《LTE移動通信系統(tǒng)》課件第5章 LTE物理層概述

第5章LTE物理層概述

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述3GPP在LTE相關技術規(guī)范TS36.101和TS36.104Rel-8中定義了LTE的工作頻帶，其中頻分雙工(FDD)有15個頻帶，時分雙工(TDD)有8個頻帶。編號1~14的頻帶和編號17的頻帶用做LTE對稱頻帶，對應FDD模式；編號33~40的頻帶用做TDD的非對稱頻帶，對應TDD模式。這些頻帶劃分如表5.1所示。此外，3GPP在TS36.101和TS36.104Rel-12中，還將編號18~32的頻帶劃分給FDD模式，將編號41~44的頻帶劃分給TDD，在表5.1中用斜體字給出。LTE頻帶劃分

表5.13GPP定義的LTE頻帶

LTE頻帶劃分頻帶編號上行范圍(MHz)下行范圍(MHz)雙工模式11920-19802110-2170FDD21850-19101930-1990FDD31710-17851805-1880FDD41710-17552110-2155FDD5824-849869-894FDD6830-840875-885FDD72500-25702620-2690FDD8880-915925-960FDD91749.9-1784.91844.9-1879.9FDD101710-17702110-2170FDD111427.9-1452.91475.9-1500.9FDD12698-716728-746FDD13777-787746-756FDD14788-798758-768FDD15保留保留FDD16保留保留FDD17704-716734-746FDDLTE頻帶劃分18815-830860-875FDD19830-845875-890FDD20832-862791-821FDD211447.9-1462.91495.9-1510.9FDD223410-34903510-3590FDD232000-20202180-2200FDD241626.5-1660.51525-1559FDD251850-19151930-1995FDD26814-849859-894FDD27807-824852-869FDD28703-748758-803FDD29-717-728FDD*302305-23152350-2360FDD31452.5-457.5462.5-467.5FDD32-1452-1496FDD*331900-19201900-1920TDDLTE頻帶劃分342010-20252010-2025TDD351850-19101850-1910TDD361930-19901930-1990TDD371910-19301910-1930TDD382570-26202570-2620TDD391880-19201880-1920TDD402300-24002300-2400TDD412496-26902496-2690TDD423400-36003400-3600TDD433600-38003600-3800TDD44703-803703-803TDDLTE頻帶劃分

表5.1中編號29和32僅在LTE-Advanced的載波聚合情況下使用。

此外，值得注意的是，在表5.1中，有些頻帶是部分或全部重合的，這是由于國際電信聯(lián)盟(ITU)在劃分頻帶時遇到的區(qū)域差別造成的。同時，需要重合的頻帶可用來保證全球漫游。

表5.2給出了我國LTE頻帶劃分情況。LTE頻帶劃分運營商TDDFDD頻帶(MHz)帶寬(MHz)頻帶(MHz)帶寬(MHz)中國移動1880-1900202320-2370502575-263560中國聯(lián)通2300-2320201955-1980252555-2575202145-217025中國電信2370-2390201755-1785302635-2655201850-188030表5.2我國LTE頻帶劃分LTE帶寬分配LTE的空中接口采用以OFDM技術為基礎的多址技術，采用15kHz的子載波寬度，通過不同的子載波數(shù)目(72-1200)實現(xiàn)了可變的系統(tǒng)帶寬(1.4-20MHz)，同時，根據(jù)應用場景的不同(無線信道不同的時延擴展)，LTE支持兩種不同長度循環(huán)前綴的系統(tǒng)配置：普通的循環(huán)前綴和擴展的循環(huán)前綴，它們的長度分別約為4.7和16.7。LTE的主要頻譜結(jié)構(gòu)是建立在含有12個子載波，總帶寬是12×15KHz=180kHz的資源塊(資源塊的詳細介紹見第5.4節(jié))上。LTE支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等幾種帶寬，對應的資源塊數(shù)量分別為6、15、25、50、75和100。LTE帶寬分配

表5.3給出了LTERel-8中各頻帶所能支持的信道帶寬的情況。

表5.3LTERel-8各頻帶所支持的信道帶寬頻帶1.4MHz3MHz5MHz10MHz15MHz20MHz1√√√√2√√√√√*√*3√√√√√*√*4√√√√√√5√√√√*6√√*7√√√#√*#8√√√√*9√√√*√*10√√√√11√√*12√√√*√*13√*√*LTE帶寬分配

