LTE上行物理层传输机制（2）-PUSCH上行跳频之Type2频率跳频

博文《PUSCH上行跳频（1）-Type1频率跳频》里提到了为什么要使用PUSCH跳频，以及详细介绍了Type1方式的跳频，本文继续这个话题，介绍Type2方式的跳频。

1.采用PUSCH跳频时需要注意的问题

在上行子帧中，PUCCH信道处于带宽的高低两侧，或者说位于频带的边缘，PUSCH信道则位于带宽的中间。PUCCH信道也以RB对为基本单位，每个RB在频域上是12个子载波，时域上是1个时隙。需要注意PUCCH信道每个RB对的两个RB位置：第一个时隙的PUCCH信道位于带宽的低频位置，第二个时隙的PUCCH信道位于带宽的高频位置。如下图所示。

（图1）

之所以这么设置PUCCH和PUSCH的位置，有两个方面的考虑：第一，将PUCCH放在频谱的边缘，可以使控制信令的频率分集最大化（PUCCH信道中承载的是控制信令）；第二，PUSCH必须使用连续的RB，如果将PUCCH放在频谱的中间，则限制了PUSCH的资源分配。比如某个时刻，系统中只有1个UE在进行上行大数据量的传输，如果将PUCCH放在频带的中间，就会造成eNB只能给该UE分配有限的RB资源，造成资源浪费的同时，也不能满足UE的流量需求。如下图所示。

（图2）

如果在同一个子帧里，PUSCH和PUCCH信道之间发生了重叠，那么就会影响PUSCH和PUCCH信道中数据的解码。eNB在考虑PUSCH跳频的时候，映射后的PRB位置不能和PUCCH的位置重叠。

2.PUSCH跳频方式2（Type2 PUSCH Hopping）

这里先用图形的方式介绍Type2的跳频方式，然后结合数学公式，做进一步的说明。

Type2是根据小区特定的跳频图案（hopping pattern）以及镜像图案（mirroring pattern）进行的基于子带的跳频方式。这句话有三个需要注意的地方：

第一，Type2是基于子带的跳频，我们可以将整个带宽划分1～4个子带，这一点与Type1是不同的，Type1并没有子带的概念。

第二，Type2的跳频图案是小区特定的，意味着不同的小区，跳频图案是不一样的；而同一个小区，不同的UE使用的跳频图案是一样的。不过有个例外，就是如果整个带宽只划分1个子带，那么不同小区的跳频图案可能是一样的，这点可以从后文的数学公式中的得到印证。

第三，Type2有一种镜像模式，该模式能进一步增加跳频的复杂度，可以进一步避免与邻区的跳频结果相同。

下图是一个PUSCH子带示意图，在这个图中，整个上行带宽对应50个RB，总共划分了4个子带，每个子带包括11个RB。需要注意的是，子带并没有覆盖整个上行频带，频带两侧的PUCCH信道并不在子带的范围。

（图3）

这里用一句话来概括Type2跳频的步骤：基于子带的跳频，是根据ul_grant调度授权给出的VRB位置，采用小区特定的跳频图案，通过移位映射到相应的PRB位置。这种跳频图案可以为不同的时隙提供不同距离的移位。如下图所示，eNB给某个UE分配了一组连续的VRB，分别是RB27、RB28、RB29。在第一个时隙，预定义的跳频图案取值为1（即Hopping Pattern=1，对应后文公式中跳频函数f_hop(i)的计算结果，此处先做了解），意味着需要将VRB的图案整体向右移动1个子带，因而PRB的位置分别是RB38、RB39、RB40。在计算第二个时隙的时候，HP取值为3，意味着需要将VRB的图案（即RB27、RB28、RB29）整体向右移动3个子带，因而PRB的位置分别是RB16、RB17、RB18。

（图4）

说完了跳频图案（hopping pattern），再说说镜像图案（mirroring pattern）。镜像图案是指在一个时隙的一个子带内对分配的资源使用镜像。也就是说，采用镜像模式并不会将PRB的位置从一个子带偏移到另一个子带，而是子带内的镜像对称偏移，理解了这一点也就理解了镜像模式。比如对上面的图4的第二个时隙进行镜像偏移，那么结构将会是下面的图5所示（这张图中的虚线标注的VRB到PRB的映射关系并不对，应该是红线标注的对应位置，参考后文的图11）。

（图5）

在图5中，第二个时隙采用了镜像模式（即Mirroring Pattern=YES，对应后文公式中镜像函数f_m(i)的计算结果，此处先做了解），因此原本子带1内的PRB的位置是RB16、RB17、RB18，经过镜像偏转后，被移位到了同属子带1的RB22、RB21、RB20。

上面概括的介绍了Type2跳频的两种方式（跳频图案和镜像图案），接下来用数学公式来说明这两种方式的计算结果。如果你只是想了解一下Type2跳频的大概内容，那么看到这里就可以了。

