最全面LTE物理層總結(jié)

PhysicalLayerIntroduction

ZhuXiaoqiang2011.3.7LTE的性能需求指標(biāo)與LTE物理層相關(guān)的協(xié)議編號(hào)及內(nèi)容物理信道的種類傳輸信道與物理信道的映射物理層相關(guān)參數(shù)物理信道結(jié)構(gòu)參考信號(hào)和信道估計(jì)功能LTE物理層過程目錄2LTE的需求指標(biāo)支持1.4MHz-20MHz帶寬峰值數(shù)據(jù)率：上行50Mbps，下行100Mbps。頻譜效率達(dá)到3GPPR6的2-4倍提高小區(qū)邊界的比特率，保證業(yè)務(wù)的一致性用戶面延時(shí)：零負(fù)載（單用戶、單數(shù)據(jù)流）、小ＩＰ分組條件下單向時(shí)延小于5ms控制面延時(shí)：從駐留狀態(tài)轉(zhuǎn)換到激活狀態(tài)的延遲小于1OOms每個(gè)小區(qū)在5MHz帶寬下最少支持200個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)合理的終端復(fù)雜度、成本和耗電對(duì)低速移動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)，同時(shí)支持高速移動(dòng)以盡可能相似的技術(shù)同時(shí)支持成對(duì)（paired）和非成對(duì)（unpaired）頻段3與LTE物理層相關(guān)的協(xié)議編號(hào)及內(nèi)容

TS36．201――ＬＴＥ物理層―總體描述TS36．211――物理信道、參考信號(hào)、幀結(jié)構(gòu)TS36．212――信道編碼、交織、速率匹配、復(fù)用TS36．213――隨機(jī)接入等物理層的工作過程TS36．214――物理層的測(cè)量技術(shù)TS36．302――物理層向高層提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)4物理信道的種類下行物理信道PDSCH：下行物理共享信道，承載下行數(shù)據(jù)傳輸、SIB和尋呼信息PBCH：物理廣播信道，傳遞UE接入系統(tǒng)所必需的系統(tǒng)信息，如帶寬、天線數(shù)目和小區(qū)ID等PMCH：物理多播信道，傳遞MBMS（單頻網(wǎng)多播和廣播）相關(guān)的數(shù)據(jù)PCFICH：物理控制格式指示信道，表示一個(gè)子幀中用于PDCCH的OFDM符號(hào)的數(shù)量PHICH：物理HARQ指示信道，用于eNodB向UE反饋和PUSCH相關(guān)的ACK/NACK信息PDCCH：下行物理控制信道，用于指示和PUSCH，PDSCH相關(guān)的格式，資源分配，HARQ信息，位于子幀的前n個(gè)OFDM符號(hào)，n<=3上行物理信道PUSCH：物理上行共享信道PRACH：物理隨機(jī)接入信道，獲取小區(qū)接入的必要信息進(jìn)行時(shí)間同步和小區(qū)搜索等PUCCH：物理上行控制信道，UE用于發(fā)送ACK/NAK，CQI，SR，RI信息5傳輸信道與物理信道的映射傳輸信道

物理信道

下行共享信道DL-SCH

物理下行共享信道PDSCH

尋呼信道PCH

物理下行共享信道PDSCH

廣播信道BCH

物理廣播信道PBCH

多播信道MCH

物理多播信道PMCH

控制信息

物理信道

控制格式指示CFI

物理控制格式指示信道PCFICH

HARQ指示HI物理HARQ指示信道PHICH

下行控制信息DCI

物理下行控制信息信道PDCCH

下行傳輸信道與物理層信道的映射關(guān)系6傳輸信道與物理信道的映射上行傳輸信道與物理層信道的映射關(guān)系傳信道信道/控制信息物理信道上行共享信道UL-SCH物理上行共享信道PUSCH隨機(jī)接入信道RACH

