LTE物理层下行链路的介绍.doc

LTE物理层下行链路的介绍1、 帧结构LTE系统中，其帧结构分为2种：帧结构1和帧结构2。1.1 帧结构1帧结构1主要用于FDD的情况，其结构如下所示：图表 11 FDD帧结构这里每帧长度为，为最小的时间单位。每帧包含10个子帧，每个子帧又分成2个时隙，每个时隙的长度为。1.2 帧结构2帧结构2主要用于TDD的情况，其结构如下所示：图表 12 TDD帧结构这里每帧长度为，每个帧分为2个半帧，每个半帧的长度为。每个半帧分为5个子帧，每个子帧由2个时隙组成，每个时隙的长度为。与FDD帧不同的是，TDD帧有一个特殊子帧，它的内容为DwPTS，GP 和UpPTS。2、 时隙结构22.1 资源栅格一个时隙中传输的信号可以用一个资源栅格来描述，其大小为个子载波和OFDM符号，如图表 21所示。图表 21 下行资源栅格上面的取决于所用的系统带宽，其集合如下所示：图表 22 LTE带宽配置Channel bandwidth BWChannel MHz1.43 5101520Transmission bandwidth configuration 615 2550751002.2 资源粒子资源粒子是资源栅格中的最小单位，它通过索引唯一标识。其中，在天线端口上的每一个资源粒子可表示为。2.3 资源块资源块用于描述物理信道到资源粒子的映射关系。这里有2种资源块：物理资源块和虚拟资源块。每个资源块的大小为：连续个子载波和连续个OFDM符号。这里和由循环前缀的长度和子载波间隔有关：图表 23 资源块的参数ConfigurationNormal cyclic prefix127Extended cyclic prefix62432.4 资源粒度组资源粒度组用于定义控制信道到资源粒子的映射。3、 下行物理信道33.1 物理信道在LTE系统中，下行物理信道有以下几种：l Physical Downlink Shared Channel, PDSCHl Physical Broadcast Channel, PBCHl Physical Multicast Channel, PMCHl Physical Control Format Indicator Channel, PCFICHl Physical Downlink Control Channel, PDCCHl Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH3.2 物理信道与传输信道的对应关系它们与传输信道的对应关系为：图表 31 传输信道与物理信道的对应关系TrCHPhysical ChannelDL-SCHPDSCHBCHPBCHPCHPDSCHMCHPMCH图表 32控制信道与物理信道的对应关系Control informationPhysical ChannelCFIPCFICHHIPHICHDCIPDCCH4、 下行链路传输框图44.1 下行链路发送12344.14.1.1 下行链路发送框图LTE系统的下行链路发送框图如下所示：图表 41 LTE系统的下行发送框图图中红色字体表示模块所需要的输入的参数配置。下面是个别物理信道的参数配置情况：图表 42物理信道的参数配置情况PDSCHPMCHPBCHPDDCH添加CRCL=24gCRC24AL=24gCRC24AA=24L=16gCRC16天线端口配置L=16gCRC16天线配置情况RNTI分段和添加CRC需要需要不需要不需要信道编码Turbo码Turbo码卷积码卷积码速率匹配打孔数目E和打孔样式打孔数目E和打孔样式打孔数目E打孔数目E码块级联需要需要不需要不需要扰码q=1,2cintq=1,2cintq=1cintq=1cint调制QmQmQm=4Qm=4层映射层映射种类及其子类单端口模式确定使用单端口或分集模式，但未确定其子类确定使用单端口或分集模式，但未确定其子类预编码复用模式：CDD和码本的选择分集模式：使用的天线数目天线端口号为4确定使用单端口或分集模式，但未确定使用的天线数目确定使用单端口或分集模式，但未确定使用的天线数目资源映射映射规律映射规律系统带宽配置和子载波数目PDCCH的格式、，和OFDM 信号产生子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置由于项目规定采用的是4*4的MIMO天线系统，并且从文章中可发现，其仿真使用的环境是turbo编码和复用模式。因此，可以推断，我们需要搭建的LTE物理信道为PDSCH信道。我们将重点调研此信道的发送和接收过程。4.1.2 PDSCH所需配置的参数PDSCH可配置的参数有以下几种：1) 打孔数目E和打孔样式：，即需要知道分层数目，调制方式，上层配置的参数以及冗余版本数以及2) 码字数目3) 扰码起始值：它需要已知小区识别号、4) 调制方式，同1）5) 层映射子类：层映射种类能确定(4*4)，但子类需要由码字数目决定6) CDD的选择以及码本序号7) 资源映射规律8) 子载波总数或其间隔，系统带宽配置以及采用的CP种类9) 物理信道功率和参考信号功率的分配4.2 物理信道模型在LTE协议里，定义了几种用于测量的信道：Extended Pedestrian A (EPA)、Extended Vehicular A model (EVA)以及Extended Typical Urban model (ETU)。其中EPA主要用于步行的场景，EVA主要用于车载的场景，ETU主要用于城市的场景。4.24.2.1 多径时延这三个信道模型的传输时延如下所示：图表 43 Delay profiles for E-UTRA channel modelsModelNumber of channel tapsDelay spread(r.m.s.)Maximum excess tap delay (span)Extended Pedestrian A (EPA)745 ns410 nsExtended Vehicular A model (EVA)9357 ns2510 nsExtended Typical Urban model (ETU)9991 ns5000 ns它们的每一径的能量分配如下所示：图表 44 Extended Pedestrian A model (EPA)Excess tap delay nsRelative power dB00.030-1.070-2.090-3.0110-8.0190-17.2410-20.8图表 45 Extended Vehicular A model (EVA)Excess tap delay nsRelative power dB00.030-1.5150-1.4310-3.6370-0.6710-9.11090-7.01730-12.02510-16.9图表 46 Extended Typical Urban model (ETU)Excess tap delay nsRelative power dB0-1.050-1.0120-1.02000.02300.05000.01600-3.02300-5.05000-7.04.2.2 多普勒频移下面是以上三个信道模型在低、中、高多普勒频移下的参数：图表 47 Channel model parametersModelMaximum Doppler frequencyEPA 5Hz5 HzEVA 5Hz5 HzEVA 70Hz70 HzETU 70Hz70 HzETU 300Hz300 Hz4.2.3 MIMO下天线间的自相关矩阵而eNodeB和UE使用MIMO技术时，其自相关矩阵如下所示：图表 48 eNodeB correlation matrix One antennaTwo antennasFour antennaseNode B Correlation图表 49 UE correlation matrixOne antennaTwo antennasFour antennasUE Correlation因此，eNodeB和UE之间的自相关矩阵可表示为：这里，和如下所示：图表 410Low correlationMedium CorrelationHigh Correlationababab000.3 0.9 0.9 0.9 由于将上面的值代入图表 48和图表 49中，天线间的自相关矩阵可能不是正定或半正定矩阵，因此其自相关矩阵需要作出如下修改：其中，为使成为正定或半正定矩阵的最小实数。