LTE笔记(自己在某公司整理的)分析.pdf

LTE 初学笔记 逻辑、传输、物理信道 逻辑、传输、物理信道映射 逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其 载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去；不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。下行信道映射关系 上行信道映射关系 对于上行来说，逻辑信道公共控制信道 CCCH、专用控制信道 DCCH 以及专用业务信道DTCH都映射到上行共享信道UL-SCH，对应的物理信道为PUSCH。上行传输信道RACH对应的物理信道为 PRACH。对于下行来说，逻辑信道寻呼控制信道 PCCH 对应的传输信道为 PCH，对应物理信道为 PDSCH 承载；逻辑信道 BCCH 映射到传输信道分为两部分，一部分映射到 BCH，对应物理信道 PBCH，主要是承载 MIB（MasterInformationBlock）信息，另一部分映射到 DL-SCH，对应物理信道 PDSCH，承载其它系统消息。CCCH、DCCH、DTCH、MCCH(Multicast Control Channel)都映射到 DL-SCH，对应物理信道 PDSCH。MTCH(Multicast Traffic Channel)承载单小区数据时映射到 DL-SCH，对应物理信道 PDSCH。承载多小区数据时映射到 MCH，对应物理信道 PMCH。物理信道简介 物理信道：对应于一系列 RE 的集合，需要承载来自高层的信息称为物理信道；如PDCCH、PDSCH 等。物理信号：对应于物理层使用的一系列 RE，但这些 RE 不传递任何来自高层的信息，如参考信号(RS)，同步信号。下行物理信道：PDSCH:Physical Downlink Shared Channel(物理下行共享信道)。主要用于传输业务数据，也可以传输信令。UE 之间通过频分进行调度，PDCCH:Physical Downlink Control Channel(物理下行控制信道)。承载导呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的 HARQ 信息。PBCH:Physical Broadcast Channel(物理广播信道)。承载小区 ID 等系统信息，用于小区搜索过程。PHICH:Physical Hybrid ARQ Indicator Channel(物理 HARq 指示信道)，用于承载 HARP 的ACK/NACK 反馈。PCFICH:Physical control Format Indicator Channel(物理控制格式指示信道)，用于承载控制信息所在的 OFDM 符号的位置信息。PMCH:Physical Multicast channel(物理多播信道)，用于承载多播信息 下行物理信号：RS(Reference Signal)：参考信号，通常也称为导频信号；LTE 中定义了多种参考信号，下行和上行都有，其中最重要的小区参考信号 CRS。CRS 在 LTE 空中接口的地位，相当于WCDMA 的导频信号。CRS 与导频信号的最大区别是 CRS 不连续发射，而且均匀分布在各个子载波上。CRS 的强度称为 RSRP，质量称为 RSRQ。SCH(PSCH,SSCH)：同步信号，分为主同步信号和辅同步信号；上行物理信道：PRACH:Physical Random Access Channel(物理随机接入信道)承载随机接入前导 PUSCH:Physical Uplink Shared Channel(物理上行共享信道)承载上行用户数据。PUCCH:Physical Uplink Control Channel(物理上行共享信道)承载 HARQ 的 ACK/NACK，调度请求，信道质量指示等信息。上行物理信号：RS：参考信号；下行信道处理 信道处理需要经过加扰、调制、层映射、预编码、RE 映射、生成 OFDM 符号等几个步骤，见如下图所示：加扰 编码 bit 的加扰，加扰将不改变 bit 速率 调制 将加扰 bit 调制为复值符号（BPSK、QPSK、16QAM 或 64QAM 将数据流）层映射 将复值调制符号映射到若干传输层。