LTE学习笔记--PHY--上行参考信号

LTE 在上行定义了 2 种类型的上行参考信号：
1，DeModulation Reference Signal（DMRS）：DMRS 主要用于 eNodeB 对上行物理信道进行信道估计，以便正确地解调 PUCCH 和 PUSCH；
2，Sounding Reference Signal（SRS）：SRS 主要用于上行信道质量估计以便 eNodeB 进行上行的频选调度。 SRS 还可用于估计上行 timing，且在假设下行/上行信道互益的情况（尤其是TDD）下，利用信道对称性来估计下行信道质量。

1，上行参考信号的生成

LTE 中的上行参考信号都是基于 Zadoff-Chu（ZC）序列生成的

2，Group Hopping

……

3，sequence hopping

……

4，DMRS

……

5，SRS

SRS用于eNB估计不同频段的上行信道质量，eNB侧可以根据这个估计将瞬时信道状态好的RB分配给UE的上行PUSCH，并且选择不同的传输参数。对于TDD这样的时分LTE，SRS还可以用于估计上行的Timing。
SRS有两种，分别是：周期性SRS(通过RRC配置)，非周期性SRS（通过DCI触发）。如果UE需要在同一Serving Cell的同一子帧发送周期性SRS和非周期性SRS，UE只会发送非周期性SRS。
SRS在某个发送子帧的最后一个SC-FDMA符号上发送，此时该SC-FDMA不能用于PUSCH传输。某小区内SRS在RF内哪个SF发送，须满足：

⌊ n_{s} / 2 ⌋ m o d T_{S F C} \in Δ_{S F C}

$\lfloor n_s/2 \rfloor mod T_{SFC}∈\Delta_{SFC}$

⌊ n_{s} / 2 ⌋

$\lfloor n_s/2 \rfloor$ 为RF内的SF number，

T_{S F C}

$T_{SFC}$ 表示一个RF被分成10/

T_{S F C}

$T_{SFC}$ 份，而为在每一份中的子帧偏移。

T_{S F C}

$T_{SFC}$ 、

Δ_{S F C}

$\Delta_{SFC}$ 的值如下两表所示，其配置在SIB2的srs-SubframeConfig中。

(FDD)

(TDD)

假设FDD并且srs-SubframeConfig=7(0111)，则在RF内的SRS的可能位置如下图所示。

5.1，周期性SRS

周期性SRS通过srs-ConfigIndex（UE Specific）配置ISRS，查表可以得到TSRS和Toffset,如下两表。（左FDD，右TDD）

$T_{SRS}$ ∈{2, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320}ms，同一Serving Cell的所有 $T_{SRS}$ 是相同的，结合上表，假设某个FDD Serving Cell的 $T_{SRS}$ =10ms,则 $I_{SRS}$ 只能在{7-16}取值。
在FDD小区和 $T_{SRS}$ >2的TDD小区用于发送周期性的SRS的子帧必须满足：

(10 \cdot n_{f} + k_{S R S} - T_{o f f s e t}) m o d T_{S R S} = 0

$(10 \cdot n_f+k_{SRS}-T_{offset})mod T_{SRS}=0$
对于

T_{S R S}

$T_{SRS}$ =2的TDD小区，其发送子帧必须满足：

(k_{S R S} - T_{o f f s e t}) m o d 5 = 0

$(k_{SRS}-T_{offset})mod5=0$
注：对于 SRS 周期

T_{S R S}

$T_{SRS}$ 配置为 2 ms 的情况，公式中是 mod 5 而不是 mod 2，这说明每个 UE 上报 SRS 的实际周期是 5 ms；并且从 36.213 的 Table 8.2-2 可以看出，此时每个半帧内（5 ms）只有2 个