14√*√*151617√*√*33√√√√34√√√35√√√√√√36√√√√√√37√√√√38√√√#√#39√√√√40√√√√

表5.3中，√*表示用戶指定接收機靈敏度的要求，√#表示在該帶寬上，在FDD/TDD共存情況下的上行傳輸。LTE帶寬分配

LTE下行鏈路傳輸帶寬是10MHz，子載波的間隔是15kHz，抽樣頻率為15.36MHz，而子載波占用的數(shù)量是601個，其中包含了直流子載波。LTE上行鏈路的這些配置與下行鏈路相同。此外，LTE上下行的其他特點是：10MHz帶寬系統(tǒng)中采用15kHz頻率間隔，采用1024點的FFT，系統(tǒng)包括666個數(shù)據(jù)子載波。1024子載波中的358個子載波已經(jīng)超出10MHz帶寬之外為不可用子載波。666個數(shù)據(jù)子載波中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖虞d波為601個，其余的65個子載波為保護帶寬(33/32個子載波分別位于兩側(cè))。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述物理信道(1)上行物理信道LTE定義的上行物理信道包括物理上行共享信道(PUSCH)、物理上行控制信道(PUCCH)、物理隨機接入信道(PRACH)，這些上行物理信道用于承載源于高層的信息。此外，LTE還定義了上行物理信號，這些信號在物理層使用，但不承載任何來自高層信息，例如參考信號。物理隨機接入信道(PRACH)用于終端發(fā)送隨機接入信號，發(fā)起隨機接入的過程。隨機信號由循環(huán)前綴、序列和保護間隔3部分組成，LTE物理層支持5種隨機接入信號格式。

物理信道

上行物理控制信道(PUCCH)傳輸上行物理層控制信息，可能承載的控制信息包括“上行調(diào)度請求”、“對于下行數(shù)據(jù)的ACK/NACK信息”和“信道狀態(tài)信息反饋(包括CQI/PMI/RI)”。PUCCH信道在時頻域上占用一個資源塊的物理資源，采用時隙跳頻的方式，在上行頻帶的兩邊進行傳輸。

上行物理共享信道(PUSCH)用于上行數(shù)據(jù)的調(diào)度傳輸，是LTE物理層主要的上行數(shù)據(jù)承載信道，可以承載來自上層的不同的傳輸內(nèi)容(即不同的邏輯信道)，包括控制信息、用戶業(yè)務信息和廣播業(yè)務信息。物理信道(2)下行物理信道

下行物理信道包括物理下行共享信道(PDSCH)、物理廣播信道(PBCH)、物理多播信道(PMCH)、物理控制格式指示信道(PCFICH)、物理下行控制信道(PDCCH)和物理HARQ指示信道(PHICH)。最小的下行傳輸資源粒子用RE表示，下行物理信道對應于一系列資源粒子的集合，用于承載源于高層的信息。

除下行物理信道外，LTE還定義了下行物理信號，包括參考信號、同步信號。這些下行物理信號也對應于一系列物理層使用的資源粒子，但是它們不傳遞任何來自高層的消息。下行同步信號用于支持物理層的小區(qū)搜索，實現(xiàn)物理信道用戶終端對小區(qū)的識別和下行同步。下行參考信號用于下行信道估計和相關解調(diào)等，還可以分為不同的類型，具體見第8.6節(jié)。①物理廣播信道(PBCH)用于廣播小區(qū)基本的物理層配置信息，是一個承載傳呼和其他控制信令的信道。②下行物理共享信道(PDSCH)用于下行數(shù)據(jù)的調(diào)度傳輸，是LTE物理層主要的下行數(shù)據(jù)承載信道，可以承載來自上層的不同的傳輸內(nèi)容，包括尋呼信息、廣播信息、控制信息和業(yè)務數(shù)據(jù)信息等。③物理控制格式指示信道(PCFICH)指示物理層控制信道的格式。在LTE中，下行物理層控制信道(PDCCH)在每個子幀的前幾個OFDM符號上傳輸，PCFICH信道正是對這個數(shù)值進行了指示。物理信道④物理HARQ指示信道(PHICH)攜帶對上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腍ARQ和ACK/NACK反饋信息。LTE物理層PHICH信道的傳輸以PHICH組的形式來組織，1個PHICH組內(nèi)的多個PHICH信道占用相同的時頻域物理資源，采用正交擴頻序列的復用方式。一個PHICH信道由PHICH組的ID和組內(nèi)ID共同確定。⑤下行物理控制信道(PDCCH)是傳輸下行物理層控制信令的主要承載信道，承載的物理層控制信息包括上/下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度信息和上行功率控制命令的信息。PDCCH信道的傳輸以控制信道元素(CCE)的形式來組織，一個CCE由9個資源粒子組(REG)組成(即94=36個資源粒子)。根據(jù)所占用的CCE數(shù)目的不同，標準中定義了4種PDCCH格式，物理信道分別占用1、2、4、8個CCE，相應的數(shù)值又稱為PDCCH的“AggregationLevel”。PDCCH信道需要以下所有的步驟：在編碼位進行加擾；對加擾位進行調(diào)制，產(chǎn)生復值調(diào)制符號；把復值調(diào)制符號映射到一個或多個傳輸層；經(jīng)過空間不同層次上的預編碼后，復調(diào)制符號在不同天線端口進行發(fā)送；實現(xiàn)每一個天線端口要發(fā)送的復值調(diào)制符號與資源粒子的映射；在每一個天線端口產(chǎn)生復時域OFDM信號。在將來，可能會需要更多的控制信令、下行調(diào)度控制、上行調(diào)度控制以及每個用戶的功率控制。一個物理控制信道可以在一個或多個控制信道單元傳輸，其中控制信道單元包括一組資源粒子，一個子幀內(nèi)可以傳輸多個PDCCH。⑥物理多播信道(PMCH)用于傳輸多媒體廣播多播業(yè)務物理信道(MBMS，MultimediaBroadcastMulticastService)。在該信道上，多個小區(qū)可能發(fā)送內(nèi)容相同的信號，并由終端在接收時進行合并。而在小區(qū)內(nèi)，PMCH信道僅支持單天線端口(即port4)的發(fā)送。傳輸信道(1)下行傳輸信道

