LTE介绍_物理层设计(20080919).pdf

LTE介绍 物理层设计 2008 09 19 2 总体情况 LTE 3GPP Long Term Evolution 即3G演进 或E UTRAN 2004年底立项研究 目前标准化已经进入尾声 属于3GPP Release 8 物理层完成度最高 3月份物理层功能模块已经冻结 目前正在寻 找系统缺陷和解决遗留问题 相对而言 上层协议功能的讨论与设计稍微滞后 正在紧张进 行 也接近完成 项目的整体完成时间计划于2008年12月 Study Item 技术可行性研究 Work Item 技术标准制定 2004 122006 62008 12 3 系统主要性能指标 包含FDD和TDD两种双工方式 即帧结构Type1和Type2 系统带宽 1 4MHz 3MHz 5MHz 10MHz 15MHz 20MHz 可配 置 吞吐量 下行实现HSDPA的3 4倍 上行实现HSUPA的2 3倍 峰值速率 20MHz带宽的情况下 下行100Mbps 上行50Mbps 注 目前规范最大支持下行4x4 MIMO 上行1x4的天线配置 此时计算 得到的下行峰值速率超过300Mbps 上行超过80Mbps 系统为低移动速率优化 低于15kmph 同时提供高移动速率的支 持 例如 350km 系统为正常的蜂窝小区半径优化 小于5km 同时提供大覆盖的支 持 例如 100km 系统将提供MBMS广播多播业务的解决方案 4 主要技术特点 与3G不同的空中接口技术 采用基于OFDM技术的空中接口设计 基于分组交换的设计 即使用共享信道 物理层不再提供专用信道 支持FDD和TDD两种双工方式 优化的网络架构 采用扁平化的网络结构 接入网仅包含Node B 不再有RNC eNB M M E S G WM M E S G W eNB eNB S1 S1 S1 S1 X2 X2 X2 E UTRAN 5 性能验证情况 x 31 56Case3 1732 x 3 21 69Case1 500 x UTRA 1x2 LTE 下行频谱效率 bps Hz 2x2 Deployment Scenario 123289Case3 241317Case1 ULDL 平均VoIP容量 users sector both 1x2 10MHz Deployment Scenario x 2 20 681Case3 x 2 20 735Case1 x UTRA 1x2 LTE 上行频谱效率 bps Hz 1x2 Deployment Scenario 下行吞吐量上行吞吐量 VoIP容量 参考LTE Stage2性能验证结果 R1 072444 R1 072261 R1 072570 6 3GPP中主要的相关技术规范 3GPP TS 36 201 LTE Physical Layer General Description TS 36 211 Physical channels and modulation TS 36 212 Multiplexing and channel coding TS 36 213 Physical layer procedures TS 36 214 Physical layer Measurements 3GPP TS 36 300 Overall description Stage 2 TS 36 321 Medium Acces Control MAC protocol specification TS 36 322 Radio Link Control RLC protocol specification TS 36 323 Packet Data Convergence Protocol PDCP specification TS 36 324 Radio Resource Control RRC Protocol specification 3GPP TS 36 401 Architecture description TS 36 410 S1 layer 1 general aspects and principles TS 36 420 X2 general aspects and principles 7 主要技术设计 8 主要内容 主要技术 网络结构 多址技术 无线帧结构 基本物理资源定义与分配 导频信号 MIMO 接入网协议与物理层控制信道设计 基本物理层过程 附录 物理层发送过程示例 TDD的设计因素 9 LTE主要技术 网络结构 多址技术 无线帧结构 10 网络结构 扁平化 LTE网络结构网络结构网络结构网络结构 eNB M M E S GWM M E S G W eNB eNB S1 S1 S1 S1 X2 X2 X2 E U TR AN 11 和UMTS相比 由于NodeB 和 RNC 融合为网元 eNodeB 所以TD LTE少了Iub接口 X2接口类 似于Iur接口 S1接口类似于Iu接口 但有较大 简化 EPC Evolved Packet Core 为核心网部分 其信令处理部分称MME 数据处理部分称为 SAE Gateway S GW eNodeB为接入网部 