第五次課：多址接入與物理層信道設(shè)計(jì)

多址接入與物理層信道設(shè)計(jì)無線移動(dòng)創(chuàng)新中心TDD雙工方式物理層信道設(shè)計(jì)目錄多址傳輸技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信雙工方式TDD雙工傳輸方式定義：采用非成對(duì)頻譜（UnpairedSpectrum）資源配置，上下行傳輸信號(hào)在同一頻帶內(nèi)，將信號(hào)調(diào)度到不同時(shí)間段，并采用非連續(xù)方式發(fā)送，通過設(shè)置一定的時(shí)間間隔方式以避免上下行信號(hào)間干擾。

FDD雙工傳輸方式全雙工FDD（Full-DuplexFDD）半雙工FDD（HD-FDD，Half-DuplexFDD）定義：采用成對(duì)頻譜（PairedSpectrum）資源配置，上下行傳輸信號(hào)在不同的頻帶內(nèi)，采用連續(xù)發(fā)射方式發(fā)送信號(hào)，并在上下行信號(hào)間設(shè)置一定頻帶間隔方式以避免相互間干擾。TDD雙工方式蜂窩移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史

第一代蜂窩移動(dòng)通信-模擬調(diào)制移動(dòng)通信

1978年貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了先進(jìn)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)（AMPS）是第一種具有現(xiàn)代意義的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)；

美國(guó)、西德、日本、英國(guó)、意大利、歐洲開發(fā)了10多種的蜂窩移動(dòng)通信方式；

典型的蜂窩系統(tǒng)采用模擬調(diào)制方式傳輸；

第二代蜂窩移動(dòng)通信-數(shù)字調(diào)制移動(dòng)通信1992年，歐洲開始應(yīng)用全球第一個(gè)數(shù)字調(diào)制移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（GlobalSystemMobile）；

1993年，美國(guó)高通和AT&T聯(lián)合推出基于CDMA的第二代數(shù)字調(diào)制蜂窩系統(tǒng)IS-95；

傳送語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主；TDD雙工方式

第三代蜂窩移動(dòng)通信-IMT-2000系統(tǒng)1985年ITU提出未來公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)（FPLMTS）概念，并于1995年更名為IMT-2000系統(tǒng)；

三大國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)于1998年確定：WCDMA(FDD雙工方式，歐洲主導(dǎo))、CDMA2000(FDD雙工方式，美國(guó)主導(dǎo))、TD-SCDMA(TDD雙工方式，中國(guó)主導(dǎo))；

采用CDMA的多址方式；

第四代蜂窩移動(dòng)通信-IMT-Advanced系統(tǒng)2003年在ITU提出概念，寬帶無線移動(dòng)通信系統(tǒng)，低速移動(dòng)峰值速率大于1Gbps，高速峰值速率大于100Mbps；

2010年10月，ITU-RWP#5D通過了LTE-Advanced和IEEE802.16m作為IMT-Advanced作為IMT-Advanced(4G)標(biāo)準(zhǔn)，其中LTE-Advanced包含F(xiàn)DDLTE-Advanced(FDD雙工方式)和TD-LTE-Advanced(TDD雙工方式，中國(guó)主導(dǎo))兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；

采用OFDM多址方式。TDD雙工方式TDD雙工方式的優(yōu)點(diǎn)：頻譜配置靈活，利用率高；靈活地上下行資源比例配置，更有效地支持非對(duì)稱的IP分組業(yè)務(wù)；利用信道對(duì)稱性特點(diǎn)，提升系統(tǒng)性能；

TDD雙工方式在一些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用方面也有著天然的優(yōu)勢(shì)。TDD雙工方式TDD雙工方式的缺點(diǎn)：系統(tǒng)內(nèi)干擾更為復(fù)雜；TDD雙工系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)同步要求更為嚴(yán)格；由于上下行信號(hào)發(fā)送通過時(shí)分方式進(jìn)行區(qū)分，在信號(hào)傳輸過程中，相對(duì)于FDD系統(tǒng)，存在著一定的傳輸時(shí)延；TDD雙工方式FDD系統(tǒng)干擾情況TDD系統(tǒng)干擾情況TDD雙工方式物理層信道設(shè)計(jì)目錄多址傳輸技術(shù)多址傳輸方式概述：多個(gè)子載波并行傳輸數(shù)據(jù)；在載波間采用正交方式，提高頻譜利用率；采用DFT進(jìn)行OFDM信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度；