调制后的符号可以经过一层或多层传输，多层传输包括多层复用传输和多层分集传输，分别对应不同的处理方式 预编码 对传输层的复值符号预编码到天线口。对单天线，多天线复用、多天线分集进行不同的处理，决定每天线的符号量，预编码是多天线系统中特有的自适应技术 RE 映射 映射到具体的物理资源单元。对每个 REk,l按照先递增 k，后递增 l的方式映射，被其他信息占用的 RE 均不能映射。生成 OFDM 符号 生成每个天线口的 OFDM 符号 物理信道配置 （图中“RB 专用导频信道”实为“RB 专用导频分布图”）PDSCH 配置 PDSCH(物理下行共享信道)主要用于传输业务数据，也可以传输信令。UE 在接收 PDSCH 之前要在每个子帧监控 PDCCH 信道，并根据 PDCCH 信道的 DCI（Downlink Control Information）格式解析资源分配域来获得 PDSCH 的实际资源分配情况。每一条 PDCCH 信道的资源分配域包括两部分：类型域(type field)和实际资源分配信息。由于 PDCCH 存在三种资源分配类型：Type0，Type1 和 Type2。所以 PDSCH 资源分配方式包括 Type0、Type1 和 Type2 三种方式。Type0 的资源分配方式：UE 的资源分配以 RBG(Resource Block Group)为单位，使用 Bitmap 指示分配给被调度 UE 的资源组。组的大小与系统带宽有关，如下表所示：分配示例如下图所示：Type1 的资源分配方式：使用 Bitmap 指示一个资源块集合中分配给被调度UE 的物理资源块，该资源块为 P 个资源块中的一个，其中 P 与系统带宽有关，取值如上表所示：下图是 Type1 资源分配的一个示例。Type2 的资源分配方式：根据在相应的 PDCCH 上带有的 1bit 标志，决定虚拟资源块与物理资源块之间的映射关系。物理资源块的分配可以在一个资源块组到整个系统带宽之间变化。包括 LVRB(Localized Virtual Resource Block)连续分配 RB和 DVRB(Distributed VRB)跳频分配 RB 两种分配方式。下图是一个分配示例。PUSCH 配置 PUSCH(物理上行共享信道)主要用于承载上层数据信息。PUSCH 处理过程包括加扰、调制比特数据映射、DFT 变换处理、映射复数据到分配的时频域资源、IFFT 变换处理生成时域信号等过程，见下图所示：下图给出上行各信道的时频结构图。SCH 配置 SCH(同步信道)不同的同步信号来区分不同的小区，包括 PSS 和 SSS。P-SCH(主同步信道）：符号同步，符号 timing 对准，部分 Cell ID 检测,频率同步，3 个小区 ID.S-SCH（辅同步信道）：帧同步，CP 长度检测和 Cell group ID 检测，168个小区组 ID.因此捕获了主同步信号和辅同步信号就可以获知物理层小区 ID 信息，同时得到系统的定时同步和频率同步信息。在频域上占用中间的 6 个 RB，共 72 个子载波（62 个 RB 传同步信号，两边各留 5 个 RB 做保护带）。P-SCH 在时域上占用 0 号和 5 号子帧第一个 slot 的最后一个 Symbol，S-SCH 占用 0 号和5 号子帧第一个 slot 的倒数第二个 Symbol。（待定待定待定待定待定待定待定待定）下行同步 PCI 概述 LTE 系统提供 504 个物理层小区 ID(即 PCI)，和 TD-SCDMA 系统的 128 个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置 0503 之间的一个号码即可。小区 ID 获取方式 在 TD-SCDMA 系统中，UE 解出小区扰码序列（共有 128 种可能性），即可获得该小区 ID。LTE的方式类似，不同的是 UE 需要解出两个序列：主同步序列（PSS，共有 3 种可能性）和辅同步序列（SSS，共有 168 种可能性）。由两个序列的序号组合，即可获取该小区 ID。主同步信号是长度为 62 的频域 Zadoff-Chu 序列的 3 种不同的取值，主同步信号的序列正交性比较好；辅同步信号是 10ms 中的两个辅同步时隙（0 和 5）采用不同的序列，168种组合，辅同步信号较主同步信号的正交性差，主同步信号和辅同步信号共同组成 504 个PHY_CELL_ID 码。