下行傳輸信道包括4種信道：廣播信道(BCH)，下行共享信道(DL-SCH)，尋呼信道(PCH)和多播信道(MCH)。①廣播信道(BCH)：預先定義的固定傳輸格式，需要在整個小區(qū)的覆蓋區(qū)域進行廣播。②下行共享信道(DL-SCH)：支持HARQ、動態(tài)鏈路適配(如改變調(diào)制方式，編碼方式和發(fā)射功率)；可以廣播給整個小區(qū)，也可以支持波束賦形技術；支持動態(tài)和半靜態(tài)資源分配；支持用戶不連續(xù)接收等。③尋呼信道(PCH)：支持用戶不連續(xù)接收(DRX)，由網(wǎng)絡指示給終端DRX周期，需要在整個小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播該信道，該信道也可以承載其他控制信道或者業(yè)務信道。傳輸信道④多播信道(MCH)：需要在整個小區(qū)覆蓋范圍區(qū)域內(nèi)廣播該信道；支持多個小區(qū)多播廣播多媒體業(yè)務(MBMS)發(fā)射的多播廣播單頻網(wǎng)(MBSFN，MulticastBroadcastSingleFrequencyNetwork)合并；支持半靜態(tài)資源分配。(2)上行傳輸信道上行傳輸信道包括如下2種信道：上行共享信道(UL-SCH)和隨機接入信道(RACH)。①上行共享信道(UL-SCH)：支持HARQ；支持動態(tài)鏈路自適應(如改變調(diào)制方式，編碼方式和發(fā)射功率)；支持波束賦型技術；支持動態(tài)和半靜態(tài)資源分配。②隨機接入信道(RACH)：承載有限的用戶上行控制信息，用于初始接入和沒有上行授權(quán)時的數(shù)據(jù)發(fā)送；存在碰撞沖突；使用開環(huán)功率控制。邏輯信道

與3G相比，為了提高系統(tǒng)效率，LTE做了很多工作來簡化邏輯信道和傳輸信道的數(shù)量及其映射關系。傳輸信道是根據(jù)其在空中接口所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)特性(例如自適應調(diào)制和編碼)來區(qū)分的。MAC層完成邏輯信道和傳輸信道之間的映射，以及不同用戶終端上下行業(yè)務的調(diào)度。邏輯信道是由承載的信息內(nèi)容進行區(qū)分的，LTE系統(tǒng)允許一個邏輯信道可以映射到幾個不同的傳輸信道中的一個，不同的邏輯信道可以復用在一起形成一個組合的傳輸信道。MAC層根據(jù)不同種類的數(shù)據(jù)傳輸承載業(yè)務，每種邏輯信道類型可以根據(jù)所承載的信息內(nèi)容來定義?；旧线壿嬓诺婪譃閮深悾嚎刂菩诺?、業(yè)務信道。控制信道用于傳輸控制面信息，業(yè)務信道用于傳輸用戶面信息。邏輯信道