通過在信號(hào)前端插入循環(huán)前綴方式，確保子載波間正交性，減少子載波間干擾，簡(jiǎn)化接收端的復(fù)雜度。OFDMA多址傳輸方式OFDMA的信號(hào)傳輸特點(diǎn)：多個(gè)子載波并行傳輸數(shù)據(jù)；在載波間采用正交方式，提高頻譜利用率；采用DFT進(jìn)行OFDM信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度；

通過在信號(hào)前端插入循環(huán)前綴方式，確保子載波間正交性，減少子載波間干擾，簡(jiǎn)化接收端的復(fù)雜度。OFDMA多址傳輸方式OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴（CP）生成示意圖OFDMA多址傳輸方式OFDMA中子載波間保持正交性O(shè)FDMA的信號(hào)收發(fā)信號(hào)流程圖OFDMA多址傳輸方式OFDM發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖OFDM接受機(jī)結(jié)構(gòu)圖OFDMA的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：頻譜效率更高；接收信號(hào)處理更為簡(jiǎn)單，降低了接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度；支持靈活的帶寬擴(kuò)展性；易于與多天線技術(shù)結(jié)合，提升系統(tǒng)性能；易于與鏈路自適應(yīng)技術(shù)結(jié)合；易于MBMS業(yè)務(wù)的傳輸。OFDMA多址傳輸方式TD-LTE下行多址方式：（1）多址復(fù)用實(shí)現(xiàn)方式：TD-LTE下行多址方式下行OFDM資源塊示意圖TD-LTE下行多址方式：（2）下行OFDM參數(shù)：OFDM參數(shù)選擇應(yīng)該滿足如下3個(gè)準(zhǔn)則

準(zhǔn)則1：Tcp≥Td

，其中TCP為CP長(zhǎng)度，Td為時(shí)延擴(kuò)展；準(zhǔn)則2：

，其中fdmax為最大多普勒頻移，f為子載波間隔；

準(zhǔn)則3：

。TD-LTE下行多址方式

基本參數(shù)

系統(tǒng)帶寬

1.4MHz，3MHz，5.MHz，10MHz，15MHz以及20MHz子載波間隔15kHz，用于單播（unicast）和多播（MBSFN）傳輸

7.5kHz，僅僅可以應(yīng)用于獨(dú)立載波的MBSFN傳輸

子載波數(shù)目

CP長(zhǎng)度一個(gè)時(shí)隙中不同OFDM

符號(hào)的循環(huán)前綴長(zhǎng)度不同信道帶寬（MHz）1.435101520子載波數(shù)目721803006009001200TD-LTE下行多址方式TD-LTE上行多址方式：

采用具有單載波峰均比特性的DFT-s-OFDMA多址方式。TD-LTE上行多址方式時(shí)域SC-FDMA方案頻域SC-FDMA方案DFT-s-OFDMA子載波映射方式：TD-LTE上行多址方式DFT-s-OFDM的優(yōu)勢(shì)：具有較低的峰均比，可以有效地發(fā)揮功率放大器的效率，增大小區(qū)覆蓋范圍。DFT-s-OFDM的劣勢(shì)：子載波的連續(xù)映射，增加設(shè)計(jì)和接收信號(hào)的復(fù)雜度；

無法最有效地利用頻率調(diào)度增益，頻譜效率相對(duì)于OFDM有差距；

抗深衰落性能不好，降低性能；

在與多天線MIMO等結(jié)合，接收算法復(fù)雜度高。TD-LTE上行多址方式TDD雙工方式物理層信道設(shè)計(jì)目錄多址傳輸技術(shù)TD-LTE幀結(jié)構(gòu)TDD幀結(jié)構(gòu)原理圖（下行傳輸+上行傳輸+保護(hù)間隔）TDD保護(hù)間隔TDU傳輸時(shí)延與終端接收/發(fā)送轉(zhuǎn)換：TDU≥