分 也称E UTRAN MME的功能包括 寻呼消息发送 安全控制 Idle态的移动性管理 SAE承载管理 以及NAS 信令的加密及完整性保护等 S GW的功能包括 数据的路由和传输 以及用 户面数据的加密 eNB的功能包括 RRM功能 IP头压缩及用户 数据流加密 UE附着时的MME选择 寻呼信息 的调度传输 广播信息的调度传输 以及设置和 提供eNB的测量等 eNB M M E S GWM M E S G W eNB eNB S1 S1 S1 S1 X2 X2 X2 E U TR AN 12 空中接口 多址技术 LTE下行多址方式 OFDMA LTE上行多址方式 DFT SOFDM 单载波 13 OFDM基于子载波的资源分配方式 1 L 2 L n L 14 DFT SOFDM 单载波 与OFDMA类似的基于子载波的灵活资源分配 与OFDMA类似的发射与接收机结构 与OFDMA不同 DFT SOFDM信号具有 单载波单载波单载波单载波 的特性 其发送信 号峰均比较低 在上行功放要求相同的情况下 可以提高上行的功率 效率 DFT SOFDM与OFDMA的峰均比 参考R1 051420 峰均比 工作点 15 空中接口 无线帧结构 LTE在空中接口上支持两种帧结构 Type1和Type2 其中Type1用于 FDD Type2用于TDD 无线帧长度均为10ms 在FDD中 10ms的无线帧分为10个长度为1ms的子帧 Subframe 每 个子帧由两个长度为0 5ms的slot组成 在TDD中 10ms的无线帧包含两个长度为5ms的half Frame 每个Half Frame由5个长度为1ms的子帧组成 其中有4个普通的子帧和1个特殊子 帧 普通子帧包含两个0 5ms的slot 特殊子帧由3个特殊时隙 UpPTS GP和DwPTS 组成 16 Type 2 TDD帧结构 上下行配比选项 FDD依靠频率区分上下行 其单方向的资源在时间上是连续的 TDD依靠时间来区分上下行 所以其单方向的资源在时间上是不连续的 时 间资源在两个方向上进行了分配 LTE TDD中支持的7种不同的上 下行时间配比 从将大部分资源分配给下 行的 9 1 到上行占用资源较多的 2 3 在实际使用时 网络可以根据业务量 的特性灵活的选择配置 DL UL 2 3 DL UL 3 2 DL UL 4 1 DL UL 7 3 DL UL 8 2 DL UL 5 5 DL UL 9 1 5ms 周期 10ms 周期 1ms 10 ms 下行 上行 17 Type 2 TDD帧结构 特殊时隙的设计 在Type2 TDD帧结构中 特殊子帧由三个特殊时隙组成 DwPTS GP和 UpPTS 总长度为1ms DwPTS的长度可配置为3 12个OFDM符号 用于下行数据的传输 UpPTS的长度可配置为1 2个OFDM符号 可用于承载随机接入信道和 或者 Sounding参考信号 相应的GP的长度为1 10个OFDM符号 70 700us 10 100km GP用于上下行 转换保护 主要由 传输时延 和 设备收发转换时延 构成 18 LTE物理层设计 基本物理资源的定义与分配 19 基本物理资源 PRB LTE中在进行数据传输时 将上 下行时频域物理资源组成资源块 PRB 一个PRB在频域上包含12个连续的子载波 在时域上包含7个连续的OFDM符 号 在Extended CP情况下为6个 即频域宽度为180kHz 时间长度为 0 5ms 一个子帧 1ms 内的两个PRB PRB pair 作为物理资源单位进行调度与 分配 20 物理资源分配 VRB 为了方便物理信道向空中接口时频域物理资源的映射 LTE在物理资 源块 PRB 之上还定义了逻辑资源块 VRB 逻辑资源块的大小 与物理资源块相同 其主要定义的是映射方式 分为集中式 localized VRB 和分布式 Distributed VRB 两种 LVRB直接影射到PRB上 即一个子帧中两个slot的LVRB将映射到相同频 域位置的两个PRB上 DVRB采用distributed的映射方式 即一个子帧中两个slot的DVRB将映射 到不同频域位置的两个PRB上 21 物理资源分配 下行 22 物理资源分配 上行 在上行方向上 LTE仅采用compact方式分配LVRB 通过Localized的PRB 分配保持单载波特性 与下行不同 上行不支持时隙 0 5ms 内的distributed传输 而是采用时隙 0 5ms 间的块跳频来实现频域分集的效果 TTI Subframe 1ms PRB PRB PRB PRB 上行物理信道 PRB pair 空中接口物理资源 上行PRB映射 PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB 0 5ms0 5ms PRB PRB PRB VRB 资源分配的指示单位 23 频域分集的实现方式 上下行资源分配的区别 在下行方向上LTE定义VRB 和PRB 以及两者之间映射 的方式实现Distributed方式 的传输 在两个DVRB pair的情况 下 可以实现4分集的效果 如左图 在上行方向上LTE仅支持连续的 