LTE協(xié)議學(xué)習(xí)總結(jié)2 - 物理層 (1)課件

1、LTE 協(xié)議學(xué)習(xí)總結(jié)（一）3GPP TS 36 series物理層n 物理層概述n 物理信道及調(diào)制n 復(fù)用及信道編碼TS36.300,201,211,212物理層概述_總體協(xié)議架構(gòu)無(wú)線資源控制Radio Resource Control (RRC)媒體接入控制 Medium Access Control (MAC)物理層 Physical Layer控制 / 測(cè)量Control / measurementsLayer 1Layer 2Layer 3傳輸信道Transport channels邏輯信道Logical channels物理層周圍的無(wú)線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)物理層概述_提供給高層的服務(wù)提供給高

2、層的服務(wù) 物理層向高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，這些服務(wù)的接入是通過使用MAC子層的傳輸信道實(shí)現(xiàn)的。為了提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，物理層將提供如下功能： 傳輸信道的錯(cuò)誤檢測(cè)并指示給高層。 傳輸信道的前向糾錯(cuò)（FEC）編碼/解碼 混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）軟合并 編碼傳輸信道與物理信道的速率匹配 編碼傳輸信道與物理信道的映射 物理信道的功率加權(quán) 物理信道的調(diào)制與解調(diào) 頻率與時(shí)間的同步 無(wú)線特性測(cè)量并指示給高層 多輸入多輸出（MIMO）天線處理 傳輸分集(TX diversity) 波束賦型 射頻處理 (注：射頻處理部分在TS 36.100系列規(guī)范中有定義)物理層概述_總體描述LTE物理層的多址接入方案n下行傳

3、輸方案采用基于循環(huán)前綴（CP）的正交頻分復(fù)用OFDMn上行傳輸方案采用基于循環(huán)前綴（CP）的單載波頻分多址接入SC-FDMAn為支持在成對(duì)和非成對(duì)頻譜中傳輸，支持兩種雙工模式：支持全雙工和半雙工操作的頻分雙工（FDD），支持時(shí)分雙工（TDD）帶寬需求nL1基于資源塊（RB）以帶寬不可知的方式定義，從而允許LTE L1適用于不同頻譜分配MBMS和MIMOn為了支持多媒體廣播和多播業(yè)務(wù)（MBMS），LTE提供了在單頻網(wǎng)絡(luò)（MBSFN）中傳輸多播/廣播業(yè)務(wù)的可能性，即在給定的時(shí)間里，從多個(gè)小區(qū)發(fā)送時(shí)間同步的公共波形。nMBSFN提供了更高效的MBMS，允許UE在空中接口合并多個(gè)小區(qū)的傳輸，同時(shí)使用循

4、環(huán)前綴來處理傳播時(shí)延的差別，使得MBSFN傳輸對(duì)于UE來說就像來自一個(gè)大覆蓋小區(qū)的傳輸一樣。n對(duì)于MBSFN，支持在指定載波上使用更長(zhǎng)的CP和7.5kHz的子載波帶寬，并且支持在一個(gè)載波上利用時(shí)分復(fù)用的方式進(jìn)行MBMS傳輸和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。n支持多輸入多輸出（MIMO）傳輸，下行方向最大可配置8根發(fā)送天線和8根接收天線，允許最大8個(gè)流的下行多層傳輸，上行方向最大可配置4根發(fā)送天線和4根接收天線，允許最大4個(gè)流的上行多層傳輸。多用戶MIMO，即在上行和下行都支持分配不同的流給不同的用戶。n支持多小區(qū)聚合，在上行和下行方向最大支持5個(gè)服務(wù)小區(qū)，每個(gè)服務(wù)小區(qū)的最大傳輸帶寬為110RB物理層概述_總體描

5、述物理層過程n小區(qū)搜索n功率控制n上行同步和上行定時(shí)控制n隨機(jī)接入相關(guān)過程nHARQ相關(guān)過程通過在頻域，時(shí)域和功率域進(jìn)行物理資源控制，LTE隱式地支持干擾協(xié)調(diào)。物理層測(cè)量nUE和eNode-B對(duì)無(wú)線特性進(jìn)行測(cè)量，并且上報(bào)網(wǎng)絡(luò)中的高層。這些包括，例如用于同頻和異頻切換的測(cè)量，不同無(wú)線接入技術(shù)間（RAT）切換的測(cè)量，定時(shí)測(cè)量和無(wú)線資源管理（RRM）的測(cè)量并且支持定位。n不同RAT切換的測(cè)量用于支持GSM，UTRA FDD，UTRA TDD，CDMA2000 1x RTT 和CDMA2000 HRPD的系統(tǒng)間切換。物理層概述_文檔結(jié)構(gòu)36.212復(fù)用及信道編碼 Multiplexing and ch