物理隨機(jī)接入信道PRACH

上行控制信息UCI

PUCCH、PUSCH7物理層相關(guān)參數(shù)基本傳輸和多址技術(shù)：上行單載波頻分多址SC-FDMA，下行正交頻分多址OFDMA雙工方式：TDD，F(xiàn)DD（全雙工和半雙工FDD）幀結(jié)構(gòu)：無(wú)線幀長(zhǎng)10ms，分10個(gè)子幀，長(zhǎng)1ms，每個(gè)子幀分為兩個(gè)時(shí)隙（TDD方式中包含3個(gè)特殊時(shí)隙，共1ms）子載波間隔：15KHz或7.5KHz。取決于頻譜效率和抗頻偏能力的折中，主要考慮多普勒頻移。在單播系統(tǒng)中采用15kHZ的子載波間隔，相應(yīng)的符號(hào)長(zhǎng)度為66.75us(不包括CP)，在載波MBMS（DedicatedCarrierMBMS，ＤＣ－ＭＢＭＳ）中，由于是低速移動(dòng)，故為７.５kHz的子載波，相應(yīng)符號(hào)長(zhǎng)度為１３３.３３ｕｓ（不包括ＣＰ），一個(gè)１ｍｓ子幀包含六個(gè)ＯＦＤＭ符號(hào)資源分配方式：基本資源塊RB大小為12個(gè)寬度15KHz或24個(gè)寬度為7.5KHz的子載波，180KHz，下行支持集中和分散分配，上行只支持集中分配。8物理層相關(guān)參數(shù)CP的長(zhǎng)度是由所要求的系統(tǒng)容量、信道相關(guān)時(shí)間和FFT復(fù)雜度（限制OFDM符號(hào)周期）共同決定的。常規(guī)小區(qū)的單播系統(tǒng)采用CP4.6875us和６６.６７ｕｓ的符號(hào)，在一個(gè)子幀的７個(gè)符號(hào)中，前６個(gè)符號(hào)的ＣＰ均為4.6875us，最后一個(gè)符號(hào)的ＣＰ為５.２０８ｕｓ大小區(qū)的單播系統(tǒng)或單播／ＭＢＭＳ混合載波的E-MBMS系統(tǒng)采用擴(kuò)展CP16.67us和符號(hào)６６.７５ｕｓＤＣ－ＭＢＭＳ系統(tǒng)采用３３.３３ＣＰ和１３３.３３ｕｓ的符號(hào)調(diào)制方式及AMC下行BPSKQPSK16QAM64QAM,上行QPSK,16QAM,64QAM信道編碼：Turbo、卷積碼多天線技術(shù)下行預(yù)編碼SU-MIMO、預(yù)編碼MU-MIMO、波束賦形、發(fā)射分集上行MU-MIMO、天線選擇9物理層相關(guān)參數(shù)子幀格式：LTE支持兩種基本的工作模式，即頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）；支持兩種不同的無(wú)線幀結(jié)構(gòu)，即Type1和Type2幀結(jié)構(gòu)，幀長(zhǎng)均為10ms。前者適用于FDD工作模式，后者適用于TDD10物理層相關(guān)參數(shù)TDD模式下，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。特殊子幀包括3個(gè)特殊時(shí)隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長(zhǎng)度為1ms。下行導(dǎo)頻時(shí)隙保護(hù)間隔DwPTS用于下行傳輸同步符號(hào)，UpPTS也用于傳輸上行同步符號(hào)，不用于傳輸上行數(shù)據(jù)，而GP為保護(hù)間隔，防止上下行間的干擾。上行導(dǎo)頻時(shí)隙DwPTS和UpPTS的長(zhǎng)度可配置，DwPTS的長(zhǎng)度為3～12個(gè)OFDM符號(hào)，UpPTS的長(zhǎng)度為1～2個(gè)OFDM符號(hào)，相應(yīng)的GP長(zhǎng)度為1～10個(gè)OFDM符號(hào)11物理層相關(guān)參數(shù)12物理層相關(guān)參數(shù)在TYPE2子幀中，一般子幀0和子幀5固定用于下行傳輸，而子幀2和7用于上行，其他幀可配置上行或下行子幀，LTETDD支持5ms和10ms的上下行子幀切換周期，其具體配置規(guī)定如下13物理層相關(guān)參數(shù)下行傳輸資源結(jié)構(gòu)14物理層相關(guān)參數(shù)上行傳輸資源結(jié)構(gòu)15物理信道結(jié)構(gòu)

16上行共享信道PUSCH

信道功能：物理上行共享信道，即主要傳輸U(kuò)E的數(shù)據(jù)和控制信息的物理信道，既可以傳輸數(shù)據(jù)也可復(fù)用傳輸控制信息包括(CQIand/orPMI),HARQ-ACK和RI(rankindication)秩信息PUSCH系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信道編碼：加循環(huán)校驗(yàn)冗余CRC、碼塊分段、加CRC校驗(yàn)、turbo編碼、速率匹配、碼塊級(jí)聯(lián)、復(fù)用、信道交織過程基帶SC-FDMA處理：加擾、調(diào)制映射、傳輸與編碼（DFT）、RE映射、SC-FDMA信號(hào)產(chǎn)生17上行共享信道PUSCH18物理上行控制信道PUCCH

上行控制信道PUCCH，用于傳輸上行控制信息。同一UE端不能同時(shí)在PUSCH和PUCCH上傳輸。此外PUCCH不能在UpPTS時(shí)隙中傳輸。19物理上行控制信道PUCCH物理上行控制信道支持多種格式傳輸

PUCCHformatModulationSchemeNumberofBitsperSubframeContents1N/AN/ASchedulingRequestInformation1aBPSK1ACK/NACK1bQPSK2ACK/NACK2QPSK20CQI2aQPSK+BPSK21CQI+ACK/NACK2bQPSK+BPSK22CQI+ACK/NACK20物理隨機(jī)接入信道PRACH