LVRB 通过Localized的PRB方 配 保持单载波特性 结合时隙 间Hopping实现Distributed方式 的传输 在两个RB pair的情况下 只能 实现2分集的效果 如右图 24 LTE物理层设计 导频信号 25 导频信号 下行 导频序列 正常子帧的导频图案 MBSFN子帧的导频图案 用户专用导频图案 上行 导频序列 用于数据解调的导频图案 用于信道测量的sounding导频图案 26 下行 导频序列 下行导频分布在PRB内向整个小区广播 用于下行数据的解调以及小 区测量等 导频均匀分布在PRB内的时频资源上 根据MIMO天线的不同 一个 PRB内可能包含一列或者两列导频 使用gold序列生成的伪随机 PN 序列作为下行导频序列 该序列与小区ID 504个 无线帧内的不同时隙 0 19 时隙 内的OFDM符号号码 以及长短CP相关 因此不同的小区 不同时 隙 不同的符号将生成不同的导频PN序列 不同的天线间使用相同的导频序列 27 下行 正常子帧的导频图案 Common导频子载波在频域的绝对位置与cell ID相关 因此形成cell specific 的频域shift 有利于在网络轻负载情况下 降低导频干扰 各个天线在不同的时频位置发送各自的导频信号 port 0 3 为了避免同基站不同发射天线之间导频与数据的干扰 在某一天线的导频位 置上 同一基站的其它天线空出相应的时频资源 28 下行 MBSFN子帧的导频图案 MBSFN导频子载波在频域的绝对位置与cell ID无关 各小区导频在相同的频 域位置 MBSFN导频在天线port 4上发送 MBSFN导频只支持在extended CP情况下发送 29 下行 用户专用导频图案 为了更好的支持Beam forming的操作 在公用导频的基础上支持UE specific的下行专用导频 在发送UE specific的专用导频时 保持cell specific的公用导频不变 在如下图红色方格所示位置插入专用导频 对于所有类型的TDD终端 专用导频的支持是终端的一项必选能力要 求 对于FDD终端为可选 RS Port 0 RS Port 1 RS Port 5 Control time freq 30 上行 导频序列 上行导频由用户发送 UE Specific 用于上行数据的解调或者上行 信道的测量 sounding导频 采用频域Zadoff Chu基序列的循环移位作为上行导频序列 不同用户 的序列可以通过采用不同的基序列或者循环移位形成CDM 采用 基序列跳频 和 cyclic shift跳频 来实行小区内和小区间用户导频 间干扰的随机化 31 上行 用于数据解调的导频图案 上行数据解调导频占用PRB中的一个符号 32 上行 用于信道测量的sounding导频图案 0 SRSRS SRSsc 2 0 1 1 0otherwise kk l rkkM a 为了进行上行信道测量 基站可以要求终端在 比数据解调导频 更 大的带宽范围内发送上行sounding导频 不同用户的sounding导频可以CDM或者FDM 在subframe中仅有最后一个符号可以配置用于Sounding导频传输 TDD帧结构中的UpPTS是个例外 在UpPTS长度为两个符号的情 况下 两个符号都可以配置用于Sounding导频传输 系统可以支持不同的sounding导频带宽 最小的Sounding导频带宽是 4个RB 可以通过sounding导频的跳频扩大频域测量范围 33 LTE物理层设计 MIMO 34 MIMO发送过程 层映射 分为 空间复用 和 发送分集 两种映射方式 循环时延发送分集 Cyclic Delay Diversity 分为 Precoding without CDD 和 Precoding with large delay CDD 空间复用 precoding 采用基于码本 codebook 的空间复用方 案 分为开环和闭环两种复用传输模式 LTE下行支持MIMO 最多支持4天线的发送 35 循环时延发送分集循环时延发送分集循环时延发送分集循环时延发送分集 Cyclic Delay Diversity 等效于PD phase diversity 通过人为的在发射信号中引入延时扩展 增加信号的频率 选择性 Precoding with large delay CDD用于开环空间复用模式 在闭环空间复用模式下不使用CDD 空间复用空间复用空间复用空间复用 precoding 开环空间复用传输模式 在开环空间复用中 预编码矩阵是固定 的 eNB根据UE上报的RI或者自己确定rank 层数 并利用特 定的下行控制信令 DCI Format 2A 通知UE 闭环空间复用传输模式 UE根据信道特性向NodeB反馈对应的预 编码矩阵 PMI 和CQI NodeB根据UE的反馈进行precoding和 调度 0 0 1 1 T NR P yixi Wi Di U yixi MM 36 LTE物理层设计 接入网协议与物理层信道 37 X2 LTE网络结构LTE接入网协议结构 LTE接入网协议结构 38 接入网信道划分与映射 上行物理信道 PRACH 物理随机接入信道 PUSCH 