每個小區(qū)都有一個MAC實體。MAC實體通常由幾個功能塊組成(如傳輸調(diào)度功能、每個用戶的功能塊、MBMS功能、MAC控制、傳輸塊生成等)。透明傳輸模式僅適用于BCCH(廣播控制信道)、CCCH(公共控制信道)和PCCH(呼叫控制信道)等信道。(1)控制信道控制信道只是被用來傳送控制層面的信息，MAC層控制信道包括如下5種信道。①廣播控制信道(BCCH，BroadcastControlChannel)：下行鏈路信道，用來廣播系統(tǒng)控制信息。②呼叫控制信道(PCCH，PagingControlChannel)：下行鏈路信道，網(wǎng)絡不知道用戶所在的具體小區(qū)時，該信道邏輯信道用來給用戶發(fā)送尋呼消息。③公共控制信道(CCCH，CommonControlChannel)：該信道用來在用戶和網(wǎng)絡之間傳送控制信息，用戶與網(wǎng)絡之間沒有RRC連接時使用該信道發(fā)送的信息。④多播控制信道(MCCH，MulticastControlChannel)：點到多點的下行鏈路信道，該信道用來發(fā)射MBMS控制信息，該控制信息對應于1個或者幾個多播業(yè)務信道(MTCH)。該信道只用于用戶接收MBMS業(yè)務。⑤專用控制信道(DCCH，DedicatedControlChannel)：是一種終端和網(wǎng)絡間點對點的雙向控制信道。在DCCH中，控制信息只包括無線資源控制(RRC)和非接入層(NAS)信令，不包括應用層的控制信令。邏輯信道(2)業(yè)務信道業(yè)務信道只被用來傳送用戶層面的信息，MAC層提供的業(yè)務信道包括如下兩種信道：①專用業(yè)務信道(DTCH，DedicatedTrafficChannel)：點到點雙向信道，在用戶與網(wǎng)絡之間用來傳送用戶層面的專用信息。②多播業(yè)務信道(MTCH，MulticastTrafficChannel)：點到多點下行鏈路信道，被用來發(fā)射MBMS的業(yè)務數(shù)據(jù)給用戶終端，該信道只用于用戶接收MBMS業(yè)務。信道映射關系

上行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關系如圖5.2所示。圖5.2上行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關系信道映射關系

下行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關系如圖5.3所示。圖5.3下行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關系信道映射關系PCCH和BCCH邏輯信道有著特殊的傳輸和物理特征，因此它們的傳輸信道和物理信道的映射也很特殊。BCCH映射到BCH和DL-SCH，這是因為系統(tǒng)信息由兩部分構(gòu)成：①固定格式的重要系統(tǒng)信息，需要周期性地更新，這些信息映射到PBCH。②動態(tài)的系統(tǒng)信息，其重要性不如固定格式系統(tǒng)信息，帶寬和重復周期比較靈活，這些信息映射到DL-SCH。

另外，一些邏輯信道映射到傳輸信道時可以有多種選擇。通常，在多小區(qū)MBMS業(yè)務中，MCCH和MTCH映射到MCH，而當MBMS業(yè)務只為單個小區(qū)服務時，MCCH和MTCH映射到DL-SCH。

其他的物理信道(PUCCH、PDCCH、PCFICH和PHICH)并不攜帶來自上層的數(shù)據(jù)(如RRC信令或用戶信道映射關系數(shù)據(jù))。這些信道只用于物理層傳輸和物理資源塊有關的或是與HARQ有關的信息。因此，這些信道沒有映射到任何一個傳輸信道。RACH也是一種特殊的傳輸信道，沒有對應的邏輯信道。因為RACH只傳輸RACH前導信息。一旦網(wǎng)絡允許終端接入并且為其分配了上行資源鏈路，就不再使用RACH。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述幀結(jié)構(gòu)類型1

幀結(jié)構(gòu)類型1適用于全雙工和半雙工的FDD模式。如圖5.4所示，每個無線幀長

，一個無線幀包括20個時隙，序號為0到19，每個時隙長

。一個子幀定義為兩個連續(xù)時隙，即子幀包括時隙和

。

對FDD，在每10ms的間隔內(nèi)，10個子幀可用于下行鏈路傳輸也可用于上行鏈路傳輸。上下行傳輸按頻域隔離。半雙工FDD操作中，用戶不能同時發(fā)送和接收，而全雙工FDD中沒有這種限制。幀結(jié)構(gòu)類型1

圖5.4幀結(jié)構(gòu)類型1幀結(jié)構(gòu)類型1

在FDD上行幀結(jié)構(gòu)中，每個上行PUSCH子幀中存在PUSCH信道和PUCCH信道以及2種參考信號：探測參考信號與解調(diào)參考信號。探測參考信號，位于相隔時隙的符號0上(即每個子幀發(fā)送一次探測參考信號)，用來作為頻率選擇性調(diào)度的參考；解調(diào)參考信號位于每個時隙的符號3上，其作用是用于上行PUSCH解調(diào)中的信道估計。上行鏈路幀長度為10ms,包含20個時隙。每個時隙發(fā)射信號包含

個SC-FDMA符號，序號從0到

，普通的循環(huán)前綴情況下，

的取值為7。每個SC-FDMA符號承載多個復值調(diào)制符號

數(shù)據(jù)，即資源粒子

上的信息內(nèi)容。其中

為SC-FDMA符號

的時間索引。幀結(jié)構(gòu)類型1LTE還定義了傳輸時間間隔(TTI，TransmissionTimeInterval)。基本TTI周期是時隙周期的2倍，即1ms，包括14個OFDM符號。對于下行鏈路來說，幾個子幀可以合并成一個更長的TTI，這樣有可能降低高層協(xié)議開銷(IP分組分段，RLC-MAC頭等)。這種TTI周期可以通過高層信令用半靜態(tài)的方式動態(tài)調(diào)整，或是由基站以更為動態(tài)的方式控制，例如改進HARQ過程。幀結(jié)構(gòu)類型2