T_{o f f s e t}

$T_{offset}$ ，说明每个半帧内只有 2 个 SRS 资源。
对于FDD，

k_{S R S}

$k_{SRS}$ 为每个RF的SF number(0,1,…,9)，对于TDD，

k_{S R S}

$k_{SRS}$ 如下表所示。

而在前面已经说过，一个Serving Cell中SRS的可能位置已经配置在srs-SubframeConfig 中了。srs-SubframeConfig 决定了一个小区在一个系统帧（10 ms）内可用于发送 SRS 的子帧号的集合，不属于这个集合内的子帧是不能用于发送 SRS 的，所以Serving Cell的 $I_{SRS}$ 的取值并不是随意的。假设在之前的例子中（FDD并且srs-SubframeConfig=7(0111)）查表可得 $T_{SFC}$ =5、 $\Delta_{SFC}$ ={0，1}，在RF内可能的位置只能是{0，1，5，6}SF，如果想让 $T_{SRS}$ =20ms，则 $I_{SRS}$ 只能取值{17，18，22，23}。可以看出，两者之间的交集才是最终SRS的位置
现假设某UE的 $I_{SRS}$ =18，查表可得 $T_{SRS}$ =20ms、 $T_{offset}$ = $I_{SRS}$ -17=1ms。则该UE的SRS的排布如下图。

5.2，非周期性SRS

eNB通过 DCI format 0/4/1A/2B/2C 的 SRS request 字段来触发的UE非周期性 SRS，非周期性 SRS不支持跳频。
对于非周期性 SRS 且使用 DCI format 4 的情况，eNodeB 可通过 srs-ConfigApDCI-Format4 给 UE配置3组SRS参数。UE使用 DCI format 4的2比特SRS request字段查下表可知道所选的是哪一组 SRS 参数。
SRS request value in DCI format 4

Value of SRS request field	Description
‘00’	No type 1 SRS trigger
‘01’	The 1st SRS parameter set configured by higher layers
‘10’	The 2nd SRS parameter set configured by higher layers
‘11’	The 3rd SRS parameter set configured by higher layers

对于非周期性SRS 且使用DCI format 1A/2B/2C的情况下，eNodeB 只会通过 srs-ConfigApDCIFormat1a2b2c-r10 给 UE 配置 1 组 SRS 参数。DCI format 0/1A/2B/2C 包含了 1 比特的 SRS request 字段，如果该字段值为 1，则触发非周期性SRS 上报；否则不触发非周期性 SRS 上报。
对于非周期性 SRS，eNodeB 通过 srs-ConfigIndexAp-r10（UE specific）给 UE 配 $I_{SRS}$ (此 $I_{SRS}$ 同样受到srs-SubframeConfig的影响，不能随便取值)。UE 通过 $I_{SRS}$ 查下两表（左FDD，右TDD），可以得到 SRS 周期 $T_{SRS,1}$ 和在周期内的子帧偏移 $T_{offset ,1}$ 。可以看到非周期性的SRS的周期和前面的周期性SRS的周期取值范围是不一样的。非周期性 SRS 中的周期 $T_{SRS,1}$ 也是每个Serving Cell 级别的配置，但其值属于集合{2, 5, 10} ms。

假设UE在Serving Cell上配置了非周期性SRS:
1，如果没有配置CIF，即非跨载波调度，则UE将基于此Serving Cell上接收到的PDCCH的SRS request字段，决定是否在此Serving Cell上发送SRS。
2，如果配置了CIF，即跨载波调度，则UE将基于此Serving Cell上接收到的PDCCH的SRS request字段，决定是否在CIF字段指定的Serving Cell上发送SRS
也就是说，PDCCH 调度的是哪个Serving Cell的 PUSCH/PDSCH 数据，其触发的非周期性 SRS就在对应的Serving Cell上发送。
某UE在Serving Cell上配置了非周期性SRS，并且该UE在子帧n上检测到了SRS请求，则UE将在第一个SRS可能位置发送非周期性SRS。UE发送非周期性SRS的可能位置满足一下条件:
$n_{Start}$ =n+k,k>=4,并且在FDD小区和 $T_{SRS}$ >2的TDD小区用于发送周期性的SRS的子帧必须满足 $(10 \cdot n_f+k_{SRS}-T_{offset,1})mod T_{SRS,1}=0$ ，在 $T_{SRS}$ =2的TDD小区，其发送子帧满足 $(k_{SRS}-T_{offset,1})mod5=0$ （此条件与周期性SRS是一致的）
这里的 $K_{SRS}$ 与周期性SRS的定义和算法是一样的，对于FDD， $K_{SRS}$ 为每个RF的SF number(0,1,…,9)，对于TDD， $K_{SRS}$ 如下表所示。

