第二章LTE空中接口物理層課件1

第2章LTE空中接口物理層第2章LTE空中接口物理層1LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)LTE（LongTermEvolution）是4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，是3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織在無(wú)線接入領(lǐng)域的演進(jìn)技術(shù)。隨著4G技術(shù)的廣為傳播，LTE如今已普遍作為4G技術(shù)的代稱。

SAE（SystemArchitectureEvolution，系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)）是3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的4G核心網(wǎng)領(lǐng)域的演進(jìn)架構(gòu)。

EPC（EvolvedPacketCore）指演進(jìn)的分組核心網(wǎng)，是SAE在4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)具體形式。當(dāng)前，EPC與SAE可等效為同一概念。

EPS（EvolvedPacketSystem）是一套完整的演進(jìn)分組系統(tǒng)，由無(wú)線網(wǎng)（LTE）、核心網(wǎng)（EPC）和用戶終端（UE）結(jié)合起來(lái)構(gòu)成。

LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)LTE（LongTerm2LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EPS(EvolvedPacketSystem)系統(tǒng)主要分為以下三個(gè)部分：UE（UserEquipment）：UE是移動(dòng)用戶設(shè)備，可以通過空中接口發(fā)起、接收呼叫。LTE（LongTermEvolution）：無(wú)線接入網(wǎng)部分，又稱為E-UTRAN，處理所有與無(wú)線接入有關(guān)的功能。

EPC（SystemArchitectureEvolution）：核心網(wǎng)部分，主要包括MME、S-GW、P-GW、HSS等網(wǎng)元，連接Internet等外部PDN（PacketDataNetwork）。EPC也被稱為EPC(EvolvedPacketCore)。

簡(jiǎn)言之，EPS=LTE+EPC+UELTE/EPC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EPS(Evolved3LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4LTE網(wǎng)絡(luò)接口Uu接口：是UE和eNB之間的接口。X2接口：e-NodeB之間；支持?jǐn)?shù)據(jù)和信令的直接傳輸。S1接口：連接e-NodeB與核心網(wǎng)EPC。S1-MME/s1-c是e-NodeB連接MME的控制面接口S1-U是e-NodeB連接S-GW的用戶面接口。S11接口：連接SGW和MMES5/S8接口：S-GW與P-GW之間的接口S5表示是在同一PLMN中。S8表示在不同的PLMN中。LTE網(wǎng)絡(luò)接口Uu接口：是UE和eNB之間的接口。5Uu接口LTE空中接口，被稱為E-UTRA（Evolved-UniversalTerrestrialRadioAccess），可支持1.4MHz至20MHz的多種帶寬。這個(gè)空中接口被命名為Uu接口，大寫字母U表示“用戶網(wǎng)絡(luò)接口”（UsertoNetworkinterface），小寫字母u則表示“通用的”（Universal）。UE（UserEquipment）將根據(jù)eNodeB（E-UTRANNodeB）的配置選擇合適的信道帶寬。Uu接口LTE空中接口，被稱為E-UTRA6LTE無(wú)線接口協(xié)議UE與eNodeB之間通過E-UTRA接口連接。在邏輯上，E-UTRA接口可以分為控制面和用戶面。LTE無(wú)線接口協(xié)議UE與eNodeB之間7LTE無(wú)線接口協(xié)議控制面有兩個(gè)，第一個(gè)控制面由RRC（RadioResourceControl）提供，用于承載UE和eNodeB之間的信令。第二個(gè)控制面用于承載NAS（NonAccessStratum）信令消息，并通過RRC傳送到MME（MobilityManagementEntity）。RRC控制面、NAS控制面以及用戶面如下圖所示。用戶面主要用于在UE和EPC（EvolvedPacketCore）之間傳送IP數(shù)據(jù)包，這里的EPC指的是S-GW（ServingGateway）和PDN-GW（PacketDataNetwork-Gateway）。LTE無(wú)線接口協(xié)議控制面有兩個(gè)，第一個(gè)控制面由8LTE無(wú)線接口協(xié)議LTE無(wú)線接口協(xié)議9LTE無(wú)線接口協(xié)議層三：空中接口服務(wù)的使用者，即RRC信令及用戶面數(shù)據(jù)層二：對(duì)不同層三數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分標(biāo)示，并提供不同的服務(wù)層一：物理層，為高層的數(shù)據(jù)提供無(wú)限資源及物理層的處理LTE無(wú)線接口協(xié)議層三：空中接口服務(wù)的使用者，即RRC信令及10LTE無(wú)線接口協(xié)議----RRC層RRC（RadioResourceControl，無(wú)線資源控制）是LTE空中接口控制面主要協(xié)議棧。UE與eNodeB之間傳送的RRC消息依賴于PDCP、RLC、MAC和PHY層的服務(wù)。RRC主要功能如下圖所示。RRC處理UE與E-UTRAN之間的所有信令，包括UE與核心網(wǎng)之間的信令，即由專用RRC消息攜帶的NAS（NonAccessStratum）信令。攜帶NAS信令的RRC消息不改變信令內(nèi)容，只提供轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。LTE無(wú)線接口協(xié)議----RRC層RRC（Ra11LTE無(wú)線接口協(xié)議----RRC層RRC處理UE與E-UTRAN之間的所有信令LTE無(wú)線接口協(xié)議----RRC層RRC處理UE與E-U12LTE無(wú)線接口協(xié)議----PDCP層PDCP(PacketDataConvergenceProtocol)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議。UMTS僅在用戶面使用PDCP。與UMTS不同，LTE在用戶面和控制面均使用PDCP。這主要是因?yàn)镻DCP在LTE網(wǎng)絡(luò)里承擔(dān)了安全功能，即進(jìn)行加/解密和完整性校驗(yàn)。

