LTE下行物理层传输机制(6)-下行资源分配方式(Resource Allocation Type)

下行RB的资源分配(Resource Allocation)有三种方式,分别是资源分配方式0资源分配方式1资源分配方式2。在上一篇博文《LTE下行物理层传输机制(5)-DCI格式的选择和DCI1A》中提到DCI1A的时候,提到DCI1A只能分配连续的VRB,以及这种方式下RIVResource Indication Value )的计算,那么这种分配方式其实就是资源分配方式2。而DCI2和DCI2A格式使用的则是另外2种不同的分配方式,即资源分配方式0资源分配方式1。因此在讲DCI2和DCI2A之前,有必要先介绍这2种资源分配方式。

1.资源分配方式0

采用资源分配方式0的DCI有:DCI1DCI2DCI2ADCI2B,这些DCI里都有个资源分配字段,用于表示哪些RB是分配给这个UE的。比如下图的DCI2A格式,当使用资源分配方式0的时候,有ceil(N_DL_RB / P)个比特的bitmap表用于表示RB的分配情况,N_DL_RB是带宽占用的RB总个数,参数P则与带宽大小有关,具体见后文描述。


在RB资源分配方式0(Resource Allocation Type 0)中,所有的RB资源构成不同的RBG(RB Group),因此分配方式0就是以RBG为基本单位进行分配的。在这种分配方式里,DCI中的资源分配字段将使用一个bitmap表来分配RB资源,这个bitmap表的每个bit位就表示一个RBG。每个RBG由P个RB组成,P值与下行带宽相关,如下表格所示。这P个连续的VRB与PRB是一一对应的。


比如下行是20MHz的带宽(N_DL_RB=100),那么如果按照资源分配方式0分配RB资源,每个RBG将包括4个RB(P=4)。如果是1.4MHz的带宽(N_DL_RB=6),那么每个RBG就只包括1个RB。

不同的带宽,资源分配方式0所能使用的RBG个数也是固定的。如果用变量N_RBG来表示这个值的话,N_RBG=(N_DL_RB P)向上取整每个资源分配方式0的DCI,都对应着一个N_RBG比特长度的bitmap资源分配表,这个bitmap分配表被编码到DCI码流中,UE从这个分配表就可以推导出该PDSCH使用的RB资源

比如3MHz的下行带宽,它的RB个数N_DL_RB=15,P=2,因此N_RBG=N_DL_RB / P)向上取整=(15 / 2)向上取整=8。但是需要注意,如果是N_DL_RB mod P)!= 0的带宽,它的最后一个RBG的大小和其它的RBG大小是不一样的:最后一个RBG包含的RB个数=N_DL_RB - P *N_DL_RB / P),而其它位置的RBG包含的RB个数=P。比如3MHz下行带宽,除了最后一个RBG,其他(N_DL_RB / P=15 / 2=)7个RBG,每个RBG都有2个RB,此时这7个RBG共占用了7*2=14个RB,小于整个带宽的15个RB,因此最后一个RBG包含的RB个数=N_DL_RB - P *N_DL_RB / P)= 15 - 2 * (15 / 2)=1个。如下图所示,最后一个RB14构成了一个RBG7。


另外,既然是bitmap表,就有高低位问题。协议也明确规定,RBG_0对应着这个bitmap的高位即MSB,而RBG_(N_RBG-1)则对应着这个bitmap表的低位即LSB。如果UE解码到某个bit位=1,则表示对应的RBG分配给了这个UE。比如3M带宽时,bitmap表占用的bit位数N_RBG=(15/2)向上取整=8,bitmap码流=二进制Bin(00001011),那么表示该UE使用的RBG资源组分别是RBG4、RBG6和RBG7,因此使用的RB-ID分别是:RB8-RB9,RB12-RB14。所以说,分配方式0可以分配离散的RB资源,只是带宽越大,分配的RB粒度P就越粗。

2.资源分配方式1

采用资源分配方式1的DCI有:DCI1DCI2DCI2ADCI2B,与资源分配方式0相同。每个DCI里都有个资源分配字段,用于表示哪些RB是分配给这个UE的。只是与分配方式0不同的是,资源分配方式1的资源分配字段有个域,而不是只有一个bitmap域。比如下图的DCI2A格式,当使用资源分配方式1的时候,3个不同的信息域如图中绿色标识区域所示。关于更详细的内容,见后文描述。


在资源分配方式1中,所有的RB资源构成了不同的RBG(这点与资源分配方式0相同),而不同的RBG又构成了不同的RBG子集(RBG subset),因此资源组成方式是 RB -> RBG -> RBG子集。所有的RBG构成P个不同的RBG子集。当eNB给某个UE分配资源时,就选择一个RBG子集,然后将该子集中包含的所有RB置1。总之,每个带宽包含了P个RBG子集,每个RBG子集又包含了若干个RBG,每个RBG同样也包含了P个连续的RB(最后一个RBG包含的RB个数与分配方式0相同),组成示意如下。


