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LTE-上下行参考信号详解

LTE参考信号

LTE参考信号 (1)

1.下行参考信号 (2)

1.1下行参考信号的作用和分类 (2)

1.2Cell-specific参考信号(Cell-specificRS) (3)

1.2.1序列产生 (3)

1.2.2资源映射 (3)

1.3MBSFN参考信号(MBSFNRS) (6)

1.3.1序列产生 (6)

1.3.2资源映射 (7)

1.4UE-specific参考信号(UE-specificRS) (9)

1.4.1序列产生 (10)

1.4.2资源映射 (10)

1.5三种参考信号的比较 (12)

2.上行参考信号 (13)

2.1上行参考信号的作用和分类 (13)

2.2上行参考序列的产生 (15)

2.3序列组跳 (17)

2.3.1组跳变-u (18)

2.3.2序列跳变-v (20)

2.4解调参考信号 (22)

2.4.1PUSCH 解调参考信号 (22)

2.4.2PUSCH 解调参考信号 (23)

2.5探测参考信号 (25)

2.5.1序列生成 (25)

2.5.2物理资源映射 (26)

2.5.3探测参考信号子幀配臵 (27)

1.下行参考信号

1.1下行参考信号的作用和分类

下行参考信号有以下目的：

（1）下行信道质量测量。

（2）下行信道估计，用于UE端的相干检测和解调。

Rel10中：

Cell-specificRS：用于除了不基于码本的波束赋形技术之外的所有下行传输技术的信道估计和相关解调，在天线端口{0}或{0,1}或{0,1,2,3}上传输。

UE-specificRS：专用于数据的解调，只需要对一个特定的移动台在它发射的数据块中的资源快中发射，不需要像原来的小区特定参考信号那样在整个频带发射。支持PDSCH的单天线端口传输，在天线端口5或7或8或{7,8,…,v+6}上传输，其中v为层数，最大为8。

MBSFN参考信号：用于MBSFN的信道估计和相关解调。在天线端口{4}上传输。

P-RS：主要用于定位。在天线端口6上传输。

CSI-RS:专用于LTE-A下行链路传输的信道估计，在天线端口{15}或{15,16}或15，16,17,18}或{15,16,17,18,19,20,21,22}上传输。

CSI-RS,C-RS,UE-RS应用场景

有论文中提及，LTE-A中如果下行8天线也采用LTE的C-RS做信道估计和数据解调，会使导频开销增加，使数据速率降低，难以满足LTE-A对系统峰值速率的需求，故LTE-A采用解调参考信号代替CRS用于下行数据解调。在LTE-A 中没有设计8端口的CRS，因此引入了新的测量参考信号CSI-RS来顶替原有CRS的信道估计功能，从而保证基站能根据UE上报的CSI信息进行多用户调度。

无论CSI采用何种反馈模式，只有当LTE-AUE被配臵到TM9模式时，UE 才使用CSI-RS做信道估计，其他模式时UE都采用C-RS做信道估计。

在LTE-A中，C-RS，CSI-RS，DM-RS的使用方式有三种可能，即CRS，CRS+D-RS，CSI-RS+D-RS。对于空间复用的预编码，如果是做基于码本的预编码，则不需要做基于D-RS的空间复用预编码。对于传输分集的预编码，个人理解，也不需要D-RS。

至于时频位臵，CRS和其他两种参考信号的位臵肯定不重复，D-RS和CSI-RS 参考信号的时频位臵会有重叠，但是可以用正交码加以区分。

对于LTE-A中，上述三种参考信号的使用方式，还要再参考标准36.213。

但是在一篇论文中也看到这样一句话：“CSIRS 用来进行CSI 估计（CQI/PMI/RI ），是小区专用的导频，并且R8的CRS 和R10的CSIRS 不混合使用。目前对设计CSIRS 的一些基本原则达成了一致，还没有确定最后CSIRS 的设计。”

