LTE空中接口物理层过程浅析.pdf

LTE LTE 空中接口物理空中接口物理层过层过程程浅浅析析 2009 09 10 10 38 10 1 概述 LTE是3GPP在2005年启动的新一代无线系统研究项目 LTE采用了基于OFDM技术的空中接口设计 目标是 构建出高速率 低时延 分组优化的无线接入系统 提供更高的数据速率和频谱利用率 整个系统由核心网络 EPC 无线网络 E UTRAN 和用户设备 UE 3部分组成 见上图 其中EPC负 责核心网部分 E UTRAN LTE 负责接入网部分 由eNode B节点组成 UE指用户终端设备 系统支持FDD和 TDD两种双工方式 并对传统UMTS网络架构进行了优化 其中LTE仅包含eNode B 不再有RNC EPC也做了较大 的简化 这使得整个系统呈现扁平化特性 系统的扁平化设计使得接口也得到简化 其中eNode B与EPC通过S1接口连接 eNode B之间通过X2接口连 接 eNode B与UE 通过Uu接口连接 2 物理层过程 本文重点讨论LTE空中接口物理层的一些主要过程 2 1 下行物理层过程 2 1 1 小区搜索过程 UE使用小区搜索过程识别并获得小区下行同步 从而可以读取小区广播信息 此过程在初始接入和切换 中都会用到 为了简化小区搜索过程 同步信道总是占用可用频谱的中间63个子载波 不论小区分配了多少带宽 UE 只需处理这63个子载波 UE通过获取三个物理信号完成小区搜索 这三个信号是P SCH信号 S SCH信号和下行参考信号 导 频 一个同步信道由一个P SCH信号和一个S SCH信号组成 同步信道每个帧发送两次 规范定义了3个P SCH信号 使用长度为62的频域Zadoff Chu序列 每个P SCH信号与物理层小区标识组内 的一个物理层小区标识对应 S SCH信号有168种组合 与168个物理层小区标识组对应 故在获得了P SCH和 S SCH信号后UE可以确定当前小区标识 下行参考信号用于更精确的时间同步和频率同步 完成小区搜索后UE可获得时间 频率同步 小区ID识别 CP长度检测 2 1 2 下行功率控制 下行功率控制适用于数据信道 PDSCH 和控制信道 PBCH PDCCH PCFICH和PHICH 2 1 2 1 eNodeB RNTP 限制 系统通过定义 RNTP Relative Narrowband TX Power 来支持可能进行的下行功率协调 该消息通过 X2接口在基站间交换 nPRB PRB 数目 EA 不包含参考符号的OFDM符号中的数据子载波的发射功率 EB 包含参考符号的OFDM符号中的数据子载波的发射功率 2 1 3 寻呼 物理层面 寻呼用于网络发起的呼叫建立过程 有效的寻呼过程可以允许UE在多数时间处于休眠状态 只在预定时 间醒来监听网络的寻呼信息 在WCDMA 中 UE 在预定时刻监听物理层寻呼指示信道 PICH 此信道指示UE是否去接收寻呼信息 因为寻呼指示信息时长比寻呼信息时长短得多 这种方法可以延长UE休眠的时间 在LTE中寻呼依靠PDCCH UE依照特定的DRX周期在预定时刻监听PDCCH 因为PDCCH传输时间很短 引入 PICH节省的能量很有限 所以LTE中没有使用物理层寻呼指示信道 如果在PDCCH 上检测到自己的寻呼组标识 UE 将解读PDSCH并将解码的数据通过寻呼传输信道 PCH 传 到MAC层 PCH 传输块中包含被寻呼的UE的标识 未在PCH上找到自己标识的UE 会丢弃这个信息并依照DRX周 期进入休眠 2 2 上行物理层过程 2 2 1 随机接入过程 层一的随机接入过程包括随机接入preamble 的发送和随机接入响应 其余的消息不属于层一的随机接入 过程 2 2 1 1 物理非同步随机接入过程 层一的随机接入过程包括如下步骤 1 高层的 preamble 发送请求触发L1随机接入过程 2 随机接入所需的 preamble index 目标 preamble 接收功率 PREAMBLE RECEIVED TARGET POWER 相应的 RA RNTI 和 PRACH 资源作为请求的一部分由高层指示 4 UE 尝试在高层定义的接受窗口内使用 RA RNTI 检测 PDCCH 如果检测到 相应的 PDSCH 传输块被传 输到高层 高层解读传输块并使用 20 比特 UL SCH grant指示物理层 2 2 1 2 随机接入响应准许 高层使用20 比特 UL SCH grant指示物理层 这被称为物理层随机接入响应准许 20 比特 UL SCH grant 的内容包括 跳频标识 1 bit 固定尺寸RB指派 10 bits 截短的MCS 4 bits PUSCH 的TPC 命令 3 bits UL 迟延 1 bit CQI 请求 1 bit 2 2 2 CQI PMI RI的报告 UE 用来报告CQI Channel Quality Indication PMI Precoding Matrix Indicator 和 RI Rank Indication 的时频资源由eNB 控制 报告方式有周期性和非周期性两种 UE可以使用PUCCH进行周期性报 告 使用PUSCH进行非周期性报告 CQI或PMI的最小计算和反馈单位为subband 约为2 8个RB 若系统带宽小于8个RB 不定义Subband 见表2 2 2 1 CQI的计算与报告分为wideband CQI UE selected subband CQI 和High layer configured subband CQI 三种 基站根据终端反馈的CQI 和预测算法 选择数据传输的MCS 见表2 2 2 2 对于空间复用 UE 需要确定一个RI 值 对应有效的传输层数 对于发射分集 RI等于一 2 2 3 上行功率控制 上行功率控制用来控制不同上行物理信道的发射功率 这些物理信道包括物理上行共享信道 PUSCH 物理上行控制信道 PUCCH 和Sounding参考符号 2 2 3 1 物理上行共享信道 物理上行共享信道PUSCH在子帧 i的发送功率由下式确定 2 2 3 2 物理上行控制信道 物理上行控制信道PUCCH在子帧 i的发射功率由下式确定 2 2 3 3 Sounding参考符号 Sounding参考符号在子帧 i的发射功率由下式确定 2 2 4 UE PUSCH跳频 如果PDCCH DCI 格式 0 中的FH域设置为1 UE 会进行PUSCH跳频 PUSCH跳频意味着一个子帧中的两个时隙上行传输所用的物理资源不占用相同的频段 进行PUSCH跳频的UE需要确定它的子帧的第一个时隙的PUSCH资源分配 其中包含PRB索引号 当上行PUSCH hopping关闭 或者通过UL grant实现hopping时 PUSCH PRB索引号等于UL grant中分配 的索引号 当上行hooping开启时 PUSCH PRB索引号由UL grant中分配的索引号和一个预定义的 与cell ID相关 的hopping pattern来共同决定 2 3 Semi Persistent调度 LTE中的动态调度提供了很大的灵活性但同时也产生了较高的信令负荷 对于较规则的低速业务 这种信 令开销尤为明显 为了降低此类业务的信令负荷 3GPP定义了一个新的概念 semi persistent 调度 这种 调度概念的思想是对于较规则的低速业务 例如VoIP 对较长时间内的资源使用进行分配 而无需每次传 输时都进行动态分配 以节省信令开销 所有HARQ 重传使用动态调度 图2 3 1 显示了semi persistent