☆LTE基本原理+物理层.docx

通信基础通信的目的：传递消息中所包含的信息度量信息量的方法u 事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述：u 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。 p 设：P(x) 消息发生的概率， I 消息中所含的信息量， p 则 P(x) 和 I 之间应该有如下关系： I 是 P(x) 的函数： I I P(x) P(x) ，I ； P(x) ，I ； P(x) = 1时，I 0； P(x) = 0时，I ；因此满足条件的I=loga1P（X）若a = 2，信息量的单位称为比特(bit) ，对于64QAM就相当于是64进制调制，000000-111111等概出现,均为1/64I=log211/64=log264=6bitLTE系统模型图1：串并转换：将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，设N为载波数，并行码元速率降低为串行码元速率的1/N，好处：可以有效地对抗多径干扰发送信号经过两条路径到达接收端，路径二码元1对路径一码元2的干扰，就是码间干扰。OFDM扩大码元周期的好处：码元虽然被干扰，但是距离抽样时刻还有一段时间，因此造成的码间干扰将会减小很多。2：QPSK调制：说QPSK调制前先说什么叫正交调制先说调制过程：我们在I和Q路分别输入a数据和b数据，a数据与cosw0t相乘，b数据与sinw0t相乘，输出信号s(t)=acosw0t-bsinw0t。解调过程：接收端分为两路，一路乘以cosw0t再积分就得到数据a，另一路乘以-sinw0t得到数据b。正交调制满足的条件：1，正弦波和余弦波的乘积在一个基波周期内的积分等于0。即：2，自身乘积的积分在一个基波周期内的积分大于0OFDM正是利用了QPSK调制：用四个相位分别表示00、01、11、10比如输入00，st=12cosw0t-12sinw0t=cos（w0t+4）输入01，st=-12cosw0t-12sinw0t=cos（w0t+34）前面说到增加码元周期可以减小码间串扰，但不能从根本上解决问题，这里就说到为什么要插入含循环前缀的保护间隔了。保护间隔大于最大多径时延即可实现无码间串扰。但是却带来的问题是破坏了正交性：之前正交的波形：可以看出来在一个周期内积分为0插入保护间隔后，解决了码间干扰ISI，带来了载频干扰ICI：明显看到周期内积分不为0。解决方法：加循环前缀：可以明显的看到加了循环前缀后，解决了载频干扰ICI最后我们把加完含循环前缀的保护间隔的OFDM码串到一起通过载波调制，搬移到高频发射出去LTE测试中主要关注1. PCI（物理小区标识）、2. RSRP（Reference Signal Receiving Power参考信号接收功率）RSSI（Received Signal Strength Indicator，指的是UE接收到的信号总功率，包括有用信号、干扰和底噪）RSRQ（Reference Signal Receiving Quality参考信号的接收质量）N为RSSI测量带宽的RB个数3. PUSCH Power（UE的发射功率）、Prach Power、PUCCH Power4. SINR(S/(I+N)，信噪比)、5. Transmission Mode(传输模式）、6. UL Throughput, DL Throughput(上下行吞吐率)、7. Rank Indicator（简称RI ，Rank指示，表示秩）、8. RxChCorFactor（天线相关性）、9. PUCCH UL Grant Count，PDCCH DL Grant Count（上下行子帧调度数）PUSCH RB Number ,PDSCH RB Number(上下行共享信道RB调度数) 10. EARFCN（频点）11. 掉线率、连接成功率、切换成功率物理层1.1 物理层概述物理层位于最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体。1.1.1 物理层时域构成帧：（时域）数据在网络中传输的单位，帧由几部分组成，不同的部分执行不同的功能FDD帧结构：在不同的频段划分上下行。一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙构成；FDD中所有子帧全部做下行，或者全部做上行。TDD帧结构：在时间上划分上下行。一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成n 常规子帧：1ms，由两个长度为0.5ms的时隙构成，常规CP每个时隙由7个OFDM符号组成（扩展6个）n 特殊子帧：1ms，由DwPTS、GP以及UpPTS构成支持5ms和10ms DLUL切换点周期特殊时隙功能： DwPTS：最多12个symbol，最少3个symbol，DwPTS9可用于传送下行数据和信令UpPTS: UpPTS上不发任何控制信令或数据，UpPTS长度为2个或1个symbol,2个符号时用于短RACH或Sounding RS,1个符号时只用于sounding GP:a) 保证距离天线远近不同的UE的上行信号在eNB的天线空口对齐 b) 提供上下行转化时间（eNB的上行到下行的转换时间，约20us） c) GP大小决定了支持小区半径的大小，LTE TDD最大可以支持100km 假设X为覆盖半径，GP长度为9个OFDM符号，不考虑上下行转换时间2X=CGPX=CGP2=31089142000=96.4kmd) 避免相邻基站间上下行干扰 下面来看一下TDD中的上下行子帧配比(7种)和特殊子帧配比（9种）测试中PUCCH UL Grant Count，PDCCH DL Grant Count（上下行子帧调度数）即是根据上图配比算的。