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移动通信网络中的资源

在 LTE 领域，要想完成一次呼叫，资源是非常重要的。​从系统带宽，最初接入的码资源，功率资源，时频资源，到 EPC 侧相关的 QoS 资源，无不影响着用户在整个 LTE 系统中的体验。

天线资源

天线端口：LTE 使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口是从无线信号接收端的角度来定义的，即如果接收端需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。注意，天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系。由于目前 LTE 上行链路仅支持单射频链路的传输，不需要区分空间上的资源，所以上行还没有引入天线端口的概念。目前 LTE 下行链路定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号 0~5。

• 小区专用参考信号传输天线端口：天线端口 0~3。
• MBSFN 参考信号传输天线端口：天线端口 4。
• 终端专用参考信号传输天线端口：天线端口 5。

时频资源

时频资源是 LTE 至关重要的资源类型，分为时域（时间）和频域（频率），构成一个二维资源模型。

对于 LTE 而言，最小的无线资源单位是 RE（资源单元，Resource Element）：对于每一个天线端口，OFDM 频域上一个 Subcarrier（子载波）和时域上一个 Symbol（符号），称为一个 RE。其中，1 个 OFDM 时域 Symbol 可以容纳 2、4、6 个数据位。

子载波：LTE 采用的是 OFDM（正交频分复用）无线通信技术。不同于 WCDMA 采用的扩频技术，每个 Symbol 占用的带宽都是 3.84MHz，通过扩频增益来对抗干扰；OFDM 则是每个 Symbol 都对应一个正交的子载波，通过载波间的正交性来对抗干扰。OFDM 协议规定，通常情况下一个子载波等于 15KHz，Normal CP（Cyclic Prefix）情况下，每个子载波一个 Slot（时隙）有 7 个 Symbol；而 Extend CP 情况下，每个子载波一个 Slot 有 6 个 Symbol。

RE 是物理层最小的资源单位，出于方便管理的考虑，LTE 引入了比 RE 大一级的单位 RB（资源块，Resource Block）：频域上连续 12 个子载波（180KHz），时域上一个 Slot（7 个 Symbol）的物理资源，称为 1 个 RB（= 84RE，即 84×6=504 个数据位）。RB 才是 LET 管理和调度的基本资源单位，上下行业务信道都以 RB 为单位进行调度。

通俗的讲，1RB 就是用 12 个子载波传送 7 个 OFDM Symbol。

1RB 在时域上，就对应是一个 Slot（时隙）。再因为，1 组子载波包含了 12 个子载波。所以，通俗的也称为：1RB 就是同时用 1 组子载波传送了 1 个 Slot。

RG（资源栅格，Resource Grid）：一个 Slot 中传输的信号所占用的所有资源单元构成一个资源栅格，它可以包含整数个 RB。

此外，常见的资源调度单位还有 REG（资源粒子组，Resource Element Group）：即 RE 的组，一个 REG 包括 4 个连续未被占用的 RE（REG = 4RE）。REG 主要针对 PCFICH（物理控制格式指示信道）和 PHICH（物理 HARO 指示信道）这种速率很小的控制信道进行资源分配，提高资源的利用效率和分配灵活性。

CCE（Control Channel Element）：每个 CCE 由 9 个 REG 组成，之所以定义 CCE，是为了用于数据量相对较大的 PDCCH（物理下行控制信道）分配资源。每个用户的 PDCCH 只能占用 1，2，4，8 个 CCE，称为聚合级别。

带宽资源

从香农定理可以知道，带宽越宽，信道的容量就越大，实际体验到的速率也就越快。但带宽资源也往往是有限的，因为资源宝贵，就会有管制。所以 LTE 也就定义了不同的带宽：​1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz 和 20MHz。不同带宽下，速率就会有不一样。以 TD-LTE 为例，20MHz 带宽下，最高峰值速率会到 112Mbps，而 10M 带宽，速率就会减少一半。

为什么最大的带宽是 20MHz 呢？因为 LTE 被设计为最多允许 110 组子载波（1组 = 12个）同时传输。所以：

# 110 × (每个子载波的赫兹 × 每组 12 个子载波)
110 ×（15KHz×12）= 19800 KHz ≈ 20 MHz

又因为 1 个 Slot 为 0.5ms，所以 1s=1000ms=2000 个 Slot。所以，理论上，手机和基站之间最高的传输速率等于：

需要注意的是，实际上我们通过手机上网的速率很难达到过 110 Mbps。原因有很多：信号、用户数量等等。但是，为了在多用户场景中可以尽量保证速率的良好体验，LTE 可以通过划分多个频段来处理，例如：中移动具有 3 个频段，所以，它可以提供多个 20MHz 来满足用户需求。

实在是人特别多的场合（演唱会或比赛），还可以通过增加基站，或使用应急通信保障车来扩充网络容量。

需要注意的是，有些朋友可能已经发现问题了。为什么理论最大传输速率是 110 Mbps，而不是 3GPP 标准的 300Mbps？事实上，电信运营商网络的系统演进是缓慢的，但利益追求确实紧迫的。我们之前常说的 LTE 其实只是 3.9G，而 LTE-A（LTE-Advanced，或称 LTE+）才是真正的 4G。

LTE-A 采用了载波聚合技术（Carrier Aggregation，CA），使得上行和下行的速率大幅度得到提升，其中下行可以达到 300Mbps，满足 4G 标准规范。所谓的载波聚合，简单地说，它可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起。频谱更宽了，速率当然就翻倍提高了。