上图示意的就是带宽为10MHz时各RBG子集的构成情况,此时N_DL_RB=50,P=3,所以此时所有的RBG构成了3个RBG子集,每个RBG包含了3个连续的RB。

从上面的示意图中也可以看到,如果使用分配方式1,那么每个DCI中,必须携带当前选择的子集索引,以及该子集使用的bitmap。不过需要注意的是,此时bitmap表中的每个bit位表示的是对应的RB-ID,而不是RBG,这点与分配方式0不同

还是以带宽10MHz为例介绍DCI中的RB分配信息如何理解。如下图所示,可以看到,该DCI使用了RBG子集1来指示资源分配,而具体的bitmap表中,bit2、bit3、bit5均等于1,表示子集1的第3个RB、第4个RB和第6个RB均被分配给了这个UE。另外也可以看到,每个UE使用的RB分配指示信息是通过RB-bitmap的形式给出的,这种RB-bitmap(RB0/RB1/RB2/...)是属于同一个RBG子集内的索引,不同RBG子集的逻辑相对位置RB0/RB1/RB2/...指代的实际位置RB-ID是不同的。比如子集0内的bit2是指实际位置RB2,而子集1内的bit2指的是实际位置RB5。


上图还可以看到,并不是所有的RBG子集包含的RBG和RB个数都是一样的,比如子集0包含的RBG个数是6个,共有18个RB;而虽然子集1包含的RBG个数也是6个,但只有17个RB;而子集2包含的RBG个数则只有5个,RB个数只有15个。

上面介绍了资源分配方式1的一种实际使用情况,这里还有几个地方没有提到:DCI里面shift字段的含义、上图中RB分配bitmap表占用的bit位个数怎么计算等等。下面就详细说明采用资源分配方式1的DCI中,它的资源分配内容怎么填写。

协议规定,资源分配方式1的资源分配字段占用的bit个数为(N_DL_RB / P)向上取整,包含3个域,这3个域分别是(参考前文DCI2A的码流格式):

(1)RBG子集指示域。该域表示当前的资源分配是在P个RBG子集中选择的是哪个子集,该域占用的bit位个数N = log2(P)向上取整。比如10MHz带宽,P=3,那么N=log2(P)向上取整=log2(3)向上取整=(1.58)向上取整=2,即DCI码流中的RB资源分配字段的前2个bit,是用来表示当前使用的是哪个RBG子集。上图中subset=01,就是表示该DCI分配的子集是子集1。

(2)shift资源偏移域该域固定占用1个bit,如果该域的值=0,表示选中的RBG子集内的RB不做偏移,值=1表示选中的RBG子集内的RB需要执行偏移,协议使用变量delta_shift(p)来表示第p个子集内的RB偏移量,这个偏移量是从RB低位(即RB0端而不是RB99端)开始偏移的,或者说是从bitmap的MSB位开始偏移的。具体怎么偏移详见下文。

(3)bitmap表域该域占用的bit位个数N_TYPE1_RB = (N_DL_RB / P)向上取整 - log2(P)向上取整 - 1,每个bit值表示当前RBG子集中的一个RB,该bitmap表的MSB比特位对应着频率低的RB-ID,而LSB比特位则对应RB频率高的RB-ID(这个规则与分配方式0相同)。

上面介绍了采用资源分配方式1时DCI里的资源分配字段所包含的各个域的内容,可以看到,shift域决定了bitmap表域的理解,下面以10M带宽(50个RB)为例再具体解释一下。

(A) 如果各个子集都不偏移即三个子集的shift=0,每个子集的偏移量delta_shift(p)=delta_shift(0)=delta_shift(1)=delta_shift(2)=0,那么:

RBG子集0由RBG0(RB0/RB1/RB2)、RBG3(RB3/4/5)、RBG6(RB6/7/8)、RBG9(RB9/10/11)、RBG12(RB12/13/14)、RBG15(RB15/16/17)组成。

RBG子集1由RBG1(RB0/RB1/RB2)、RBG4(RB3/4/5)、RBG7(RB6/7/8)、RBG10(RB9/10/11)、RBG13(RB12/13/14)、RBG16(RB15/16)组成。

RBG子集2由RBG2(RB0/RB1/RB2)、RBG5(RB3/4/5)、RBG8(RB6/7/8)、RBG11(RB9/10/11)、RBG14(RB12/13/14)组成。

不过需要注意的是,上面每个子集包含的RB个数其实是不一样的(子集0有18个RB,子集1有17个RB,子集2有15个RB),而根据DCI的bitmap表域的计算公式,每个子集只能包含的bit个数N_TYPE1_RB = (50/3)向上取整 - log2(3)向上取整 - 1 = 17 - 2 - 1 = 14,即每次调度的时候,eNB只能分配14个RB给UE,所以在shift=0的条件下,实际上每个子集只有前14个RB能够使用(从RBG0或者RB低频端开始),而对子集0来说,RB高频端还有4个RB不能分配使用,对子集1来说,RB高频端还有3个RB不能分配使用,对子集2来说,RB高频端还有1个RB不能分配使用,如下图所示。