隨機(jī)接入：隨機(jī)接入是在UE獲得下行同步的基礎(chǔ)上，請(qǐng)求與網(wǎng)絡(luò)通信之前的接入過程，隨機(jī)接入可以分為兩種類型同步隨機(jī)接入：UE已經(jīng)和系統(tǒng)取得上行同步，UE申請(qǐng)上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源非同步隨機(jī)接入：UE尚未和系統(tǒng)取得或丟失了上行同步PRACH參數(shù)配置隨機(jī)接入前導(dǎo)序列的相關(guān)參數(shù)(1)隨機(jī)接入前導(dǎo)序列號(hào)：numberOfRA-Preamble={n4,n8,n12,n16,n20,n24,n28,n32,n36,n40,n44,n48,n52,n56,n60,n64}(2)隨機(jī)接入組配置：sizeOfRA-PreamblesGroupA={n4,n8,n12,n16,n20,n24,n28,n32,n36,n40,n44,n48,n52,n56n60,spare1}；

messageSizeGroupA={bit56,bit144,bit208,spare1}；

messagePowerOffsetGroupB={minusinfinity,spare1}；UEMAC層根據(jù)以上基本參數(shù)配置，確定物理層隨機(jī)接入前導(dǎo)序列的時(shí)頻資源的配置參數(shù)，具體參數(shù)包括：隨機(jī)接入信道配置索引prach-ConfigurationInde（物理層由此參數(shù)以及TDD幀配置確定隨機(jī)接入前導(dǎo)序列的時(shí)頻資源配置參數(shù)以及隨機(jī)接入前導(dǎo)序列的格式preambleformat）、隨機(jī)接入信道頻率偏移prach-FrequencyOffset（確定初始PRACH位置）、TDD上下行配置、邏輯前導(dǎo)根序列索引RACH_ROOT_SEQUENCE，前導(dǎo)序列組類型標(biāo)識(shí)High-speed-flag，前導(dǎo)序列循環(huán)移位值，并由隨機(jī)接入前導(dǎo)序列的時(shí)頻資源配置情況確定隨機(jī)接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)志RA-RNTI。21物理隨機(jī)接入信道PRACH前導(dǎo)序列發(fā)送功率配置參數(shù)功率爬坡步長(zhǎng)：owerRampingStep={dB0,dB2,dB4,dB6}；(2)前導(dǎo)序列初始發(fā)送功率：preambleInitialReceivedTargetPower={dBm-120,dBm-118,dBm-116,dBm-114,dBm-112,dBm-110,dBm-108,dBm-106,dBm-104,dBm-102,dBm-100,dBm-98,dBm-96,dBm-94,dBm-92,dBm-90}隨機(jī)接入前導(dǎo)發(fā)送與接收隨機(jī)接入響應(yīng)的相關(guān)配置(1)隨機(jī)接入前導(dǎo)最大發(fā)送次數(shù)：preambleTransMax={n3,n4,n5,n6,n7,n8,n10,n20,n50,n100,n200,spare5,sparespare3,spare2,spare1},(2)PDCCH信道檢測(cè)窗：ra-ResponseWindowSize={sf2,sf3,sf4,sf5,sf6,sf7,sf8,sf10}(3)沖突解決計(jì)數(shù)器：mac-ContentionResolutionTimer={sf8,sf16,sf24,sf32,sf40,sf48,sf56,sf64}(4)隨機(jī)接入資源請(qǐng)求信息自動(dòng)重傳次數(shù)：maxHARQ-Msg3Tx=INTEGER(1..8)22物理隨機(jī)接入信道PRACH

非同步隨機(jī)接入的作用

請(qǐng)求初始接入：當(dāng)一個(gè)用戶在LTE一IDLE狀態(tài)時(shí)，表明網(wǎng)絡(luò)并不精確地知道用戶處于哪個(gè)小區(qū)，該用戶也沒有任何小區(qū)范圍內(nèi)特有的識(shí)別號(hào)(C-RNTI)。為了能夠和基站進(jìn)行通信，用戶必須發(fā)起初始接入建立RRC連接，即從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)入連接狀態(tài)并獲得C-RNTI。這一步包含了初始接入和相關(guān)的信令流程。建立/恢復(fù)上行同步：當(dāng)UE和NodeB尚未進(jìn)行同步或者失去同步時(shí)，需要進(jìn)行上行同步。這過程可以是由UE發(fā)起或者由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起。UL-SCH資源請(qǐng)求：在LTE中，由于專用信道不復(fù)存在，控制平面的數(shù)據(jù)將在共享信道傳輸。對(duì)于上行，每個(gè)用戶需要向基站上報(bào)資源請(qǐng)求，基站安排上行帶寬給每個(gè)用戶。資源請(qǐng)求可以根據(jù)相關(guān)因素(比如業(yè)務(wù)類型或UE處理階段)在隨機(jī)接入信道或者其它非競(jìng)爭(zhēng)信道（如通過PUCCH申請(qǐng)SR資源調(diào)度）上進(jìn)行上報(bào)。小區(qū)切換接入：在eNodeB之間切換之后接入到新的小區(qū)。非同步隨機(jī)接入方案UE向NedeB發(fā)送接入前導(dǎo)符。NodeB接收到前導(dǎo)符后，發(fā)送時(shí)間提前信息、序列ID以及用于上報(bào)請(qǐng)求的上行資源等。這里的上行資源并不能直接作為發(fā)送數(shù)據(jù)使用，而是用作資源請(qǐng)求。UE在這個(gè)資源上，通過共享數(shù)據(jù)信道發(fā)送資源請(qǐng)求，向eNodeB申請(qǐng)所需要的資源數(shù)量。當(dāng)NodeB分配好資源后（通過反饋競(jìng)爭(zhēng)消息來指示），UE就能使用上行資源來發(fā)送數(shù)據(jù)了。23物理隨機(jī)接入信道PRACH功率爬坡的機(jī)制(power-ramPing)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)解決了時(shí)間和功率不確定性的問題。所有的隨機(jī)接入信道根據(jù)ASC(接入服務(wù)類別)分成若干組(GroupA和GroupB)。擁有不同QOS的用戶將接入不同組別的隨機(jī)接入信道。這樣便能實(shí)現(xiàn)通過隨機(jī)接入前導(dǎo)序列隱性攜帶部分信息的作用。注：UE在進(jìn)行隨機(jī)接入時(shí)可以攜帶一定的信息；即將接入原因、簽名序列的映射、RA-RNTI隨機(jī)接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)、路損信息以及是否請(qǐng)求C-RNTI小區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)等信息通過前導(dǎo)序列隱性傳輸給eNodeB。24物理控制格式指示信道PCFICH

