隨著網路業者爭相提供更快的資料速率，行動裝置支援LTE的情況也越來越普及。快速網路的使用需求增加，各行動裝置廠商也紛紛推出配備內嵌LTE晶片組的高階行動裝置。
LTE技術在下行鏈路以15kHz次載波間隔，使用正交分頻多工(OFDM)調變，該標準亦針對多媒體廣播群播服務單頻網路(MBSFN)，定義7.5kHz次載波間隔。
在標準OFDM下，每一位使用者的次載波分配是固定，也較容易受到窄頻干擾，若使用正交多頻分工存取(OFDMA)，則可在不同使用者間通道，以動態方式分配次載波，且OFDMA也可針對單一使用者，提供非鄰近的次載波分配。
然而，LTE上行鏈路使用單一載頻分頻多重存取(SC-FDMA)調變，以減少峰值對均值功率比(Peak-to-Average Power Ratio)，並僅使用15kHz的次載波間隔。
針對各式LTE通道 ＮRB定義RB最大數量
資源單位(RE)是實體層(PHY)當中的最小單位，在時域中占了一個OFDM符號，在頻域中占了一個次載波。實體資源區塊(RB)則是包含，相當於時域中的一個時槽，以及頻域中的。表1就說明了LTE技術在下行鏈路資源參數的數值。
正常的循環字首配置在每個時槽中有八十四個RE；在FDD中，一個10毫秒(ms)訊框(十個子訊框或二十個時槽)結構，共有一千六百八十個RE/RB，然而並非所有RE皆分配用於實體下行共享傳輸通道(PDSCH)。
某些RE須要分配於傳輸控制資訊，包括實體下行控制通道(PDCCH)、實體控制格式指示通道(PCFICH)，以及實體混合式自動重送請求指示通道(PHICH)；分配範圍為一至四個符號。
在頻域中，視表1的循環字首配置而定，每一個RB皆以次載波間隔分布於180kHz中。傳輸頻寬配置NRB針對不同的LTE通道，定義可用RB的最大數量(減去保護頻帶)，如表2所示。
接著，實體資源區塊會對應至虛擬資源區塊(VRB)，資源分配會透過PDCCH DCI格式指示器傳送至UE，以進行適當解調變與解碼而針對LTE所定義的資源分配(RA)，共分為三種類型。
上行鏈路調變計畫採SC-FDMA
上行鏈路的資源分割畫面與下行鏈路者雷同，但上行鏈路傳輸使用的調變計畫，係採用SC-FDMA，正常循環字首與延伸循環字首皆可用。
實體上行共享通道(PUSCH)可完全關閉，如此一來，將使用實體上行控制通道(PUCCH)傳輸混合式自動重送請求(HARQ)資訊，以回報下行鏈路資料已成功解碼或解碼失敗之接收訊息。
發送PUSCH通道時，可關閉PUCCH，則HARQ資訊將以PUSCH傳輸。另外，自LTE Release 10起，PUSCH和PUCCH皆可同時開啟。
因應各訊號框結構類型 下行鏈路發射PSS/SSS
根據各訊框結構類型，對應至在不同子訊框與時槽上，占用中間七十二個次載波資源格柵的eNB下行鏈路，會發射兩個實體同步化訊號。
主要同步化訊號(PSS)係發射至FDD訊框結構時槽0與時槽10的最後一個OFDM符號；在TDD訊框結構的時槽2與時槽12，則是第三個OFDM符號。
雖然資源柵格上有七十二個次載波，但只有中間的六十二個次載波，係使用Zadoff-Chu序列調變；使用三個特定的根序列指數，將五百零四個唯一實體層識別碼，區分為一百六十八個唯一實體蜂巢識別碼(Cell-identity)群組。
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| 圖1 FDD與TDD資源柵格 |
接著使用次要同步化訊號(SSS)，進一步在一百六十八個唯一識別碼群組中，找出指定的識別碼群組。SSS係於FDD訊框架構的時槽0與時槽10發射，在TDD訊框結構則為時槽1與時槽11，並使用BPSK調變架構進行調變。就RE而言，PSS與SSS會在每一個無線訊框上最多占用二百八十八個RE。圖1說明FDD與TDD訊框中的PSS與SSS資源分配。
訊息廣播通道採用QPSV調度
實體廣播通道(PBCH)為傳送廣播通道(BCH)之實體通道。BCH傳輸蜂巢系統中，各UE所要解碼的主要資訊區塊(MIB)；PBCH係使用位在子訊框0和頻距4符號上的中間六十二個次載波(六個RB)的QPSK調變。就RE而言，則在每一個無線訊框上使用了七十二個RE。
然而，系統資訊區塊(SIB)訊息則在PDSCH上，透過DL-SCH傳輸通道傳送。用於RF符合性的FDD和TDD下行鏈路固定參照通道(FRC)，永遠預留子訊框5，如此一來此，子訊框上便不會傳輸任何資料酬載，而在實際網路中，此一子訊框可承載RB中未分配作為SIB傳輸的資料酬載。
CSR為強制性下行鏈路參照訊號
3GPP TS 36.211定義六種類型的參照訊號，如表3所列。一般而言，參照訊號係供通道估算與均化用，而唯一的強制性下行鏈路參照訊號為CRS。