6、annel coding36.211物理信道及調(diào)制Physical channels and modulation36.214物理層測(cè)量Physical layer Measurements36.213物理層過程Physical layer procedures36.216物理層的中繼操作 Physical layer for relaying operationLTE物理層規(guī)范的文檔結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)_類型1#0#1#2#17#18#191個(gè)無(wú)線幀 Tf = 307200 TS = 10 ms1個(gè)時(shí)隙 Tslot=15360TS=0.5ms1個(gè)子幀nTS=1/(15000*2048) 是基本時(shí)間單元

7、，N=2048點(diǎn)的FFT變換。n每個(gè)無(wú)線幀長(zhǎng)度為307200 TS=10msn在載波聚合的情況下，最多可以有1個(gè)主小區(qū)+4個(gè)輔小區(qū)，即最多5個(gè)服務(wù)小區(qū)，UE默認(rèn)在所有服務(wù)小區(qū)中使用相同的幀結(jié)構(gòu)。n幀結(jié)構(gòu)類型1適用于全雙工和半雙工的FDD模式。n每個(gè)10ms無(wú)線幀被分為10個(gè)子幀，20個(gè)時(shí)隙；n每個(gè)子幀包含兩個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙長(zhǎng)0.5msn對(duì)于FDD，在每個(gè)10ms的間隔里，無(wú)線幀通過不同的頻率域在上下行傳輸中同時(shí)可用。幀結(jié)構(gòu)_類型2子幀#0子幀#2子幀#6子幀#7子幀#1子幀#4子幀#3子幀#5子幀#8子幀#91個(gè)子幀30720TSDwPTSUpPTSGP30720TSDwPTSUpPTSGP1個(gè)

8、時(shí)隙 Tslot=15360TS=0.5ms1個(gè)半幀 153600 TS = 5 ms1個(gè)無(wú)線幀 Tf = 307200 TS = 10 msn幀結(jié)構(gòu)類型2適用于TDD模式。n每個(gè)10ms無(wú)線幀包括2個(gè)長(zhǎng)度為5ms的半幀，每個(gè)半幀由4個(gè)數(shù)據(jù)子幀和1個(gè)特殊子幀組成，既每個(gè)半幀由8個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙組成。n特殊子幀包括3個(gè)特殊時(shí)隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長(zhǎng)度為30720TS=1msnDwPTS 和 UpPTS的長(zhǎng)度是可配置的。n支持5ms和10ms上下行切換點(diǎn)，如果和TD同一個(gè)頻點(diǎn)，就用5ms，避免干擾幀結(jié)構(gòu)_上下行配比方式n“D”代表此子幀用于下行傳輸，“U” 代表

9、此子幀用于上行傳輸，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS組成的特殊子幀。 n若與TD使用同一個(gè)頻段，則應(yīng)該使用轉(zhuǎn)換周期為5ms的配比方式，以避免系統(tǒng)間干擾；n在轉(zhuǎn)換點(diǎn)周期為10ms的配置里，子幀6僅包含DwPTS；Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicitySubframe numberDUS012345678905 msDSUUUDSUUU26215 msDSUUDDSUUD44225 msDSUDDDSUDD622310 msDSUUUDDDDD631410 msDSUUDDDDDD721

10、510 msDSUDDDDDDD81165 msDSUUUDSUUD352幀結(jié)構(gòu)_特殊子幀n特殊子幀中DwPTS和UpPTS的長(zhǎng)度是可配置的，滿足DwPTS、GP和UpPTS總長(zhǎng)度為1ms 。n所有配置里的子幀1和轉(zhuǎn)換點(diǎn)周期為5ms的配置里的子幀6為特殊幀，包含3個(gè)特殊時(shí)隙；n在轉(zhuǎn)換點(diǎn)周期為10ms的配置里，子幀6僅包含DwPTS；n子幀0、5和DwPTS總是用于下行發(fā)送；nUpPTS和緊跟于特殊子幀后的子幀總是用于上行發(fā)送；nGP被保留用于下行向上行的轉(zhuǎn)換，調(diào)整GP，控制小區(qū)覆蓋半徑，并保證TD和LTE時(shí)隙對(duì)整，避免系統(tǒng)間干擾；n在載波聚合的情況下，UE假設(shè)所有的小區(qū)使用相同的上下行配比方式