物理上行共享信道 PUCCH 物理上行控制信道 下行物理信道 PBCH 物理广播信道 PDSCH 物理下行共享信道 PMCH 物理多播信道 PDCCH 物理下行控制信道 PCFICH 物理控制格式指示信道 PHICH 物理HARQ指示信道 下行信道映射上行信道映射 39 物理层同步信号 PSS SSS LTE同步信号包含主同步信号 PSS 和辅同步信号 SSS 同步信 号的周期为5ms 帧结构Type1和Type2同步信号的位置 相对位置不同 因此可以通过同 步信号的位置检测来判定系统为FDD Type1 还是TDD Type2 主同步信号和辅同步信号在相同的某一根天线上发送 40 对于各种不同的系统带宽 5 10 15 20MHz 同步信号的传输 带宽相同 占用频带中心的1 08MHz带宽 其中信号占用62个子载 波 两边各预留5个子载波作为保护带 LTE 同步信号 PSS SSS 的频域结构 41 物理层下行广播信道 PBCH LTE系统的广播信息 逻辑信道BCCH 分为MIB和SIB 其中MIB在PBCH 上传输 SIB在DL SCH上传输 又称为SI 即System Information MIB信息信息信息信息 约31比特 包含了接入LTE系统所需要的最基本的信息 下行系统带宽 4比特 PHICH资源指示 3比特 系统帧号 SFN 8比特 CRC 16比特 使用mask的方式包含两比特关于天线数目的信息 SIB信息信息信息信息在DL SCH上传输 按照调度要求 例如 周期 的不同 这些信 息又分在若干个SI上传输 系统最少支持4个SI 即SI1 4 SI的信息不 做 分段 但可能使用重传机制 最大TB大小约为1200bit 例如 周期最小的SU 1 250 350比特 每20ms一次 总在偶数帧的 Subframe 5上传输 可能携带如下信息 一个或者多个PLMN标识 Track area code 小区ID TDD的上下行配比 42 PBCH传输方法 编码后的BCH传输块映射到周期为40ms内的4个无线帧上 每一个包 含BCH的Subframe都是可自解码的 也就是说假设信道质量足够好 的话 终端可以通过4次中的任一次接收就解调出BCH 对于各种不同的系统带宽 5 10 15 20MHz 物理广播信道的 传输带宽相同 占用频带中心的1 08MHz带宽 72个子载波 PBCH 频域结构 PBCH传输 43 物理层下行控制信道 相关的物理信道 PCFICH 物理控制格式指示信道 控制信道格式指示 PHICH 物理HARQ指示信道 ACK NAK信息 PDCCH 物理下行控制信道 上 下行调度信息 上行功率控制信 息 下行物理层控制信息在每个Subframe的开始部分传输 时间长度可能为 1 2或者3个OFDM符号 44 物理控制格式指示信道 PCFICH 每个subframe的开始部分为物理下行控制信道 下行控制信道在时间长度上可能 占用1 2或者3个OFDM符号 PCFICH的作用就是指示PDCCH的长度信息 1 2或者3 当系统下行带宽不大于10个RB时 下行控制信道的长度为2 3或者4个OFDM符 号 PCFICH在subframe的第一个OFDM符号上发送 占用16个资源单位 RBcellDL scIDRB 2mod2kNNN DLRB RBsc 2 2kkNN DLRB RBsc 2 2 2kkNN DLRB RBsc 3 2 2kkNN 45 物理HARQ指示信道 PHICH PHICH信道携带对上行数据包传输的H ARQ过程的ACK NACK反馈 信息 PHICH与对应的PUSCH直接有固定的定时关系 FDD和TDD的定时 关系不同 在定时关系确定的基础上 PHICH信道的具体index与上行数据传输 的第一个PRB相对应 nk n 46 PHICH 的传输 PHICH的传输以PHICH组的形式来组织 一个PHICH组占用3个REG 每个PHICH组内以正交扩频序列结合I Q两路来复用用8个PHICH信道 每个子帧内包含的PHICH的数目由PBCH以 PHICH组数目 的形式来指 示 对于FDD各个子帧的 PHICH组数目 相同 对于TDD由于上下行配 比和时序关系不同 各个子帧的 PHICH组数目 可以不相同 编码映射 PHICH信息 0 1 BPSK 调制 多天线 映射 映射到subframe的前n个 OFDM符号上 n 1 2或3 一个PHICH组的3个REG i 0 1 2 扩频 I Q 加扰 1 2 0 a REG 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 频率位置 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 1 2 n 1n 2n 3 0 21 mod2 il i mi 时间位置 Normal PHICH duration 1 Extended PHICH duration 3 in Non MBSFN subframe Extended PHICH duration 2 in MBSFN subframe subframe1 6 of FS2 012 