根据协议 36 211，LTE 的 PHY_CELL_ID 是由主同步信号（()）和辅同步信号（()）组成，PCI 的计算公式：=()+()其中()取值为 0167，()取值为 02；配置原则 因为 PCI 直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和 PCI 相关，所以相邻小区的 PCI 不能相同以避免干扰。PBCH 配置 PBCH(广播信道)频域：对于不同的带宽，都占用中间的 1.08MHz（72 个子载波）进行传输 时域：映射在每个 5ms 无线帧的 subframe0 里的第二个 slot 的前 4 个 OFDM符号上（时域位置是 5MS 还是 10MS,待确定）周期：PBCH 周期为 40ms，每 10ms 重复发送一次，终端可以通过 4 次中的任一次接收解调出 BCH 广播消息：MIB&SIB PCFICH&PHICH 配置 PCFICH(物理层控制格式指示信道)指示 PDCCH 的长度信息（1、2 或 3）【即动态的指示在一个子帧中有几个 OFDM符号(取值范围 1,2,3)用于 PDCCH 信道传输】，在子帧的第一个 OFDM 符号上发送，占用 4 个 REG，均匀分布在整个系统带宽（即 PCFICH 信息放置在第 一个 OFDM 符号，为了对抗干扰，这些符号被分散到整个系统带宽进行传输，在每一个子帧的第一个符号上的 4 个 REG(Resource Element Group)中传输。具体 REG 位置与 PCI(物理小区 ID)、系统带宽相关。PCFICH 的 4 个 REG 是均匀的分布在小区的带宽内的。）。采用 QPSK 调制，携带一个子帧中用于传输 PDCCH 的 OFDM 符号数，传输格式。小区级 shift，随机化干扰。PCFICH 映射后的资源图 PHICH(物理 HARQ 指示信道)用于承载 HARQ 的 ACK/NACK 反馈。多个 PHICH 复用映射到同样的 RE资源上，组成一个 PHICH 组。组内 PHICH 之间通过不同的正交序列区分。一个PHICH 信道可以用索引来唯一识别，其中是 PHICH 组序号，是组内的正交序列索号。PHICH 的反馈时序为 N+4，上行的 PUSCH 是否被正确接收在接收后的第四个子帧的 PHICH 信道中反馈给 UE。每个 PHICH 组占用 3 个 REG。下图是一个 PHICH 资源分配的例子。PDCCH 配置-覆盖 PDCCH(物理下行控制信道)频域：占用所有的子载波 时域：占用每个子帧的前 n 个 OFDM 符号，n=3 PDCCH 的信息映射到控制域中除了参考信号、PCFICH、PHICH 之外的 RE 中，因此需先获得 PCFICH 和 PHICH 的位置之后才能确定其位置。用于发送上/下行资源调度信息、功控命令等，通过下行控制信息块DCI（Downlink Control Information）承载，不同用户使用不同的 DCI 资源。解调门限为北邮仿真结果。DCI 主要有以下几种：Format 0：用于传输 PUSCH 调度授权信息；Format 1：用于传输 PDSCH 单码字调度授权信息；Format 1A：是 Format 1 的压缩模式；Format 1B：包含预编码信息的 Format 1 压缩模式；Format 1C：是 Format 1 的紧凑压缩(Very Compact)模式；Format 1D：包含预编码信息和功率偏置信息的 Format 1 压缩模式；Format 2：闭环空分复用模式 UE 调度；Format 2A：开环空分复用模式 UE 调度；Format 3：用于传输多用户 TPC 命令，针对 PUSCH 或 PUCCH，每个用户 2bit，多用户联合编码。Format 3A：用于传输多用户 TPC 命令，针对 PUSCH 或 PUCCH，每个用户 1bit，多用户联合编码。一个物理控制信道在一个或多个连续的控制信道单元(CCEs)上传输。LTE 协议定义了 4中 PDCCH 格式，每种格式 PDCCH 使用的 CCE 数目不同，传输的比特数也不相同，使用何种PDCCH 格式由高层配置。PDCCH 的映射遵循先时域再频域的映射原则，如下图所示(里面数字是 REG 的编号)：PDCCH 配置-容量 以两天线端口为例计算 PDCCH 在 20MHz 带宽下可调度用户数 PRACH 配置 随机接入过程和确定性的上下行调度不同之处在于其具有随机性，首先，UE 在随机时刻选择前导序列接入；其次接入的结果也具有随机性，并不能保证 100的成功。