每个下行链路天线端口传输一个参考信号。

1.2 Cell-specific 参考信号(Cell-specificRS)

在支持non-MBSFN 传输的小区中，Cell-specificRS 在所有下行子帧中发送。若一个子帧用于MBSFN 传输，则仅该子帧的前两个OFDM 符号用于Cell-specificRS 传输。

Cell-specificRS 在0-3天线端口中的一个或多个端口传输。 Cell-specificRS 仅定义在kHz 15=?f 时。 1.2.1 序列产生

序列的产生，关注序列生成公式（相同），序列长度（不相同），初始序列（不相同）；

参考信号序列

)

(s ,m r n l 定义为：

()()12,...,1,0 ,)12(212

1)2(212

1)(DL

max,RB ,s -=+?-+?-=

N m m c j

m c m r n l

其中，s n 是一个无线帧中的时隙号，l 是一个时隙中的OFDM 符号号。伪随机序列)(i c 在7.2节定义。在每个OFDM 符号的起始位臵，伪随机序列产生器使

用

()()()

CP cell

ID cell ID s N N N l n c +?++??+++??=212117210init 进行初始化，其中 ?

??=CP extended for 0CP

normal for 1CP N

1.2.2 资源映射参考信号序列

)

(s ,m r n l 按照下式映射到复数调制符号

)

(,p l

k a 上，作为时隙s n 天线

端口p 的参考信号：

)'(s ,)(,m r a n l p l k =

其中

(){}{}DL RB

DL max,RB DL RB DL symb

shift 12,...,1,03,2 if 11,0 if 3,06

mod 6N N m m N m p p N l v v m k -+='-?=?????∈∈-=++= 由上面的协议可以看出：

天线端口0、1每个时隙有两个OFDMA 符号上有RS ，天线端口2、3只有1个OFDMA 符号上有RS 天线端口2、3只有天线端口0、1一半的RS 符号。

这些参考信号可分为两列：第1参考信号和第2参考信号。第1参考信号位于每个0.5ms 时隙的第1个OFDM 符号，第2参考信号位于每个时隙的倒数第3个OFDM 符号。第1参考信号位于第1个OFDM 符号有助于下行控制信号被尽早解调。

每个时隙插入两行RS 既可以在典型的运动速度下获得满意的信道估计性能，RS 的开销又不是很大。

变量v 和shift v 定义了不同参考信道的频域位臵：

??????????

?=+=≠===≠====3

if )

2mod (332 if )2mod (30 and 1 if 0

and 1 if 30 and 0 if 30

and 0 if 0s s p n p n l p l p l p l p v

cell-specific 频偏定义为

6m od cell

ID shift N v =。备注：

在频域上，每6个子载波插入一个参考信号，这个数值是在信道估计性能和RS 开销之间求取平衡的结果，RS 过疏则信道估计性能无法接受；RS 过密则会造成RS 开销过大。每6个子载波插入一个RS 既能在典型频率选择性衰落信道中获得良好的信道估计性能，又能将RS 控制在较低水平。

在一个时隙中用于任意一个天线端口参考信号传输的RE ()l k ,，将不用于该时隙任何其它天线端口的任何传输，该RE ()l k ,位臵设臵为零。

图6.10.1.2-1和6.10.1.2-2给出了用于Cell-specificRS 传输的RE 。p

R 表

示在天线端口p 传输参考信号的一个RE 。

O n e a n t e n n a p o r t

T w o a n t e n n a p o r t s

Resource element (k,l )

Not used for transmission on this antenna port

Reference symbols on this antenna port

F o u r a n t e n n a p o r t s

even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 0even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 1even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 2even-numbered slots odd-numbered slots

Antenna port 3

Figure6.10.1.2-1.下行参考信号映射(普通CP).