幀結(jié)構(gòu)類型2適用于TDD模式。如圖5.5所示，每個無線幀長

，由兩個長為

的半幀組成。每個半幀由五個長為

的子幀組成。也可以說每個無線幀分為8個長度為

的子幀以及2個包含DwPTS(下行鏈路導頻時隙)、GP(保護間隔)和UpPTS(上行導頻時隙)的特殊子幀。下行鏈路導頻時隙、保護間隔和上行導頻時隙的長度也為

。子幀1和6都包含下行鏈路導頻時隙、保護間隔和上行導頻時隙，其他子幀則由2個時隙構(gòu)成。幀結(jié)構(gòu)類型2圖5.5幀結(jié)構(gòu)類型2幀結(jié)構(gòu)類型2

支持的上下行配置見表5.4，對一個無線幀中的每個子幀，“D”表示專用于下行傳輸?shù)淖訋癠”表示專用于上行傳輸?shù)淖訋?，“S”表示用于DwPTS,GP和UpPTS這三個域的特殊子幀。表中常規(guī)循環(huán)前綴和擴展循環(huán)前綴的說明見表5.6。幀結(jié)構(gòu)類型2表5.4DwPTS/GP/UpPTS的長度特殊子幀配置常規(guī)循環(huán)前綴，下行常規(guī)循環(huán)前綴，上行DwPTSUpPTSDwPTSUpPTS常規(guī)循環(huán)前綴，上行擴展循環(huán)前綴，上行常規(guī)循環(huán)前綴，上行擴展循環(huán)前綴，上行01234567---8---幀結(jié)構(gòu)類型2DwPTS和UpPTS的長度見表5.5，DwPTS和UpPTS的長度是可配置的，但是DwPTS、GP和UpPTS總的長度為1ms，每個子幀

由2個時隙和表示，每個時隙長為

。表5.5上下行子幀切換點設置上行-下行配置下行-上行轉(zhuǎn)換點周期子幀號012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD幀結(jié)構(gòu)類型2LTETDD支持5ms和10ms的上下行切換周期。

如果下行到上行轉(zhuǎn)換點周期為5ms，特殊子幀在子幀1和子幀6的兩個半幀中都存在；

如果下行到上行轉(zhuǎn)換點周期10ms，特殊子幀只存在于第一個半幀中，子幀6只是一個普通的下行子幀。

子幀0和子幀5以及DwPTS總是用于下行傳輸。UpPTS和緊跟于特殊子幀后的子幀專用于上行傳輸。

每幀對應的上下行鏈路子幀分配方式如下：

在5ms切換周期情況下：1DL(下行鏈路)：3UL(上行鏈路)；2DL：2UL；3DL：1UL。

在10ms切換周期情況下：6DL：3UL；7DL：2UL；3DL：5UL。

在5ms切換周期情況下，UpPTS、子幀2和子幀7預留為上行傳輸。

在10ms切換周期情況下，DwPTS在兩個半幀中都存在，但是GP以及UpPTS只在第一個半幀中存在，在第二個半幀中的DwPTS長度為1ms。UpPTS和子幀2預留為上行傳輸，子幀5到子幀9預留為下行傳輸。幀結(jié)構(gòu)類型2特殊時隙DwPTS和UpPTS傳輸?shù)木唧w內(nèi)容如下所示：(1)下行鏈路導頻時隙①類似于正常下行鏈路子幀，下行鏈路控制信令總是在DwPTS中，PDCCH在DwPTS上占用1到2個OFDM符號。②下行參考信號也總是在DwPTS中。③下行數(shù)據(jù)可以在DwPTS內(nèi)傳送，DwPTS中發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)和其他下行鏈路子幀無關。(2)上行鏈路導頻時隙①當UpPTS長度為2個OFDM符號時，該UpPTS時隙用來作為短隨機接入信號或者是探測參考信號。②當UpPTS長度為1個OFDM符號時，該UpPTS時隙用來作為探測參考信號，支持下述3種探測參考信號(SRS)發(fā)射情況：幀結(jié)構(gòu)類型2(ⅰ)用戶設備在第一個符號上發(fā)射探測參考信號(UpPTS=1或2)；(ⅱ)用戶設別在第二個符號上發(fā)射探測參考信號(UpPTS=2)；(ⅲ)兩個符號都被一個用戶設備用來發(fā)射探測參考信號(UpPTS=2)。③在UpPTS時隙內(nèi)不進行上行控制信令和數(shù)據(jù)的傳輸。④根據(jù)系統(tǒng)配置可分別獨立激活或者關閉短隨機接入和探測參考信號。用戶設備只能使用UpPTS來發(fā)射探測參考信號或RACH信號。隨機接入需要UpPTS具備2個OFDM符號長度。當UpPTS時隙可以只分配一個OFDM符號時，只能傳送參考信號。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述下行鏈路的時隙結(jié)構(gòu)