1，无锡现网F频段采用2:5配比（上下行配比为2，特殊子帧配比为5）由上图上下行配比2可以看出一个无线帧10ms用作上行子帧（U）有2个，用作下行子帧（D）有6个；再由上图特殊子帧配比5，DwPTS=3，不满足条件DwPTS9可用于传送下行数据和信令，因此特殊子帧不用做下行数据传输。扩大到1s的时间，有100个无线帧，因此可得时域上每秒的调度数：PDCCH UL Grant Count为200，PDCCH DL Grant Count为600,2，若是采用2:6配比，上下行配比不变，特殊子帧中DwPTS=9,满足条件DwPTS9可用于传送下行数据和信令，特殊子帧S可看做是下行子帧D，因此可得时域上每秒的调度数：PDCCH UL Grant Count为200，PDCCH DL Grant Count为800,3，类比2:7，可得时域上下行调度为200和8004，常用的配比为1：5；1:6；1:7；2:5；2:6；2:7。上下行调度自行计算熟记。1.1.2 物理层频域构成LTE支持的信道带宽（Channel Bandwidth） 1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz，20MHz现网系统带宽用的是20MHz，其中18MHz用于数据传输，2MHz是保护带宽，用作邻频干扰保护带宽和滤波滚降系统。n 资源单元 (RE)物理层资源的最小粒子时域：1个OFDM符号，频域：1个子载波n 资源块 (RB)最小资源调度单位时域为一个时隙（0.5ms），频域上连续的宽度为180kHz（12个子载波）的物理资源称为一个资源块n TTI发送时间间隔，时域=1ms，2时隙，即LTE调度周期为1msn CCE（Control Channel Element）控制信道资源单位，1CCE=9REGs=36REsn REG（RE group）=4REn RBG（RB group）在20MHz系统带宽配置下，1RBG=4RB18MHz传输带宽中RB个数的计算：1个RB频域上占用12个子载波，每个子载波占15kHz，因此一个RB=12*15=180kHz因此18MHz传输带宽中共有18MHz180kHz=100个RB如下图便是每个时隙调度的RB=98，时隙=0.5ms，对应1s下行的数据信道RB调度数就是2PDCCH DL Grant CountPDSCH RB Number16w（1s下行子帧800个，每个子帧2个时隙），但是Probe软件统计对应子帧单时隙，只有一半。由LTE时频结构我们就可以算出来TDD-LTE峰值速率：以F频段2:5配比，64QAM调制，双流为例：1s=600下行子帧，一个子帧=2个时隙=14个OFDM符号，64QAM调制Rb=log264=6bit符号，18MHz传输带宽共有1200子载波，考虑开销25%下行吞吐率=2600146120075%=90Mbit1.2 物理信道物理信道（physical channel）：在通信系统中，由物理实体构成的信道1.2.1 下行物理信道及其功能物理下行控制信道(PDCCH）用于指示PDSCH相关的传输格式，资源分配，HARQ信息等 物理下行共享信道(PDSCH)传输下行数据和信令物理广播信道(PBCH)传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽，天线数目等 物理控制格式指示信道(PCFICH)一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目 物理HARQ指示信道(PHICH)用于NodB向UE 反馈和PUSCH相关的ACK/NACK信息 物理多播信道(PMCH)传递MBMS相关的数据 1.2.2 上行物理信道及其功能物理上行控制信道(PUCCH)当没有PUSCH时，UE用PUCCH发送ACK/NAK，CQI，调度请求(SR，RI) 信息。当有PUSCH时，在PUSCH上发送这些信息物理上行共享信道(PUSCH)承载上行数据物理随机接入信道 (PRACH)用于随机接入，发送随机接入需要的信息，preamble等, PRACH共有5种结构（04），目前支持Format 0,1&4。LTE 随机接入的作用是实现 UE 和网络的同步,解决冲突,分配资源(RNTI)和上行通信资源的分配，分为竞争随机接入和非竞争随机接入。无线网络临时标识（RNTI Radio Network Tempory Identity）竞争随机接入：1，UE端通过在特定的时频资源上，发送可以标识其身份的preamble序列，进行上行同步2,基站端在对应的时频资源对preamble序列进行检测，完成序列检测后，发送随机接入响应。3， UE进行上行传输的资源调度信息，并发出RRC连接请求。4，eNB确认收到请求并返回该UE的IMSI(TMSI)以解决竞争问题，并发出RRC建立。 TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)临时识别码国际移动用户识别码（IMSI）internationalmobilesubscriberidentity触发竞争随机接入的事件：初始开机接入（只能竞争）；重建立（只能竞争）；切换（两者均可，大多数是非竞争）；下行数据到达（两者均可）；分配上行数据到达（只能竞争）。非竞争随机接入：1，基站根据此时的业务需求，给UE分配一个特定的preamble序列。（该序列不是基站在广播信息中广播的随机接入序列组）2，UE接收到信令指示后，在特定的时频资源发送指定的preamble序列。3，基站接收到随机接入preamble序列后，发送随机接入响应。进行后续的信令交互和数据传输。触发非竞争随机接入的事件：切换；下行数据到达；UE定位（只能非竞争）。如下是用CDS路测的时候的事件列表，不同的事件对应不同的随机接入方式。（Msgmessage）1.3 物理信号1.3.1 下行物理信号1，同步信号PSS：主同步信号SSS：辅同步信号确定唯一的物理小区标识PCI，信道校准，估计LTE是用PCI（Physical Cell ID）来区分小区，LTE共有504个PCI：UE开机后要进行小区选择和随机接入，UE通过获取三个物理信号完成小区搜索。这三个信号是PSS信号、SSS 信号和下行参考信号（导频）一个同步信道由一个PSS和一个SSS组成。PSS信号有3种组合（02），与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识对应。SSS信号有168种组合（0167），与168个物理层小区标识组对应。因此由下图可知PCI的范围为0167*3+2即0503共504个。l 小区初搜基本流程l 1）通过PSS获得5ms定时，并通过序列相关得到小区ID号N_ID(2)l 2）通过SSS获得10ms定时，并通过序列相关得到小区ID组号N_ID(1)l 3）按照以上两步的结果经过计算得到CELL_ID=3* N_ID(1)+ N_ID(2)l 4）在固定的时频位置上接收并解码PBCH，得到MIB（主信息块）l 5）在下行子帧使用PCFICH指示PDCCH格式，PDCCH指示PDSCH调度SIB（系统信息块）2， 下行参考信号小区专用参考信号CRSMBSFN参考信号MBSFN-RS终端专用参考信号DRS 下行信道质量测量下行信道估计和解调CRS分布如下所示：PCI模三干扰：把2个天线端口CRS合在一起就能够看出来mod3干扰的原因了：在每个RB上CRS在频域上只有3个位置可以选择，位置与PSS携带的小区标识（02）有关，PCI=3*SSS+PSS,PCImod3=PSS。由于CRS是用于小区信道估计，如果在同一时间在同一个频率位置出现2个或以上的CRS信号，则他们之间将互相干扰。RSRP=CRS RSRP参考信号的接收功率，是在某个Symbol内承载参考信号的所有RE上接收到的信号功率的平均值；RSSI（Received Signal Strength Indicator）则是在这个Symbol内接收到的所有信号（包括导频信号和数据信号，邻区干扰信号，噪音信号等）功率的平均值。RSRQ(Reference Signal Receiving Quality)则是RSRP和RSSI的比值，当然因为两者测量所基于的带宽可能不同，会用一个系数来调整，也就是 RSRQ = NRBDLRSRP/RSSI，以下为例：RSRQ=10lg10010-7.81310-5.175=10log10100+10log1010-7.813-10log1010-5.175=10log10100+-78.13-(-51.75)=10log10NRB+RSRP-RSSI=-6.38dB下面说一下导频功率设置：对于RS功率的配置，为了保证上下链路平衡，基站的发射功率能够用完，所以TypeA和TypeB符号上的功率尽量相等。系统定义了如下参数以达到这个要求：符号含义Type A符号无RS的OFDM符号Type B符号有RS的OFDM符号a无RS的符号上的PDSCH的RE功率与RS功率的比值b有RS的符号上的PDSCH的RE功率与RS功率的比值PA当非4天线分集时，aPA；当4天线分集时，a=PA+10lg2PBb/a，即有RS和没有RS的符号的PDSCH的子载波功率的比值对于PB的映射关系如下所示：现网配置的PA=-3，PB=1应该如何理解呢首先a=PA=-3=10lg（P无RS PDSCHREPRS）因此PRS=2P无RS PDSCHREPB=1，b/a=1,表示P无RS PDSCHRE=P有RS PDSCHRE令P无RS PDSCHRE=1得到右边的图同理，PA=PB=0也这么理解。首先a=PA=0=10lg（P无RS PDSCHREPRS）因此PRS=P无RS PDSCHREPB=0，b/a=5/4表示P有RS PDSCHRE=54P无RS PDSCHRE令P无RS PDSCHRE=1得到右边的图有了以上的铺垫就很好理解。CRS功率计算方式：DLRSPower=P单通道+10lg1+PB-10lg12NRB=10lg1000P单通道1+PB1200=10lgP单通道1+PB1.2实际上的意义就是把单通道的功率分配到1200个子载波上，得到无RS的PDSCH_RE功率，再通过RS功率与无RS的PDSCH_RE功率的映射关系得到RS功率。SINR=S/(I+N)参考信号的功率与干扰噪声功率和的比值，与RSRQ一样用于反映信号的质量。UE测算SINR，上报RI及CQI索引给eNodeB，eNodeB根据UE反馈的RI及CQI索引进行TM和MCS调度；将4bits的CQI映射为5bits的MC