在上一篇讲解Type1的跳频方式时，提到：在第一个时隙里，PRB的位置实际上与VRB的位置是相同的；在第二个时隙里，最终的PRB与VRB有一定的偏移。在讲解Type1计算PRB位置公式的时候，可以注意到，第一个时隙和第二个时隙的公式是不同的，第二个时隙的公式要复杂的多。而对于Type2类型的跳频方式，两个时隙的PRB位置是通过相同的公式计算得到的，时隙ns是作为一个参数来计算PRB的位置的。具体公式如下，其中第ns个时隙的PRB的位置用参数n_PRB(ns)表示。

（图6）

下面对这个公式做些说明：

（1）我们的最终目标是要计算PRB在两个时隙中的位置，也就是时隙ns的PRB位置n_PRB(ns)，它与Nsb、N_HO_RB、hoppingMode等参数有关。Nsb参数表示当前PUSCH区域划分了几个子带，范围是1～4，即最多划分4个子带，该值由RRC配置的参数n-SB得到。N_HO_RB参数由RRC配置的参数pusch-HoppingOffset得到，hoppingMode参数决定了采用“子帧间跳频模式”还是“子帧内子帧间跳频模式”。RRC配置的n-SB、pusch-HoppingOffset和hoppingMode参数，来源于SIB2中的PUSCH-Config信元，如下图所示。

（图7）

（2）公式中，使用N_sb_RB来表示当前每个子带占用的RB个数。如果Nsb=1，则N_sb_RB等于整个带宽的RB个数N_UL_RB。如果当前是10M带宽，RRC配置的n-SB = pusch-HoppingOffset = 4，则根据上文的公式，每个子带占用的RB个数N_sb_RB=floor（（50 - 4 - 4 mod 2）/ 4）= 11，即每个子带占用11个RB，此时PUSCH的子带RB分配情况如下图所示，带宽两边预留6个RB用于PUCCH信道的使用。

（图8）

（3）公式中，CURRENT_TX_NB的含义在Type1类型的跳频也有用到，表示当前TB块的HARQ传输次数。这个参数仅在“子帧间跳频”模式下才有效，因为在子帧间跳频模式下，同一个子帧、不同时隙的PRB的位置需要保持一致，参考博文《PUSCH上行跳频（1）-Type1频率跳频》里的图（3）。而跳频之后并不能保证两个时隙的PRB位置一致，因此就需要根据CURRENT_TX_NB值的不同，做适当的调整，保证在子帧间跳频时，两个时隙的PRB位置一致。

（4）公式中的镜像函数f_m(i)的计算结果只有两种取值：0（FALSE）或者1（TRUE），表示某个时隙是否引入“镜像图案”（mirroring）的跳频，如果在某个时隙ns中，函数f_m(i)的计算结果等于1，则表示该时隙PRB的位置需要进行一次“镜像”操作。前文图5描述的就是采用镜像模式的一个例子，这里用公式再来计算一下图5进行镜像模式后第二个时隙的PRB位置：

根据图5的子带配置，可以确定的条件有：
（a）上行10M带宽、Nsb=4、N_sb_RB=11
（b）n_VRB=27、28、29三个RB
（c）第一个时隙不采用镜像， f_m(i)=0；第二个时隙采用镜像， f_m(j)=1
（d）第一个时隙不采用镜像时，PRB的最终位置分别是n_PRB=38、39、40；第二个时隙不采用镜像时，PRB的最终位置分别是n_PRB=16、17、18

要想知道第二个时隙镜像后PRB的最终位置，根据公式，还需要知道N_HO_RB和函数f_hop的值。不过没有关系，因为第二个时隙不采用镜像时的PRB位置已经确定了，我们可以利用这点来反推出N_HO_RB和f_hop的值，然后就可以计算出第二个时隙采用镜像模式后的PRB位置。下面是计算过程：

（图9）

从上面的结果可以看到，执行预定义的跳频图案和镜像图案之后，27号VRB将被映射到22号PRB。类似的，还可以推算出，28号VRB将被映射到21号PRB，29号VRB将被映射到20号PRB。如果不做镜像模式的PRB位置如图10所示，那么镜像之后的PRB位置将如图11所示。

（图10）

（图11）

（5）公式中使用的C序列，请参考博文《LTE下行物理层传输机制（1）-天线端口Antenna Port和小区特定参考信号CRS》中的相关描述。

（6）公式中的跳频函数f_hop(i)是一个递归函数，f_hop(-1)=0。

3.总结

PUSCH跳频的相关内容总结如12所示，通过这张图我们可以加深对PUSCH跳频的了解。

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 36.211 V9.1.0 (2010-03) Physical Channels and Modulation

（4）http://www.sharetechnote.com

（5）<< 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband >>

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