PDCP層屬于無(wú)線接口協(xié)議棧的第二層，處理控制平面上的無(wú)線資源管理(RRC)消息以及用戶平面上的因特網(wǎng)協(xié)議(IP)包。在用戶平面上，PDCP子層得到來(lái)自上層的IP數(shù)據(jù)分組后，可以對(duì)IP數(shù)據(jù)分組進(jìn)行頭壓縮和加密，然后遞交到RLC子層。PDCP子層還向上層提供按序提交和重復(fù)分組檢測(cè)功能。在控制平面，PDCP子層為上層RRC提供信令傳輸服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)RRC信令的加密和一致性保護(hù)，以及在反方向上實(shí)現(xiàn)RRC信令的解密和一致性檢查。LTE無(wú)線接口協(xié)議----PDCP層PDCP(13LTE無(wú)線接口協(xié)議----PDCP層在控制面，PDCP負(fù)責(zé)對(duì)RRC和NAS信令消息進(jìn)行加/解密和完整性校驗(yàn)。而在用戶面上，PDCP的功能略有不同，它只進(jìn)行加/解密，而不進(jìn)行完整性校驗(yàn)。另外，用戶面的IP數(shù)據(jù)包還采用IP頭壓縮技術(shù)以提高系統(tǒng)性能和效率。同時(shí)，PDCP也支持排序和復(fù)制檢測(cè)功能。LTE無(wú)線接口協(xié)議----PDCP層在控制面，PDC14LTE無(wú)線接口協(xié)議----RLC層

RLC(RadioLinkControl，無(wú)線鏈路層控制協(xié)議)是UE和eNodeB間的協(xié)議。顧名思義，它主要提供無(wú)線鏈路控制功能。RLC最基本的功能是向高層提供如下三種服務(wù)：

TM（TransparentMode，透明模式）：用于將高層分組直接傳到下層，不封裝RLC協(xié)議頭。用于某些空中接口信道，如廣播信道和尋呼信道，為信令提供無(wú)連接服務(wù)。UM（UnacknowledgedMode，非確認(rèn)模式）：用于可靠性要求不高的業(yè)務(wù)。與TM模式相同，UM模式也提供無(wú)連接服務(wù)，但同時(shí)還提供排序、分段和級(jí)聯(lián)功能。AM（AcknowledgedMode，確認(rèn)模式）：用于可靠性要求很高、分組長(zhǎng)度可變的業(yè)務(wù)。提供ARQ（AutomaticRepeatRequest）服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)重傳。LTE無(wú)線接口協(xié)議----RLC層RLC(Radi15LTE無(wú)線接口協(xié)議----RLC層除以上模式和ARQ特性，RLC層還提供信息的分段、重組和級(jí)聯(lián)功能，如下圖所示。LTE無(wú)線接口協(xié)議----RLC層除以上模式和ARQ特性，16LTE無(wú)線接口協(xié)議----MAC層MAC

(mediumaccesscontrol。介質(zhì)訪問控制)層是解決當(dāng)局域網(wǎng)中共用信道的使用產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，如何分配信道的使用權(quán)問題。它定義了數(shù)據(jù)幀怎樣在介質(zhì)上進(jìn)行傳輸。在共享同一個(gè)帶寬的鏈路中，對(duì)連接介質(zhì)的訪問是“先來(lái)先服務(wù)”的。物理尋址在此處被定義，邏輯拓?fù)洌ㄐ盘?hào)通過物理拓?fù)涞穆窂剑┮苍诖颂幈欢x。線路控制、出錯(cuò)通知（不糾正）、幀的傳遞順序和可選擇的流量控制也在這一子層實(shí)現(xiàn)。LTE無(wú)線接口協(xié)議----MAC層MAC(med17LTE無(wú)線接口協(xié)議----MAC層MAC（MediumAccessControl）層主要功能包含：映射：MAC負(fù)責(zé)將從LTE邏輯信道接收到的信息映射到LTE傳輸信道上。關(guān)于這些信道和它們之間的映射關(guān)系，請(qǐng)參見2.3節(jié)。復(fù)用：MAC的信息可能來(lái)自一個(gè)或多個(gè)RB（RadioBearer，無(wú)線承載），MAC層能夠?qū)⒍鄠€(gè)RB復(fù)用到同一個(gè)TB（TransportBlock）上以提高效率。

HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest）：MAC利用HARQ技術(shù)為空中接口提供糾錯(cuò)服務(wù)。HARQ的實(shí)現(xiàn)需要MAC層與物理層的緊密配合。關(guān)于這一技術(shù)的具體描述，請(qǐng)參見2.21.32.21章節(jié)。無(wú)線資源分配：MAC提供基于QoS（QualityofService）的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和用戶信令的調(diào)度。調(diào)度有多種可選方案，具體描述請(qǐng)參見第3章。LTE無(wú)線接口協(xié)議----MAC層MAC（MediumAc18LTE無(wú)線接口協(xié)議----MAC層為實(shí)現(xiàn)以上特性，MAC層和物理層需要互相傳遞無(wú)線鏈路質(zhì)量的各種指示信息以及HARQ運(yùn)行情況的反饋信息。LTE無(wú)線接口協(xié)議----MAC層為實(shí)現(xiàn)以上特性，MAC層19LTE無(wú)線接口協(xié)議----物理層LTE物理層PHY（PhysicalLayer）提供了一系列新型的靈活信道，同時(shí)充分利用先前系統(tǒng)（如UMTS）的特性和機(jī)制。物理層提供的主要功能如下圖所示。LTE無(wú)線接口協(xié)議----物理層LTE物理層PHY（Phy20LTE無(wú)線接口協(xié)議----Uu接口協(xié)議控制面和用戶面的底層協(xié)議是相同的。它們都使用PDCP（PacketDataConvergenceProtocol）層、RLC（RadioLinkControl）層、MAC（MediumAccessControl）層和物理層PHY（PhysicalLayer）?？罩薪涌趨f(xié)議棧如下所示。從圖中可以看出，NAS信令使用RRC承載，并映射到PDCP層。在用戶面上，IP數(shù)據(jù)包也映射到PDCP層。LTE無(wú)線接口協(xié)議----Uu接口協(xié)議控制面和用戶面的底層協(xié)21LTE無(wú)線接口協(xié)議----非接入層非接入層，或稱為NAS，指的是AS（AccessStratum，接入層）的上層。接入層定義了與RAN（RadioAccessNetwork），即E-UTRAN，及相關(guān)的信令流程和協(xié)議。NAS主要包含兩個(gè)方面：上層信令和用戶數(shù)據(jù)。NAS層信令NAS信令指的是在UE和MME之間傳送的消息。可以分為兩類：EMM（EPSMobilityManagement）.ESM（EPSSessionManagement）.LTE無(wú)線接口協(xié)議----非接入層非接入層，或稱22LTE無(wú)線接口協(xié)議----非接入層LTE無(wú)線接口協(xié)議----非接入層23LTE信道分類邏輯信道，區(qū)分信息的類型傳輸信道，區(qū)分信息的傳輸方式物理信道，執(zhí)行信息的收發(fā)LTE信道分類邏輯信道，區(qū)分信息的類型24LTE信道分類LTE信道分類25LTE信道---邏輯信道邏輯信道分為控制邏輯信道和業(yè)務(wù)邏輯信道?？刂七壿嬓诺莱休d控制數(shù)據(jù)，如RRC信令；業(yè)務(wù)邏輯信道承載用戶面數(shù)據(jù)。LTE信道---邏輯信道邏輯信道分為控制邏輯信道和26邏輯信道---BCCH和PCCH

BCCH（BroadcastControlChannel）：廣播控制信道，指eNodeB用來(lái)發(fā)送SI（SystemInformation）系統(tǒng)消息的下行信道。系統(tǒng)消息由RRC定義。

PCCH（PagingControlChannel）：尋呼控制信道，指eNodeB用來(lái)發(fā)送尋呼信息的下行信道。邏輯信道---BCCH和PCCHBCCH（Broadcas27邏輯信道---CCCH和DCCHCCCH（CommonControlChannel）：公共控制信道，用于建立RRC（RadioResourceControl）連接。RRC連接也被稱為信令無(wú)線承載（SRB，SignalingRadioBearer）。SRB0映射到CCCH，SRB也用于連接的重建。DCCH（DedicatedControlChannel）：專用控制信道，提供雙向信令通道。邏輯上講，通常有兩條激活的DCCH，分別是SRB1和SRB2：?SRB1適用于承載RRC消息，包括攜帶高優(yōu)先級(jí)NAS信令的RRC消息。?SRB2適用于承載低優(yōu)先級(jí)NAS信令的RRC消息。低優(yōu)先級(jí)的信令在SRB2建立前先通過SRB1發(fā)送。邏輯信道---CCCH和DCCHCCCH（CommonC28邏輯信道---CCCH和DCCH邏輯信道---CCCH和DCCH29邏輯信道---業(yè)務(wù)信道3GPPR9定義的LTE業(yè)務(wù)邏輯信道是DTCH（DedicatedTrafficChannel，專用業(yè)務(wù)信道）。DTCH

承載DRB（DedicatedRadioBearer，專用無(wú)線承載）信息，即IP數(shù)據(jù)包。邏輯信道---業(yè)務(wù)信道3GPPR9定義的LTE業(yè)務(wù)邏輯30無(wú)線承載