由于每次调度时RB个数有限制,因此某些情况下并不适合使用资源分配方式1,比如测试吞吐量的时候。

(B) 如果子集0使用了偏移即shift=1,则表示需要对组成RBG子集0的RB进行偏移调整,偏移量delta_shift(p)= N_RBGsubset_RB(p) - N_TYPE1_RB= N_RBGsubset_RB(0) - N_TYPE1_RB。其中,参数N_RBGsubset_RB(p)表示RBG子集p内的RB个数(如果是子集0的话,注意该值等于18而不是等于14),N_TYPE1_RB是bitmap域的比特长度,如下图示意。


从上面的公式中也可以看到,偏移量delta_shift(p)= N_RBGsubset_RB(p) - N_TYPE1_RB 也表示了每个子集中不能分配的RB个数,如子集0中有4个RB不能使用,子集1中有3个RB不能使用,而子集2中则有1个RB不能使用。那么如何决定哪几个RB不能使用,就是shift域的真正目的:如果shift=0,则表示RBG高频端的几个RB不使用,而如果shift=1,则意味着RBG低频段的几个RBG不能使用

仍然以10MHz带宽为例,此时N_DL_RB=50,P=3。那么shift=1时,判断条件[(N_DL_RB - 1)/P 向下取整] mod P = [(49/3)向下取整] mod 3 = 16 mod 3 =1。因此:

对于子集0来说,p=0<1,所以RB偏移量delta_shift(0)= N_RBGsubset_RB(0) - N_TYPE1_RB = [(50 - 1)/9]向下取整 * 3 + 3 - (17 - 2 - 1) = 5 * 3 + 3 - 14 =4

对于子集1来说,p=1=1,所以RB偏移量delta_shift(1)= N_RBGsubset_RB(1) - N_TYPE1_RB = [49/9]向下取整 * 3 + (49 mod 3) + 1 - (17 - 2 - 1) = 15 + 2 - 14 =3

对于子集2来说,p=2>1,所以RB偏移量delta_shift(2)= N_RBGsubset_RB(2) - N_TYPE1_RB = [(50 - 1)/9]向下取整 * 3 - (17 - 2 - 1) = 5 * 3 - 14 =1

根据公式计算得到三个子集的偏移量delta_shift(p)分别是4、3、1,这与前文示意图中描述的“每个子集中不能分配的RB个数”数值一致。此时实际的分配如下图所示。


从图上可以看到,子集0包含的RB从实际位置RB10开始直到RB47,共14个RB,在DCI的bitmap域里,第一个RB对应的就是RB10,其它的依次类推。协议也给出了在shift=1的情况下,每个子集中每个RB的序列,如下图所示。


以10MHz带宽为例,P=3,N_TYPE1_RB=14,i的范围是0~13,因此:

对于子集0,delta_shift(0)=4,i=0(第一个RB位置)时,n_RBGsubset_VRB(0)= (0+4)/3 * 9 + 0*3 +(0+4)mod3 = 9 + 0 + 1 =10;i=13(最后一个RB位置)时,n_RBGsubset_VRB(0)=(13+4)/3 * 9 + 0*3 + (13+4)mod3 = 45+0+2=47

对于子集1,delta_shift(1)=3,i=0(第一个RB位置)时,n_RBGsubset_VRB(1)= (0+3)/3 * 9 + 1*3 +(0+3)mod3 = 9 + 3 + 0 = 12;i=13(最后一个RB位置)时,n_RBGsubset_VRB(1)=(13+3)/3 * 9 + 1*3 + (13+3)mod3 = 45+3+1=49

对于子集2,delta_shift(2)=1,i=0(第一个RB位置)时,n_RBGsubset_VRB(2)= (0+1)/3 * 9 + 2*3 +(0+1)mod3 = 0 + 6 + 1 = 7; i=13(最后一个RB位置)时,n_RBGsubset_VRB(2)=(13+1)/3 * 9 + 2*3 + (13+1)mod3 = 36+6+2=44

根据公式计算的结果,与上面示意图的移位结果一致。

综上,资源分配方式1的分配粒度是RB,相对分配方式0的RBG分配粒度,更加灵活自由,但由于每次只能分配一个子集的RB资源,所以使用分配方式1时,可供分配的RB最大个数受到了限制,最大流量也会因此受到限制。如果要最大化LTE系统的下行流量,eNB就不能采用资源分配方式1,而需要采用资源分配方式0下的双流模式

3.资源分配方式2

采用资源分配方式2的DCI有:DCI1ADCI1B、DCI1CDCI1D,与资源分配方式0和1没有重叠。这种方式已经在博文《LTE下行物理层传输机制(5)-DCI格式的选择和DCI1A》中提到,这里不再累述。

参考文献:

(1)3GPP TS 36.212 V9.4.0 (2011-09) Multiplexing and channel coding

(2)3GPP TS 36.213 V9.3.0 (2010-09) Physical layer procedures

(3)3GPP TS 36.321 V9.6.0 (2012-03) Medium Access Control (MAC) protocol specification

(4)http://www.sharetechnote.com/


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