[信息與通信]TD-LTE物理層過程

1、TD-LTE物理層過程系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)部物理層協(xié)議室7/8/2022前言本課程的目的對(duì)TD-LTE系統(tǒng)的物理層過程進(jìn)行介紹本課程的預(yù)備知識(shí)OFDM根底?根本物理層過程介紹?前言參考資料主要內(nèi)容TD-LTE的小區(qū)初搜過程TD-LTE的隨機(jī)接入過程TD-LTE的同步控制過程TD-LTE的功率控制和功率分配過程TD-LTE的小區(qū)搜索過程為什么要進(jìn)行小區(qū)搜索 UE通過小區(qū)搜索過程完成下行時(shí)間和頻率的同步，并識(shí)別小區(qū)id。完成小區(qū)初搜后，UE接收基站發(fā)出的播送信息，獲取系統(tǒng)信息。小區(qū)搜索是UE接入系統(tǒng)的第一步，關(guān)系到UE能否快速，準(zhǔn)確的接入系統(tǒng)。TD-LTE的小區(qū)搜索過程同步信號(hào)主同步信號(hào)PSS副同步信號(hào)SS

2、S時(shí)頻位置系統(tǒng)帶寬的中間72個(gè)子載波(實(shí)際上序列只映射在中間的62個(gè)子載波上，兩側(cè)各預(yù)留5個(gè)子載波的保護(hù)帶)PSS位于DwPTS的第3個(gè)OFDM符號(hào)位置SSS位于子幀0的最后一個(gè)OFDM符號(hào)位置FS2，常規(guī)CPTD-LTE的小區(qū)搜索過程同步信號(hào)序列主同步信號(hào)使用長度為62的Zadoff-Chu序列共有3個(gè)PSS序列，每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)小區(qū)ID： 副同步信號(hào)使用的序列由兩個(gè)長度為31的二進(jìn)制序列通過交織級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，并且使用由主同步信號(hào)序列決定的加擾序列進(jìn)行加擾，長度為31的二進(jìn)制序列以及加擾序列都由m序列產(chǎn)生共有168組SSS序列，與小區(qū)ID組序號(hào) 一一對(duì)應(yīng)TD-LTE的小區(qū)搜索過程小區(qū)初搜流程5ms

3、定時(shí)，獲得 10ms 定時(shí)，獲得 計(jì)算得到 讀取MIB讀取SIBPrimary synchronization signal Secondary synchronization signal PBCH DBCH 公共天線端口數(shù)目盲檢SFN下行系統(tǒng)帶寬 PHICH配置信息其他系統(tǒng)信息TD-LTE的小區(qū)搜索過程系統(tǒng)信息MIB (Master Information Block)在PBCH信道上發(fā)送固定在每個(gè)無線幀的子幀0中Slot 1的前4個(gè)OFDM符號(hào)系統(tǒng)帶寬中間的6個(gè)PRB40ms TTISIB (System Information Block)在PDSCH信道上發(fā)送具體的物理層傳輸格式及物

4、理資源由PDCCH調(diào)度多種等級(jí)的SI：SI-1, SI-2,SI-x傳輸不同重復(fù)周期的系統(tǒng)信息常規(guī)CPTD-LTE的隨機(jī)接入過程為什么要進(jìn)行隨機(jī)接入隨機(jī)接入是一個(gè)重要的物理層過程，通過隨機(jī)接入U(xiǎn)E才能與基站進(jìn)行信息交互，完成后續(xù)如呼叫，資源請(qǐng)求，數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。UE通過隨機(jī)接入，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的上行時(shí)間同步。隨機(jī)接入的性能直接影響到用戶的體驗(yàn)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)出能夠適應(yīng)各種應(yīng)用場景、快速接入、容納更多用戶的方案TD-LTE的隨機(jī)接入過程隨機(jī)接入信道根本時(shí)頻結(jié)構(gòu)時(shí)域結(jié)構(gòu)Preamble: CP + SequencePreamble之后需要預(yù)留保護(hù)間隔(GT)GT防止Preamble對(duì)上行數(shù)據(jù)造成干擾

5、GT長度為兩倍最大傳播時(shí)延小區(qū)中間用戶發(fā)送Preamble小區(qū)邊緣用戶發(fā)送PreambleTD-LTE的隨機(jī)接入過程 隨機(jī)接入信道的根本時(shí)頻結(jié)構(gòu)序列產(chǎn)生Preamble使用Zadoff-Chu序列產(chǎn)生 序列長度Preamble format 03：839Preamble format 03：139頻域結(jié)構(gòu)一個(gè)PRACH占用6個(gè)RB內(nèi)含保護(hù)帶Preamble信號(hào)采用的子載波間隔與上行其它SC-FDMA符號(hào)不同Preamble format 03：1250HzPreamble format 4: 7500HzPreamble format 03Preamble format 4TD-LTE的隨機(jī)接

