lte modulacion - code rate transport block

ModulacinCode RateTransport Block 1 Ing. Digenes Marcano

Modulacin Code Rate Transport Block en LTE

Caracas, Jun. 2015

Ing. Digenes Marcano

[email protected]


1 GENERALIDADES

El objetivo de este captulo es calcular la capacidad de la interface de aire LTE FDD considerando la mayor cantidad de detalles de acuerdo a las especificaciones tcnicas del 3GPP y a la literatura espeecializada, y dejando la menor cantidad de parmetros a suposiciones. Entre otros se espera considerar la categora del UE, el TB (Transport Block), la modulacin y codificacin de canal, el CQI medido por el UE, la potencia medida por el UE es decir el RSRP y el RSRQ, etc. etc.

Sin embargo, hay que aclarar que no todos estos factores se pueden obtener de los estndares del 3GPP o que en algunos casos hay dudas en la forma de calcularlos.

2 CQI

El Channel Quality Indicator o CQI se representa por medio de una tabla junto al code rate, ver Tabla 1. Para cada modulacin, la tabla indica en la columna code ratex1024 la cantidad de bits de datos tiles que pueden extraerse por cada 1024 bits enviados. Dicho de otra manera el code rate es el valor de la tabla dividido por 1024. Ejemplo, si CQI es 6 indica que la modulacin es QPSK y que el code rate es 602/10240.588; esta es la tasa efectiva de codificacin despus del puncturing, repetition, y rate matching.

Tabla 1. CQI para diferentes combinaciones de modulacin y tasas de codificacin de canal. Esto es lo que el UE le indica al eNodeB.

La Tabla 1 muestra el CQI, que es slo un ndice, la modulacin, el code rate y la eficiencia. Dicha tabla se refiere nica y exclusivamente a lo que mide el UE y que reporta al eNodeB.

3 TRANSPORT BLOCK (TB) El transport block es el payload de la capa fsica y se refiere nicamente a la constitucin del PDSCH, por lo tanto lleva los datos de las aplicaciones de los usuarios y los encabezados de las


capas superiores. La Fig. 1, muestra la representacin temporal y el Stack de protocolos de LTE en el DL.

Fig. 1.Representacin del Transport Block en el DL.

En realidad el TB es MAC PDU que entra a la capa fsica como el PHY SDU. El TB no incluye los canales de control, y especficamente no incluye ni el PDCCH ni las seales de referencia. En general la capa fsica tambin debe llevar los siguientes canales: PDCCH, PCFICH, PHICH, RS y PSS, SSS, PBCH cuando aplique. Por lo tanto, la cantidad total de recursos en la interface de aire debe repartirse entre el TB y los canales y seales de control. Y esa funcin la realiza el Scheduler. Entonces podramos preguntarnos, Cul es el tamao del TB?, Esos tamaos estn estandarizados? La respuesta es que los tamaos en bits del transport block en efecto estn estandarizados en 3GPP TS 36.213 (1), en particular en la versin 11.4.0 Release 11, en la Table 7.1.7.2.1-1: Transport block size table.

3.1 DEFINIENDO EL TAMAO DEL TRANSPORT BLOCK En el documento 3GPP TS 36.213 (1) version 11.4.0 Release 11, puede ser cualquier otro Release, se explica el procedimiento. Para nuestro propsito slo es necesario entender las tablas.

Una vez que el Scheduler decide asignar recursos a un UE en el DL, en particular debe decidir el esquema de modulacin y codificacin a usar, es lo que se denomina el MCS. El esquema MCS viene definido en (1), tal como lo muestra la Tabla 2. La primera columna es un ndice del tipo de MCS, la segunda indica la cantidad de bits por smbolos para cada modulacin (2 bits para QPSK, 4 para 16QAM y 6 bits para 64QAM), por su parte la tercera columna es un apuntador hacia otra tabla (La Tabla 4) donde se especifica en bits el tamao del TB.


Tabla 2.Modulacin y tamao del TB para el PDSCH. Esto es lo que el eNodeB le indica al UE.