当自相关系数很高时，对于4*2时的情况，；对于4*4的情况，；当自相关系统中等时，。不过，在一些LTE的书籍上，也有使用以下几种信道模型：SCM、SCME和WINNER。4.3 下行链路接收LTE系统的下行链路接收框图如下所示：图表 411 LTE系统的下行链路接收框图如果考虑小区边缘用户的同频干扰，则我们需要重新设计虚框图内的MIMO软解调器5、 一些注意的东西值得注意的是，系统的子载波总数和子载波间隔是有一一对应关系的：而每个时隙中CP的种类选择如下所示：图表 51 OFDM 中CP的选择ConfigurationCyclic prefix length Normal cyclic prefixExtended cyclic prefix因此，只要知道子载波总数，就知道子载波间隔；知道了系统的总带宽，可以根据图表 22确定；若再知道采用的CP种类，就可以根据图表 23和图表 51求出和以及每个时隙使用的CP种类。另外，RS和PDSCH的功率比值由或来决定。它们应用于各个时隙的情况如下所示：图表 52 OFDM symbol indices within a slot where the ratio of the corresponding PDSCH EPRE to the cell-specific RS EPRE is denoted by or Number of antenna portsOFDM symbol indices within a slot where the ratio of the corresponding PDSCH EPRE to the cell-specific RS EPRE is denoted by OFDM symbol indices within a slot where the ratio of the corresponding PDSCH EPRE to the cell-specific RS EPRE is denoted by Normal cyclic prefixExtended cyclic prefixNormal cyclic prefixExtended cyclic prefixOne or two1, 2, 3, 5, 61, 2, 4, 50, 40, 3Four2, 3, 5, 62, 4, 50, 1, 40, 1, 3The UE may assume that for 16 QAM, 64 QAM, spatial multiplexing with more than one layer or for PDSCH transmissions associated with the multi-user MIMO transmission scheme,l is equal to dB when the UE receives a PDSCH data transmission using precoding for transmit diversity with 4 cell-specific antenna portsl is equal to dB otherwisewhereis 0 dB for all PDSCH transmission schemes except multi-user MIMO and where is a UE specific parameter provided by higher layers.The ratio of PDSCH EPRE to cell-specific RS EPRE is as given above with the exception ofwhich shall be assumed to be l dB for any modulation scheme, if the UE is configured with transmission mode 2 with 4 cell-specific antenna ports, or transmission mode 3 with 4 cell-specific antenna ports and the associated RI is equal to one; l dB for any modulation scheme and any number of layers, otherwise. The shift is given by the parameter nomPDSCH-RS-EPRE-Offset which is configured by higher-layer signalling. Transmission mode for PDSCH is given as follows:图表 53 PDSCH transmission scheme assumed for CQI reference resourceTransmission modeTransmission scheme of PDSCH1Single-antenna port, port 02Transmit diversity3Transmit diversity if the associated rank indicator is 1, otherwise large delay CDD4Closed-loop spatial multiplexing5Multi-user MIMO6Closed-loop spatial multiplexing with a single transmission layer7If the number of PBCH antenna ports is one, Single-antenna port, port 0; otherwise Transmit diversity而和的比值如下所示：图表 54 The cell-specific ratio for 1, 2, or 4 cell specific antenna ports One Antenna PortTwo and Four Antenna Ports 015/414/5123/53/432/51/2关于尾比特:若不考虑HARQ过程，则rv_idx=0;尾比特是针对Turbo编码器内部的两个RSC单独做的。尾比特加入的目的是保证编码器最后时刻的状态为0