QoS 资源

在 EPC 中，QoS 控制的单位粒度是 EPS Bearer，即相同 Bearer 上所有的 SDF（业务数据流，Service Data Flow）将获得相同的 QoS 保障（e.g. 调度策略、缓冲队列管理、链路层配置等），不同的 QoS 保障需要不同类型的 EPS Bearer 来提供。

根据 QoS 的不同，EPS Bearer 又可以划分为两大类：GBR 和 Non-GBR。缺省承载是 Non-GBR 类型承载，而专有承载则可以是 GBR，也可以是 Non-GBR。

• GBR（Guranteed Bit Rate）：指 Bearer 要求的比特速率被网络 “永久” 恒定的分配，即使在网络资源紧张的情况下，相应的比特速率也能够保持。常用于 Dedicated Bearer（专用承载）。
• Non-GBR：指的是在网络拥挤的情况下，业务需要承受低速率的要求，由于 Non-GBR 承载不需要占用固定的网络资源，因而可以长时间地建立。常用于 Default Bearer（缺省承载）。

QCI（QoS Class Identifier）是 QoS 的类别标识，一个 QCI 就是一个值，可标识多个 QoS，用于指定访问节点内定义的控制承载分组转发方式（如：调度权重、接纳门限、队列管理门限等）。QCI 能够同时应用于 GBR 和 Non-GBR 承载。在接口上使用 QCI 而不是传输一组 QoS 参数主要是为了减少接口上的控制信令传输量，并且在多厂商互连环境和漫游环境中使得不同设备/系统间的互连互通更加容易，由此，需要规定一定数量的处理行为。

QCI 等级规定有 9 种，分别对应于不同业务：

除了 OCI 之外，还有以下 QoS 类型：

• 分配和保留优先级（ARP，Allocation and Retention Priority）：ARP 可同时应用于 GBR 和 Non-GBR 承载。主要目的是能够决定是否接受请求的承载建立或修改（尤其对于 GBR 承载的无线容量是否有效），或者在资源受限时拒绝上述请求。

• 保证比特速率（GBR）：仅应用于 GBR 承载，提供给 GBR 承载保证的比特速率。GBR 承载的业务包括语音、流媒体、实时游戏等。

• 最大比特速率（MBR），仅应用于 GBR 承载，它为业务设置数据传输速率的限制。如果发现业务的数据传输速率超过 MBR 时，网络将通过业务量整形算法来限制速率。MBR 的值一般大于或等于 GBR 的值。

• 聚合最大比特速率（AMBR）：仅应用于 Non-GBR 承载，同一个 UE 的多个 SAE 承载可以共享同一个 AMBR，即一组 SAE 承载中的每个承载可以使用全部的 AMBR 资源。如果超出了 AMBR 限制，网络可能在上行链路和下行链路使用业务流量调节算法，就像 MBR 的调节算法一样。

码资源

在 UE 随机接入过程中，随机接入前导码（Preamble）是必不可少的。每个小区（Cell）有 64 个 preamble 序列，也称随机码，UE 会选择其中一个做随机接入。前导码一共有 64 个，这都是有限的码资源。随机接入前导码由具有零相关区的 ZC 序列产生，由一个或多个根 Zadoff-Chu 序列产生。

对于这个公式，Nzc 是固定的，所以根据这些参数输入，就会循环的产生 preamble 序列，直到 64 个为止。而这 64 个码就是 UE 接入的时候所需要的。当 UE 拿到码资源，就有资格再去做进一步的动作，这才是随机接入的开始。

随机接入又分两种类型，竞争随机接入和非竞争随机接入。所以 preamble 序列也分为两种类型。而在基于竞争的 preamble 序列中，又分为 GroupA 和 GroupB。

• NumberOfRaPreambles：竞争的 preamble 序列
• 64-NumberOfRaPreambles：非竞争的 preamble 序列
  • SizeOfRaGroupA：GroupA
  • NumberOfRaPreambles-SizeOfRaGroupA：GroupB

上述右边的标识都是 eNB 配置的参数，不同的厂商会有命名差异，这些信息会在 SIB2 中进行广播。所以，UE 在选择 preamble 序列时，会随机确定 preamble index，然后从中选择一个 preamble 序列码。

在竞争随机接入场景中，对于是从 GroupA 还是从 GroupB 选择，需要根据 pathloss 以及 Msg3 的大小来决定。

• Pcmax：UE 传输功率
• preambleInitialReceivedTargetPower：前导码初始发射功率
• messagePowerOffsetGroupB：前导选择极限，属于功率范畴
• deltaPreambleMsg3：前导码和 Msg3 间的偏移量
• messageSizeGroupA：前导选择极限

这些参数也都会自 SIB2 中广播。当 Msg3 的大小大于 messageSizeGroupA，并且：

PCMAX – preambleInitialReceivedTargetPower – deltaPreambleMsg3 – messagePowerOffsetGroupB

UE 就会选择 GroupB 中的 preamble 序列。并且，如果这次接入失败，那下次再次接入的时候，还是选择和上一次接入同一个 Group。

在非竞争随机接入场景中，UE 的 preamble 序列是由 eNB 来指定的，最典型的场景就是切换。当 UE 接收到重配消息的时候，里面有个 IE 指定 UE 需用的 preamble 序列。

rach-ConfigDedicated   {                 
    ra-PreambleIndex 52,                 
    ra-PRACH-MaskIndex 0
    }

• ra-PreambleIndex：码索引
• ra-PRACH-MaskIndex：查表 36.321 table 7.3，可以得到资源情况