Lo que reporta el UE al eNodeB es lo establecido en la Tabla 1, donde slo hay 16 combinaciones posibles de modulacin y codificacin, y la Tabla 2 determina el esquema de MCS y el ndice que seala el tamao del TB que en definitiva es asignado al UE por el eNodeB, pero en este caso hay 32 combinaciones posibles. Por otro lado, la Tabla 2 no indica explcitamente la tasa de codificacin, a pesar de que si define la modulacin. En realidad no hay una transformacin directa entre el ICQ (Tabla 1) y el IMCS (Tabla 2). El eNodeB de acuerdo con el reporte del UE decide cual es el mejor esquema de MCS; el coding rate correspondiente a cada IMCS de la Tabla 2 se presenta en la Tabla 3 (2). Si analizamos bien, vemos que en la Tabla 2 y en la Tabla 3 estn todas las combinaciones de modulacin y code rate los QCI de la Tabla 1, pero se incorporan nuevos valores que corresponden a valores promedios de dos code rate de la Tabla 1 . Por ejemplo, en la Tabla 3, las filas con IMCS 0 y 2 corresponden con QCI 2 y 3 de la Tabla 1. Pero la fila con IMCS igual a 1 de la Tabla 3 no tiene correspondiente en la Tabla 1; en este caso el coding rate correspondiente es igual al promedio aritmtico del coding rate de las filas con IMCS 0 y 2: (120+193)=157. De


esa manera se construye la Tabla 3 que equivale a la Tabla 2, para ms detalles ver Annex A en (2). Una vez que el Scheduler decide, de acuerdo a los reportes enviados por el UE al eNodeB, usar un esquema de modulacin y codificacin, entonces se selecciona un IMCS y su correspondiente ITBS, ver Tabla 2. Con el valor de ITBS y la cantidad de Physical Resourse Block asignados, la Tabla 4, indicar el tamao del TB en bits.

Tabla 3. Parmetros para cada IMCS (2).

MCS Index modulation coding rate x 1024

efficiency Comments Code Rate

0 2 120 0.2344 from CQI table 0.1171875 1 2 157 0.3057 Average

Efficiency 0.15332031 2 2 193 0.377 from CQI table 0.18847656 3 2 251 0.4893 Average




Efficiency 0.66308594 10 4 340 1.3262 overlap 0.33203125 11 4 378 1.4766 from CQI table 0.36914063 12 4 434 1.69535 Average



Efficiency 0.64257813 17 6 438 2.5684 overlap 0.42773438 18 6 466 2.7305 from CQI table 0.45507813 19 6 517 3.0264 Average





Efficiency 0.88867188 28 6 948 5.5547 from CQI table 0.92578125 29 Implicit TBS signaling with QPSK 30 Implicit TBS signaling with 16QAM 31 Implicit TBS signaling with 64QAM


La Tabla 4, muestra parcialmente el tamao en bits del TB en funcin del ndice ITBS ( de las Tabla 2 y Tabla 3) y de la cantidad de PRB asignados, esta tabla se extiende hasta NPRB=110, por lo que es una tabla de 27 filas y 110 columnas.

El eNodeB slo necesita indicarle al UE el IMCS, segn la Tabla 2, y la cantidad de PRB; y a partir del IMCS el UE obtiene el ITBS y con la cantidad de NPRB obtiene el tamao del TB en bits. Conociendo el IMCS de la Tabla 3 se obtiene la modulacin y code rate.

Tabla 4. Tabla parcial del tamao del TB.

3.1.1 EJEMPLO Supongamos que para un UE especifico el Scheduler decide asignarle el IMCS 22, lo que corresponde a un ITBS de 20 de acuerdo con la Tabla 2, esto en cuanto a modulacin y codificacin se traduce en: 6 bits por smbolos (64 QAM) y code rate=666/1024. Por otro lado para enviar los datos requeridos en el DL el Scheduler determina, en este ejemplo, que hacen falta 7 PRB, entonces de la Tabla 4 obtenemos que el tamao del TB debe ser 3240 bits, los cuales se enviarn en el tiempo de duracin de una subtrama que es 1 ms; de esta manera para el UE de este ejemplo la tasa de bits ser:

MbpsE

RateBit 24.313240

_ 3 ==


Esto es lo que se le asignara a dicho UE en el PDSCH es decir en la zona de datos de la matriz de recursos del DL, independientemente de cmo es la estructura de la zona de sealizacin y control de la mencionada matriz.

3.1.2 PEAK RATE El clculo de la tasa pico es similar al ejemplo anterior. En este caso necesitamos conocer la cantidad mxima de PRBs de acuerdo al ancho de banda que se est usando. La Tabla 5 muestra el ancho de banda y la cantidad de RBs para LTE, esto no incluye agregacin de portadoras.

Tabla 5. Anchos de bandas y cantidad de RB en LTE

A continuacin se incrusta un archivo Excel con la Tabla 4 de manera que tenemos disponible todos los valores de la tabla. Para cada ancho de banda tenemos la mxima cantidad de RBs y a partir de all es que calculamos la tasa pico, la cual se obtiene cuando el ITBS es 26 (IMCS=28), el tamao del TB lo obtenemos entre la interseccin de la fila ITBS=26 con la columna que representa la cantidad de PRB de acuerdo al ancho de banda.

36_213.xls

EJEMPLO.