备注：

第0参考信号和第1参考信号在频域上是交错放臵的。而且，下行参考信号的设计还必须有一定的正交性，以有效地支持多天线并行传输（最多需支持4个并行流），实际上通过在时域上错开放臵第2与第3参考信号来解决这个问题

在单天线的时候，其实它也假设是同时存在天线端口0，1的，因此，对应到天线端口1的资源粒子是空着的，不能使用。这有个好处就是不会对其它系统配臵，比如说另外同时存在的支持两天线端口的系统的参考信号造成干扰，因此单天线端口的图应该画成如下：

O n e a n t e n n a p o r t

T w o a n t e n n a p o r t s

k,l )

F o u r a n t e n n a p o r t s

even-numbered slots odd-numbered slots

Antenna port 0

Antenna port 1

Antenna port 2

Antenna port 3

even-numbered slots odd-numbered slots

Figure6.10.1.2-2.下行参考信号映射(扩展CP).

1.3 MBSFN 参考信号(MBSFNRS)

MBSFNRS 仅在分配用于MBSFN 传输的子帧发送。MBSFNRS 在天线端口4发送。

MBSFNRS 仅支持扩展CP 。 1.3.1 序列产生

MBSFNRS 序列)(s ,m r n l 定义为

()()16,...,1,0 ,)12(212

1)2(212

1)(DL

max,RB ,s -=+?-+?-=

N m m c j

m c m r n l

其中，s n 是一个无线帧中的时隙号，l 是一个时隙中的OFDM 符号号。伪随机序列)(i c 在7.2节定义。在每个OFDM 符号的起始位臵，伪随机序列产生器使

用()()()

M BSF N

ID M BSF N ID 9init 121172N N l n c s ++??+++??=进行初始化。

1.3.2 资源映射

OFDM 符号l 中的参考信号序列)(s ,m r n l '映射到天线端口4的复数调制符号

)

(,p l k a 上：

)(s ,)

(,m r a n l p l k '=

其中

()

DL RB

DL max,RB DL RB s s s s 316,...,1,0kHz

5.7 and 12mod if 2,0kHz 5.7 and 02mod if 1kHz 15 and 12mod if 4,0kHz 15 and 02mod if 2

kHz

5.7 and 0 if 24kHz 5.7 and 0 if 4kHz 15 and 0 if 12kHz 15 and 0 if 2N N m m N m f n f n f n f n l f l m f l m

f l m f l m

k -+='-=??????

?=?==?==?==?==??????

?=?=+=?≠=?=+=?≠= 图6.10.2.2-1给出了kHz 15=?f 时，用于MBSFNRS 传输的RE 。当在MBSFN

专用小区中(kHz 5.7=?f )时，MBSFNRS 的RE 映射如图6.10.2.2-3所示。p R

表示

在天线端口p 传输参考信号的一个RE 。

=l 5=l 0

l 5

=l even-numbered slots odd-numbered slots

Antenna port 4

Figure6.10.2.2-1:MBSFN 参考信号映射(扩展CP,kHz 15=?f )

even-numbered slots

Antenna port 4

odd-numbered slots

Figure6.10.2.2-3:MBSFN 参考信号映射(扩展CP,kHz 5.7=?f )

1.4 UE-specific 参考信号(UE-specificRS)

UE-specificRS 基于PDSCH 的单天线端口传输，使用天线端口5。由高层通知UEPDSCH 中是否存在UE-specificRS 和UE-specificRS 是否用于PDSCH 解调。UE-specificRS 只在PDSCH 映射的资源块进行传输。若在端口5以外的其它天线端口的()l k ,位臵传输了6.1节定义的其它物理信道或物理信号，则在端口5的该资源元素()l k ,位臵不传输UE-specificRS[R1-090436]。

1.4.1 序列产生

UE-specificRS 序列)(m r 定义为

()()11210 ,)12(212

1)2(212

1)(PDSCH

-=+?-+?-=

N ,...,,m m c j

m c m r

其中，PDSCH RB N 为对应PDSCH 传输的资源块带宽。伪随机序列)(i c 在7.2节定

义。在每个子帧的起始位臵，伪随机序列产生器使用

??()()