6、入過程 不同的隨機(jī)接入信道格式根據(jù)時(shí)域結(jié)構(gòu)、頻域結(jié)構(gòu)以及序列長度的不同，可以將Preamble分為如下五種格式Preamble格式4在幀結(jié)構(gòu)2中的UpPTS域中傳輸 TD-LTE的隨機(jī)接入過程TD-LTE的隨機(jī)接入信道配置TD-LTE的隨機(jī)接入信道配置與無線幀上下行配置密切相關(guān)與LTE-FDD相比，TD-LTE制式下上行子幀數(shù)有限，為保證隨機(jī)接入的時(shí)效性，在同一個(gè)子幀中允許出現(xiàn)多個(gè)用于隨機(jī)接入的時(shí)頻資源塊TD-LTE的隨機(jī)接入信道密度為：每10ms內(nèi)、1、2、3、4、5、6次TD-LTE的隨機(jī)接入信道配置通過一組向量指示：其中 指示PRACH的頻域資源索引 指示PRACH出現(xiàn)的無線幀編號(hào)0：所

7、有無線幀;1：偶數(shù)號(hào)無線幀;2：奇數(shù)號(hào)無線幀 指示PRACH出現(xiàn)在的半幀編號(hào)0：前半幀，1：后半幀 指示PRACH出現(xiàn)的子幀編號(hào)TD-LTE的隨機(jī)接入過程TD-LTE的隨機(jī)接入信道配置所有的PRACH配置都遵從先時(shí)分后頻分的原那么進(jìn)行時(shí)頻資源映射，目的是將PRACH平均分布在各個(gè)上行子幀中，以免某一上行子幀PRACH資源占用過多，對(duì)PUSCH傳輸造成較大的影響對(duì)Format0-3的PRACH其頻分原那么：其中 為系統(tǒng)上行帶寬； 為第一個(gè)PRACH信道的頻域起始PRB編號(hào)，目前已經(jīng)確定使用7bit的播送消息通知從上式可以看出：對(duì)于Format 0-3的PRACH，同一個(gè)子幀的頻分的多個(gè)PRACH

8、依次占用頻帶的兩端的邊帶。TD-LTE的隨機(jī)接入過程TD-LTE的隨機(jī)接入信道配置UpPTS中的PRACH配置也遵從先時(shí)分后頻分的原那么進(jìn)行時(shí)頻資源映射，以減小對(duì)UpPTS中與PRACH頻分發(fā)送的SRS的影響對(duì)Format4的PRACH其頻分原那么：其中 為無線幀編號(hào)； 為一個(gè)無線幀內(nèi)的切換點(diǎn)個(gè)數(shù)Format 4的PRACH在頻域上放置在系統(tǒng)帶寬的邊緣，多個(gè)PRACH連續(xù)放置，并在高頻端和低頻端兩者之間跳變TD-LTE的隨機(jī)接入過程隨機(jī)接入流程UE側(cè)的物理層操作解析傳輸請(qǐng)求，獲得隨機(jī)接入配置信息選擇preamble序列基于競爭的隨機(jī)接入：隨機(jī)選擇preamble無競爭的隨機(jī)接入：由高層指定pr

9、eamble按照指定功率發(fā)送preamble盲檢用RA-RNTI標(biāo)識(shí)的PDCCH檢測到，接收對(duì)應(yīng)的PDSCH并將信息上傳否那么直接退出物理層隨機(jī)接入過程，由高層邏輯決定后續(xù)操作TD-LTE的隨機(jī)接入過程隨機(jī)接入流程基于競爭的隨機(jī)接入適用于初始接入端通過在特定的時(shí)頻資源上，發(fā)送可以標(biāo)識(shí)其身份的preamble序列，進(jìn)行上行同步2.基站端在對(duì)應(yīng)的時(shí)頻資源對(duì)preamble序列進(jìn)行檢測，完成序列檢測后，發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。端在發(fā)送preamble序列后，在后續(xù)的一段時(shí)間內(nèi)檢測基站發(fā)送的隨機(jī)接入響應(yīng)在檢測到屬于自己的隨機(jī)接入響應(yīng)，該隨機(jī)接入響應(yīng)中包含UE進(jìn)行上行傳輸?shù)馁Y源調(diào)度信息5.基站發(fā)送沖突解決響應(yīng)