5.3，SRS的频域资源

SRS适用于某频带的上行信道质量，因此，在频域上，SRS应该在调度器感兴趣的频带上传输，存在两种实现方式：
1，发送一个足够大，覆盖所有感兴趣的宽带SRS（wideBand SRS）；
2，发送多个窄带SRS（narrowband SRS）,并在频域上进行跳频，然后组合起来。依次覆盖所有感兴趣的频带。

前面已经提到，只要子帧的最后一个SC-FDMA被用于发送SRS（不管是占满BW还是只占用一部分），整个SC-FDMA symbol都不能用于该小区内所有UE的上行数据传输。因此从资源利用的角度来看，wideBand SRS具有更高的资源利用率。但是可能导致相对较低的接收功率谱密度。（发射功率固定的情况下，将功率平均分配给越大的带宽，则每个 RE 分配到的功率越小，这会恶化信道估计的结果。）
不同 UE 的 SRS 可以在同一子帧且相同的 RB 集合上发送，但彼此之间可以通过使用不同的“梳齿”来区分。协议中使用 $k_{TC}$ ∈{0,1}来指定某个 UE 发送的 SRS 所使用的梳齿，并通过transmissionComb 或 transmissionComb-ap 字段来配置的。也就是说，SRS 的参考信号序列是每隔一个子载波映射的，从而形成了一个“梳状”的频谱。梳子的密度由高层参数transmissionCombNum配置，如果没有配置，则 $k_{TC}$ =2。

SRS的长度由以下式子计算得到（一般情况 $k_{TC}$ =2 ）：

M_{s c, b}^{R S} = m_{S R S, b} N_{s c}^{R B} / K_{T C}

$M^{RS}_{sc,b}=m_{SRS,b}N^{RB}_{sc}/K_{TC}$

b = B_{S R S} \in {0 ， 1 ， 2 ， 3}

$b=B_{SRS}∈\{0，1，2，3\}$ 由srs-Bandwidth配置，

m_{S R S, b}

$m_{SRS,b}$ 实际上是指明了每个SRS在频域上占用的RB，其值由上行总RB数目

N_{R B}^{U L}

$N^{UL}_{RB}$ 、

C_{S R S} \in {0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7}

$C_{SRS}∈\{0，1，2，3，4，5，6，7\}$ （由UE specific的srs-BandwidthConfig参数指定）以及

b = B_{S R S} \in {0 ， 1 ， 2 ， 3}

$b=B_{SRS}∈\{0，1，2，3\}$ 查下四表得出。

对于UpPTS，如果cell-specific 参数srsMaxUpPts 被使能， $m_{SRS,0}$ 将被重新配置为 $m^{max}_{SRS,0}=max_{c∈C_{SRS}}\{m^{c}_{SRS,0}\}≤(N^{UL}_{RB}-6N_{RA})$ ，否则 $m^{max}_{SRS,0}=m_{SRS,0}$ 。其中 $c$ 是一种SRS BW 配置， $C_{SRS}$ 是某 $N^{UL}_{RB}$ 下SRS BW取值集合, $N_{RA}$ 是UpPTS 中包含format 4 PRACH 的和数，6标识一个PRACH在频域上占用6个RB。（关于PRACH的具体内容见PRACH和RA过程）
由于 SRS 关心的区域并不包含上行系统带宽边界处用于 PUCCH 传输的区域，所以最大 SRS 带宽（宽带 SRS）小于整个上行系统带宽。宽带 SRS 占据的是整个带宽的中心 $m_{SRS,0}$ 个 RB。
下图是在100RB， $C_{SRS}$ =0时SRS在频域上的排布情况。

可以看到SRS在频域上的总大小由BW和 $C_{SRS}$ 共同指定，而每个SRS频域小块的大小由 $m_{SRS,x}$ 指明（事实上SRS频域小块的真实大小由于“梳齿”的存在，需要除以梳齿密度 $K_{TC}$ ），SRS频域小块的数量由 $N_0*N_1*…N_x$ 计算得出。（其实本质上是由SRS总大小和块大小决定的）。
从之前的几个表可以看出，对于 $B_{SRS}$ =0 ，UE将采用宽带SRS传输；当 $B_{SRS}$ ＞0，UE将使用窄带SRS传输。（但有一种情况例外 $6≤N^{UL}_{RB}≤60，C_{SRS}=7$ 时 $m_{SRS,0}$ 固定为4， $N_0$ 、 $N_1$ 、 $N_2$ 、 $N_3$ 都是1，他们无论怎么相乘都是1，因此是宽带SRS传输）。
SRS在频域上的起始位置（与天线有关）由下式计算得到：（事实上完全不必描述的那么复杂）

k_{0}^{(p)} = {\bar{k}}_{0}^{(p)} + \sum_{b = 0}^{B_{S R S}} ‘ K_{T C} M_{S C, b}^{R S} n_{b}