随机接入控制算法作用就是尽量保证随机接入成功性，把不确定性控制在可接受的范围。ZC 根序列不同，那么生成的 Preamble 序列是正交的。通过在相邻的小区之间规划不同的根序列可以有效消除随机接入过程中的冲突。因此在 PRACH 的参数规划中，ZC 根序列的规划是最重要的一个参数。ZC 根序列规划通过网络规划为多个小区自动分配合理的前导索引，保证高速小区优先分配检测性能较好的前导序列，且相邻小区分配不同前导序列以降低干扰。PRACH 根序列是采用 ZC 序列作为根序列（以下简称为 ZC 根序列），由于每个小区前导 序列是由 ZC 根序列通过循环移位生成，每个小区的前导序列为 64 个，UE 使用的前导序列是随机选择或由 eNB 分配的 Format 03 下，ZC 根序列索引有 838 个，Ncs 取值有 16 种，ZC 序列长度为 839；Format 4 下，ZC 根序列索引有 138 个，Ncs 取值有 7 种，ZC 序列的长度为 139 PRACH 规划目的是为小区分配 ZC 根序列索引以保证相邻小区使用该索引生成的前导序列不同，从而降低相邻小区使用相同的前导序列而产生的相互干扰 由于终端的移动使得终端和网络之间的距离是不确定的，所以如果终端需要发送消息到网络，则必须实时进行上行同步的维持管理。PRACH 的目的就是为达到上行同步,建立和网络上行同步关系以及请求网络分配给终端专用资源，进行正常的业务传输。LTE物理层在随机接入信道(PRACH)上发送接入前导序列Preamble，Preamble由长度为 Tcp的CP循环前缀和长度为TSEQ的序列部分组成，如下图所示。参数Tcp和TSEQ的取值取决于帧结构和随机接入的配置。LTE中支持5种Preamble格式，每种Preamble格式对应的CP长度和接入序列长度不同，如下表所示：随机接入 Preamble 格式及对应参数 不同前导格式对应的小区接入半径不同，其中格式4只适用于TDD模式。在时域中，随机接入的 Preamble 为子帧的整数倍；在频域上，接入 Preamble占据了 6 个 RB 的带宽，共 1.08MHz。PRACH 信道可以承载在 UpPTS 上，但因为 UpPTS 较短，此时只能发射短Preamble 码。短 Preamble 码能用在最多覆盖 1.4 公里的小区。PRACH 信道也可承载在正常的上行子帧。这时可以发射长 preamble 码。长preamble码有4种可能的配置，对应的小区覆盖半径从14公里到100公里不等。PRACH 信道在每个子帧上只能配置一个。考虑到 LTE 中一共有 64 个 preamble码，在无冲突的情况下，每个子帧最多可支持 64 个 UE 同时接入。实际应用中，64 个 preamble 码有部分会被分配为仅供切换用户使用（叫做：非竞争 preamble 码），以提高切换用户的切换成功率。所以小区内用户用于初始随机接入的 preamble 码可能会少于 64 个。PUCCH 配置 PUCCH（上行物理控制信道）传输上行用户的控制信息，包括 CQI,ACK/NAK 反馈，调度请求,信道质量指示等。一个控制信道由 1 个 RB pair组成，位于上行子帧的两边边带上 1，在子帧的两个 slot 上下边带跳频，获得频率分集增益 2，PUCCH 重复编码，获得接收分 集增益，增加解调成功率 通过码分复用，可将多个用户的控制信息在同一个 PDCCH 资源上发送。上行容量与吞吐量是 PUCCH 个数与 PUSCH 个数的折中 PUCCH 信道的频率资源位于带宽的两端见下表时频结构图中两端的蓝色区域），并在两个时隙间跳频。PUCCH 时频结构 根据应用场景及调制方式的不同，PUCCH 信道分为 6 种格式，见下表所示：PUCCH-ACK 反馈模式 Bundling：解决上行边缘受限的情况 下行子帧多于上行子帧时，多个 ACK/NACK 通过逻辑与运算生成上行子帧中的 ACK（NACK）。单码字生成一个 Bit ACK(NACK)双码字生成两个 bit ACK(NACK)Multiplexing：解决中心用户的吞吐量 允许最多 4 个下行子帧的 ACK（NACK）复用到一起,可以反馈 1 到 4 个 Bit 的 ACK/NACK。同一个下行子帧中存在多个码字时，则需先通过逻辑与运算生成一个Bit的ACK（NACK）。一个特殊情况是，上行子帧只对应一个下行子帧时，下行子帧中若存在两个码字，则可直接反馈两个 bitACK(NACK).