信道功能

PCFICH（physicalcontrolformatindaicator）信道專門用于傳輸所謂的Cat0信令(即PDCCH在一個(gè)子幀中的時(shí)域長(zhǎng)度n)，PCFICH的大小僅為2bit，因此應(yīng)該用來傳輸最基本的PDCCH格式信息。首要的PDCCH格式信息顯然是PDCCH的時(shí)域長(zhǎng)度n，即PDCCH占用一個(gè)子幀的前幾個(gè)OFDM符號(hào)。PDCCH最多可包含3個(gè)OFDM符號(hào)，因此n=1，2，3，一個(gè)OFDM符號(hào)或者用做PDCCH，或者用做數(shù)據(jù)信道，不支持混合的OFDM符號(hào)，即和數(shù)據(jù)時(shí)分復(fù)用。PDCCH包含4個(gè)符號(hào)的情況暫時(shí)被保留，目前最多使用3個(gè)符號(hào)PCFICH承載的信息是關(guān)于在一個(gè)子幀中傳輸PDCCHs所占用的OFDM的個(gè)數(shù)，其在不同情況下占用的OFDM符號(hào)的情況如下表所示25物理控制格式指示信道PCFICH時(shí)頻結(jié)構(gòu)

PCFICH放置在第1個(gè)OFDM符號(hào)中，PCFICH的2bit信息通過4個(gè)每個(gè)長(zhǎng)16個(gè)QPSK符號(hào)的序列承載。CFICH承載的信息非常重要，實(shí)際上劃分了每個(gè)子幀中控制信令區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域的邊界，所以必須采用可以有效抑制干擾的傳輸方式。因此，一個(gè)PCFICH序列的16個(gè)符號(hào)被分散到整個(gè)系統(tǒng)帶寬，不同小區(qū)放置在不同的子載波組上。另外，PCFICH也進(jìn)行小區(qū)特定加擾(Cell-specificScrambling)。PCFICH采用和PDCCH相同的發(fā)射分集技術(shù)。為了保證PCFICH的高魯棒性（robust的音譯，指的是強(qiáng)壯性，一般用來衡量系統(tǒng)的抗干擾能力，用于信號(hào)系統(tǒng)、程序等領(lǐng)域），PCFICH采用(3，2)單形碼經(jīng)過10次重復(fù)后再附加兩個(gè)系統(tǒng)比特的方式編碼。關(guān)于PCFICH傳送的頻率，確定在每一子幀中都傳送PCFICH，包括MBSFN(廣播多播單頻網(wǎng))子幀。為了獲得盡可能大的頻率分集增益，PCFICH的16個(gè)QPSK符號(hào)分布在4個(gè)離散的REG中，相鄰PCFICHREG之間相隔4個(gè)REG，以盡可能均勻地分布在6個(gè)PRB(LTE最小系統(tǒng)帶寬支持的PRB數(shù)量)所在的帶寬內(nèi)26物理控制格式指示信道PCFICH27物理HARQ指示信道PHICH