映射到前n个符号 n 1 2 3 3比特 000 111 12个符号 normal CP 6个符号 extended CP mod 0 3 mod 1 2 3 mod 2 cell IDi cell iIDii cell IDii Nmni nNmnni Nmnni m PHICH group index i n 第i个symbol中PCFICH之外剩余的REG总数 47 物理下行控制信道 PDCCH PDCCH可能传输三种信息 下行数据传输的调度信息 上行数据传 输的调度信息 和上行功率控制命令 数据的调度信息包括 资源分配信息 MCS指示信息 HARQ进程 号码等 48 资源分配的指示方式 LTE的物理资源分配指示以VRB为单位 有三种类型的资源位置指示 方法 Type 0 Type 1和Type2 其中Type0和Type1是所谓的non compact分配方式 而Type2是所谓的compact分配方式 下行通过 不同的DCI format支持3种资源分配方式 而上行仅支持Type2 即 compact分配方式 Type 0先对资源进行grouping 然后以资源组为单位采用bitmap 的方式进行指示 资源分配的最小单位是RBG DCI format 1 2 2a 使用1比特的header来区分Type 0和Type 1 Type 1将所有的资源分成若干个subset 然后在subset内部以 bitmap的方式进行指示 资源分配的最小单位是PRB Type 2 所谓的compact方式 用于分配连续的VRB 上行 format 0或者下行 format 1a 1b 1c 1d 资源指示信息包括 起 点RB的位置 以及 连续的RB的长度 49 根据调度对象 资源指示方式和信息内容的不同 PDCCH信息格式 DCI 分为以下 几种 Format 0 发送上行SCH的资源分配信息 采用Type 2的资源指示方式 约 43比特 Format 1 发送下行SIMO情况下的资源分配信息 采用Type 0 1的资源指示方 式 约56比特 Format 1A 发送下行SIMO情况下的资源分配信息 采用Type 2的资源指示方 式 约43比特 Format 1B 基于1A增加precoding matrix的指示信息 2 4比特 发送下行闭 环MIMO single rank的资源分配信息 Format 1C 发送下行公用控制信号 paging RACH response DL data arrival和dynamic BCCH 的调度信息 约26比特 包括在common search space中 Format 1D 用于在MU MIMO的情况下 发送power offset的信息 比DCI format 1B增加1bit的power offset信息 Format 2 发送下行MIMO 闭环 空间复用情况下的资源分配信息 约72比 特 采用Type 0 1的资源指示方式 Format 2A 发送下行MIMO 开环 空间复用情况下的资源分配信息 约70 比特 采用Type 0 1的资源指示方式 Format 3 发送对于PUSCH和PUCCH的2比特功率控制指令 约43比特 Format 3A 发送对于PUSCH和PUCCH的1比特功率控制指令 约43比特 50 PDCCH的传输与盲检测 进行PDCCH传输的物理资源以CCE为单位 一个CCE的大小是9个 REG 即36个Resource Element 一个PDCCH可能占用1 2 4 或者8个CCE Aggregation levels 一个PDCCH对应一个UE标识 RNTI UE标识长度为16比特 与 CRC的长度相同 采用与CRC 异或 的方式在PDCCH中传输 UE通过对 UE标识 的检测 得到属于自己的PDCCH信息 51 每一个Aggregation level定义一个搜索空间 UE在搜索空间内对所 有的可能的PDCCH码率盲检测 定义 common 和 UE Specific 的搜索空间 以Common的搜索空间为例 空间的大小为16个CCE 仅支持4CCE和 8CCE两种PDCCH大小 可能包含2x8 CCE 0 7 8 15 或者4x4 CCE 0 3 4 7 8 11 12 15 终端最多需要进行6次盲检测 UE Specific的搜索空间支持1 2 4 8个CCE的PDCCH大小 UE使 用Hash函数确定起点后 盲检测随后的连续的CCE 搜索属于自己的 PDCCH 最多需要约30次盲检测 0 1 2 n 3 22222222222 Subframe 1ms 1PCFICHPHICHPDCCHPDSCH 以10M带宽为例 包含600个子载波 150个 REG 假设PDCCH占用前3个符号 系统配 置了一组PHICH 如左图 那么还剩下 3x150 7 443个REG 约49个CCE 这样 common和UE Specific的搜索空间大小分别为 16个CCE和33个CCE 52 上行物理随机接入信道 在LTE中 物理随机接入信道采用如上图所示的格式 根据各部分配置长 度的不同 形成了四种不同的总长度 1ms 2ms 3ms 159us 