然而，分配供作RS的RE數量，隨傳輸使用的天線數量不同而異。當使用兩個天線進行傳輸時，每個天線的每一個子訊框皆分配八個RE。值得注意的是，第一個天線保留(未使用)八個RE，但第二個天線的同一位置，則使用這八個RE，反之亦然。
此外，3GPP TS 36.211也定義兩個上行鏈路參照訊號。解調變參照訊號(DM-RS)關聯至PUSCH與PUCCH，以及選擇性的探測參考訊號(SRS)，PUSCH的DM-RS在每一個時槽一般CP的第四個符號，以及延伸CP的第三個符號上，占用最多達十二個RE/RB。
DM-RS針對PUCCH所占用的RE/RB數量，隨PUCCH格式不同而異，如表4所示，並於3GPP TS 36.211 Section 5.5.2.2中定義。
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| 圖2 FDD UL資源柵格 |
上行鏈路SRS將占用每一個子訊框最後一個符號十二個RE/RB。如圖2所示，12個RE/RB會加以分配，但SRS訊號傳輸可能不會占用所有RE/RB。
不同傳輸模式天線配置各異
根據3GPP Release 10的定義，共有九種傳輸模式，如表5所示。
在這些傳輸模式定義下，可配置不同的天線配置與各種傳輸層，以視晶片組功能，達到各種通道條件下運作之理想最大資料傳輸速率。
就如同3GPP標準中所定義的其他無線技術般，數位調變技術是針對LTE PDSCH和PUSCH傳送通道傳輸所定義，用於承載數位資料。QPSK、16QAM與64QAM調變類型，分別定義用於傳送每符號2位元、4位元與6位元資料。
調變類型的選擇主要取決於傳播條件、可用的資源單位，以及屬於通道狀態資訊(CSI)報告的通道品質指示(CQI)。下行鏈路PDCCH使用QPSK調變類型傳輸控制資訊；而上行鏈路PUCCH則視3GPP TS36.211 Section 5.4所定義之PUCCH格式，使用BPSK和/或QPSK傳輸控制資訊。
3GPP定義表格矩陣組 確保上/下行鏈路編碼率正確
下行鏈路編碼率於3GPP TS 36.213 Section 7.17中定義，實體下行共享通道(PDSCH)傳輸區塊大小與調變順序圖(Modulation Order Map)，如表6與表7所示。
=每符號位元
實體通道位元=
下行鏈路資訊位元=TBS(ITBS,NPRB)+24CRC位元
DL編碼率即欲傳送之下行鏈路資訊與每個子訊框可用實體通道位元的比。
TBS指數指向3GPP TS36.213 Section 7.1.7.2中所定義的表格矩陣組(ITBS,NPRB)，此乃用於計算並確認可套用至傳輸區塊，而不會導致解碼錯誤的編碼率。若有效通道編碼率高於0.93，則UE可在初步傳輸中，略過對傳輸區塊的解碼，因此一律以0.93做為限制值論述。
上行鏈路編碼率於3GPP TS 36.213 Section 8.6中定義。實體上行分享通道(PUSCH)傳輸區塊大小與調變順序圖，如表7所示。
與下行鏈路相似，TBS指數指向3GPP TS36.213 Section 7.1.7.2中所定義的表格矩陣組，此乃用於計算並確認可套用至傳輸區塊，而不會導致解碼錯誤的編碼率。
若UE無法在PUSCH上支援64QAM傳輸，則上行鏈路從IMCS 21之後，將限制為每符號4位元(16QAM)。若使用時間間隔集束(TTI Bundling)，則將刪減至每符號2位元(QPSK)。
為整合所有資源，在此以FDD訊框結構為例，採取務實的作法。含一般循環字首配置的下行鏈路FDD訊框結構，每個時槽擁有八十四個RE，一個子訊框(兩個時槽)內則有一百六十八個RE。
然而，如圖3所示，若PDCCH傳輸僅分配到兩個符號時，則PDSCH將僅分配到一百三十八個RE。若使用兩個天線連接埠，則每一個天線通道的PDSCH RE數量則會減少至一百三十二個，如圖4所示。
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| 圖3 FDD下行鏈路單天線一般CP資源柵格(除了0或5以外的子訊框) |
在子訊框5上，資源柵格占用中間七十二個次載波(六個RB)，PSS與SSS占用二十四個RE，並有兩個符號分配至PDCCH，則PDSCH僅剩一百零八個RE。
在子訊框0上，資源柵格占用中間七十二個次載波(六個RB)，PSS、SSS與PBCH占用最多至六十八個RE，並有兩個符號分配至PDCCH，則PDSCH僅剩六十四個RE。
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| 圖4 FDD下行鏈路雙天線一般CP資源柵格 |