在無(wú)線承載中有兩種，一種是數(shù)據(jù)承載稱為DRB，一種是信令承載稱為SRB。無(wú)限承載管理是指安全模式建立之后的E-RAB建立過程，也就是對(duì)SRB2和DRB進(jìn)行管理，包括DRB的建立、修改和釋放以及SRB2的建立和修改。

SRB2的釋放不是通過無(wú)限承載管理來(lái)執(zhí)行的，而是通過信令連接釋放同SRB1一起進(jìn)行釋放的。

無(wú)限承載管理沒有單獨(dú)信令,是使用RRC重配置消息實(shí)現(xiàn)無(wú)線承載管理中eNodeB與UE的交互。無(wú)線承載在無(wú)線承載中有兩種，一種是數(shù)據(jù)承載稱為D31無(wú)線承載SRB一共有3中分別為SRB0、SRB1、SRB2。SRB0用來(lái)傳輸RRC消息，在邏輯信道CCCH上傳輸。SRB1用來(lái)傳輸RRC消息（也許會(huì)包含piggybackedNAS消息），在SRB2承載的建立之前，比SRB2具有更高的優(yōu)先級(jí)。在邏輯信道DCCH上傳輸。SRB2用來(lái)傳輸NAS消息，比SRB1具有更低的優(yōu)先級(jí)，并且總是在安全模式激活之后才配置SRB2。在邏輯信道DCCH上傳輸.

無(wú)線承載SRB一共有3中分別為SRB0、SRB1、SRB232LTE信道---傳輸信道傳統(tǒng)的傳輸信道分為公共信道和專用信道。為了提高效率，LTE的傳輸信道刪除了專用信道，而由公共信道和共享信道組成LTE信道---傳輸信道傳統(tǒng)的傳輸信道分為公共信道和33LTE信道---傳輸信道傳統(tǒng)的傳輸信道分為公共信道和專用信道。為了提高效率，LTE的傳輸信道刪除了專用信道，而由公共信道和共享信道組成。BCH（BroadcastChannel）：廣播信道，是固定格式的信道，每幀一個(gè)BCH。BCH用于承載系統(tǒng)消息中的MIB（MasterInformationBlock）。但需要注意的是大部分的系統(tǒng)消息都由DL-SCH（Downlink-SharedChannel）來(lái)承載。PCH（PagingChannel）：尋呼信道，用于承載PCCH，即尋呼消息。尋呼信道使用不連續(xù)接收（DRX，DiscontinuousReception）技術(shù)延長(zhǎng)手機(jī)電池待機(jī)時(shí)間。RACH（RandomAccessChannel）：隨機(jī)接入信道，其承載的信息有限，需要和物理信道以及前導(dǎo)信息共同完成沖突解決流程。LTE信道---傳輸信道傳統(tǒng)的傳輸信道分為公共信道和34LTE信道---傳輸信道DL-SCH（Downlink-SharedChannel）：下行共享信道，是承載下行數(shù)據(jù)和信令的主要信道，支持動(dòng)態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)鏈路自適應(yīng)調(diào)整。同時(shí)，該信道利用HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest）技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)性能。如前文所述，DL-SCH除了承載業(yè)務(wù)之外，還承載大部分的系統(tǒng)消息。UL-SCH（UplinkSharedChannel）：上行共享信道，其與下行共享信道類似，都支持動(dòng)態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)鏈路自適應(yīng)調(diào)整。動(dòng)態(tài)調(diào)度由eNodeB控制，動(dòng)態(tài)鏈路自適應(yīng)調(diào)整通過改變調(diào)制編碼方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，該信道也利用HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest）技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)性能。LTE信道---傳輸信道DL-SCH（Downlink-35LTE信道---物理信道LTE信道---物理信道36LTE信道---物理信道下行物理信道

PBCH（PhysicalBroadcastChannel）：物理廣播信道，用于承載BCH信息。

PCFICH（PhysicalControlFormatIndicatorChannel）：物理控制格式指示信道，用于指示一個(gè)子幀中用于PDCCH發(fā)送的OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)。PDCCH（PhysicalDownlinkControlChannel）：物理下行控制信道，用于承載資源分配信息。