$k^{(p)}_0=\bar k^{(p)}_0+\sum^{B_{SRS}}_{b=0}‘K_{TC}M^{RS}_{SC,b}n_b$
上式中各个变量的定义如下：
①

{\bar{k}}_{0}^{(p)}

$\bar k^{(p)}_0$ 实际上是指定了SRS在UL BW上的的起始位置。对于normal UL SF来说

{\bar{k}}_{0}^{(p)} = (⌊ N_{R B}^{U L} / 2 ⌋ - m_{S R S, 0} / 2) N_{S C}^{R B} + k_{T C}^{(p)}

$\bar k^{(p)}_0=(\lfloor N^{UL}_{RB}/2 \rfloor -m_{SRS,0}/2)N^{RB}_{SC}+k^{(p)}_{TC}$ ，当中的

(⌊ N_{R B}^{U L} / 2 ⌋ - m_{S R S, 0} / 2) N_{S C}^{R B}

$(\lfloor N^{UL}_{RB}/2 \rfloor -m_{SRS,0}/2)N^{RB}_{SC}$ 实际上是去掉了UL BW中的低频PUCCH传输区域（SRS不关心此区域），而

k_{T C}^{(p)}

$k^{(p)}_{TC}$ 进一步指出了实际传输SRS的Sc到底是梳齿的哪一个“齿”。

而 $k^{(p)}_{TC}∈\{0,1,...,K_{TC}-1\}$ 由下式计算得出

其中 $\bar k_{TC}∈\{0,1,...,K_{TC}-1\}$ 由高层UE-specific参数transmissionComb/transmissionComb-ap指明。 $n_f$ 是系统帧号， $n_b$ 是频域位置索引， $n_{hf}$ 指明了UpPTS位于RF内的前半帧（#0），还是后半帧（#1）， $N_{SP}$ 表示一个RF内DL到UL的Switch Point的个数， $N_{ap}$ 是用于SRS传输的天线端口数。 $p$ 与天线有关， $\tilde p$ 是天线端口索引。
② $\sum^{B_{SRS}}_{b=0}‘K_{TC}M^{RS}_{SC,b}n_b$ 实际上是指明了到底是使用了 $N（N=N_0*N_1*…N_x）$ 个SRS传输小块的哪一小块（ $K_{TC}M^{RS}_{SC,b}$ 就是一块传输小块的频域大小）。 $\sum^{B_{SRS}}_{b=0}‘K_{TC}M^{RS}_{SC,b}n_b$ 实际上是一组向量。 $n_b$ 为频域位置索引，由 $n_{RRC}$ 由freqDomainPosition/freqDomainPosition-ap配置）计算得到。如下：

关于跳频将在下一小节描述，这里以 $N^{UL}_{RB}=100$ ， $C_{SRS}=0$ ， $B_{SRS}=2$ 不跳频的情况为例，假设 $n_{RRC}$ 配置为19，则计算可得 $[n_0,n_1,…,n_x]=[0,1,1,x]$ 。则SRS在频域上的位置如下图所示。

需要注意的是，由于TDD特殊帧的特殊结构，在UpPTS（特殊SF的结束部分）不能用于发送 PUCCH 和 PUSCH，只能用于发送 SRS 和 PRACH。因此UpPTS的SRS传输稍有不同，但大体类似，这里就不再赘述。

5.4，SRS跳频

通过配置 $b_{hop}∈\{0,1,2,3\}$ ,（由srs-HoppingBandwidth配置），窄带SRS可以跳频。SRS跳频只有在周期性SRS中才支持，非周期性不支持跳频。
当 $b_{hop}≥B_{SRS}$ ，表示不跳频，此时 $n_b=\lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,b} \rfloor mod N_b$ 。如果 $b_{hop}<B_{SRS}$ , 表示跳频， $n_b$ 的计算另有算法。如下式子（更详细的内容在前一小节已经描述）：