功能：PHICH承載的是HARQ的ACK/NAK信息PHICH分組和復(fù)用：多個(gè)PHICHs構(gòu)成一個(gè)PHICH組，映射到相同的RE資源上，組內(nèi)的多個(gè)PHICHs的ACK/NAKs采用碼分復(fù)用（乘以不同的正交序列）在一個(gè)PHICH信道內(nèi)PHICH占用的OFDM符號(hào)數(shù)：采用兩種長(zhǎng)度半靜態(tài)可配的方式：對(duì)MBSFN子幀，PHICH長(zhǎng)度在1個(gè)和2個(gè)OFDM符號(hào)之間半靜態(tài)選擇：對(duì)非MBSFN子幀，PHICH長(zhǎng)度在1個(gè)和3個(gè)OFDM符號(hào)之間半靜態(tài)選擇。PHICH信息位：PHICH包含3個(gè)REG，采用QPSK調(diào)制，可傳輸24bit信息。對(duì)于2天線情況，一個(gè)ACK／NACK比特采用Walsh序列經(jīng)過4倍擴(kuò)頻形成一個(gè)REG，然后重復(fù)3次，形成一個(gè)ACK／NACK信道。由于采用4倍正交碼擴(kuò)頻，再加上QPSK的I、Q兩路，共可以在一個(gè)戶HICH內(nèi)復(fù)用8個(gè)ACK／NACK信道。在4天線情況下，仍然采用4倍擴(kuò)頻，但要對(duì)相應(yīng)的4天線發(fā)送分集方法做一些調(diào)整。PHICH頻域資源分配：和PCFICH一樣，PHICH也盡可能均勻分布在6個(gè)PRB所在的帶寬內(nèi)，兩個(gè)相鄰的PHICHREG之間相隔6個(gè)REG，如圖5-46所示。另外，在時(shí)域上，PHICH也盡可能分散到控制區(qū)域所在的所有符號(hào)，以PHICH長(zhǎng)度為3為例，因此3個(gè)PHICHREG分別位于3個(gè)符號(hào)。如果PHICH長(zhǎng)度為2，則3個(gè)PHICHREG有1個(gè)位于第1符號(hào)，有2個(gè)位于第2符號(hào)。28物理HARQ指示信道PHICH29下行共享信道PDSCH

信道功能：物理下行共享信道主要承載傳輸數(shù)據(jù)，承載傳輸信道的下行共享信道（SIB系統(tǒng)信息塊廣播控制信息包含在傳輸信道的下行共享信道內(nèi)）、尋呼信道的數(shù)據(jù)。信道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)eNodeB端發(fā)送的信號(hào)處理流程為：CRC處理、信道編碼、速率匹配、信道交織、調(diào)制映射、數(shù)據(jù)調(diào)制、層映射、預(yù)編碼、RE映射、IFFT、加循環(huán)前綴、數(shù)字上變頻、DAC、天線發(fā)射。UE端接收的信號(hào)處理流程：ADC、數(shù)字下變頻、時(shí)間與頻率同步、去循環(huán)前綴CP、FFT、RE逆映射、信道估計(jì)、信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)解調(diào)、解交織、速率匹配、信道解碼、CRC校驗(yàn)等。DL-SCH具有最全的功能，支持多層SU-MIMO傳輸、MAC調(diào)度和HARQ等各種功能。系統(tǒng)可以根據(jù)反饋的信道狀態(tài)信息（CSI）等，通過MAC層調(diào)度，動(dòng)態(tài)配置eNodeB發(fā)射信號(hào)的調(diào)制編碼方式、資源映射、天線映射方式?；赨E反饋的ACK/NACK信息，eNodeB可以進(jìn)行HARQ重傳。同時(shí)，HARQ操作也通過冗余版本(RV)控制信道編碼的冗余比特的傳輸。在這個(gè)模型中，上層協(xié)議可以對(duì)信、編碼與速率匹配、調(diào)制方式、資源映射和天線映射進(jìn)行靈活的配置，從而獲得DL-SCH的最大容量。30下行共享信道PDSCHUE通過高層信令半靜態(tài)配置，基于下述傳輸模式之一，接收PDSCH單天線端口：在單天線端口模式下，UE可以假設(shè)eNodeB使用單天線端口進(jìn)行PDSCH傳輸。傳輸分集：在傳輸分集模式下，UE可以假設(shè)eNodeB使用傳輸分集進(jìn)行PDSCH傳輸。開環(huán)空間復(fù)用：在開環(huán)空間復(fù)用模式下，根據(jù)秩指示（RI），UE可以假設(shè)eNodeB采用如下方式進(jìn)行PDSCH傳輸。RI=1：傳輸分集RI>1：大延時(shí)CDD的空間復(fù)用閉環(huán)空間復(fù)用：在閉環(huán)空間復(fù)用模式下，UE可以假設(shè)eNodeB采用零延時(shí)CDD的空間復(fù)用。31下行控制信道PDCCH