Consideremos un ancho de banda de 20 MHz que corresponde a un total de 100 PRBs. De acuerdo con la Tabla 4 el tamao del TB es de 75376 bits para ITBS 26, tal como se muestra en la Tabla 6. Entonces la tasa pico del PDSCH viene dada por:

MbpsE

RatePeak MHz 376.75175376

_ 320 ==

Un clculo aproximado se puedo haber hecho a partir de la matriz de recursos. Para 20 MHz hay un total de 1200x14 REs, si consideramos un overead del 25% quedan 12600 REs para el PDSCH. Si la modulacin es 64 QAM, entonces en total el PDSCH puede llevar 1200x6=75600 bits loa cuales se transmiten durante un milisegundo. De esta forma la tasa pico es 75.6 Mbps, muy similar al valor anterior. Podemos seguir considerando esta ltima metodologa para calcular el peak rate.

La Tabla 7, muestra los la tasa pico para los diferentes anchos de banda de LTE considerando una modulacin de 64 QAM y un IMCS=28.


Tabla 6. Tamao del TB para ITBS=26 con un ancho de banda de 20 MHz.


Tabla 7. Peak Rate para los anchos de banda de LTE

Parmetros de los diferentes anchos de banda de LTE.

Modulacin 64 QAM. IMCS=28, ITBS=26.

Ancho de banda del Canal, MHz

1.4 3 5 10 15 20

Cantidad de PRBs

6 15 25 50 75 100

Ancho de banda de Transmisin, MHz

1.08 2.7 4.5 9 13.5 18

Peak Rate, Mbps

4.392 11.064 18.336 36.696 55.056 75.376


4 CATEGORIAS DE UEs

Los UEs se clasifican en categoras de acuerdo a sus capacidades, tal como lo establece (3). 4.1 PARMETROS DEL DL

a) Maximum number of DL-SCH transport block bits received within a TTI Define la cantidad mxima de bits que puede recibir el UE en el DL-SCH, es decir incluye todos los transport block (En caso de que exista ms de un transport block). Este nmero no incluye los bits BCCH que lleva el transport block en el DL-SCH. Este parmetro se refiere a la cantidad mxima de bits considerando todos los transport block del DL-SCH, durante el TTI.

b) Maximum number of bits of a DL-SCH transport block received within a TTI Define la cantidad mxima de bits que puede recibir el UE en un transport block en el DL-SCH durante un TTI. Es de hacer notar que ese parmetro se refiere a la cantidad de bits dentro de un simple DL-SCH.

c) Total number of DL-SCH soft channel bits Se refiere a la cantidad mxima de bits disponibles para el procesamiento de HARQ. Este parmetro se usa para decidir si una retransmisin HARQ usa el modo Chase Combining o Incremental Redundacy.

d) Maximum number of bits of a MCH transport block received within a TTI 4.2 PARMETROS DEL UL

a) Maximum number of bits of an UL-SCH transport block transmitted within a TTI Define la cantidad mxima de bits que el UE puede transmitir en un solo TB en el UL-SC durante el TTI

b) Maximum number of UL-SCH transport block bits transmitted within a TTI Define la cantidad mxima de bits que el UE puede transmitir en el TB del UL-SC durante el TTI. Si aplica, aqu se incluyen todos los bits que pudiesen transmitirse en varios TBs.

4.3 LAS DIFERENTES CATEGORAS DE UEs Las diferentes categoras y sus caractersticas se presentan en la Tabla 8 y en la Tabla 9 de acuerdo a las caractersticas del DL y del UL, los parmetros fueron definidos en las dos secciones anteriores de este documento de acuerdo a (3).

a) El Peak rate de cada categora en el DL (UL) puede calcularse a partir de la cantidad de bits definida por el parmetro Maximum number of DL-SCH (UL-SCH) transport block bits received (transmited) within a TTI, es decir la columna 2 la Tabla 8 (Tabla 9) dividida por el TTI que es igual a 1 ms.


b) Regla nemotcnica para calcular la tasa pico. Tomamos la mxima cantidad de bits que puede soportar un UE en el DL(UL), columna 2 Tabla 8 (Tabla 9) y los dividimos por 1000, el resultado es la tasa pico en Mbps.

Tabla 8. Diferentes categoras de UEs y sus caractersticas en el DL de acuerdo con (3). MCH: Multicast Channel


Tabla 9. Parmetros del UL para diferentes categoras del UE (3).

5 Bibliography

1. 3GPP TS 36.213 version 12.5.0 Release 12. 2015. 2. 3GPP. R1-081638 3GPP TSG RAN1 #52bis . 2008. 3. 3GPP TS 36.306 version 12.4.0 Release 12. 2015. 4. 3GPP TS 36.101 version 12.7.0 Release 12. 2015.

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