RTT+TUE,Rx-Tx

避免基站間的干擾：TDU

≥RTTa/2+RTTb/2TD-LTE幀結(jié)構(gòu)TDD保護(hù)間隔TUD一般情況下，幀結(jié)構(gòu)中需要保留上行與下行之間的保護(hù)間隔，用于基站的接收與發(fā)送轉(zhuǎn)換TD-LTE幀結(jié)構(gòu)TDD保護(hù)間隔TUDLTETDD系統(tǒng)中的TUD，通過定時(shí)提前來創(chuàng)造

TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)

TDD幀結(jié)構(gòu)---幀結(jié)構(gòu)類型2，適用于TDD

一個(gè)長(zhǎng)度為10ms的無線幀由2個(gè)長(zhǎng)度為5ms的半幀構(gòu)成

每個(gè)半幀由5個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀構(gòu)成常規(guī)子幀：由兩個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的時(shí)隙構(gòu)成特殊子幀：由DwPTS、GP以及UpPTS構(gòu)成支持5ms和10msDLUL切換點(diǎn)周期

5msDLUL切換周期：特殊子幀在兩個(gè)半幀中都存在

10msDLUL切換周期：特殊子幀只在第一個(gè)半幀中存在

子幀0，子幀5以及DwPTS永遠(yuǎn)是下行UpPTS以及UpPTS之后的第一個(gè)子幀永遠(yuǎn)為上行TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)

TDD幀結(jié)構(gòu)

上下行配置TD-LTE幀結(jié)構(gòu)對(duì)于5ms周期的幀結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)半幀時(shí)隙比例一致，包括以下4種配置配置0：1DL+DwPTS+3UL；配置1：2DL+DwPTS+2UL；配置2：3DL+DwPTS+1UL；配置6：3DL+2×DwPTS+5UL。對(duì)于10ms周期的幀結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)半幀時(shí)隙比例不一致，包括以下3種配置配置3：6DL+DwPTS+3UL；配置4：7DL+DwPTS+2UL；配置5：8DL+DwPTS+1UL。TD-LTE上行多址方式幀結(jié)構(gòu)

TDD幀結(jié)構(gòu)

特殊子幀配置特殊子幀配置常規(guī)CP擴(kuò)展CPDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS031013811948321039231121014121372539282693917102---8111---TD-LTE幀結(jié)構(gòu)

物理資源概念

基本時(shí)間單位

天線端口LTE使用天線端口來區(qū)分空間上的資源。天線端口的定義是從接收機(jī)的角度來定義的，即如果接收機(jī)需要區(qū)分資源在空間上的差別，就需要定義多個(gè)天線端口。天線端口與實(shí)際的物理天線端口沒有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

目前LTE下行定義了三類天線端口，分別對(duì)應(yīng)于天線端口序號(hào)0~5。小區(qū)專用參考信號(hào)傳輸天線端口：天線端口0~3MBSFN參考信號(hào)傳輸天線端口：天線端口4終端專用參考信號(hào)傳輸天線端口：天線端口5物理層資源概念

物理資源概念資源單元(RE)

對(duì)于每一個(gè)天線端口，一個(gè)OFDM或者SC-FDMA符號(hào)上的一個(gè)子載波對(duì)應(yīng)的一個(gè)單元叫做資源單元資源塊(RB)一個(gè)時(shí)隙中，頻域上連續(xù)的寬度為180kHz的物理資源稱為一個(gè)資源塊物理層資源概念

物理資源概念資源單元組(REG)控制區(qū)域中RE集合，用于映射下行控制信道每個(gè)REG中包含4個(gè)數(shù)據(jù)RE控制信道單元（CCE）36RE，9REG組成物理層資源概念

下行物理信道

PBCH（物理廣播信道）：用于承載重要的系統(tǒng)信息，例如系統(tǒng)下行帶寬、系統(tǒng)幀號(hào)等。PDSCH（物理下行共享信道）：可以簡(jiǎn)單理解為用于承載數(shù)據(jù)的信道，此數(shù)據(jù)包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，也包括高層信令等信息。PMCH（物理多播信道）：用于承載多播業(yè)務(wù)信息。PDCCH（物理下行控制信道）：用于承載下行控制信息，例如調(diào)度信令。PCFICH（物理控制格式指示信道）：用于指示每個(gè)子幀控制區(qū)域占用的符號(hào)數(shù)。PHICH（物理HARQ指示信道）：用于承載針對(duì)上行業(yè)務(wù)是否正確接收的ACK/NACK反饋信息。R-PDCCH（中繼下行控制信道）：用于承載發(fā)送給中繼的控制信息。下行物理信道一般處理流程