PDCCH（Physicaldownlinkcontrolchannel）物理下行控制信道，承載的控制信息DCI主要包括：下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度信息、上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度賦予和功率控制命令以及上行發(fā)送數(shù)據(jù)的ACK/NACK。下行調(diào)度信息用于通知被調(diào)度的UE如何處理下行發(fā)送的數(shù)據(jù)，一個(gè)控制信道承載一個(gè)MACID的下行調(diào)度信息。上行調(diào)度賦予用于給UE的上行數(shù)據(jù)傳輸分配資源，一個(gè)控制信道承載一個(gè)MACID的上行調(diào)度賦予。ACK/NACK下行控制信令中還包括上行傳輸數(shù)據(jù)的HARQ反饋，對(duì)于單數(shù)據(jù)流傳輸，每個(gè)傳輸塊只需1bit信令；但對(duì)多流MIMO傳輸，可能需要多個(gè)比特。此外，DCI控制信息還應(yīng)包括與HARQ重傳相關(guān)的冗余版本RV和新數(shù)據(jù)指示符NDI。PDCCH與PDSCH采用時(shí)分復(fù)用，PDCCH占據(jù)一個(gè)子幀的前N個(gè)符號(hào)，N<=332下行控制信道PDCCHREG和CCE在PDCCH上，承載DCI（DownlinkControlInformation）的基本單元是CCE（ControlChannelElement）。由于PDCCH的傳輸帶寬內(nèi)可以同時(shí)包含多個(gè)PDCCH，為了更有效地配置PDCCH和其他下行控制信道的時(shí)頻資源，LTE定義了兩個(gè)專用的控制信道資源單位：RE組(REGroup，REG)和控制信道粒子(ControlChannelElement，CCE)。1個(gè)REG由4個(gè)頻域上并排的RE組成，即4個(gè)子載波×1個(gè)OFDM符號(hào)。一個(gè)CCE由9個(gè)REG構(gòu)成，一個(gè)PDCCH又由若干個(gè)CCE構(gòu)成。定義REG如此小的資源單位，主要是為了有效地支持PCFICH(物理控制格式指示信道)、PHICH(物理HARQ指示符信道)等數(shù)據(jù)率很小的控制信道的資源分配；而定義相對(duì)較大的CCE，是為了用于數(shù)據(jù)量相對(duì)較大的PDCCH的資源分配。每個(gè)CCE包含9個(gè)REGs（ResourceElementGroup，每個(gè)REG包括4個(gè)可用的RE，見TS362116.24resource-elementgroups），每個(gè)REG包含4個(gè)REs，也就是一個(gè)CCE是包含36個(gè)RE的一個(gè)連續(xù)資源塊。那么在系統(tǒng)帶寬和用于PDCCH的symbol數(shù)量確定后基本可以計(jì)算出總的CCE數(shù)量（從總的RE數(shù)量中去掉PCFICH，PHICH以及參考信號(hào)所占的RE，再除以36）。33下行控制信道PDCCH一個(gè)物理控制信道在一個(gè)或者多個(gè)控制信道粒子CCE（controlchannelelement）上傳輸，其中一個(gè)CCE對(duì)應(yīng)9個(gè)RE的集合。PDCCH支持的多種格式如下表所示，每個(gè)PDCCH可以占用1，2，4，8個(gè)CCE。多個(gè)PDCCHS可以同時(shí)在一個(gè)子幀中傳輸，占用不同CCE，在接收端采用盲檢測(cè)的方法區(qū)分某個(gè)用戶的PDCCH

34下行控制信道PDCCH

PDCCH時(shí)頻結(jié)構(gòu)

PDCCH和數(shù)據(jù)信道的復(fù)用選用TDM方式，在頻域上占用整個(gè)RB，時(shí)域上只占用部分OFDM符號(hào)，放置在一個(gè)子幀的前n個(gè)(n≤3)OFDM符號(hào)，每個(gè)CCE應(yīng)占滿這個(gè)子幀內(nèi)PDCCH區(qū)域的所有OFDM符號(hào)，以獲得盡可能長(zhǎng)的時(shí)域長(zhǎng)度。也就是說，一個(gè)子幀內(nèi)各個(gè)CCE之間是FDM復(fù)用的，不同的PDCCH占用不同的CEE資源

DCI格式一個(gè)DCI傳輸下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度信息、上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度賦予和功率控制命令以及上行發(fā)送數(shù)據(jù)的ACK/NACK。35下行控制信道PDCCH下行控制信道PDCCH的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)eNodeB端發(fā)送的信號(hào)處理流程為：CRC處理（包括RNTI掩碼處理）、咬尾卷積編碼、速率匹配、加擾、QPSK調(diào)制、層映射、預(yù)編碼、RE映射、IFFT、加循環(huán)前綴、數(shù)字上變頻、DAC、天線發(fā)射。UE端接收的信號(hào)處理流程：ADC、數(shù)字下變頻、時(shí)間與頻率同步、去循環(huán)前綴CP、FFT、RE逆映射、信道估計(jì)、信號(hào)檢測(cè)、層逆映射、QPSK解調(diào)、解擾、速率匹配、信道解碼、盲檢測(cè)與CRC校驗(yàn)等RE資源映射/逆映射預(yù)編碼以后，對(duì)于天線P上的符號(hào)序列，以4個(gè)符號(hào)為一組映射到相應(yīng)的一個(gè)REG（包括4個(gè)可用的RE）資源上。記表示在P天線上的第i個(gè)符號(hào)組，構(gòu)成