PHICH（PhysicalHybridARQIndicatorChannel）：物理HARQ指示信道，用于在HARQ流程中承載上行HARQ的ACK/NACK反饋信息。PDSCH（PhysicalDownlinkSharedChannel）：物理下行共享信道，用于承載DL-SCH信息。LTE信道---物理信道下行物理信道37LTE信道---物理信道上行物理信道PRACH（PhysicalRandomAccessChannel）：物理隨機(jī)接入信道，用于承載隨機(jī)接入前導(dǎo)。PRACH位置由上層信令，即RRC信令定義。PUCCH（PhysicalUplinkControlChannel）：物理上行控制信道，用于承載上行控制和反饋信息，也可以承載發(fā)送給eNodeB的調(diào)度請(qǐng)求。PUSCH（PhysicalUplinkSharedChannel）：物理上行共享信道，它是主要的上行信道，用于承載上行共享傳輸信道UL-SCH（UplinkSharedChannel）。該信道承載信令、用戶數(shù)據(jù)和上行控制信息。需要注意的是，UE不能同時(shí)發(fā)射PUCCH和PUSCH。LTE信道---物理信道上行物理信道38LTE信道---物理信道LTE信道---物理信道39信道映射MAC層實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的分配，不同的傳輸信道體現(xiàn)不同的資源分配機(jī)制信道映射MAC層實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的分配，不同的傳輸信道體現(xiàn)不同的資40信道映射物理信道實(shí)現(xiàn)物力資源的總體靜態(tài)劃分，當(dāng)然，共享信道中的資源仍然是需要MAC層動(dòng)態(tài)調(diào)度信道映射物理信道實(shí)現(xiàn)物力資源的總體靜態(tài)劃分，當(dāng)然，共享信道中41信道映射下行信道映射信道映射下行信道映射42信道映射上行信道映射信道映射上行信道映射43LTE時(shí)域上的資源單元——無(wú)線幀無(wú)線幀的時(shí)長(zhǎng)為10ms，包含20個(gè)時(shí)隙，其中每個(gè)時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)為0.5ms相鄰的兩個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)子幀（1ms），為L(zhǎng)TE調(diào)度的周期。LTE時(shí)域上的資源單元——無(wú)線幀無(wú)線幀的時(shí)長(zhǎng)為10ms，包含44LTE時(shí)域上的資源單元——無(wú)線幀根據(jù)LTE系統(tǒng)使用的雙工方式的不同，3GPP協(xié)議定義了兩種幀結(jié)構(gòu)：TDD幀結(jié)構(gòu)（類型2）和FDD幀結(jié)構(gòu)（類型1）。TDD幀結(jié)構(gòu)。引入了特殊子幀的概念。特殊子幀各部分的長(zhǎng)度可以配置，但總時(shí)長(zhǎng)固定為1ms。FDD幀結(jié)構(gòu)。FDD模式下，在一個(gè)無(wú)線幀的時(shí)長(zhǎng)范圍內(nèi)，有10個(gè)子幀用于下行傳輸，同時(shí)有10個(gè)子幀用于上行傳輸。上下行傳輸在頻域上是分離的。LTE時(shí)域上的資源單元——無(wú)線幀根據(jù)LTE系統(tǒng)使用的雙工方式45TD-LTE無(wú)線幀結(jié)構(gòu)在TDD幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)長(zhǎng)度為10ms的無(wú)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，其中包括4個(gè)普通子幀和1個(gè)特殊子幀。普通子幀由兩個(gè)0.5ms的時(shí)隙組成，而特殊子幀由3個(gè)特殊時(shí)隙（DwPTS、GP和UpPTS）組成。

特殊子幀各部分的長(zhǎng)度可以配置，但總時(shí)長(zhǎng)固定為1ms。

特殊子幀中的DwPTS和UpPTS可以攜帶上下行的信息，GP用來(lái)避免下行的信號(hào)（延遲到達(dá)）對(duì)上行信號(hào)（提前發(fā)送）造成的干擾。DwPTS可以包含調(diào)度信息，UpPTS可以通過配置隨機(jī)接入前導(dǎo)。TD-LTE無(wú)線幀結(jié)構(gòu)在TDD幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)長(zhǎng)度為46TD-LTE無(wú)線幀結(jié)構(gòu)TDD10個(gè)子幀可配置：

上行子幀下行子幀特殊子幀特殊子幀包括

下行導(dǎo)頻時(shí)隙（DwPTS）

保護(hù)周期(GP)

