果0.5ms时隙包含7个符号，则它对性能的提升远大于符号间干扰导致的性能下降。

因此，在1ms子帧上形成的瞬时上行链路数据速率是调制方式、分配资源块数、控制信息开销大小以及使用的信道编码速率的函数。从物理层资源计算得出的瞬时上行链路峰值数据速率变化范围为700kbit/s～86Mbit/s。在Release8中，并未对多天线上行链路传输做出规定，因为从成本和复杂性角度考虑，在一个UE中使用多个发射机天线是不经济的。每个UE的瞬时数据速率取决于LTE上行链路的：

图5-7 具有短循环前缀和扩展循环前缀的上行链路时隙结构

1）采用的调制方法，根据QPSK、16QAM和64QAM调制阶数的不同，每个调制符号长度分别为2bit、4bit或6bit。(www.xing528.com)

2）使用的带宽。对于1.4MHz的带宽，由于通用信道和同步信号的缘故，开销是最大的。瞬时带宽变化范围下限为最少分配12个子载波（每个资源块带宽为180kHz），上限为系统带宽（分配1200子载波带宽为20MHz）。

3）所采用的编码速率。

4）平均数据速率，它也取决于时域资源分配。

当采用虚拟多输入多输出（Virtual Multiple Input Multiple Output，V-MIMO）技术时，针对蜂窝或扇区的最大数据总吞吐量将会增加。在V-MIMO中，eNo-deB将对来自于两个不同UE（每个UE安装有一个传输天线）的传输作为一个MIMO传输进行处理，并根据针对UE的上行链路参考符号序列，将数据流分离开来。这样，V-MIMO不会对单个用户最大数据速率产生任何影响。5.10节描述考虑UE类型后的最大数据速率，而第9章则将介绍每种带宽的最大数据速率。

针对LTE用户数据选择的信道编码方式是Turbo编码。编码器是并行级联卷积码（Parallel Concatenated Convolution Code，PCCC）类型的Turbo编码器，与WCDMA/HSPA中使用的编码器一样，参考文献[5]对此进行了分析。通过对WCDMA中的Turbo交织器进行修正，使其能够更好地适应LTE特性和时隙结构，并支持更大的灵活性，以利于具有增强数据速率的并行信号处理实现。

LTE也会用到物理层重传合并，也就是我们经常所说的混合自动请求重传（HARQ）。在物理层HARQ运行中，接收机也存储具有失败循环冗余校验（Cy-clic Redundancy Check，CRC）信息的分组，并在接收到重传消息后，与接收到的分组进行合并。因此，容易实现具有相同重传的软合并以及与增量冗余的合并。

上行链路的信道编码链如图5-8所示，数据和控制信息分别进行编码，然后分别映射到不同的符号上进行传输。由于控制信息位于参考符号附近特定位置，因而物理层控制信息是单独进行编码，然后将其放置在调制符号的预定义集中（但由于使用的是相同的调制方法，因而感觉好像是与数据同时进行传输的）。因此，图5-8中的信道交织器并不意味着要实现控制和数据之间真正意义上的联合交织。

在资源元素级，数据和控制信息是时分复用的。控制信息不服从均匀分布，但它要么在时域最靠近参考符号，要么填充如图5-9中的顶行，主要取决于控制信息的类型（我们将在5.6节中进行介绍）。控制信息是分别进行调制的，调制也是在1msTTI内完成。

图5-8 PUSCH信道编码链

图5-9 上行链路控制信息和数据的复用