11、。在不同的小區(qū)中特殊子幀的GP時(shí)隙的重疊時(shí)間至少達(dá)到1456TS;幀結(jié)構(gòu)_特殊子幀Configuration配置Normal cyclic prefix in downlink 下行鏈路使用正常循環(huán)前綴 Normal cyclic prefix in uplink 上行鏈路使用正常循環(huán)前綴DwPTS（符號(hào)）GP（符號(hào)）UpPTS（符號(hào)）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆蓋半徑（Km）031016592219362192107.1119419760876842.81210321952657632.11311224144438421.41412126336219210.7053

12、92659219744438496.4169319760657632.11710221952438421.41811124144219210.70n正常CP的OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：2192TS，每個(gè)子幀中的第0和第7個(gè)OFDM多16TS；n擴(kuò)展CP的OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：2560TS；n覆蓋半徑公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8幀結(jié)構(gòu)_特殊子幀Configuration配置Normal cyclic prefix in downlink 下行鏈路使用正常循環(huán)前綴 Extended cyclic prefi

13、x in uplink 上行鏈路使用擴(kuò)展循環(huán)前綴DwPTS（符號(hào)）GP（符號(hào)）UpPTS（符號(hào)）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆蓋半徑（Km）03-16592215682560105.3119-19760840041.02210-21952620830.31311-24144401619.61412-2633618248.9153-2659219008512092.8169-19760584028.52710-21952364817.81811-2414414567.11n正常CP的OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：2192TS，每個(gè)子幀中的第0和第7個(gè)OFDM多16TS；n擴(kuò)展CP的O

14、FDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：2560TS；n覆蓋半徑公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8幀結(jié)構(gòu)_特殊子幀Configuration配置Extended cyclic prefix in downlink 下行鏈路使用擴(kuò)展循環(huán)前綴 Normal cyclic prefix in uplink 上行鏈路使用正常循環(huán)前綴DwPTS（符號(hào)）GP（符號(hào)）UpPTS（符號(hào)）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆蓋半徑（Km）03-17680208482192101.8018-20480804839.3029

15、-23040548826.80310-25600292814.3043-2768018656438491.0958-20480585628.5969-23040329616.097-8-n正常CP的OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：2192TS，每個(gè)子幀中的第0和第7個(gè)OFDM多16TS；n擴(kuò)展CP的OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：2560TS；n覆蓋半徑公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8幀結(jié)構(gòu)_特殊子幀Configuration配置Extended cyclic prefix in downlink 下行鏈路使用擴(kuò)展循環(huán)前綴

16、 Extended cyclic prefix in uplink 上行鏈路使用擴(kuò)展循環(huán)前綴DwPTS（符號(hào)）GP（符號(hào)）UpPTS（符號(hào)）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆蓋半徑（Km）03817680204802560100.0018320480768037.5029223040512025.00310125600256012.504372768017920512087.5058220480512025.0069123040256012.507-8-n正常CP的OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：2192TS，每個(gè)子幀中的第0和第7個(gè)OFDM多16TS；n擴(kuò)展CP的OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)：25

17、60TS；n覆蓋半徑公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8時(shí)間，共Nsymb個(gè)OFDM或SC-FDMA符號(hào)共 Nsc個(gè)子載波上行/下行鏈路_時(shí)隙結(jié)構(gòu)，資源格頻率,共NRB個(gè)資源塊1個(gè)下行/上行時(shí)隙，Tslot=0.5msl=Nsymb-1l=0k=0k=NRBNsc-1RE (Resource Element)資源粒子或資源單元，最小的資源單位時(shí)域上為1個(gè)符號(hào)，頻域上為1個(gè)子載波用 (k, l) 標(biāo)記RB ( Resource Block)資源塊，業(yè)務(wù)信道的資源單位時(shí)域上為1個(gè)時(shí)隙，頻域上為180kH