上行導(dǎo)頻時(shí)隙（UpPTS）TD-LTE無(wú)線幀結(jié)構(gòu)TDD10個(gè)子幀可配置：47TD-LTE無(wú)線幀結(jié)構(gòu)在TDD模式下，上行和下行共用10個(gè)子幀。子幀在上下行之間切換的時(shí)間間隔為5ms或10ms，但是子幀0和5必須分配給下行。因?yàn)檫@兩個(gè)子幀中包含了PSS（PrimarySynchronizationSignal）和SSS（SecondarySynchronizationSignal），同時(shí)子幀0中還包含了廣播信息。TD-LTE無(wú)線幀結(jié)構(gòu)在TDD模式下，上行和下行共用1048TDD模式上下行子幀分配TDD模式支持多種上下行子幀分配方案，如表2-2所列。方案0、1、2和6中，子幀在上下行切換的時(shí)間間隔為5ms，因此需要配置兩個(gè)特殊子幀。其它方案中的切換時(shí)間間隔都為10ms。表格中字母D表示用于下行發(fā)送的子幀，U表示用于上行發(fā)送的子幀，S表示特殊子幀。一個(gè)特殊子幀中包含DwPTS、GP和UpPTS三個(gè)部分。TDD模式上下行子幀分配TDD模式支持多種上下行子幀分配方49TDD模式上下行子幀分配TDD模式上下行子幀分配50LTE時(shí)隙的結(jié)構(gòu)時(shí)隙（0.5ms）由6或7個(gè)符號(hào)組成，中間由循環(huán)前綴隔開LTE系統(tǒng)中有兩種循環(huán)前綴：普通循環(huán)前綴和擴(kuò)展循環(huán)前綴。為了區(qū)分這兩種循環(huán)前綴，它們有各自不同的時(shí)隙格式。下圖展示了分別由7個(gè)和6個(gè)OFDM符號(hào)組成的時(shí)隙。從圖中可以看出，在配置擴(kuò)展循環(huán)前綴的時(shí)隙中，循環(huán)前綴擴(kuò)大了，而符號(hào)的數(shù)量減少了，因此也降低了符號(hào)速率。擴(kuò)展循環(huán)前綴主要用于因規(guī)劃需要擴(kuò)大小區(qū)范圍等場(chǎng)景LTE時(shí)隙的結(jié)構(gòu)時(shí)隙（0.5ms）由6或7個(gè)符號(hào)組成，中間由51LTE時(shí)隙的結(jié)構(gòu)LTE時(shí)隙的結(jié)構(gòu)52時(shí)域干擾由于子載波的正交性，OFDM信號(hào)在頻域上可以被保護(hù)。而在時(shí)域方面，LTE需要克服時(shí)延擴(kuò)展，即多徑干擾。主要存在兩個(gè)多徑效應(yīng)：時(shí)延和衰落，如下左圖所示。延遲信號(hào)相對(duì)主徑成為符號(hào)間干擾ISI（InterSymbolInterference），如下右圖所示。時(shí)域干擾由于子載波的正交性，OFDM信號(hào)在頻域上53循環(huán)前綴（CP）OFDM系統(tǒng)使用CP（CyclicPrefix）來(lái)克服時(shí)延擴(kuò)展。循環(huán)前綴（CP）OFDM系統(tǒng)使用CP（CyclicPre54特殊子幀的時(shí)隙配置特殊子幀的時(shí)隙配置55LTE頻域上的資源單元——資源塊（RB）頻域上，LTE信號(hào)由成百上千的子載波合并而成，在載波的帶寬為15kHz，每12個(gè)連續(xù)的子載波成為一個(gè)資源塊。資源塊RB（12個(gè)子載波）資源塊RB（12個(gè)子載波）子載波（15kHz）LTE頻域上的資源單元——資源塊（RB）頻域上，LTE信號(hào)由56LTE頻域上的資源單元——資源塊（RB）資源塊是調(diào)度的基本單位，即不能以子載波為粒度進(jìn)行調(diào)度。不同的載波帶寬，子載波的個(gè)數(shù)也不同1.4M帶寬包含72個(gè)子載波，即：6個(gè)RB；3M帶寬包含120個(gè)子載波，即：15個(gè)RB；5M帶寬包含300個(gè)子載波，即：25個(gè)RB；10M帶寬包含600個(gè)子載波，即：50個(gè)RB；15M帶寬包含900個(gè)子載波，即：75個(gè)RB；20M帶寬包含1200個(gè)子載波，即：100個(gè)RB；LTE頻域上的資源單元——資源塊（RB）資源塊是調(diào)度的基本單57物理資源塊和資源粒子LTE的物理資源是從時(shí)間、頻率兩個(gè)維度進(jìn)行定義的，即時(shí)域和頻域，因此有了物理資源塊（PRB）的概念：

每個(gè)物理資源塊由12個(gè)連續(xù)的子載波組成，并占用一個(gè)時(shí)隙，即0.5ms。PRB主要用于資源分配。根據(jù)擴(kuò)展循環(huán)前綴或者普通循環(huán)前綴的不同，每個(gè)PRB通常包含6個(gè)或7個(gè)符號(hào)。此外，由于一些物理控制、指示信道及物理信號(hào)只需占用較小的資源，因此，LTE還定義了RE的概念：RE（ResourceElement，資源粒子）表示一個(gè)子載波上的一個(gè)符號(hào)周期長(zhǎng)度，是最小的資源單位。物理資源塊和資源粒子LTE的物理資源是從時(shí)間、頻率兩個(gè)維度進(jìn)58物理資源塊和資源粒子物理資源塊和資源粒子59LTE資源塊基本概念TTI（TransmissionTimeInterval）即1ms

物理層數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的時(shí)域基本單位

1TTI=1subframe=2slots1TTI=14個(gè)OFDM符號(hào)(NormalCP)1TTI=12個(gè)OFDM符號(hào)(ExtendedCP)REG（資源粒子組）、CCE（控制信道單元）

在傳輸信令數(shù)據(jù)時(shí)，RE是最小的傳輸單位，但是1個(gè)RE太小了，因此，很多時(shí)候都是用REG或CCE來(lái)作為傳輸單位的。1REG=4RE；1CCE=9REG=36CCE。記住，PUCCH的最小傳輸單位是CCE，PHICH、PCFICH的最小傳輸單位是REG。LTE資源塊基本概念TTI（TransmissionTi60LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”物理層處理的起點(diǎn)是MAC層傳下來(lái)的TB，終點(diǎn)是生成基帶OFDM信號(hào)。然后上變頻或下變頻將基帶OFDM信號(hào)變成射頻信號(hào)，通過天線發(fā)射出去。與資源調(diào)度一樣，物理層處理也分上行和下行，二者處理流程類似，以下行為例介紹。

