LTE成长笔记--下行参考信号：小区特定参考信号

小区特定参考信号(Cell-specific reference signal)

下行参考信号是在时频资源网格中占有特定资源元素的预先定义的符号。LTE包括了多种类型的下行参考信号，下面介绍第一种下行参考信号—小区特定参考信号。

作用:

1. 终端用于终端的信道估计，PDSCH的传输模式7,8,9和PMCH除外（对应于基于非码本的波束赋形/预编码）;
2. 终端用于获取信道状态信息(CSI);
3. 终端测试时可用做小区选择和切换决定的基础；

对应端口:

小区可以使用1个、2个、4个小区特定参考信号，因此分别对应使用1个、2个、4个天线端口。
小区特定参考信号只能在天线端口0~3中的1个或几个中传输。

RE映射:

1. 使用1个小区特定参考信号的情况（对应天线端口0）

• 参考符号插入到每个时隙（7个OFDM符号）的第1个OFDM符号和第4个OFDM符号中
• 同一OFDM符号内相邻的2个参考符号在频域上间隔6个子载波
• 第1个OFDM符号和第4个OFDM符号中的参考符号在频域上间隔3个子载波

如下图所示（1个RB中共有8个参考符号）：

在上图中，参考符号的起始位置是从每个RB的第1个OFDM符号的第一个子载波位置开始的，但不是任何时候都是如此。参考符号在每个RB内的起始位置和小区特定的频率偏移有关。 LTE定义了6个频率偏移，其取值为 mod6(PCI)$mo{d}_6(PCI)$，即各小区的物理小区ID模6。

例如偏移为5的情况如下图所示：

那么为什么要这样分配呢？原因在于这样可以避免至多6个相邻小区的小区特定参考信号之间的时频资源冲突和干扰，即所谓的“模6干扰”。为了有效地提高参考信号的SIR，可以让参考符号比周围其他非参考符号拥有更高的能量（可以有至多6dB的功率提升）。频率偏移以后，某个小区上的参考信号只会收到相邻其他小区非参考信号所带来的干扰，但是非参考信号的符号功率又相对比较小，这样就能提升参考信号的SIR。

2. 使用2个和4个小区特定参考信号的情况（对应天线端口0,1和天线端口0,1,2,3）

当小区使用2个参考信号时，天线端口0的参考信号与天线端口1的参考信号在频域上偏移了3个子载波，如下图所示：

当小区使用4个参考信号时，天线端口2的参考信号和天线端口3的参考信号在每个时隙的第2个OFDM符号上传输，且两者在频域上偏移了3个子载波。为了降低开销，天线端口2的参考信号和天线端口3的参考信号密度是天线端口0和天线端口1的一半，如下图所示：

为了避免各天线端口上的参考信号被其他天线端口所干扰，如果某个天线端口上的某个RE被用于发送参考信号，则其他端口上时频位置相同的RE上不得传输任何东西。

3. 协议36.211中的小区特定参考信号映射总结图

所用序列:

既然映射的RE位置已经确定了，那么接了下来我们讨论各个RE中使用的序列符号是什么。小区特定参考信号其实是采用QPSK调制的(其实小区特定、UE特定和MBSFN特定参考信号都是QPSK调制的)，这样的目的是使发射波形的峰值平均功率比较低。具体的序列rl,ns$r_{l,n_s}$可以表示为：

其中，m$m$是参考信号的序号，ns$n_s$是一个系统帧内的时隙标号，l$l$是一个时隙中的OFDM符号标号，伪随机序列c$c$是长度为31位的Gold序列。从上图可以看出初始化cinit$c_{init}$的生成与小区PCI、时隙标号、时隙内的OFDM符号标号和循环前缀的类型相关。

注意，生成rl,ns(m)$r_{l,n_s}(m)$的公式中的c(2m)$c(2m)$和c(2m+1)$c(2m+1)$不是直接来自于cinit$c_{init}$，而是需要进行迭代生成，具体的产生过程可以参照36.211的7.2节。

拓展思考:

为什么小区特定参考信号在RB中的插入位置要设计成这样？下面从时域方向的间隔和频域方向的间隔两个方面来说明。

1. 参考符号间的时域间隔

参考符号间所要求的间隔时间可以从其所支持的最大多普勒频移得到，即移动速度为500km/h时的多普勒频移。

多普勒频移的计算公式为：fd=fcvc$f_d=\frac{f_{c}v}{c}$，其中fc$f_c$为载波频率，v$v$为UE的移动速度，c$c$为光速。考虑fc$f_c$=2GHz，v$v$=500km/h的情况，则此时的多普勒频移fd≈$f_d\approx$950Hz。因此，根据奈奎斯特采样定理，能恢复出信道的最小采样频率为 Td=12fd≈$T_d=\frac{1}{2f_d}\approx$0.5ms。这就意味着在时域中每个时隙需要2个参考符号，以便正确估计信道。

2. 参考符号间的频域间隔
频域间隔与信道的相干带宽有关，因此也与信道时延扩展有关。相干带宽的90%和50%分别是20kHz和200kHz，最大r.m.s信道考虑的传输时延是991ns。因此LTE中，频域上两个符号的间隔在一个资源块内是45kHz，可以解决信道预期的频域变化。

至此，关于小区特定参考信号的内容基本上介绍完了，其中涉及到的一些细节问题有兴趣的话可以查阅相关的文献和书籍。

参考文献：

【1】《深入理解LTE-A》第二版 第25-31页
【2】《LTE/LTE-Advanced—UMTS 长期演进理论与实践》第二版 第123-127页
【3】《4G移动通信技术权威指南》第112-115页