共5 总不同的物理随机接入信道格式 format 0 1 2 3 4 其中总长度为159us的format 4仅用于TDD模式 在UpPTS上发送 物理随机接入信道在频域上占用6个RB 即72个子载波 1 08MHz CP T PRE T 53 物理随机接入信道 生成方式 采用时域Zadoff Chu序列作为随机接入序列 通过不同的 根序列 或 循 环移位 来进行信道间的复用 一个PRACH信道可复用64个不同的随机 接入 PRACH信道的子载波宽度不同于普通业务信道 下图为PRACH format 0 1ms 的生成方式 54 物理随机接入信道 时 频域位置 PRACH的时间密度 频率位置 可用序列等以系统信息的形式在系统内 广播 在FDD情况下 每个Subframe中最多传送一个PRACH 即没有频分 TDD情况下 允许一个Subframe中存在多个频分的PRACH UpPTS上PRACH的 频域位置 TDD 55 物理层上行控制信息 在LTE中共有3种上行物理控制信息 即 调度请求 ACK NAK 和 CQI反馈 它们在 上行物理控制信道 PUCCH 上传输 也可以与数据复用在 上行 物理共享信道 PUSCH 上传输 物理上行控制信道 PUCCH 采用时隙间跳频的方式 在上行频 带的两边进行传输 中间传输PUSCH PUCCH 1 PUCCH 1 PUCCH 0 PUCCH 0 PUCCH 3 PUCCH 3PUCCH 2 PUCCH 2 subframe slot 1slot 0 时间 频 率 PUSCH 上行数据 56 PUCCH格式 PUCCH共有如下表所示的不同的格式 用于发送不同的上行控制信 息 调度请求 上行ACK NAK CQI反馈 或者 CQI反馈 ACK NAK CQI ACK NAK22QPSK QPSK2b CQI ACK NAK21QPSK BPSK2a CQI20QPSK2 ACK NAK 2QPSK1b ACK NAK 1BPSK1a 调度请求N A N A1 发送的内容发送的内容发送的内容发送的内容比特数比特数比特数比特数调制方式调制方式调制方式调制方式PUCCH格式格式格式格式 57 PUCCH format 1 1a 1b PUCCH format 1 1a 1b采用类似的发送结构 发送的内容可能是调度请 求 SR 或者ACK NAK信息 下图为相应的发送结构 蓝色部分为数据部分 黄色部分为导频部分 相应的部分先进行时隙内的块扩频 和 为相应的块扩频序列 扩频系数分 别为4和3 然后与CAZAC序列相乘 PUCCH format 1 用于终端上行发送 调度请求 基站侧仅需检测是否存在 这样的发送 其中 在闭环MIMO的情况下 其它情况 下 PUCCH format 1a 1b 用于终端上行发送 ACK NAK 1比特或2比特 此 时是一个复数 等于相应信息的调制结果 BPSK或者QPSK 1 ds 2 ds 3 ds 4 ds 1 ds 2 ds 1 s 2 s 2 s 3 s 3 ds 4 ds 3 s 1 s d s s 2 2 1 0 jd jd 0 58 PUCCH format 2 2a 2b PUCCH format 2 2a 2b采用类似的发送结构 发送的内容可能是CQI反馈 或者 CQI反馈 ACK NAK 信息 下图为相应的发送结构 其中蓝色部分为数据部分 QPSK调制符 号 黄色部分为导频部分 最后与CAZAC序列相乘 PUCCH format 2 用于发送上行CQI反馈 编码后20比特 数据经过UE specific的加扰之后 进行QPSK调制 形成 PUCCH format 2a 2b 用于发送上行CQI反馈 编码后20比特 1 2比特 的ACK NAK信息 BPSK QPSK CAZAC n CAZAC n CAZAC n CAZAC n CAZAC n CAZAC n CAZAC n CAZAC N CAZAC N CAZAC N CAZAC N CAZAC N CAZAC N CAZAC N User n 0 d 1 d 3 d 2 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 1个 RB 3 4 10 j ed 3 4 10 j ed Format 2a 2b 0 d 9 d 0 d 9 d 10 d 59 上行控制信息在物理共享信道 PUSCH 上的传输 因为上行DFT SOFDMA单载波的特性 因此一个终端在同一时刻不 能同时传输PUSCH和PUCCH 当有数据PUSCH传输时 如果有控 制信令 ACK NAK Rank indicator或者CQI 需要传输 那么该控 制信令将在PUSCH上与数据复用传输 复用方法如下图 60 上行ACK NAK 与下行数据的对应关系 上行PUCCH format1 ACK信道位置与下行VRB之间存在固定的对应关系 具 体来说 即相应的PDCCH的最小CCE Index可以推导出其上行ACK NAK信道 的位置信息 RB位置 Cyclic Shift Othogonal Cover 对于FDD 动态调度时 PUCCH format1的index 