下行處理流程如下，共11個(gè)步驟。第1步~第5步指物理層對(duì)TB進(jìn)行CRC，信道編碼等操作后得到碼字（CW，CodeWord）；第6步~第11步重點(diǎn)講述4G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)MIMO、OFDM在物理層如何實(shí)現(xiàn)。LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”物理層處理61LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”62LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”上行和下行處理流程區(qū)別在哪？有兩點(diǎn)：（1）下行可以同時(shí)處理兩個(gè)TB，上行只能處理1個(gè)TB（注：R10版本上行最多可支持四流傳輸，此時(shí)上行也能同時(shí)處理2個(gè)TB，但基本未商用）；（2）下行采用OFDM方式，上行為避免峰均比過高采用SC-OFDM，因此，上行處理在層映射和預(yù)編碼之間增加一步：變換預(yù)編碼，以達(dá)到上行單載波目的。LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”上行和下行處理流程區(qū)別63LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”下行能同時(shí)處理兩個(gè)TB，兩個(gè)TB的處理流程完全相同，因此我們就以一個(gè)TB處理流程為例子，力求說(shuō)清楚每一步干什么？從哪來(lái)？到哪去？怎么做？第一步：CRC。這個(gè)很好理解，就是在TB后附加24bit的校驗(yàn)比特，目的是在接收端檢查這么一大塊數(shù)據(jù)有沒傳錯(cuò)。第二步：碼塊分割。把大碼塊分割成小碼塊，每個(gè)小碼塊繼續(xù)添加24bit的CRC校驗(yàn)。（假設(shè)有1個(gè)很大的TB傳下來(lái)，數(shù)據(jù)塊后附加24bitCRC校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大于6144bit，則再次分割（假設(shè)分成兩塊），每塊后再附加24bitCRC校驗(yàn)。）定義6144是因?yàn)橄乱徊叫诺谰幋a中能處理的最大數(shù)據(jù)塊就是6144bit。LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”下行能同時(shí)處理兩個(gè)TB64LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”第三步：信道編碼。大家都知道信道編碼的目的是保證信息傳輸不出錯(cuò)，提高可靠性。第四步，速率匹配。信道編碼后的數(shù)據(jù)最終要通過無(wú)線資源傳輸，但是數(shù)據(jù)量和傳輸資源往往不匹配，有時(shí)傳的數(shù)據(jù)量多而傳輸資源不夠，有時(shí)數(shù)據(jù)量少而傳輸資源多，這就需要把這兩部分匹配起來(lái)，叫做速率匹配，一般有兩種方法：（1）打孔，扔掉一些數(shù)據(jù)bit；（2）重復(fù)，復(fù)制數(shù)據(jù)bit充數(shù)。LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”第三步：信道編碼。大家65LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”第五步，碼塊級(jí)聯(lián)。天下大事，合久必分，分久必合。數(shù)據(jù)處理也一樣，第一步中，長(zhǎng)度超出6144bit的大碼塊要分割，這是“分”；這一步，要把分割、信道編碼后的碼塊再首尾相接連起來(lái)，這就是“合”。最終仍然得到呈“一字長(zhǎng)蛇陣”的數(shù)據(jù)bit流，形式上和第一步的輸入TB是一樣的，不過這時(shí)數(shù)據(jù)流改名叫碼字（CW，CodeWord）。LTE的物理層的傳說(shuō)“從傳輸塊到碼字”第五步，碼塊級(jí)聯(lián)。天下66OFDM信號(hào)生成過程

OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)是在頻分復(fù)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，是一種多載波調(diào)制方式。在傳統(tǒng)的頻分復(fù)用(FDM)系統(tǒng)中，各載波上的信號(hào)頻譜沒有重疊，以便接收機(jī)中能用傳統(tǒng)的濾波器方法將其分離、提取，這樣做的最大缺點(diǎn)是頻譜利用率低，造成頻譜浪費(fèi)。OFDM技術(shù)區(qū)分各個(gè)子信道的方法是利用各個(gè)子載波之間嚴(yán)格的正交性。它允許子載波頻譜部分重疊，只要滿足子載波間相互正交則可以從混疊的子載波上分離出數(shù)據(jù)信息。當(dāng)載波間最小間隔等于數(shù)據(jù)碼字周期倒數(shù)的整數(shù)倍時(shí)，可滿足正交條件。為了提高頻譜效率，一般取最小間隔等于數(shù)據(jù)碼字周期的倒數(shù)（1/T）。。OFDM信號(hào)生成過程OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)是在67OFDM信號(hào)生成過程上下行信號(hào)的生成過程涉及很多物理層的步驟。下圖為下行物理層的典型處理過程OFDM信號(hào)生成過程上下行信號(hào)的生成過程涉及很多物理層的步驟68基本概念：碼字、層和天線口當(dāng)說(shuō)到LTE的物理層處理時(shí)，一個(gè)碼字即對(duì)應(yīng)一個(gè)傳輸塊TB（TransportBlock）?！爸取睂?duì)應(yīng)著空口中最大的獨(dú)立“路徑”數(shù)量，不同的層則對(duì)應(yīng)著不同的路徑。”天線端口”(antennaport)是邏輯端口，能夠映射到物理天線端口?；靖拍睿捍a字、層和天線口當(dāng)說(shuō)到LTE的物理層處理時(shí)，一個(gè)碼69基本概念：碼字、層和天線口LTE的下行發(fā)送過程：對(duì)于來(lái)自上層的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信道編碼，形成碼字；對(duì)不同的碼字進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)制符號(hào)；