在每個時隙發(fā)送的信號由

個子載波和

個OFDM符號的資源格組成。圖5.6給出了時頻資源格的構(gòu)成。

的

數(shù)目由該小區(qū)的下行傳輸帶寬決定，應滿足

，其中

，

，分別對應下行傳輸?shù)淖钚『妥畲髱?。下行鏈路的時隙結(jié)構(gòu)圖5.6下行鏈路資源格下行鏈路的時隙結(jié)構(gòu)

一個時隙中的OFDM符號個數(shù)取決于循環(huán)前綴長度和子載波間隔。具體的對應關系見表5.6.表5.6不同循環(huán)前綴對應的物理資源塊參數(shù)配置

普通循環(huán)前綴127擴展循環(huán)前綴6243下行鏈路的時隙結(jié)構(gòu)

在多天線的傳輸情況下，每一個天線端口定義一個資源格。天線端口實際上可由單路物理天線端口和多路物理天線端口的組合來實現(xiàn)，并是由相關的參考信號進行定義，即所支持的天線端口取決于小區(qū)的參考信號配置：①小區(qū)制定參考信號，與非移動廣播單頻網(wǎng)絡發(fā)送有關，支持1、2或4天線配置，即需要分別實現(xiàn)序號

，

和

的情況。②多播廣播單頻網(wǎng)(MBSFN)參考信號與MBSFN發(fā)送相關，在天線端口

發(fā)送。③僅支持幀結(jié)構(gòu)類型2的用戶指定參考信號，在天線端口

發(fā)送。天線端口

上的資源格，資源格中的最小單元稱為資源粒子下行鏈路的時隙結(jié)構(gòu)(RE，ResourceElement)，它在時域上為一個符號、在頻域上為一個子載波，在一個時隙中由

唯一標識，

，

分別是頻域和時域的索引，資源粒子

對應一個復調(diào)制符號

，天線端口p的資源粒子

的值用復數(shù)

來表示。在一個時隙的物理信道或物理信號中不用于發(fā)送信息的資源粒子其對應的復數(shù)值

將需要置為0。物理資源塊和虛擬資源塊

資源塊(RB，ResourceBlock)為空中接口物理資源分配單位，用于描述物理信道到資源粒子的映射。LTE定義了兩種資源塊：物理資源塊PRB和虛擬資源塊VRB。

物理資源塊是時域為

個連續(xù)的OFDM符號，頻域為

個連續(xù)的子載波，由

個資源粒子組成。對于15kHz子載波間隔和普通循環(huán)前綴的情況，1個RB的大小為頻域上連續(xù)的12子載波和時域上連續(xù)的7個OFDM符號，即頻域?qū)挾葹?80kHz，時域長度為0.5ms，相當于一個時隙。一個時隙中資源粒子

在頻域的物理資源塊編號為：

。值得注意的是，基站是以1個傳輸時間間隔物理資源塊和虛擬資源塊TTI即2個PRB作為調(diào)度的最小單位。下行物理資源塊共包括168個資源粒子(RE)，其中16個RE預留給參考信號使用，20個RE預留給PDCCH使用，132個RE可以被用來傳輸數(shù)據(jù)。

為了方便物理信道向空中接口時域物理信道的映射，在物理資源塊之外還定義了虛擬資源塊，虛擬資源塊的大小與物理資源塊相同，且虛擬資源塊與物理資源塊具有相同的數(shù)目，但虛擬資源塊和物理資源塊分別對應有各自的資源塊序號。其中，物理資源塊的序號按照頻域的物理位置進行順序編號，而虛擬資源塊的序號是系統(tǒng)進行資源分物理資源塊和虛擬資源塊配時所指示的邏輯序號，通過它與物理資源塊的之間的映射關系來進一步地確定實際物理資源的位置。如圖5.7所示。虛擬資源塊主要定義了資源的分配方式，長度為1個子幀的虛擬資源塊是物理資源分配信令的指示單元。圖5.7基于虛擬資源塊的資源分配物理資源塊和虛擬資源塊

此外，協(xié)議規(guī)定了2種類型的虛擬資源塊，分為集中式和分布式。對兩種類型的虛擬資源塊，一個子幀中的兩個時隙上的成對虛擬資源塊共同分配到一個獨立虛擬資源塊號：