10、，UE判斷是否競爭成功TD-LTE的隨機(jī)接入過程隨機(jī)接入流程無競爭的隨機(jī)接入適用于切換或有下行數(shù)據(jù)到達(dá)且需要重新建立上行同步時(shí)1.基站根據(jù)此時(shí)的業(yè)務(wù)需求，給UE分配一個(gè)特定的preamble序列。該序列不是基站在播送信息中播送的隨機(jī)接入序列組接收到信令指示后，在特定的時(shí)頻資源發(fā)送指定的preamble序列3.基站接收到隨機(jī)接入preamble序列后，發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。進(jìn)行后續(xù)的信令交互和數(shù)據(jù)傳輸。TD-LTE的同步控制過程為什么要進(jìn)行同步同步保證了各個(gè)用戶信號(hào)之間到達(dá)接收機(jī)時(shí)保持正交性CDMA系統(tǒng)中為碼字之間的正交性O(shè)FDMA系統(tǒng)中為子載波之間的正交性在OFDMA系統(tǒng)中，由于CP的存在，對(duì)同步

11、精度的要求有所降低，理論上同步誤差在CP范圍內(nèi)即可LTE系統(tǒng)中下行同步在用戶端檢測和調(diào)整上行同步在基站測進(jìn)行檢測，并通過閉環(huán)反響的方式對(duì)用戶上行發(fā)送時(shí)間進(jìn)行調(diào)整TD-LTE的同步控制過程下行鏈路質(zhì)量檢測UE物理層基于小區(qū)專屬參考信號(hào)測量效勞小區(qū)的下行鏈路質(zhì)量并向高層報(bào)告測量結(jié)果在非DRX模式下，在開啟了鏈路失敗檢測時(shí)，UE側(cè)的物理層在一定周期200ms內(nèi)的每個(gè)無線幀檢測下行鏈路質(zhì)量。當(dāng)鏈路質(zhì)量低于門限Qout時(shí)，物理層須向高層報(bào)告鏈路問題，直至鏈路質(zhì)量高于門限Qin由高層開啟/關(guān)閉物理層的鏈路失敗檢測具體的檢測門限由RAN4規(guī)定TD-LTE的同步控制過程上行同步控制LTE的上行定時(shí)調(diào)整顆粒度為

12、16Ts， ，上行定時(shí)調(diào)整命令通過MAC層信令的方式發(fā)送給UEUE接收到定時(shí)調(diào)整量 后，需要按照比相應(yīng)的下行幀定時(shí)提前 的時(shí)刻發(fā)送相應(yīng)的上行幀數(shù)據(jù)，如以下圖對(duì)于TD-LTE， 為基站側(cè)上行至下行的切換保護(hù)時(shí)間，約為614Ts，即20usFFS)Downlink radio frame #iUplink radio frame #iTD-LTE的同步控制過程上行同步控制上行同步初始控制在隨機(jī)接入響應(yīng)消息的MAC PDU中攜帶有(必選)11bits的定時(shí)提前命令TA，對(duì)應(yīng)的絕對(duì)定時(shí)提前量為NTA = TA x 16其中TA命令的范圍為0,1282對(duì)應(yīng)的定時(shí)調(diào)整量NTA的范圍為0, 20512Ts，

13、即0,667us上行同步維護(hù)在DL-SCH的MAC PDU中攜帶有(可選)6bits的定時(shí)提前命令TA，該TA是針對(duì)舊的TA命令的累積調(diào)整，即NTA,new = NTA,old + (TA 31)16 其中TA命令的范圍為0,63，對(duì)應(yīng)的定時(shí)調(diào)整范圍為-496,512TsUE在子幀n接收到的定時(shí)調(diào)整命令在子幀n+6生效假設(shè)由于定時(shí)調(diào)整的原因，造成上行子幀n和n+1有重合局部，那么UE需要保證子幀n的發(fā)送，并放棄發(fā)送子幀n+1中與子幀n重疊的局部TD-LTE的功率控制和功率分配為什么要進(jìn)行功率控制CDMA系統(tǒng)中使用功率控制主要目的是降低系統(tǒng)自干擾OFDMA系統(tǒng)中，由于子載波之間具有良好的正交性，

14、因此功率控制的主要目的是降低功耗(上行)降低小區(qū)間干擾(上下行)在LTE中包括有小區(qū)內(nèi)功率控制上行功率控制決定每一個(gè)上行物理信道上的一個(gè)SC-OFDMA符號(hào)的功率下行功率分配決定每個(gè)資源單元(RE)上的符號(hào)能量小區(qū)間功率控制通過小區(qū)之間信息交互實(shí)現(xiàn)TD-LTE的功率控制和功率分配上行共享信道的功率控制UE在子幀i發(fā)送PUSCH時(shí)按照以下公式計(jì)算發(fā)射功率其中 為RAN4定義的與終端功率等級(jí)對(duì)應(yīng)的最大發(fā)射功率 為該次PUSCH傳輸分配的PRB個(gè)數(shù) 為PUSCH期望接收功率，它是小區(qū)專屬局部和UE專屬局部 兩者之和，其中包括兩套參數(shù)，j=0對(duì)應(yīng)非動(dòng)態(tài)調(diào)度的PUSCH傳輸，j=1對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)度的PUSC

15、H傳輸 為路徑損耗補(bǔ)償因子，通過選擇適宜的因子可以獲得小區(qū)邊緣吞吐量和小區(qū)間干擾之間的折衷PL為UE測量的下行路徑損耗 為傳輸格式相關(guān)調(diào)整量，該調(diào)整可基于UE開啟/關(guān)閉，當(dāng)該調(diào)整開啟時(shí) 其中f(i)為閉環(huán)功率調(diào)整命令，通過PDCCH發(fā)送 TD-LTE的功率控制和功率分配上行控制信道的功率控制UE在子幀i發(fā)送PUCCH時(shí)按照以下公式計(jì)算發(fā)射功率其中 為PUCCH期望接收功率，它是小區(qū)專屬局部和UE專屬局部 兩者之和 為PUCCH格式相關(guān)的功率調(diào)整量，定義為每種PUCCH類型相對(duì)于基準(zhǔn)PUCCH格式(PUCCH format 1a)的功率偏置g(i)為閉環(huán)功率調(diào)整命令，通過PDCCH發(fā)送計(jì)算公式中

16、其他參數(shù)與PUSCH相同 TD-LTE的功率控制和功率分配上行Sounding Reference Signal的功率控制UE在子幀i發(fā)送SRS時(shí)按照以下公式計(jì)算發(fā)射功率其中 為與PUSCH相比的SRS功率偏移量，該偏移量有兩套參數(shù)，具體選擇哪一套參數(shù)中的哪個(gè)值由高層配置 為當(dāng)前子幀中的SRS發(fā)送帶寬計(jì)算公式中其他參數(shù)與PUSCH相同 TD-LTE的功率控制和功率分配上行閉環(huán)功率調(diào)整命令上行閉環(huán)功率調(diào)整命令有兩種生效方式，分別是：絕對(duì)值調(diào)整方式累積值調(diào)整方式PUSCH和SRS的功率控制可由高層信令配置采用絕對(duì)值調(diào)整方式or 累積值調(diào)整方式PUCCH只能采用累積值調(diào)整方式閉環(huán)功率調(diào)整命令的發(fā)送方

17、式如下表所示Format 3/3A中攜帶的TPC優(yōu)先級(jí)低于其他DCI FormatDCI Format 0DCI Format 3/3ADCI Fomat 1/1A/2PUSCH/SRS累積方式：步長 -1, 0, 1, 3 絕對(duì)值方式：步長-4,-1, 1, 4 僅支持累積值方式：步長為-1,1 或 -1,0,1,3 N/APUCCHN/A僅支持累積方式，步長為-1, 0, 1, 3 TD-LTE的功率控制和功率分配隨機(jī)接入的功率控制隨機(jī)接入Preamble的發(fā)射功率按照如下公式計(jì)算其中Po_pre是隨機(jī)接入Preamble的發(fā)射功率初始值，其動(dòng)態(tài)范圍為 -120, -90 dBm，并以2d

18、B為顆粒度，用4bits信令指示dB_rampup是隨機(jī)接入Preamble的發(fā)射功率調(diào)整步長，其取值可能為 0, 2, 4, 6 dB，用2bits信令指示_Preamble是不同隨機(jī)接入Preamble格式的特定的偏移量，隨機(jī)接入Preamble長度越短，需要的發(fā)射功率越高。對(duì)于格式0和格式1的Preamble，_Preamble 0dB對(duì)于格式2和格式3的Preamble ，_Preamble -3dB對(duì)于格式4的Preamble ，_Preamble 8dB TD-LTE的功率控制和功率分配下行功率分配為什么要進(jìn)行下行功率分配下行基站發(fā)射總功率一定，需要將總功率分配給各個(gè)下行物理信道為

19、下行公共參考信號(hào)分配適宜的功率，滿足小區(qū)邊緣用戶下行測量性能和信道估計(jì)性能-支持RS功率提升為下行公共信道/信號(hào)(PCFICH, PHICH, PDCCH, 同步信號(hào)、播送信息、尋呼、隨機(jī)接入相應(yīng)等)分配適宜的功率，滿足小區(qū)邊緣用戶的接收質(zhì)量為下行用戶專屬數(shù)據(jù)信道分配適宜的功率，在滿足用戶接收質(zhì)量的前提下，盡量降低發(fā)射功率，減少對(duì)鄰小區(qū)的干擾保持不同OFDM符號(hào)上的總功率盡量一致，保證功放效率并減少功率浪費(fèi)TD-LTE的功率控制和功率分配下行功率分配根本概念和術(shù)語EPRE:每資源單元能量ECRS ：每個(gè)天線端口上CRS的EPREEA：下行每個(gè)天線端口上不包含CRS的OFDM符號(hào)上的數(shù)據(jù)EPRE

20、EB：下行每個(gè)天線端口上包含CRS(或?qū)ьl空洞)的OFDM符號(hào)上的數(shù)據(jù)EPREAEA/ECRSBEB/ECRSTD-LTE的功率控制和功率分配下行功率分配下行公共參考信號(hào)的功率分配下行公共參考信號(hào)的功率分配由基站決定，決定原那么為根據(jù)小區(qū)大小，信道環(huán)境等因素，考慮小區(qū)邊緣用戶的下行測量性能和信道估計(jì)性能進(jìn)行靜態(tài)或半靜態(tài)配置下行公共參考信號(hào)EPRE通過系統(tǒng)信息向小區(qū)播送，用戶可依此計(jì)算路損等下行公共信道/信號(hào)的功率分配包括播送信道、同步信號(hào)、尋呼信道、控制信道等這些信道的功率設(shè)置根據(jù)各自的解調(diào)/檢測性能，通過鏈路預(yù)算的方法按照保證小區(qū)邊緣用戶接收質(zhì)量進(jìn)行靜態(tài)或半靜態(tài)配置具體的功率設(shè)置結(jié)果不需通知

21、用戶TD-LTE的功率控制和功率分配下行功率分配下行用戶數(shù)據(jù)的功率分配基于UE的下行數(shù)據(jù)功率分配，具體是設(shè)置分配給某一UE的物理資源上數(shù)據(jù)RE的能量，即EA和EB，具體的分配和調(diào)整原那么是根據(jù)用戶的反響(例如CQI)，為接收質(zhì)量較差的用戶分配較大的功率。具體如何根據(jù)反響信息決定功率的升降以及調(diào)整幅度，屬于算法實(shí)現(xiàn)問題，標(biāo)準(zhǔn)上不進(jìn)行規(guī)定基站進(jìn)行下行功率調(diào)整時(shí)保持EB/EA比不變，并通過系統(tǒng)參數(shù)PB向小區(qū)內(nèi)所有用戶播送該比值，用戶獲知此比值那么可在進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)時(shí)對(duì)發(fā)射能量分別為EB和EA的調(diào)制符號(hào)進(jìn)行相同尺度的幅度歸一化TD-LTE的功率控制和功率分配下行功率分配下行用戶數(shù)據(jù)的功率分配PB的取值實(shí)際是和CRS的功率開銷相對(duì)應(yīng)的(CRS功率開銷定義為一個(gè)PRB內(nèi)一個(gè)OFDM符號(hào)上CRS總功率占該符號(hào)上總功率的比值)，由于天線端口配置的不同導(dǎo)致相同的CRS所占物理資源不同，因此PB 的取值與CRS功率開銷之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不同(這里PB計(jì)算都是基于一個(gè)PRB內(nèi)包含CRS或?qū)ьl空洞的和僅包含數(shù)據(jù)RE的OFDM符號(hào)上的總發(fā)射功率相等來進(jìn)行的)單天線端口情況： PB 6/5(1-)兩天線和四天線端口的情況： PB 3/2(1-)TD-LTE的功率控制和功率分配下行功率分配下行用戶數(shù)據(jù)的功率分配當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)中定義的PB參數(shù)集合為：One Antenna PortTwo and Four Anten