在符號(hào)組進(jìn)行映射前，還必須對(duì)Mquad個(gè)符號(hào)組進(jìn)行交織，交織方案與咬尾卷積編碼速率匹配的子塊交織方案樣，矩陣交織法，行寫入（32列），然后列變換，在列讀出。得到序列36下行控制信道PDCCH接下來進(jìn)行循環(huán)移位，其移位的方式如下射到一個(gè)REG上，先k=0，l=0，按增序進(jìn)行，需要注意的是不能占用參考信號(hào)和再以一個(gè)REG為單位進(jìn)行映射，映射的方式是將數(shù)據(jù)組映PCFICH和PHICH信道所占用的資源。k為整個(gè)帶寬，逆映射根據(jù)該RE的映射方案提取相應(yīng)的符號(hào)。，l=0~3，為PCFICH指示的符號(hào)數(shù)。37下行控制信道PDCCH盲檢測(cè)盲檢測(cè)方法即對(duì)有限的若干種PDCCH配置一一嘗試，每個(gè)UE可以同時(shí)監(jiān)測(cè)一定數(shù)量的候選(Candidate)PDCCH，最終解調(diào)出其中的內(nèi)容。UE監(jiān)測(cè)的候選PDCCH集的大小(即候選PDCCH的數(shù)量)由高層信令控制，這個(gè)值大小應(yīng)該適中，既支持一定的PDCCH靈活性，又具有可以接受的復(fù)雜度。一個(gè)PDCCH可能的時(shí)頻位置可由該P(yáng)DCCH包含的CCE的數(shù)量隱性地指示。下圖是盲檢測(cè)原理的一個(gè)示例，它假設(shè)可供PDCCH使用的CCE的數(shù)量為六個(gè)，尺寸為一個(gè)CCE的PDCCH可能位于任何一個(gè)CCE，尺寸為兩個(gè)CCE的PDCCH可能的位置有三個(gè)，尺寸為三個(gè)CCE的PDCCH可能的位置有兩個(gè)。這樣，可能的PDCCH配置共有11種，UE會(huì)一一嘗試解碼這11個(gè)候選PDCCH，最終解調(diào)出PDCCH。PDCCH盲檢測(cè)的數(shù)量直接關(guān)系到UE解碼PDCCH的復(fù)雜度，雖然采用更多的盲檢測(cè)可以獲得更大的PDCCH靈活性，但卻會(huì)使UE的盲檢測(cè)過程過于復(fù)雜，從而增加UE的成本和功耗。最終確定，一個(gè)處于激活狀態(tài)UE的最大PDCCH盲檢測(cè)數(shù)量為44個(gè)。38下行控制信道PDCCH39物理廣播信道PBCH

信道功能：PBCH廣播信道主要傳輸小區(qū)系統(tǒng)信息，PBCH的結(jié)構(gòu)與小區(qū)搜索過程有緊密聯(lián)系，其中攜帶的信息用于在小區(qū)搜索過程中向UE廣播基本的系統(tǒng)信息，稱為MIB（MasterInformationBlock）。BCH映射到PBCH。DBCH：DBCH的準(zhǔn)確的定義是承載在DL-SCH傳輸信道中的SIB（systeminformationblock）系統(tǒng)信息，這些信息可以由系統(tǒng)較靈活地在調(diào)度的資源上傳送。UE有能力同時(shí)接收DL-SCH中的廣播信息和單播數(shù)據(jù)的。UE也有能力同時(shí)接收PBCH和DL-SCH，因此，通過DL-SCH傳送DBCH信息是完全可行的。DL-SCH映射到PDSCH。MIB：BCH上傳輸MIB(MasterInformationBlock)，是系統(tǒng)中需要頻繁傳輸?shù)南到y(tǒng)信息，包括dl-Systembandwidth,phich-Configuration，systemFrameNumber，PHICH的時(shí)域長(zhǎng)度（3bit）；DL-SCH傳輸SIB，RE功率指示以及其他的SI(Systeminformation)，它們都address到SI-RNTI。40物理廣播信道PBCH

SIB：DBCH上傳輸?shù)男畔K稱為SIB，主要包括：一個(gè)或多個(gè)ＰＬＭＮ標(biāo)識(shí)；跟蹤區(qū)域編號(hào)；小區(qū)標(biāo)識(shí)號(hào)；１ｂｉｔ指示小區(qū)禁用狀態(tài)指示，用于所有共享的ＰＬＭＮ；對(duì)每個(gè)共享ＰＬＭＮ均有１ｂｉｔ預(yù)留給運(yùn)營(yíng)商使用；為所有共享PLMN使用一個(gè)公共的比特用于小區(qū)預(yù)留的擴(kuò)展；調(diào)度信息，即除了SU-1意外其他調(diào)度單元的周期等信息；SIB映射信息，即指示出SIB在哪個(gè)SU中傳輸。41物理廣播信道PBCH