RN TI 16cell

ID s init 21212n N n c +?+?+=进行初始化，其中RNTI n 由文献[4]中7.1节

定义[R1-090439]。

1.4.2 资源映射

在一个分配为PDSCH 传输的PRB(频域检索为B

PR n )上，参考信号序列)(m r 映

射到天线端口5的复数调制符号

)

(,p l

k a 上：

普通CP:

)'3(PD SCH

)(,m N l r a p l k +?'?= {}{}1

3,...,1,0'1

2mod if 2,302mod if 1,035221

6036,5 if 4mod )2(4m'3,2 if '4mod )(PDSCH

RB s s shift shift PRB

sc RB sc -=??

?==='????

?='='='='=??

?∈++∈+='?+'=N m n n l l l l l l l v l v m k n N N k k 扩展CP:

)'4(PD SCH RB

)

(,m N l r a p l k +?'?=

4,...,1,0'1

2mod if 1,20

2mod if 011}2,0{41 if 3mod )2(3m'4 if '3mod )(PDSCH

RB s s shift shift PRB

sc RB sc -=??

?==='??

?='∈'=??

?=++=+='?+'=N m n n l l l l l v l v m k n N N k k 其中，'m 是PDSCH 分配的传输带宽内，一个OFDM 符号上UE-SpecificRSRE

的计数器。

cell-specific 频偏定义为

3mod cell

ID shift N v =。映射按照分配给对应PDSCH 传输的PRB 的频域检索

PR n 的升序进行。

PDSCH

N 为对应PDSCH 传输的带宽(RB 数目)。

图6.10.3.2-1给出了普通CP 下用于UE-specificRS 的RE 图样。图6.10.3.2-2给出了扩展CP 下用于UE-specificRS 的RE 图样。

R 表示在天线端口p 传输参考信号的一个RE 。

=l even-numbered slots

odd-numbered slots

Antenna port 5

=l 6

=l 6=l

Figure6.10.3.2-1:UE-specific 参考信号映射(普通CP)

=l even-numbered slots odd-numbered slots

Antenna port 5

=l 5

=l 5=l

Figure6.10.3.2-2:UE-specific 参考信号映射(扩展CP)

1.5 三种参考信号的比较

● LTE

下行参考信号特点：

? RS 本质上是终端已知的伪随机序列

? 对于每个天线端口，RS 的频域间隔为6个子载波 ? 被参考信号占用的RE ，在其它天线端口相同RE 上必须留空

? 天线端口增加时，系统的导频总开销也增加，可用的数据RE 减少 ? LTE 的参考信号是离散分布的，而CDMA/UMTS 的导频信号是连续的 ?

RS 分布越密集，则信道估计越精确，但开销越大，影响系统容量

2.上行参考信号

2.1上行参考信号的作用和分类

支持两种上行参考信号：

-解调参考信号，与PUSCH或PUCCH相关联

-探测参考信号，与PUSCH或PUCCH不关联

解调参考信号和探测参考信号具有相同的基本序列集合

由于LTE上行采用单载波FDMA技术，因此参考信号和数据是采用TDM方式复用在一起的。上行参考信号用于如下两个目的。

（1）上行信道估计，用于eNodeB端的相干检测和解调。-DMRS

（2）上行信道质量测量。-SRS

由于上行参考信号发送是在取得上行同步后进行的，因此和下行相似，也可以设计正交的上行参考信号，用于如下目的。

（1）支持UE的上行多流MIMO。

（2）实现eNodeB内不同UE之间的正交参考信号

DMRS：对于用于解调的参考信号（DeModulationReferenceSignal，DMRS），在LTE上行，由于不同UE的信号在不同的频带内发送，因此，如果每个UE的参考信号是在该UE的发送带宽内发送，则这些参考信号自然以FDM方式互相正交。——类似下行的DRS