在10MHz的實際發射頻寬下，使用2×2天線配置(兩層空間多工搭配兩個代碼字傳輸)，以TM4傳輸的UE進行測試，其中有兩個符號分配至PDCCH，並且在中央的七十二個次載波(六個RB)分配六個PRB；子訊框0的PDSCH RE/RB數量為六十四個RE(圖5)。即使通道條件允許每符號QPSK 2位元傳輸，則將IMCS代入8(QPSK)，則實際編碼率將超過0.93。
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| 圖5 中央6RB子訊框0上FDD上行鏈路雙天線一般CP資源柵格 |
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因此，為確保傳輸不出現解碼錯誤，IMCS必須減少至6，以得到低於0.93的編碼率。 |
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另一方面，採相同配置的子訊框5，其PDSCH RE顯示編碼率最多可允許IMCS至25(64QAM)，且碼率不會超過0.93。 |
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除了子訊框0和5以外的其他FDD下行鏈路子訊框，最多可允許IMCS至28(64QAM)，其中TBS為4392，編碼率不會超過0.93。其他分配至DM-RS、PRS以及CSI-RS的資源，也會影響下行鏈路PDSCH RE的可用性。 |
值得一提的是，上述範例的最大資料傳輸速率，為所有十個子訊框TBS值乘以一百的和。傳輸速率即每個代碼字為3.9232Mbit/s。在此單一使用者MIMO情況下，兩個代碼字可提供7.8464Mbit/s的傳輸速率。
上行鏈路編碼率使用同樣的演算法，唯一不同的是PUSCH、PUCCH和SRS的分配所對應的資源柵格不同。
由此可以發現，每一個子訊框皆由0.93之最大目標編碼率管理，迫使分配給不同使用者的資源，隨各種因素(包括循環字首、傳輸模式、天線配置、傳輸頻寬、資源區塊分配，以及控制通道符號數量)而採用不同的編碼方式、調變類型，以及傳輸區塊大小。
無線符合性測試係使用1/6、1/5、1/3、1/2、2/3以及3/4的目標編碼率，且不含子訊框5分配。若使用3/4(0.75)的目標編碼率，資料傳輸的錯誤修正會使得若干實作問題無法顯現，甚至進而導致不測試子訊框5的資料編碼。
雖然在實際實作情況下，受到環境因素影響，編碼率似乎很難固定維持在0.93，但在設計驗證中，務必要使用最高可行的編碼率搭配理想的通道條件，以將可能隱藏實體層與傳輸層實作問題的錯誤修正降至最低。
CSI可確保最佳調變類型
在非理想的實際環境條件下，則使用以CSI為基礎的排程，利用UE通道估算動態增減編碼率。通道狀況是CQI表格對應的決定因素。通道狀況可透過CSI報告調整環境評估資訊回饋，確保使用最佳調變類型與傳輸區塊大小，以在傳輸媒介上傳送指定的資料。
根據以UE接收器評估與效能回報的CQI，不良訊噪比環境中的資料速率可能會降低。低碼率能夠以較高的冗餘，成功對傳輸的資料解碼，也能夠有效減少重新傳輸的負擔。3GPP TS 36.213表7.2.3-1顯示CQI表格以及目標碼率。
視不同的資源分配以及UE寬頻或窄頻報告，表格內數值將會有所差異。各晶片組數據機供應商或製造商可能會將演算法最佳化，以提高實際環境動態排程的高效編碼率。
為測量動態排程的效能，套用加成性白高斯雜訊(AWGN)、正交通道雜訊產生器(OCNG)以及傳播條件，以驗證演算法之實作。
針對每一個子訊框中的代碼字，以CSI為基礎的排程也可透過此一使用者介面開啟。新增內部AWGN、OCNG以及基頻衰減模擬後，便可使用就UE因應碼率與調變機制之動態變化程度分類的各種訊噪比，進行接收器效能測試。工程師可手動變更資訊分配，或者使用Mobile Test Interface(MTI)軟體等自動化工具自動執行。
軟體將自動計算並限制每一個子訊框各代碼字低於0.93的有效碼率，確保量測不會造成錯誤故障。如此一來，也不必計算眾多測試情境的編碼率，可有效減少人為疏失。
在數據機晶片組通訊協定層開發的早期，需要有全方位的通訊協定測試設備，通訊協定工程師才能夠建構、編輯，並自訂3GPP標準中所定義(但尚未完全實作於數據機)的通訊協定層。
完成完整的數據機堆疊後，應使用標準的3GPP相容性無線測試設備，如配備軟體自動化的UXM，確認所有實作皆與實際網路部署條件吻合。以LTE/LTE Advanced實體層編碼率為基礎的效能驗證，能夠以由下而上的方式，有效並完整地測試UE接收器與發射器特性，並驗證其效能。
(本文作者任職於是德科技)