對(duì)于不同碼字的調(diào)制信號(hào)組合一起進(jìn)行層映射；對(duì)于層映射之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，映射到天線端口上發(fā)送?；靖拍睿捍a字、層和天線口LTE的下行發(fā)送過程：對(duì)于來(lái)自上層70基本概念：碼字、層和天線口1、碼字：

碼字是指來(lái)自上層的業(yè)務(wù)流進(jìn)行信道編碼之后的數(shù)據(jù)。不同的碼字區(qū)分不同的數(shù)據(jù)流，其目的是通過MIMO發(fā)送多路數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用。由于LTE系統(tǒng)接收端最多支持2天線，所以發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)量最多為2。這決定了不管發(fā)送端天線數(shù)為1、2或者4，碼字q的數(shù)量最多只為2。當(dāng)發(fā)送端天線只有一根時(shí)，實(shí)際能夠支持的碼流數(shù)量也只能為1，所以碼字?jǐn)?shù)量最多也只能為1。如果接收端有兩根接收天線，但是兩根天線高度相關(guān)。如果發(fā)送端仍然發(fā)送兩組數(shù)據(jù)流（兩個(gè)碼字），則接收端無(wú)法解碼。因此，在收端信道高度相關(guān)的情況下，碼字?jǐn)?shù)量也只能為1。

codeword之所以最大值為2，是因?yàn)橐粋€(gè)TTI最多有2個(gè)TB塊。

基本概念：碼字、層和天線口1、碼字：71基本概念：碼字、層和天線口2、層

由于碼字?jǐn)?shù)量和發(fā)送天線數(shù)量不一致，需要將碼字流映射到不同的發(fā)送天線上，因此需要使用層與預(yù)編碼。層映射與預(yù)編碼實(shí)際上是“映射碼字到發(fā)送天線”過程的兩個(gè)的子過程。

層映射首先按照一定的規(guī)則將碼字流重新映射到多個(gè)層（新的數(shù)據(jù)流）。（注：層的數(shù)量小于物理信道傳輸所使用的天線端口數(shù)量P）。

預(yù)編碼再將數(shù)據(jù)映射到不同的天線端口上。基本概念：碼字、層和天線口2、層72基本概念：碼字、層和天線口3、天線端口

天線端口指用于傳輸?shù)倪壿嫸丝?，與物理天線不存在定義上的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。天線端口由用于該天線的參考信號(hào)來(lái)定義。等于說(shuō)，使用的參考信號(hào)是某一類邏輯端口的名字。具體的說(shuō)：p=0，p={0,1}，p={0,1,2,3}指基于cell-specific參考信號(hào)的端口；p=4指基于MBSFN參考信號(hào)的端口；p=5為基于UE-specific參考信號(hào)的端口。

碼字用于區(qū)分空間復(fù)用的流；層用于重排碼字?jǐn)?shù)據(jù)；天線端口決定預(yù)編碼天線映射?；靖拍睿捍a字、層和天線口3、天線端口73基本概念：加擾輸入是一串稱為碼字的比特流，與一串已知的碼序列，稱為擾碼，進(jìn)行異或運(yùn)算就得到輸出比特流。加擾是一個(gè)偽隨機(jī)的過程，可以有效地將噪聲隨機(jī)化，以減少對(duì)有用信號(hào)的干擾。基本概念：加擾輸入是一串稱為碼字的比特流，與一串已知的碼序列74基本概念：加擾加擾的目的是為了避免干擾，下行方向避免小區(qū)間干擾，上行方向避免用戶間干擾。基本概念：加擾加擾的目的是為了避免干擾，下行方向避免小區(qū)間干75基本概念：加擾看圖說(shuō)話。以下行為例，Bob手機(jī)所屬基站叫eNBX，旁邊一個(gè)基站eNBY發(fā)射的信號(hào)對(duì)于Bob手機(jī)來(lái)說(shuō)就是干擾；基站X發(fā)送的數(shù)據(jù)采用擾碼1數(shù)據(jù)加擾，這是有用數(shù)據(jù)；基站Y發(fā)送的數(shù)據(jù)采用擾碼2加擾，這是干擾數(shù)據(jù)；兩個(gè)擾碼1和2是正交的。B：Bob手機(jī)接收到兩個(gè)基站的信號(hào)后，用擾碼1和接收到的數(shù)據(jù)做運(yùn)算，把基站X發(fā)送的數(shù)據(jù)還原出來(lái)；而基站Y的數(shù)據(jù)采用擾碼2