LTE上行物理层频率跳变与参考信号解析

# LTE 上行物理层频率跳变与参考信号解析 ## 1. 频率跳变选择机制 在 LTE 系统中，频率跳变的选择可以动态进行。具体而言，根据小区特定的跳变/镜像模式跳变，或者根据调度授权中的明确信息跳变，这两种方式可按需切换。 - **小区带宽小于 50 个资源块时**：调度授权中会有 1 比特来指示跳变方式。若该比特指示按调度授权信息跳变，跳变幅度固定为跳变带宽的一半。 - **小区带宽为 50 个资源块及以上时**：调度授权中有 2 比特用于指示。其中一种组合表示按小区特定的跳变/镜像模式跳变，另外三种组合分别表示跳变带宽的 1/2、+1/4 和 -1/4。 例如，当小区带宽为 50 个资源块时，不同子帧的跳变情况如下： | 子帧 | 跳变幅度 | | ---- | ---- | | 第一个子帧 | 跳变带宽的 1/2 | | 第二个子帧 | 跳变带宽的 1/4（等同于负向跳变带宽的 3/4） | | 第三个子帧 | 负向跳变带宽的 1/4 | ## 2. 上行参考信号类型 与下行链路类似，LTE 上行链路也会传输参考信号，主要有以下两种类型： - **上行解调参考信号（DM - RS）**：供基站进行信道估计，用于对上行物理信道（PUSCH 和 PUCCH）进行相干解调。它仅与 PUSCH 或 PUCCH 一起传输，且频率范围与对应的物理信道相同。 - **上行探测参考信号（SRS）**：用于基站进行信道状态估计，支持上行信道相关的调度和链路自适应。在没有数据传输但需要上行传输的情况下也可使用，比如网络进行上行定时对齐过程中估计上行接收定时时。 ## 3. 解调参考信号（DM - RS） ### 3.1 时频结构 由于上行传输对低立方度量和高功率放大器效率的要求，上行参考信号的传输原则与下行不同。为避免增加立方度量从而影响设备功率放大器效率，参考信号采用时分复用方式，即子帧内的某些 OFDM 符号专门用于 DM - RS 传输。 - **PUSCH 传输时**：DM - RS 在每个上行时隙的第 4 个符号（扩展循环前缀时为第 3 个符号）传输，每个子帧有两次参考信号传输，每个时隙一次。 - **PUCCH 传输时**：不同 PUCCH 格式在一个时隙中用于 DM - RS 传输的 OFDM 符号数量和位置不同。 一般来说，DM - RS 的频率范围与要进行相干解调的 PUSCH/PUCCH 传输的频率范围相同。对于 PUSCH 传输，应能生成对应不同带宽的参考信号，带宽为 12×N 个子载波，其中 N 为 PUSCH 传输的资源块数量。无论是 PUSCH 还是 PUCCH 传输，每个参考信号传输的基本结构相同，可定义为频域参考信号序列应用于 OFDM 调制器的连续输入，即连续子载波。对于 PUSCH 传输，频域参考信号序列长度 M = 12×N；对于 PUCCH 传输，序列长度固定为 12。 ### 3.2 基础序列 上行参考信号理想情况下应具备以下特性： - 频域功率变化小，以保证参考信号覆盖的所有频率的信道估计质量相似，这等同于发射参考信号在时域的自相关聚焦性好。 - 时域功率变化有限，使发射信号的立方度量较低。 同时，为便于为设备和小区分配参考信号序列，需要有足够数量的特定长度的参考信号序列。Zadoff - Chu 序列在频域和时域都具有恒定功率的特性，其第 q 个长度为 MZC（奇数）的 Zadoff - Chu 序列的元素可表示为： \[Z_q^k = e^{-j\pi q k(k + 1) / M_{ZC}}, 0 \leq k < M_{ZC}\] 然而，Zadoff - Chu 序列并不适合直接作为 LTE 上行参考信号序列，原因如下： - 特定长度的 Zadoff - Chu 序列数量取决于与序列长度 MZC 互质的整数个数。为最大化可用的上行参考信号数量，应优先选择素数长度的 Zadoff - Chu 序列，但上行参考信号序列长度应为 12 的倍数，并非素数。 - 对于短序列长度（对应窄上行传输带宽），即使基于素数长度的 Zadoff - Chu 序列，可用的参考信号序列数量也相对较少。 因此，对于长度大于或等于 36（对应传输带宽大于或等于 3 个资源块）的序列，基本参考信号序列（即基础序列）定义为长度为 MZC 的 Zadoff - Chu 序列的循环扩展，其中 MZC 是小于或等于参考信号序列长度的最大素数。例如，长度为 36 的参考信号序列由长度为 31 的 Zadoff - Chu 序列循环扩展得到，可用序列数量为 30 个；长度为 72 的序列，可用序列数量为 70 个。 对于长度为 12 和 24（对应传输带宽为 1 和 2 个资源块）的序列，采用基于 QPSK 的特殊序列，这些序列通过计算机搜索得到，并在 LTE 规范中明确