SRS:为了支持频率选择性调度，UE需要对较大的带宽进行探测，远超过其目前传输数据的带宽。换句话说，信道探测参考信号（SoundingReferenceSignal，SRS）是一种“宽带的”参考信号。多个用户的SRS可以采用分布式FDM或CDM的方式复用在一起。在UE数据传输带宽内的SRS也可以考虑用做数据解调。——类似下行的CRS

从上面图可以知道上行解调参考信号处于一个时隙的中间（扩展CP不同），而探测信号处于一个子帧的最后一个符号上面，这样的设计的目的：

1.对于解调参考信号，它可以较好的提供信道估计

2.对于探测信号，处于子帧的末端，可以不影响资源的整体分配

由于为了保持上行的单载波特性，对于同一个UE来说，在一个子帧里不会同时传输PUCCH以及PUSCH，在此节的介绍中只介绍PUSCH的解调参考信号以及探测信号，而对于PUCCH的解调参考信号跟PUSCH类似。

2.2上行参考序列的产生

一般来说，信道估计只需要针对PUSCH，PUCCH的传输带宽来进行，因此，参考信号的带宽，也就是参考信号序列的长度，应该等同于PUSCH/PUCCH中的子载波数目

跟序列分为两类：

由上面的协议可以看出：

上行参考信号的是通过跟序列循环移位产生的，跟序列与参考序列的长度相关；

为了将可用的参考序列分配给不同的小区，LTE将参考信号序列分成30个组，每个组内包含：

（1）：1个参考信号序列，对于长度小于或等于60的参考序列。

（2）：2个参考信号序列，对于长度大于或等于72的参考序列。

由于只有对于长度大于或等于72的参考序列，可用的参考序列的个数大于60，才可能

在每个序列组中分配两个参考序列。

u是组号=（0,1,2，，，29） v是组内序列号=（0）或（0,1）

上行序列生成流程：

2.3序列组跳

上行参考信号支持序列组跳（RSsequence-grouphopping），它由上层RRC的信令控制。分配给一个小区的序列组由物理小区ID确定的，对于PUSCH 和PUCCH传输来说，它们的序列组可以不同，UE通过同步信号获得物理小区ID,从而就可以推导出相应的序列组。

所谓序列组跳，是指小区在不同的时系内，使用不同序列组内的参考序列。序列组跳的设臵，由在SIB2中广播的参数“groupHoppingEnabled”来决定。在非序列组跳转的情况下，也就是说，在不同的时系内，小区的参考序列都来自同一个参考序列组。

在PUCCH的情况下，序列组的序号是小区的PCI模30后的余值。其中，PCI在0到503之间取值。对于PUSCH使用的序列组是通过SIB2中的参数“groupAssignmentPUSCH”来显式通知UE的。这样做的目的是允许相邻的小区使用相同的参考信号根序列。通过相同根序列的不同循环移位来使相邻小区的不同UE之间的RS相互正交

2.3.1组跳变-u

有17种不同的跳变模式和30种不同的序列移位模式。序列组跳变可以设为使能或不能，通过高层提供的参数Group-hopping-enabled。

由上面的协议可以看出：

LTE将参考信号序列分成30个组（0,1,2，，，，29）；

504个PCI有17种不同的跳变模式，所以最多30个PCI可以具有相同的序列组跳图样，需要通过序列移位来最小化参考信号的冲突以及小区间干扰，所以需要

30种不同的序列移位模式；

由上面的协议可以看出：

PUCCH和PUSCH有相同的跳变模式但可能具有不同的序列移位模式；

跳变模式又时隙号和PCI确定；

序列移位模式又高层配臵和PCI确定；

2.3.2序列跳变-v

使用group hopping和sequence hopping的主要目的都是为了随机化小区间（inter-cell）的参考信号干扰。基本过程如下：