式中的 $N_b$ 就是前面 $N_0*N_1*…N_x$ 中的 $N_x$ ，但是由于存在跳频，无论查表 $N_{b_{hop}}$ 等于多少，都固定 $N_{b_{hop}}=1$ 。而

$T_{SRS}$ 是UE specific的SRS传输数目, $T_{SRS}$ 、 $T_{offset}$ 的具体意义在SRS概述中已详细描述， $T_{offset_max}$ 为确定SRS子帧偏移配置下最大的 $T_{offset}$ 。
跳频只存在窄带SRS中，但是反过来窄带SRS并不一定都跳频，如果不跳频，UE只会在固定的RB上传输SRS。

5.4，SRS Cyclic Shift

多个UE除了可以通过梳齿结构错开排布SRS之外，和preamble类似，即使不同UE使用完全相同的时频资源发送SRS也不会有问题。这是由于所有的SRS都是由同一base sequency通过不同的循环移位得到的（码分复用），因此彼此正交，eNB端可以通过正交性正确解出不同UE的SRS。SRS定义了{0，1，2，3，4，5，6，7}共8种循环移位，不同UE通过UE级参数cyclicShift/cyclicShiftAp下发给UE。

5.4，SRS的冲突处理

当 SRS与PUSCH 传输在同一SC-FDMA 符号发生冲突时，UE将不发送SRS。例如：UE 在一个Serving Cell上要发送 SRS，而在另一个Serving Cell上要发送 PUSCH 且使用了最后一个 SC-FDMA symbol，此时会丢弃SRS。
当 SRS 与携带 ACK/NACK 和/或 SR 的 PUCCH（PUCCH format 1/1a/1b/3）在同一子帧发生冲突时，如果 ackNackSRS-SimultaneousTransmission 设置为 FALSE，则 UE 不会发送 SRS；如果ackNackSRS-SimultaneousTransmission 设置为 TRUE，则 UE 会同时发送 SRS 和 PUCCH，且发送的PUCCH 使用短格式（shortened format，即该子帧第 2 个 slot 的最后一个 SC-FDMA 符号不用于发送PUCCH，见 36.211 的 5.4.1 节和 5.4.2A 节）。
ackNackSRS-SimultaneousTransmission 决定了 UE 是否支持在同一子帧上传输 SRS 和用于反馈ACK/NACK 的 PUCCH。如果支持，则在 PCell 的小区特定的 SRS 子帧上（见 7.2.1 节），UE 将使用短 PUCCH 格式（shortened PUCCH format）来传输 ACK/NACK 和 SR，即使在该子帧上没有 UE发送 SRS 时，也是如此；否则，UE 会使用正常的 PUCCH format 1/1a/1b 和正常的 PUCCH format 3来发送 ACK/NACK 和 SR。
由于 UE 只会在 PCell 上发送 PUCCH，所以对于 SCell 来说，并不关心 ackNackSRSSimultaneousTransmission。
对于同一个 UE 而言，当其在任意一个 serving cell 上传输的 SRS 与其要发送的携带 ACK/NACK和/或 SR 的正常 PUCCH（normal PUCCH format 1/1a/1b/3，不使用短格式，即 ackNackSRSSimultaneousTransmission=FALSE）在同一子帧发生冲突时，UE 将不发送 SRS。
当周期性 SRS（type 0）与 PUCCH format 2/2a/2b 传输在同一子帧发生冲突时，UE 将不发送周期性 SRS。
当非周期性 SRS（type 1）与 PUCCH format 2a/2b 传输，或与带 HARQ 传输的 PUCCH format 2在同一子帧发生冲突时，UE 将不发送非周期性 SRS。
当非周期性 SRS（type 1）与不带 HARQ 传输的 PUCCH format 2 在同一子帧发生冲突时，UE将不发送不带 HARQ 传输的 PUCCH format 2。
在 UpPTS 上，当 SRS 传输所占的资源与 preamble format 4 的PRACH区域相重叠，或超出了serving cell 配置的上行系统带宽的范围时，UE 将不发送 SRS。
当 SRS 传输与 RAR 中的 UL grant 指定的 PUSCH 传输（或同一 TB 的重传），即 SRS 与基于竞争的随机接入中的 Msg3 或 Msg3 的重传，在同一子帧上发生冲突时，UE 将不会发送 SRS。
关于冲突的处理具体参见36.213.8.2。