。

集中式VRB直接映射到PRB上，即資源塊按照VRB進行分配并映射到PRB上，對應PRB的序號等于VRB序號，一個子幀中兩個時隙的VRB將映射到相同頻域位置的兩個PRB上即占用若干相鄰的PRB；而分布式VRB采用分布式的映射方式，即一個子幀中兩個時隙的VRB將映射到不同頻域位置的兩個PRB上即占用若干分散的PRB，并且1個子幀內(nèi)的2個時隙也有著不同的映射關系，即具有相同邏輯序號的分布式VRB對將映射到兩個時隙不同的PRB上，通過這樣的機制實現(xiàn)“分布式”的資源分配。物理資源塊和虛擬資源塊

集中式的RB連續(xù)占用N個子載波，占用連續(xù)的頻譜；分布式RB包含N個分散的等間距的子載波。主要是通過子載波映射來決定哪部分的頻譜被用來發(fā)射數(shù)據(jù)，并在上端及(或)下端插入恰當數(shù)量的零比特。在每個DFT輸出樣本之間，有L-1個零值被插入。L=1的映射被稱為集中式，也就是DFT輸出數(shù)據(jù)流被映射到一段連續(xù)分布的子載波上，在這種方式下，系統(tǒng)可以通過頻域調(diào)度獲得多用戶增益但是在頻率選擇分集方面會有一定的缺陷，為了彌補集中式分配方式的缺陷通常采用跳頻的方式進行數(shù)據(jù)發(fā)送，即在某一時刻只占用一部分連續(xù)頻譜，下一時刻再占用另一部分頻譜。通過跳頻發(fā)送方式有效地改善了頻率選擇性和干擾隨機性；L>1的映射被稱為分布式，這種方式相對于前者可獲得額外的頻率分集增益，但是同時會導致同步誤差以及多普勒頻移等問題。下行物理信道資源塊映射

對于每一個用于下行物理信道發(fā)送的天線端口，復符號塊

應該從

開始以序列的形式映射到分配的虛擬資源塊(VRB)，從子幀的第一個時隙開始，按

和

依次遞增的順序映射到天線端口

上沒有保留用作其他目的的資源粒子

。同時還需要按照下列的標準映射到資源粒子

：

以FDD系統(tǒng)為例，由于主輔同步信號、導頻信號、廣播信息映射位置是固定的，控制格式指示信息的位置也基本是固定的，一般來說，先映射以上固定信息；再按照廣播信息規(guī)定的混合自動請求重傳(HARQ)指示信息位置，映射HARQ指示信息；然后在相應的控制符號內(nèi)其他的RE上，映射控制信息；最后把業(yè)務信息映射到剩余的RE上。所涉及的信道的物理資源映射如下：下行物理信道資源塊映射①參考符號的物理資源映射；②同步信號的物理資源映射；③PBCH符號的物理資源映射；④PCFICH符號的物理資源映射；⑤PHICH符號的物理資源映射；⑥PDCCH符號的物理資源映射；⑦PDSCH(PMCH)符號的物理資源映射。下行物理信道資源塊映射PDSCH、PDCCH、PBCH的映射都通過天線端口進行分層映射，分層映射的操作是一種在某個時刻實現(xiàn)符號子載波映射的中間步驟，把調(diào)制符號映射到給定天線上。PDSCH按照上面通用資源粒子映射的方法映射到資源粒子，以下情況除外：

①如果不發(fā)送用戶指定的參考信號，則PDSCH使用天線端口集合{0}、{0,1}或{0、1、2、4}進行發(fā)送；

②如果發(fā)送用戶指定的參考信號，則PDSCH使用天線端口{5}進行發(fā)送。PDCCH映射方法是每一天線端口上發(fā)送復符號塊，以4個為一組進行置換。復符號塊循環(huán)偏移并生成序列。復符號塊生成的序列從頭開始依次映射到對應的物理控制信道下行物理信道資源塊映射的資源粒子。天線端口上未被保留的資源粒子

的映射按照先

后

的順序依次遞增。在PDCCH僅適用天線端口0發(fā)送的情況下，映射假定參考信號可在天線端口0和天線端口1發(fā)送；其他情況下，假定參考信號可在PDCCH實際可用的天線端口發(fā)送。PBCH的映射是每一天線端口復符號塊從4個連續(xù)的無線幀開始映射到物理資源塊。不留作參考信號的發(fā)送資源粒子

按照

、

順序，無線幀號逐一遞增，對于第2類幀結(jié)構(gòu)，只有無線幀的前半幀中的子幀0能夠用于PBCH發(fā)送。上行時隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射

