LTE上行物理层传输机制（3）-上行物理信道和参考信号的位置

1.上行传输机制
与下行类似，当UE需要给eNB传递信息时，也是通过物理信道和参考信号发送的。上行物理信道包括PRACH随机接入信道、PUCCH控制信道、PUSCH共享信道，上行参考信号包括解调参考信号DMRS（Demodulation Reference Signals）和侦听参考信号SRS（Sounding reference signal）。它们的作用分别是：

（1）PRACH信道用于传输前导码，这个已经在随机接入过程中介绍了，此处不再说明。 （2）PUCCH信道按照承载信息类别的不同，划分为两种不同的格式，分别为PUCCH格式1/1a/1b和PUCCH格式2/2a/2b，不同的PUCCH格式作用稍有不同。PUCCH格式1/1a/1b用于传输SR和/或HARQ ACK/NACK的UCI（Uplink Control Information）上行控制信息，而PUCCH格式2/2a/2b则用于传输CQI/PMI/RI和/或HARQ ACK/NACK的UCI上行控制信息。 上行控制信息UCI是PUCCH信道中承载的具体内容，类似于DCI是PDCCH信道中承载的内容。我们知道DCI包括了很多格式，比如DCI0/1/1A/2/2A/3/3A等，UCI也有不同的类型，比如SR/ACK/NACK/CQI/PMI/RI等等。关于更详细的UCI方面的内容，在以后的博文中再继续介绍。 （3）PUSCH信道可以传输层2的PDU、层3的信令、UCI控制信息以及用户数据。 （4）DMRS参考信号是eNB用来对上行PUSCH或PUCCH作相干解调而进行的信道估计用的，eNB可以通过检测DMRS解调参考信号来评估上行信道，从而获取信噪比SINR等参数，类似于UE通过检测小区专用参考信号CRS来评估下行信道的CQI。DMRS需要伴随着PUCCH或PUSCH一起传输，类似于GSM中的SACCH信道，既可以伴随SDCCH信道传输，也可以伴随TCH信道传输。    （5）SRS参考信号被eNB用来进行信道状态的估计，以支持上行信道资源的自适应调度，作用与DMRS类似，都可以计算得到信噪比SINR，但需要注意： 第一，如果某个UE在上行子帧n中没有上行传输，即没有任何信息需要通过PUCCH或PUSCH传输，那么由于DMRS是伴随信号，所以在子帧n中也就没有DMRS参考信号了，但此时仍然存在着SRS信号。在很多时候，上行子帧里是没有PUCCH和PUSCH信道的，也就没有DMRS参考信号，此时eNB可以对SRS信号进行评估获取SINR，为上行调度提供依据。 第二，DMRS是和PUCCH或PUSCH伴随着传输的，因此是从相同的频率位置对上行信道进行的评估，而SRS信号并不伴随PUCCH或PUSCH一起传输，因此是从不同的频率位置对上行信道进行的评估。对于同一个UE，如果同一个上行子帧同时存在这两种参考信号，那么eNB如何使用两种不同的SINR，是由设备厂家的算法决定的。从后文的图5和图6，可以看到这两个参考信号的位置是不同的。 第三，通过对SRS的检测，还可以获取当前上行时间提前量TA值，该TA值可以上报给MAC，由MAC通过PDU配置到UE侧。

2.上行物理信道在子帧中的位置
与下行不同的是，PUCCH控制信道分布在带宽高低频率的两端，如图1所示。每个PUCCH信道也都需要一个RB对承载，组成这个RB对的两个RB分别位于带宽的高低频率两侧。比如m=0的PUCCH信道，第一个时隙的RB位置位于RB-ID号最小的地方，即RB0，第二个时隙的RB位置则位于整个带宽RB-ID号最大的地方。由于同一个RB不能同时传输PUCCH和PUSCH，因此除了PUCCH实际占用的RB外，其余的RB均可以用于PUSCH信道的传输。对于同一个UE而言，同一个上行子帧不能同时使用PUCCH和PUSCH信道传输。
那为什么PUCCH信道要放在PUSCH信道的高低两端呢？因为对于LTE的上行RB，需要连续的分配，如果PUCCH放在PUSCH信道的中间，会影响单个TTI里上行RB的最大可分配个数。
设备厂家可以静态或动态的分配PUCCH信道占用的RB个数，总的原则是在满足PUCCH传输要求的情况下，尽量少的分配PUCCH占用的RB个数。因为PUCCH占用的RB个数越多，用于PUSCH传输的RB个数就越少。但如果为PUCCH分配的RB个数过少，则可能导致无法在PUCCH中反馈ACK/NACK的情况。

    


（图1 PUCCH和PUSCH位置）3.上行参考信号在子帧中的位置无论是上行参考信号，还是下行参考信号，它们的位置在子帧里都是固定的，这样做可以方便空口中另一方的检测。（1）DMRS在PUSCH中的位置。当解调参考信号DMRS伴随在PUSCH中传输时，它的位置可以表述为：如果是普通CP，则占用每个时隙的第四个OFDM符号；如果是扩展CP，则占用每个时隙的第三个OFDM符号。也就是位于每个时隙中间的那个OFDM符号或倒数第四个符号，如图2中红色标识的OFDM符号。


（图2 PUSCH信道中DMRS解调参考信号的位置）
（2）DMRS在PUCCH中的位置。PUCCH有两种不同类别的格式，在不同的PUCCH格式中，DMRS的位置也不同。具体位置则如图4绿色区域所示。


（图3 PUCCH信道中DMRS解调参考信号的位置）
SRS侦听参考信号位于子帧最后一个OFDM符号中（除特殊子帧），且每隔一个子载波映射一个RE，如图4所示。关于SRS更多详细的内容，以后有机会再介绍。


（图4 SRS参考信号位置）
至此，所有上行物理信道和参考信号的位置已经确定，如果画在一张图上，会是什么样子呢？请参考图5所示。


（图5 普通CP时上行物理信道和参考信号的位置示意图）
一个更好看、更有意思的示意图是下面这个样子。其中的PUCCH格式3是R10协议版本引入的，这里大家不用关心，R9协议里是没有这种PUCCH格式的。


（图6 普通CP时上行物理信道和参考信号的位置示意图）
参考：
（1）3GPP TS 36.213 V9.3.0 (2010-09) Physical layer procedures
（2）3GPP TS 36.211 V9.1.0 (2010-03) Physical Channels and Modulation
（3）Lauro，http://lteuniversity.com/get_trained/expert_opinion1/b/lauroortigoza/archive/2012/05/29/format-2-pucch-capacity-calculations.aspx
（4）http://cn.mathworks.com
（5）《4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband》