LTE物理層資源概念及信道課件

1、1、物理資源2、幀結構3、物理信道第1頁，共34頁。問題1：RE、REG、CCE、RBG概念第2頁，共34頁。上下行資源單位信道類型信道名稱資源調度單位資源位置控制信道PCFICHREG占用4個REG，系統(tǒng)全帶寬平均分配 時域：下行子幀的第一個OFDM符號PHICHREG最少占用3個REG時域：下行子幀的第一或前三個OFDM符號PDCCHCCE下行子幀中前1/2/3個符號中除了PCFICH、PHICH、參考信號所占用的資源PBCHN/A頻域：頻點中間的72個子載波時域：每無線幀subframe 0第二個slotPUCCH位于上行子幀的頻域兩邊邊帶上業(yè)務信道PDSCHPUSCHRB除了分配給控制

2、信道及參考信號的資源頻率CCE：Control Channel Element。CCE = 9 REGREG：RE group，資源粒子組。REG = 4 RERE：Resource Element。 LTE最小的時頻資源單位。頻域上占一個子載波（15kHz)，時域上占一個OFDM符號(1/14ms)關鍵技術幀結構物理信道物理層過程RB：Resource Block。LTE系統(tǒng)最常見的調度單位，上下行業(yè)務信道都以RB為單位進行調度。RB = 84RE。左圖即為一個RB。時域上占7個OFDM符號，頻域上占12個子載波時間1個OFDM符號1個子載波LTE RB資源示意圖問題2：20M、15M、10

3、M、5M、3M、1.4M分別對應的RB個數(shù)第3頁，共34頁。 子載波間隔 15kHz，用于單播（unicast）和多播（MBSFN）傳輸 7.5kHz，僅僅可以應用于獨立載波的MBSFN傳輸 子載波數(shù)目信道帶寬（MHz）1.435101520子載波數(shù)目721803006009001200LTE系統(tǒng)中，利用NFFT=2048的采樣周期定義基本時間單元：Ts = 1/Fs = 1/(15000 x2048) 秒第4頁，共34頁。第5頁，共34頁。 FDD幀結構 - 幀結構類型1，適用于FDD與H-FDD 一個長度為10ms的無線幀由10個長度為1ms的子幀構成； 每個子幀由兩個長度為0.5ms的時

4、隙構成；幀結構問題：CP的作用是什么？ CP長度有哪幾種？第6頁，共34頁。LTE幀結構FDD LTE幀結構TD-LTE幀結構#0幀: 10ms子幀: 1ms時隙0.5ms#1#2#3#4#5#6#7#8#9#19子幀: 1ms時隙0.5ms#0DwPTS特殊子幀: 1ms#2#3#4半幀: 5ms半幀: 5ms幀: 10msGPUpPTS關鍵技術幀結構物理信道物理層過程TD-LTE幀結構特點：無論是正常子幀還是特殊子幀，長度均為1ms。FDD子幀長度也是1ms。一個無線幀分為兩個5ms半幀，幀長10ms。和FDD LTE的幀長一樣。特殊子幀 DwPTS + GP + UpPTS = 1ms問

5、題：為什么TDD需要特殊子幀第7頁，共34頁。TD-LTE幀結構子幀: 1ms時隙0.5ms#0DwPTS特殊子幀: 1ms#2#3#4半幀: 5ms半幀: 5ms幀: 10msGPUpPTSDL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUD TD-LTE上下行配比表轉換周期為5ms表示每5ms有

6、一個特殊時隙。這類配置因為10ms有兩個上下行轉換點，所以HARQ的反饋較為及時。適用于對時延要求較高的場景轉換周期為10ms表示每10ms有一個特殊時隙。這種配置對時延的保證略差一些，但是好處是10ms只有一個特殊時隙，所以系統(tǒng)損失的容量相對較小關鍵技術幀結構物理信道物理層過程問題：GP的作用？GP與基站覆蓋距離有關系嗎？問題：在右下角的表格你看出了什么規(guī)律第8頁，共34頁。特殊子幀TD-LTE特殊子幀繼承了TD-SCDMA的特殊子幀設計思路，由DwPTS，GP和UpPTS組成。TD-LTE的特殊子幀可以有多種配置，用以改變DwPTS，GP和UpPTS的長度。但無論如何改變，DwPTS +

7、GP + UpPTS永遠等于1ms特殊子幀配置Normal CPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTSTD-LTE的特殊子幀配置和上下行時隙配置沒有制約關系，可以相對獨立的進行配置目前廠家支持10:2:2（以提高下行吞吐量為目的）和3:9:2（以避免遠距離同頻干擾或某些TD-S配置引起的干擾為目的），隨著產品的成熟，更多的特殊子幀配置會得到支持關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第9頁，共34頁。主同步信號PSS在DwPTS上進行傳輸DwPTS上最多能傳兩個PDCCH

8、OFDM符號（正常時隙能傳最多3個）只要DwPTS的符號數(shù)大于等于9，就能傳輸數(shù)據(jù)（參照上頁特殊子幀配置）TD-SCDMA的DwPTS承載下行同步信道DwPCH，采用規(guī)定功率覆蓋整個小區(qū)，UE從DwPTS上獲得與小區(qū)的同步TD-SCDMA的DwPTS無法傳輸數(shù)據(jù)，所以TD-LTE在這方面是有提高的。如果小區(qū)覆蓋距離和遠距離同頻干擾不構成限制因素（在這種情況下應該采用較大的GP配置），推薦將DwPTS配置為能夠傳輸數(shù)據(jù)DwPTS關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第10頁，共34頁。UpPTSUpPTS可以發(fā)送短RACH（做隨機接入用）和SRS（Sounding參考信號，詳細介紹見后）根據(jù)系統(tǒng)配置，

9、是否發(fā)送短RACH或者SRS都可以用獨立的開關控制因為資源有限（最多僅占兩個OFDM符號），UpPTS不能傳輸上行信令或數(shù)據(jù)關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第11頁，共34頁。邏輯、傳輸、物理信道下行信道映射關系上行信道映射關系 邏輯信道定義傳送信息的類型，這些數(shù)據(jù)流是包括所有用戶的數(shù)據(jù)。 傳輸信道是在對邏輯信道信息進行特定處理后再加上傳輸格式等指示信息后的數(shù)據(jù)流。 物理信道是將屬于不同用戶、不同功用的傳輸信道數(shù)據(jù)流分別按照相應的規(guī)則確定其 載頻、 擾碼、擴頻碼、開始結束時間等進行相關的操作，并在最終調制為模擬射頻信號發(fā)射出去； 不同物理信道上的數(shù)據(jù)流分別屬于不同的用戶或者是不同的功用。 第1

10、2頁，共34頁。物理信道簡介信道類型信道名稱TD-S類似信道功能簡介控制信道PBCH(物理廣播信道）PCCPCHMIBPDCCH（下行物理控制信道)HS-SCCH傳輸上下行數(shù)據(jù)調度信令上行功控命令尋呼消息調度授權信令RACH響應調度授權信令PHICH(HARQ指示信道）E-SICH傳輸控制信息HI（ACK/NACK)PCFICH（控制格式指示信道）N/A指示PDCCH長度的信息PRACH（隨機接入信道）PRACH用戶接入請求信息PUCCH（上行物理控制信道）HS-SICH傳輸上行用戶的控制信息，包括CQI, ACK/NAK反饋，調度請求等。 業(yè)務信道PDSCH（下行物理共享信道）PDSCHRR

11、C相關信令、SIB、paging 消息、下行用戶數(shù)據(jù)PUSCH（上行物理控制信道）PUSCH上行用戶數(shù)據(jù)，用戶控制信息反饋，包括CQI,PMI,RI關鍵技術幀結構物理信道物理層過程問：HARQ過程第13頁，共34頁。不同的同步信號來區(qū)分不同的小區(qū)，包括PSS和SSS。 P-SCH (主同步信道）：符號同步，部分Cell ID檢測,3個小區(qū)ID. S-SCH（輔同步信道）：幀同步，CP長度檢測和Cell group ID檢測，168個小區(qū)組ID.SCH配置時域結構頻域結構 SCH(同步信道)PSS位于DwPTS的第三個符號SSS位于5ms第一個子幀的最后一個符號小區(qū)搜索需要支持可擴展的系統(tǒng)帶寬：

12、 1.4/3/5/10/20MHz SCH (P/S-SCH)占用的72子載波位于系統(tǒng)帶寬中心位置關鍵技術幀結構物理信道物理層過程問題：PCI取值范圍是多少？第14頁，共34頁。PCI概述LTE系統(tǒng)提供504個物理層小區(qū)ID(即PCI)，和TD-SCDMA系統(tǒng)的128個擾碼概念類似。網(wǎng)管配置時，為小區(qū)配置0503之間的一個號碼即可。基本概念小區(qū)ID獲取方式在TD-SCDMA系統(tǒng)中，UE解出小區(qū)擾碼序列（共有128種可能性），即可獲得該小區(qū)ID。LTE的方式類似，不同的是UE需要解出兩個序列：主同步序列（PSS，共有3種可能性）和輔同步序列（SSS，共有168種可能性）。由兩個序列的序號組合，即

13、可獲取該小區(qū)ID。配置原則因為PCI直接決定了小區(qū)同步序列，并且多個物理信道的加擾方式也和PCI相關，所以相鄰小區(qū)的PCI不能相同以避免干擾。關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第15頁，共34頁。頻域：對于不同的帶寬，都占用中間的1.08MHz （72個子載波）進行傳輸時域：映射在每個5ms 無線幀的subframe0里的第二個slot的前4個OFDM符號上周期：PBCH周期為40ms，每10ms重復發(fā)送一次，終端可以通過4次中的任一次接收解調出BCHPBCH配置 PBCH(廣播信道) 廣播消息：MIB&SIBMIB在PBCH上傳輸,包含了接入LTE系統(tǒng)所需要的最基本的信息：下行系統(tǒng)帶寬PHIC

14、H資源指示系統(tǒng)幀號(SFN）CRC使用mask的方式天線數(shù)目的信息等SIB在DL-SCH上傳輸，映射到物理信道PDSCH ，攜帶如下信息：一個或者多個PLMN標識Track area code小區(qū)IDUE公共的無線資源配置信息同、異頻或不同技術網(wǎng)絡的小區(qū)重選信息SIB1固定位置在#5子幀上傳輸，攜帶了DL/UL時隙配比，以及其他SIB的位置與索引等信息。關鍵技術幀結構物理信道物理層過程SIB 1SIB 2SIB 38問題：大家還記得PBCH信道的調制方式嗎？第16頁，共34頁。PHICH的傳輸以PHICH組的形式，PHICH組的個數(shù)由PBCH指示。 Ng=1/6,1/2,1,2 PHICH組數(shù)

15、=Ng*(100/8)（整數(shù)，取上限）=3，7，13，25PHICH min=3 PHICH max=25 采用BPSK調制，傳輸上行信道反饋信息。指示PDCCH的長度信息（1、2或3），在子幀的第一個OFDM符號上發(fā)送，占用4個REG，均勻分布在整個系統(tǒng)帶寬。采用QPSK調制，攜帶一個子幀中用于傳輸PDCCH的OFDM符號數(shù)，傳輸格式。小區(qū)級shift，隨機化干擾。PCFICH & PHICH配置PCFICH(物理層控制格式指示信道) PHICH(物理HARQ指示信道)關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第17頁，共34頁。頻域：占用所有的子載波 時域：占用每個子幀的前n個OFDM符號，n=3

16、PDCCH的信息映射到控制域中除了參考信號、PCFICH、PHICH之外的RE中，因此需先獲得PCFICH和PHICH的位置之后才能確定其位置。 用于發(fā)送上/下行資源調度信息、功控命令等，通過下行控制信息塊DCI承載，不同用戶使用不同的DCI資源。PDCCH配置-覆蓋 PDCCH(物理下行控制信道)DCI占用的物理資源可變，范圍為18個CCE（ 36個RE/CCE ）DCI占用資源不同，則解調門限不同，資源越多，需求的解調門限越低，覆蓋范圍越大PDCCH可用資源有限，單個DCI占用資源越多，將導致PDCCH支持用戶容量下降針對每個DCI可以進行功控，以達到降低小區(qū)間干擾和增強覆蓋的目的關鍵技術

17、幀結構物理信道物理層過程第18頁，共34頁。PDCCH配置-容量信道及信號REPCFICH4*4=16PHICHmin3*4=12max25*4=100RS兩天線端口4*100=4001 symbol12*100=12002 symbol2*1200=24003 symbol3*1200=3600 以3 symbol , PHICH組數(shù)=3為例，可計算出用于PDCCH的CCE總數(shù)：（3600-16-12-400）/ 36 =88CCE, 根據(jù)用戶占用不同CCE個數(shù)，可計算出每毫秒可調度次數(shù)： 88/1=88 ； 88/2=44 88/4=22 ； 88/8=11PDCCH可用資源有限，單個DC

18、I占用資源越多，將導致PDCCH支持用戶容量下降關鍵技術幀結構物理信道物理層過程以兩天線端口為例計算PDCCH在20MHz帶寬下可調度用戶數(shù)支持用戶數(shù)的計算假定：用戶每10ms被調度一次用戶分布如下：10%用戶采用1CCE20%用戶采用2CCE20%用戶采用4CCE50%用戶采用8CCE兩天線端口10ms調度次數(shù)10ms調度用戶數(shù)2:2PDCCH占OFDM SYMBOL數(shù)目1CCE2CCE4CCE8CCE1max12660301236min114542412332max330162783699min3121567836963max46223011456143min444220110521363

19、:11max16880401648min152723216442max44021610448132min416208104481283max63831815878198min61430415272188問題：在特殊子幀的DwPTS最多可承載幾個PDCCH的OFDM符號第19頁，共34頁。上行物理信道功能概述物理上行控制信道(PUCCH)當沒有PUSCH時，UE用PUCCH發(fā)送ACK/NAK，CQI，調度請求(SR，RI) 信息。當有PUSCH時，在PUSCH上發(fā)送這些信息物理上行共享信道(PUSCH)承載數(shù)據(jù)，包含業(yè)務數(shù)據(jù)和高層信令物理隨機接入信道 (PRACH)用于隨機接入，發(fā)送隨機接入需要

20、的信息，preamble等第20頁，共34頁。初期引入建議：考慮初期應用場景為城區(qū)，F(xiàn)ormat 0和4即可滿足覆蓋要求，故初期僅要求格式0和4頻域：1.08MHz帶寬（72個子載波），與PUCCH相鄰時域：位于UpPTS（format 4）及普通上行子幀中（format 03）。每10ms無線幀接入0.56次，每個子幀采用頻分方式可傳輸多個隨機接入資源。PRACH配置長度配置LTE中有兩種接入類型（競爭和非競爭），兩種類型共享接入資源（前導碼，共64個），需要提前設置。初期建議：競爭/非競爭兩種接入類型均要求，配置保證在切換場景下使用非競爭接入。格式時間長度覆蓋范圍01ms15km12ms7

21、7km22ms80km33ms100km40.157ms1.4km應用場景接入類型IDLE態(tài)初始接入競爭無線鏈路失敗后初始接入競爭連接態(tài)上行失步后發(fā)送上行數(shù)據(jù)競爭小區(qū)切換競爭/非競爭連接態(tài)上行失步后接收下行數(shù)據(jù)競爭/非競爭 PRACH(物理隨機接入信道)關鍵技術幀結構物理信道物理層過程接入類型建議問;PRACH的調制方式是什么第21頁，共34頁。PUCCH配置PUCCH格式承載信息內容承載用戶數(shù)1SRIUE是否有調度請求181a1bit ACK傳輸HARQ信息1b2bit ACK2CQIPMI+RI+CQI122aCQI+1比特ACK混合傳輸CQI及HARQ信息2bCQI+2比特ACK傳輸上行

22、用戶的控制信息，包括CQI, ACK/NAK反饋，調度請求等。一個控制信道由1個RB pair組成，位于上行子幀的兩邊邊帶上在子幀的兩個slot上下邊帶跳頻，獲得頻率分集增益PUCCH重復編碼，獲得接收分集增益，增加解調成功率通過碼分復用，可將多個用戶的控制信息在同一個PDCCH資源上發(fā)送。上行容量與吞吐量是PUCCH個數(shù)與PUSCH個數(shù)的折中PUCCH（上行物理控制信道）控制信道示意圖關鍵技術幀結構物理信道物理層過程注：同一個用戶的PUCCH和PUSCH不能同時存在。當反饋控制信息和PUSCH并發(fā)時，控制信息插入PUSCH傳輸；在沒有PUSCH傳輸?shù)纳闲凶訋?，利用PUCCH傳輸與該用戶相關

23、的上行控制信息，包括ACK/NACK、CQIPMIRISR第22頁，共34頁。下行參考信號兩天線端口示意圖DRS（專用參考信號）CRS（公共參考信號）天線端口5示意圖CRSDRS位置分布于下行子幀全帶寬上分布于用戶所用PDSCH帶寬上作用下行信道估計，調度下行資源切換測量波束賦形時，用于UE解調應用發(fā)射分集、空間復用的業(yè)務和控制信道波束賦型的控制信道波束賦型的業(yè)務信道關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第23頁，共34頁。 小區(qū)專用參考信號下行物理信號Antenna port 0Antenna port 1Antenna port 2Antenna port 3第24頁，共34頁。第25頁，共34

24、頁。上行參考信號可以在普通上行子幀上傳輸，也可以在UpPTS上傳輸，位于上行子幀的最后一個SC-FDMA符號，eNB配置UE在某個時頻資源上發(fā)送sounding以及發(fā)送sounding的長度。DMRS（解調參考信號）在PUCCH、PUSCH上傳輸，用于PUCCH和PUSCH的相關解調For PUSCH 每個slot(0.5ms) 一個RS，第四個OFDM symbol For PUCCHACK 每個slot中間三個OFDM symbol為RS For PUCCHCQI 每個slot兩個參考信號SRS（探測參考信號） Sounding作用 上行信道估計，選擇MCS和 上行頻率選擇性調度 TDD系

25、統(tǒng)中，估計上行信道矩陣H，用于下行波束賦形 Sounding周期 由高層通過RRC 信令觸發(fā)UE 發(fā)送SRS，包括一次性的SRS 和周期性SRS 兩種方式 周期性SRS 支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八種周期 TDD系統(tǒng)中，5ms最多發(fā)兩次關鍵技術幀結構物理信道物理層過程Slot structure for ACK/NAK and its RS DMRS1 slot DMRS DMRSSlot structure for PUSCH and its RS1 slot DMRSSlot structure for CQI and i

26、ts RS1 slot DMRS DMRS第26頁，共34頁。物理層過程-下行同步第一步：UE用3個已知的主同步序列和接收信號做相關，找到最大相關峰值，從而獲得該小區(qū)的主同步序列以及主同步信道位置（PSC，即上圖的紫色位置），達到OFDM符號同步。PSC每5ms發(fā)射一次，所以UE此時還不能確定哪里是整個幀的開頭。另外，小區(qū)的主同步序列是構成小區(qū)ID的一部分。第二步：UE用270個已知的輔同步序列在特定位置（上圖中的藍色位置，即SSC）和接收信號做相關，找到該小區(qū)的輔同步序列。SSC每5ms發(fā)射一次，但一幀里的兩次SSC發(fā)射不同的序列。UE據(jù)此特性獲得幀同步。輔同步序列也是構成小區(qū)ID的一部分。

27、第三步：到此，下行同步完成。同時UE已經獲取了該小區(qū)的小區(qū)IDS1核心網(wǎng)下行同步子幀0(下行)特殊子幀#2子幀2(上行)PSC(Primary Synchronization Channel)SSC(Secondary Synchronization Channel)下行同步是UE進入小區(qū)后要完成的第一步，只有完成下行同步，才能開始接收其他信道（如廣播信道）并進行其他活動。TD-LTE關鍵技術幀結構物理信道物理層過程問：PCI的取值范圍？問：小區(qū)搜索的過程第27頁，共34頁。物理層過程-隨機接入S1核心網(wǎng)PreamblePRACH信道可以承載在UpPTS上，但因為UpPTS較短，此時只能發(fā)射短

28、Preamble碼。短Preamble碼能用在最多覆蓋1.4公里的小區(qū)。PRACH信道也可承載在正常的上行子幀。這時可以發(fā)射長preamble碼。長preamble碼有4種可能的配置，對應的小區(qū)覆蓋半徑從14公里到100公里不等。PRACH信道在每個子幀上只能配置一個?？紤]到LTE中一共有64個preamble碼，在無沖突的情況下，每個子幀最多可支持64個UE同時接入。實際應用中，64個preamble碼有部分會被分配為僅供切換用戶使用（叫做：非競爭preamble碼），以提高切換用戶的切換成功率。所以小區(qū)內用戶用于初始隨機接入的preamble碼可能會少于64個。子幀0(下行)特殊子幀子幀2

29、(上行)長Preamble短Preamble在UE收取了小區(qū)廣播信息之后，當需要接入系統(tǒng)時，UE即在PRACH信道發(fā)送Preamble碼，開始觸發(fā)隨機接入流程關鍵技術幀結構物理信道物理層過程問：競爭和非競爭的隨機接入的含義第28頁，共34頁。物理層過程-隨機接入信令流程UEeNBPreamblePRACH信道Random Access ResponsePDSCH(公共業(yè)務信道)RRC連接請求PUSCH(公共業(yè)務信道)RRC連接建立PDSCH(公共業(yè)務信道)發(fā)送preamble，請求接入確認收到請求，并指示UE調整上行同步UE發(fā)送IMSI或TMSI，正式請求RRC連接確認收到請求并返回該UE的I

30、MSI(TMSI)以解決競爭問題(如果兩個UE都以為自己能獲得接入，那么通過此消息的IMSI就能挑出真正獲準接入的UEUENodeBSYNC-ULUppch信道Sync_UL ResponseFPACH信道RRC 連接請求PRACH信道RRC連接建立DCCH信道TD-LTETD-SCDMA關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第29頁，共34頁。降低小區(qū)間干擾補償路徑損耗和陰影衰落，適應信道變化 上行功控概述功控方案功控信道PUSCH/PUCCH/SRS/PRACH開環(huán)功控 (補償路徑損耗和陰影衰落）確定UE發(fā)射功率的一個起始發(fā)射功率，作為閉環(huán)功控調整的基礎;閉環(huán)功控（適應信道變化）eNodeB通過

31、測量PUCCH/PUSCH/SRS信號的SINR，和目標值SINRtarget比較，調整相應子幀的上行發(fā)送信號的發(fā)射功率；外環(huán)功控根據(jù)BLER的統(tǒng)計值動態(tài)調整閉環(huán)功控中使用的目標值SINRtarget功控目的關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第30頁，共34頁。PUSCH功控流程eNB廣播小區(qū)特定功控參數(shù)（P0-nominal，alpha);eNB通過RRC通知UE特定的功控參數(shù)（P0_UE）;UE結合eNB提供的參數(shù)計算pathloss;eNB通過PDCCH（DCI Format 0 （UE標識C-RNTI） or DCI Format 3/3A（UE標識TPC-PUSCH-RNTI） )通知UE TPC命令，進行閉環(huán)校正功率；UE測量并上報自己的headroom。范圍： 40;-23dB（ class 3）作用：確定具體的功控策略（調高或調低）上報機制：上次上報headroom后路損有了較大改變；UE發(fā)射功率已接近最大發(fā)射功率；較長時間未上報headroom。headroom關鍵技術幀結構物理信道物理層過程第31頁，共34頁。PUSCH功控參數(shù)（各廠商實配值）Vendor 1Vendor 2Vendor 3Vendor 4Vendor 5Vendor 6P0_NORMINAL_PUSCH-90dBm-96dBm-90d