物理層資源概念

下行物理信道調(diào)制方式物理信道調(diào)制方式PDSCHQPSK,16QAM,64QAMPMCHQPSK,16QAM,64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSK物理層資源概念

下行物理信道碼字?jǐn)?shù)目、層數(shù)目以及預(yù)編碼操作物理信道可支持的預(yù)編碼操作可支持的碼字?jǐn)?shù)目可支持的層數(shù)目PDSCH單天線端口傳輸11空間復(fù)用1，21，2，3，4傳輸分集12，4PDCCHPBCHPCFICHPHICH單天線端口傳輸11傳輸分集12，4物理層資源概念

下行物理信道的RE映射

控制區(qū)域與數(shù)據(jù)區(qū)域TDM；PCFICH、PDCCH、PHICH映射在控制區(qū)域；PDSCH、PMCH、PBCH映射到數(shù)據(jù)區(qū)域；常規(guī)CP擴(kuò)展CP上行物理信道

PRACH（物理隨機(jī)接入信道）：用于UE上行接入同步或上行數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)的資源請(qǐng)求。

PUSCH（物理上行共享信道）：用于承載上行數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和高層信令等。

PUCCH（物理上行控制信道）：用于承載上行控制信息，主要包括CQI和ACK等。物理層資源概念

PUSCH

調(diào)制方式包括QPSK、16QAM以及64QAM傳輸預(yù)編碼即DFT操作，為了簡(jiǎn)化DFT實(shí)現(xiàn)，要求DFT操作的點(diǎn)數(shù)必須為2、3、5的倍數(shù)。在RE映射時(shí)，PUSCH映射到子幀中的數(shù)據(jù)區(qū)域上。PUSCH處理流程物理層資源概念

PUCCH格式

PUCCH格式用途調(diào)制方式比特?cái)?shù)1SRN/AN/A1aACK/NACKBPSK11bACK/NACKQPSK22CQIQPSK202aCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK212bCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK22物理層資源概念

PUCCHformat1/1a/1b結(jié)構(gòu)

常規(guī)CP擴(kuò)展CP物理層資源概念

PUCCHformat1/1a/1bRE映射1比特SR信息經(jīng)過序列擴(kuò)展和正交復(fù)用，形成96個(gè)比特，映射到PUCCHformat1中的數(shù)據(jù)部分

1比特ACK/NACK信息，經(jīng)過BPSK調(diào)制，序列擴(kuò)展和正交復(fù)用，形成96個(gè)符號(hào)，映射到PUCCHformat1a中的數(shù)據(jù)部分

2比特ACK/NACK信息，經(jīng)過 QPSK調(diào)制，序列擴(kuò)展和正交復(fù)用，形成96個(gè)符號(hào)，映射到PUCCHformat1b中的數(shù)據(jù)部分參考信號(hào)序列經(jīng)過正交復(fù)用后，映射到PUCCHformat1/1a/1b中的參考信號(hào)部分PUCCHformat1/1a/1b的具體映射RB位置與其序號(hào)，PUCCH帶寬以及時(shí)隙位置有關(guān)物理層資源概念

PUCCHformat2/2a/2b結(jié)構(gòu)常規(guī)CP擴(kuò)展CP物理層資源概念

PUCCHformat2/2a/2bRE映射

20比特CQI信息經(jīng)過QPSK調(diào)制，形成10個(gè)符號(hào)，經(jīng)過序列擴(kuò)展之后形成120個(gè)符號(hào)，映射到PUCCHformat2/2a/2b中的數(shù)據(jù)部分

1比特ACK/NACK信息，經(jīng)過BPSK調(diào)制，形成1個(gè)符號(hào)，經(jīng)過與參考信號(hào)相乘之后形成為12個(gè)符號(hào)，映射到PUCCHformat2a中每個(gè)時(shí)隙中的第二個(gè)RS上2比特ACK/NACK信息，經(jīng)過QPSK調(diào)制