PBCH傳送的TTI（PBCH信息的更新周期）為40ms，在40ms周期內(nèi)傳輸4次PBCH，位于每一個(gè)無(wú)線幀的第一個(gè)子幀的第二個(gè)時(shí)隙的前4個(gè)符號(hào)。這4個(gè)PBCH中的每一個(gè)都應(yīng)該能獨(dú)立解碼，也就是說，如果一個(gè)UE信道條件足夠好，則只要在40ms內(nèi)接收一個(gè)PBCH所在的子幀，就可以解調(diào)出PBCH傳輸塊?？梢岳斫鉃?，40ms的周期相當(dāng)于對(duì)PBCH數(shù)據(jù)連續(xù)進(jìn)行4次重傳，而不需要UE對(duì)PBCH進(jìn)行ACK/NACK的反饋。由于PBCH的TTI為40ms，UE除了通過PSC和SSC獲得幀時(shí)鐘外，還需要獲得40ms時(shí)鐘，經(jīng)過研究決定采用盲檢測(cè)的方法獲得。如圖1，PBCH的結(jié)構(gòu)。PBCH的產(chǎn)生方法：信道編碼模塊通過速率匹配產(chǎn)生長(zhǎng)度可用于4個(gè)子幀的PBCH的編碼塊，經(jīng)過統(tǒng)一的加擾和調(diào)制映射到4個(gè)子幀的PBCH上。由于4個(gè)子幀的PBCH采用的是擾碼不同的碼段，實(shí)際上相當(dāng)于不同的擾碼。頻域上，PBCH和PSCH、SSCH一樣，占據(jù)系統(tǒng)帶寬中央的1.08MHz（除DC子載波）的全部72個(gè)子載波。接收端根據(jù)PBCH的時(shí)頻位置，使用滑窗方法盲檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)crc校驗(yàn)結(jié)果正確，則說明當(dāng)前滑動(dòng)窗就是40ms的幀邊界，并且可以根據(jù)PBCH的內(nèi)容得到系統(tǒng)幀號(hào)和帶寬信息，以及PHICH的配置。

42物理廣播信道PBCH發(fā)射端PBCH的數(shù)據(jù)的處理流程為：加擾、CRC處理、信道編碼、速率匹配、交織、QPSK調(diào)制、層映射與預(yù)編碼、RE映射、IFFT變換、加循環(huán)前綴CP、數(shù)字上變頻、DA轉(zhuǎn)換、多天線發(fā)射。接收端的解調(diào)過程：ADC、數(shù)字下變頻、時(shí)間與頻率同步、去CP、FFT、RE逆映射、信道估計(jì)、信號(hào)檢測(cè)、QPSK解調(diào)、解交織、速率匹配、信道解碼、CRC校驗(yàn)。需要注意的是：廣播信道對(duì)可靠性要求最高，因此其支持的物理層功能反而最少。BCH采用最可靠的調(diào)制方式QPSK、編碼，僅支持單天線和傳輸分集發(fā)送，物理層配置完全是靜態(tài)的，因此不需要支持任何自適應(yīng)功能。43參考信號(hào)和信道估計(jì)44參考信號(hào)和信道估計(jì)功能45LTE參考信號(hào)設(shè)計(jì)46參考信號(hào)輔助信道建模和估計(jì)輔助信道建模：信道估計(jì)與設(shè)定的信道模型有關(guān)，其本身由物理傳播特性所決定，物理特性包括發(fā)射接收天線數(shù)、傳輸帶寬、載波頻率、小區(qū)配置和ENODEB與UE接收機(jī)間的相對(duì)速度。載波頻率和系統(tǒng)帶寬主要決定了信道的散射特性小區(qū)部署控制了多徑、傳播延遲和空間相關(guān)特性相對(duì)速度設(shè)置了信道時(shí)變特性輔助信道模型時(shí)頻域相關(guān)：WSSUS信道模型空間域相關(guān)：Kronecker模型47頻域信道估計(jì)48時(shí)域信道估計(jì)49空域信道估計(jì)50上行鏈路參考信號(hào)上行RS的作用用于相干解調(diào)所需的信道估計(jì)用于上行調(diào)度的信道質(zhì)量探測(cè)功率控制定時(shí)估計(jì)支持下行波束成形的到達(dá)方向估計(jì)上行鏈路支持兩種RS解調(diào)RS：在物理上行共享信道上與上行鏈路數(shù)據(jù)的傳輸相關(guān)聯(lián)，并且（或）和控制信令在物理上行控制信道相結(jié)合（PUCCH）。這些RS主要用于信道估計(jì)中的相干解調(diào)。探測(cè)RS：不與上行數(shù)據(jù)和（或）控制傳輸相關(guān)聯(lián)，主要用于確定信道質(zhì)量，使得在上行鏈路中能夠進(jìn)行頻率選擇性調(diào)度。51LTE物理層過程52同步和小區(qū)搜索小區(qū)搜索：UE可以確定時(shí)間和頻率參數(shù)，這對(duì)解調(diào)下行鏈路信號(hào)和傳輸具有精確定時(shí)的上行鏈路信號(hào)是必要的。LTE系統(tǒng)中，需要識(shí)別3個(gè)主要的同步要求符號(hào)定時(shí)的捕獲，通過它來確定正確的符號(hào)起始位置載波頻率同步，需要它來減少或消除頻率誤差的影響，其頻率誤差是由本地振蕩器在發(fā)射端和接收端間的頻率不匹配和UE移動(dòng)導(dǎo)致的多普勒頻移造成的采樣時(shí)鐘同步也是必要的53PRACH隨機(jī)接入過程54PRACH隨機(jī)接入過程(1)隨機(jī)接入初始化：MAC層向物理層提供：隨機(jī)接入信道配置索引prach