由调度相应PDSCH的PDCCH的 第一个CCE的index决定 对于TDD 由于TDD上 下行子帧之间不一定存在一一对应的关系 下行子帧数目较 多的时候 一个上行子帧可能需要反馈对应多个下行子帧数据的ACK NAK 因此 PUCCH format1的index 与子帧号码也存在关系 复用在PUCCH format 2或者PDSCH上传输时 将由PUCCH format 2或者 PDSCH的位置决定 nk n 61 TDD的multiple ACK NAK 对于LTE TDD 由于上下行配比的设置 可能存在上行时隙数目小于 下行时隙数目的情况 这时为了减少数据的传输时延 需要在一个上 行时隙里对多个下行时隙的数据进行ACK NAK 如上图 有两种可能的实现方式 Single ACK NAK的反馈采用bundling的方式 使用一个ACK NAK 完成前续若干个下行数据TTI的反馈 Multiple ACK NAK在一个上行时隙里反馈多个ACK NAK 即对多 个下行反馈每一个下行的ACK NACK信息 62 LTE物理层设计 基本物理层过程 63 基本物理层过程 小区搜索 随机接入 HARQ过程 64 小区搜索过程 LTE中小区搜索基于三个信号完成 主同步信号 辅同步信号 下行导频信 道 完成 时间 频率同步 小区ID识别 CP长度检测 完成这些操作后 UE开始 读取物理广播信道 PBCH 信息 65 用于小区搜索的信号 主同步信号 频域为长度62的复数序列 Zadoff Chu 3种不同的取值 用 于指示物理层小区标识组内的3个物理层小区标识 辅同步信号 频域为长度62的二进制序列 10ms中的两个辅同步子帧 0和 5 采用不同的序列 168种组合 在主同步信道的基础上 指示168个物理 层小区组ID 下行导频信道 用于更精确的时间同步和频率同步 66 随机接入过程 LTE中 异步 基于竞争的随机接入流程分为以下4个步骤 步骤步骤步骤步骤1 UE随机选择一个Preamble码 在PRACH上发送 步骤步骤步骤步骤2 Node B在检测到有Preamble码发送后 下行发送随机接入响应 随机接入响应中包 含以下信息 所收到的Preamble码的编号 所收到的Preamble码对应的时间调整量 为该终端分配的 上行资源位置指示信息 为该终端分配的临时调度ID 步骤步骤步骤步骤3 UE在收到随机接入响应后 根据其指示 在分配的上行资源上发送上行消息 该消 息中包含终端的唯一ID 步骤步骤步骤步骤4 Node B接收UE的上行消息 并向接入成功的UE返回竞争解决消息 该竞争解决消 息中至少应包含 接入成功的终端的唯一ID 67 随机接入时序 以上流程适用于终端异步的状态 当终端在系统中处于同步连接状态 时 可以 通过PUCCH format1发送Scheduling Request 开始上行接入 或者 接收PDCCH下行数据到达通知 开始上行专用随机接入 图 基于竞争的异步随机接入时序 68 HARQ机制 采用与HSDPA相似的多个并行的 停 等 HARQ过程 在一个TTI中 仅支持一个HARQ process的传输或者重传 在重传机制上 下行采用 异步 HARQ 上行采用 同步 HARQ 主要的区别在于 1 前者在初传与重传之间可以根据实际情况 例如 信道情况 改变 调制方式 而后者的初传和重传必须使用同样的调制方式 2 在下行异步HARQ中 重传的时间是可变的 但必须大于最小时间 间隔 8个TTI 而在上行采用的同步HARQ中 重传的时间间隔 是预定义的 8个TTI 69 HARQ过程 下行 下行数据传输基本过程 FDD下行HARQ timing 注 其中假设终端处理时延为2 2 5m 基站处理时延为3ms FDD UE支持的最大HARQ进程数目为8 即8个并行的HARQ Process prop T prop T 70 HARQ过程 下行 TDD TDD的情况不同于FDD 不同的上下行配比将带来不同的HARQ timing 相应的对于HARQ进程的数目也有不同的要求 4 15 x21 xxxx TDD 4 1 下行 TDD 4 1 上行 下行数据 n 4 上行ACK NAK X X xxxx n TDD下行HARQ设计原则 上行ACK NACK至少在4个子帧之后 满足终端的处理延时要求 ACK NACK尽量在各个上行子帧之间均匀分布 平衡负载 10ms 71 表 TDD 下行HARQ进程数目 表 TDD 下行HARQ Timing 72 HARQ过程 上行 上行数据传输基本过程 FDD上行HARQ timing 与下行相同 FDD UE上行的最大HARQ进程数目为8 即8个并行的 HARQ Process nk prop T prop T 73 HARQ过程 上行 TDD 与下行同理 TDD的情况不同于FDD 不同的上下行配比将带来不 同的HARQ timing 相应的上行HARQ进程的数目的要求为1 7 TDD上行HARQ设计原则 尽量将PHICH反馈信息在下行子帧上均匀分布 平衡负载 尽量减少特殊子帧 DwPTS 上的PHICH负载 同一HARQ进程的PHICH与UL grant对齐 最小化 UL