LTE物理傳輸資源(2)-頻帶、通道頻寬和頻點號EARFCN
1.頻帶(Band)
所謂頻帶,指代的是一個頻率的範圍或者頻譜的寬度,即無線解碼器的最低工作頻率至最高工作頻率之間的範圍,單位是Hz。為了方便起見,在LTE中,使用數字1-43來表示不同的頻帶(36101-V10.21.0版本協議),從而指代不同的頻率範圍。
協議36101規定了目前LTE所有的頻帶、該頻帶的頻率範圍和LTE制式,如下圖所示。需要注意的是,頻帶1-32的上下行頻率範圍是不重疊的,即上行和下行在不同的頻點中傳輸資料,這種頻帶也稱為“成對頻帶”(Paired Frequency Band),預留給FDD使用。頻帶33-43的上下行頻率範圍一致,這種頻帶也稱為“非成對頻帶”(Unpaired Frequency Band
(圖1)
目前中國移動、聯通、電信三家運營商使用的頻帶範圍如下表所示。
(圖2)
其中TDD的分配情況為:
(圖3)
FDD的分配情況為:
(圖4)
從上述運營商的頻譜使用表格中可以看到,用作TDD制式的集中在39-41這些高頻帶中,這種分配既有優點也有缺點。優點是目前其他的無線制式並不在高頻帶使用,因此干擾較少,同時因高頻的頻譜資源豐富,也能拿到較多的頻譜頻寬;缺點就是衰減快。目前我國已經分配的頻譜資源情況如下表所示(該表來源於知乎的Fega)。
(圖5)
2.通道頻寬(Channel Bandwidth)
通道頻寬限定了允許通過該通道的上下限頻率,也即限定了一個頻率通帶。在一個頻帶Band中,可以靈活分配若干個不同的通道頻寬。LTE系統支援通道頻寬靈活可變,有6種可以配置,分別是1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz,20MHz。較低的頻寬1.4MHz和3MHz,可以方便CDMA2000使用的頻譜遷移到LTE,同時幫助促進GSM和TD-SCDMA向LTE的遷移。規定多種頻寬的目的是為了適應不同頻率的使用場景,比如有些時候可用的頻帶不足10MHz,那麼就可以將LTE系統配置成5MHz使用。
不是所有的通道頻寬都可以用作傳輸資料的資源,在通道頻寬的兩邊會預留部分用於保護頻寬,如下圖示意。以20MHz頻寬為例,一個RB佔用12個子載波,每個子載波佔15K,那麼20MHz的頻寬,如果全部用作傳輸資料的RB的話,可以有110個。但實際進行頻譜發射的時候,不可能是一個理論上的矩形視窗,在通道頻寬的兩個邊緣,不可避免的會出現斜邊(發射訊號功率滾降)。除了1.4MHz頻寬之外的所有通道頻寬,用於傳輸資源的RB塊佔用了90%的通道頻寬,因而對於實際的20MHz頻寬,可以用來傳輸資料的RB資源是100個。
每種頻寬用於資料傳輸的資源RB個數如下所示:
3GPP也規定了不同頻帶中可以使用的頻寬型別,如下表所示。對於目前中移動、聯通、電信使用的TDD頻帶39、40、41來說,支援的頻寬是5MHz、10MHz、15MHz和20MHz
3.載波頻點號(EARFCN)
為了唯一標識某個LTE系統所在的頻率範圍,僅用頻帶和通道頻寬這兩個引數是無法限定的,比如中移動的頻帶40佔了50M頻率範圍,而LTE最大的通道頻寬是20M,那麼在這個50M範圍裡是沒有辦法限定這個20M具體在什麼位置,這個時候就要引入新的引數:載波中心頻率Fc(簡稱載波頻率)。
通過上圖可以看出,通過頻帶Band、通道頻寬Bandwidth和載波頻率Fc這三個值,就可以唯一確定LTE系統的具體頻率範圍了。由於載波頻率Fc是一個浮點值,與整形型別相比,不好用於空口的傳輸,因此在協議制定的時候,使用載波頻點號來表示對應的載波頻率Fc。
載波頻點號,又叫EARFCN,全稱是E-UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number,絕對無線頻率通道號,使用16bit表示,範圍是0-65535。因為要用EARFCN來指代載波頻率Fc,因此這兩個引數之間必須一一對應,可以互相轉換。載波頻率Fc和EARFCN之間的關係式如下所示,其中Fdl和Ful分別表示下行和上行具體的中心載波頻率,Ndl和Nul則分別表示下行和上行的絕對頻點號。
舉例說明怎麼計算:比如當前LTE系統使用的是頻帶40,載波頻點是2320MHz,那麼查表可以得到Fdl_low=2300MHz,Noffs_dl=38650,Ful_low=2300MHz,Noffs_ul=38650。那麼代入公式(注意代入時MHz不要轉成Hz),可以得到上下行的載波頻點號均是38850。
4.非正式的頻帶說法
有時候我們在看資料文件的時候,會發現存在“頻帶是850M”、"DCS1800頻帶"這類說法,這種說法是業內的俗稱,並不是一種正式的叫法,它們所指代的頻率範圍不要與圖1中的頻帶範圍相聯絡。比如“850M頻帶”一般指代的就是Band5,但從圖1中可以看到,Band5的頻率範圍並不包含850MHz在內。LTE協議規定的頻帶與通俗叫法的對應關係如下圖所示。
參考文獻:
(1)3GPP TS 36.101 V10.21.0 (2015-12) User Equipment (UE) radio transmission and reception
(2)《4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband》
(3)https://www.rtr.at/de/tk/FRQ_spectrum/LTE_Bands_Overview