18、z。物理資源塊號(hào)為：ULsymbNDLsymbN根據(jù)CP長(zhǎng)度不同，每時(shí)隙的符號(hào)數(shù)不同，CP長(zhǎng)度由高層提供的參數(shù)UL-CyclicPrefixLength決定取值范圍：7,6,3根據(jù)子載波寬度不同，每180kHz的子載波數(shù)不同取值范圍：12,24根據(jù)傳輸帶寬不同，每載波的RB數(shù)不同取值范圍：NRB-min = 6 到 NRB-max = 110允許取值，6,15,25,50,75,100ULRBNRBscNDLRBNk ：0 NRBNsc-1l ：0 Nsymb-1k lRBscPRBNkn上行/下行鏈路_REGnREG（Resource-element groups）用于定義控制信道到資源單元

19、的映射。n一個(gè)資源單元組由資源單元序號(hào)組 表示，頻域上組內(nèi)RE最低索引為 ，時(shí)域上組內(nèi)RE有相同的值 。nREG內(nèi)的RE 集合取決于配置的小區(qū)專用參考信號(hào)的數(shù)量，在子幀內(nèi)第一個(gè)時(shí)隙上REG配置為：),(lkkl序號(hào)OFDM符號(hào)位置條件REG數(shù)量RE頻域位置1第1個(gè)-22第2個(gè)1或2個(gè)小區(qū)專用參考信號(hào)33第2個(gè)4個(gè)小區(qū)專用參考信號(hào)2同上4第3個(gè)-3同上5第4個(gè)正常CP3同上6第4個(gè)擴(kuò)展CP2同上5 ,.,1 , 0000kkkk11 ,.,7 , 6000kkkk3 ,.,1 , 0000kkkk7 ,.,5 , 4000kkkk11 ,.,9 , 8000kkkk),(lk*2,3*5,6n當(dāng)

20、符號(hào) 向資源單元組 映射時(shí)， 映射到資源單元組中沒有用于傳輸參考信號(hào)的資源單元 上，按照 和 的增序進(jìn)行映射。) 3(),2(),1(),(iziziziz),(lk),(lkik上行/下行鏈路_循環(huán)前綴序號(hào)CP配置子載波寬度(f) OFDM符號(hào)CP長(zhǎng)度（Ts）OFDM長(zhǎng)度（Ts）OFDM符號(hào)數(shù)/RB子載波數(shù)/RB1Normal cyclic prefixTCP15 kHz#0160204871215 kHz#1#61442Extended cyclic prefixTCP-e15 kHz#0#551220486123TCP-low7.5 kHz#0#210244096324CP（Cyclic

21、 Prefix）作用n作為每個(gè)OFDM符號(hào)之間的保護(hù)間隔，可以消除符號(hào)間干擾（ISI）n作為OFDM符號(hào)自身的周期擴(kuò)展，解調(diào)時(shí)不產(chǎn)生信道間干擾（ICI）OFDM符號(hào)CPCPOFDM符號(hào)CPOFDM符號(hào)其中，TCP-low只應(yīng)用于下行鏈路，MBMS情況下使用；上行/下行鏈路_系統(tǒng)占用帶寬分析n傳輸帶寬 = 子載波寬度 x 每RB的子載波數(shù)目 x RB數(shù)目n子載波寬度(f ) = 15KHz，7.5KHzn每RB的子載波數(shù)目 = 12，24nNRB表示RB數(shù)目，每載波或CA小區(qū)的每個(gè)CC的RB數(shù)目范圍： NRB-min = 6 到 NRB-max = 110n縮減的子載波寬度(flow) = 7.

22、5KHz，這種子載波僅用于MBMS小區(qū)，既只可能在下行鏈路里使用；信道帶寬(MHz)1.435101520RB數(shù)目615255075100傳輸帶寬(MHz)1.082.74.5913.518上行/下行鏈路_系統(tǒng)采樣速率分析每個(gè)OFDM符號(hào)采樣一次，每個(gè)OFDM（采樣前的原始數(shù)據(jù)，不含冗余CP）的時(shí)長(zhǎng)為2048TS，1秒內(nèi)含15000個(gè)OFDM，即每個(gè)子載波每秒采樣15000次，系統(tǒng)采樣速率則為N子載波采樣速率，N為進(jìn)行IFFT/FFT的子載波數(shù)，需為2的次冪。因此對(duì)于不同帶寬的系統(tǒng)來說，在進(jìn)行IFFT/FFT前需補(bǔ)足子載波數(shù)，最終的采樣速率如下：序號(hào)帶寬(MHz)子載波補(bǔ)充載波N值采樣速率（Mbps）1201200848204830.72215900124102415.36310600424102415.36453002125127.6853180762563.84n天線端口是