grant与数据传输之间的延时 减少延时 74 nkk 表 TDD 上行HARQ进程数目 表 TDD 上行HARQ Timing 75 TDD Multi TTI调度 TDD上下行配比configuration 0 即DL UL 2 3还存在一些特殊的情 况 由于下行子帧数目少于上行 因此存在一个下行子帧调度多个 2个 上行子帧 以及一个下行子帧中对多个 2个 上行子帧反馈 PHICH的情况 即 Multi TTI调度 在DL UL 2 3时 可以使用 上行Multi TTI调度 在上行调度PDCCH format 0中使用2bit指示 即 UL grant in Subframe 0 10 early 01 later or 11 both i e 4 2 4 2 UL grant in Subframe 1 10 early 01 later or 11 both i e 2 3 2 3 76 UL subframe bundling LTE中可能采用 上行subframe bundling 来提高上行覆盖 采用4个 subframe的bundling 通过多个subframe的bundling 这样 每个 subframe中的RV码率可能大于1 CRCCRC CodingCoding RMRM RV 0RV 1RV 2 0 0 0 3 4 5 6 7HARQ process number bundle HARQ RTTHARQ RTTHARQ RTT 0 0 0 3 4 5 6 7 ACK NAK retransmission unused FDD bundling size为4TTI 至于TDD则与时隙配比相关 目前确定定 时隙配比选项0 1 6需要bundling 并且采用固定4TTI bundling 但时隙配比选项3是否需要bundling需要进一步分析 而其他时隙比 例则不支持bundling 77 信道质量的测量与上报 包括CQI Channel Quality Indication PMI Precoding Matrix Indication 和RI Rank Indication 用于支持基站的调度和MIMO操作 包含周期性和非周期性的CQI PMI RI上报 其中PUCCH仅支持周期性的上报 PUSCH仅支持非周期性的上报 RI Rand Indication 闭环空间复用 和 开环空间复用 终端都需要反馈 RI信息 对于 闭环空间复用 的情况 终端根据天线配置和信道状态的情况 反馈 RI的数值 对于 开环空间复用 的情况 终端反馈RI的数值 以进行两种模式 即 RI 1发射分集 或者 RI 1 Large delay CDD开环空间复用 之间的选择 CQI或PMI的最小计算和反馈单位为subband 据系统带宽以及测量类型的不 同约为2 8个RB 根据反馈形式的不同 可以包含1个 多个 或者全部 subband 78 CQI PMI RI的发送过程 例子 相关的参数 RI上报和WB CQI上报之间的偏移量 终端进行上报CQI WB FS 的周期 上报WB CQI的周期 上报RI的周期 79 附录 80 物理层发送过程示例 81 LTE数据物理层发送过程示例 1 图 LTE FDD下行数据发送过程示例 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs 数据 1 数据 1 RBs RBs RBs RBs RBs RBs 数据 2 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs 数据 3 数据 3 数据 3 数据 3 数据 3 数据 3 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs 数据 4 RBs 数据 4 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs 重传数据 1 重传数据 1 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs TTI 1ms Radio frame 10ms RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs TTI 1ms Radio frame 10ms FDD DL FDD UL A N 2 A N 2 A N 1 A N 1 A N 3 A N 3 数据 4 A N 4 A N 3 4 TTIs 82 LTE数据物理层发送过程示例 2 图 LTE TDD下行数据发送过程示例 TDD RBs 数据 1 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs 数据 2 数据 2 数据 2 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs 数据 3 数据 3 RBs 数据 3 RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs RBs R