上行鏈路與下行鏈路類似，也采用資源格來描述其時頻資源。資源格是由時域上連續(xù)的

個SC-FDMA符號和頻域上連續(xù)的

個子載波組成。

的值也是根據(jù)小區(qū)內(nèi)上行鏈路的發(fā)送帶寬配置來確定的，應滿足

。

時域中連續(xù)的

個SC-FDMA符號和頻域中連續(xù)的

個子載波被定義為一個物理資源塊，其相關的資源塊參數(shù)將在表5.7中給出。上行鏈路中的一個物理資源塊由

個資源粒子組成，對應時域的1個時隙和頻域的180kHz。假定TTI是1ms，基本上行鏈路資源粒子為：

①頻域資源：12個子載波=180kHz；

②符號：1ms180kHz=14個OFDM符號12個子載波=168個調(diào)制符號。

上行時隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射

與下行鏈路相反，由于基于DFT的預編碼把PARP的影響擴展到了M個調(diào)制符號上，具有較低的PARP，所以沒有定義不被使用的子載波。表5.7物理資源塊參數(shù)配置

普通循環(huán)前綴12第一類幀結(jié)構(gòu)第二類幀結(jié)構(gòu)79擴展循環(huán)前綴1268上行時隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射

下面將對上行物理信道的映射進行描述：PUSCH映射是將復值符號塊

乘以一個幅值因子

，然后從

開始依次映射到分配給PUSCH的物理資源塊上。映射到分配的物理資源塊的資源粒子

上，映射從一個子幀的第一個時隙開始，按順序先增加

然后再增加

。用于傳輸PUSCH的資源粒子不能再用于傳輸參考信號，也不預留給探測參考信號傳輸。

如果不使能上行跳頻，則用于傳輸?shù)馁Y源塊

，其中

是上行調(diào)度授權(quán)的資源。如果上行跳頻被激活并且使用預定義的跳頻模式，則在特定時隙中用于傳輸?shù)奈锢碣Y源塊需要按照給定的規(guī)則給出。上行時隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射PUCCH的映射則是將復值符號塊

從

開始映射到分配到PUCCH發(fā)送的資源粒子，不用于發(fā)送參考信號的資源粒子

的映射應該是從一個子幀中的一個時隙開始，第一個子幀和第二個子幀的k序號值應該不同，因為要在時隙邊界產(chǎn)生跳頻。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述雙工方式

時分雙工(TDD)與頻分雙工(FDD)是兩種不同的雙工方式。時分雙工(TDD)采用時間來分離發(fā)送信道和接收信道，在時間上它的單方向資源是不連續(xù)的。因為在TDD的通信系統(tǒng)中，同一個頻率載波在不同時隙下進行發(fā)送和接收，彼此之間需要利用一定的保護時間對不同時隙進行分離。頻分雙工(FDD)則采用兩個相對稱的分離頻率信道進行信號的接收與發(fā)送，這兩個信道之間存在保護頻段，用作保護間隔，確保分離發(fā)送和接收信道。與TDD不同的是，在時間上它的單方向資源是連續(xù)的，因為它采用的頻率是對稱成對存在的，依靠頻率對上下行鏈路進行分離。時分雙工方式

時分雙工方式中，發(fā)送和接收信號在相同的頻帶內(nèi)，上下行信號通過在時間軸上不同的時間段內(nèi)發(fā)送進行區(qū)分，如圖5.8所示。圖5.8時分雙工方式時分雙工方式

時分雙工方式信號可以在非成對頻段內(nèi)發(fā)送，不需要像頻分雙工方式所需的成對頻段，具有配置靈活的特點。同時，由于上下行信號占用的無線信道資源可以通過調(diào)整上下行時隙的比例靈活配置，非常適合于3G和后3G(B3G)等以IP分組業(yè)務為主要特征的移動蜂窩系統(tǒng)。時分雙工系統(tǒng)的上下行信號在相同的頻段內(nèi)發(fā)送，可以充分利用信道的對稱性。這對于時分雙工系統(tǒng)的信道估計、信號測量以及多天線技術的應用會帶來明顯的好處。近幾年隨著TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的不斷完善以及時分雙工設備的成熟，同時考慮到為了滿足日益豐富的業(yè)務需求，在后3G中對系統(tǒng)帶寬要求更高，而滿足要求的成對頻譜越來越少，蜂窩移動通信領域加大了對時分雙工系統(tǒng)的研究力度，時分雙工方式將在后續(xù)的系統(tǒng)演進中扮演更為重要的角色。頻分雙工方式

頻分雙工方式指的是蜂窩系統(tǒng)中上行和下行信號分別在兩個頻帶上發(fā)送，上下行頻帶間留有一定的頻段保護間隔，避免上下行信號間的干擾，如圖5.9所示。圖5.9頻分雙工方式頻分雙工方式

頻分雙工使用上下行成對頻段。信號的發(fā)送和接收可以同時進行，減少了上下行信號間的反饋時延。頻分雙工的發(fā)送信號特性使得其在功率控制、鏈路自適應、信道和干擾反饋等方面具有天然的優(yōu)勢。雙工技術特點對比

與FDD(頻分雙工)相比，TDD(時分雙工)具有許