LTE协议学习总结2 - 物理层 (1)课件

1、LTE 协议学习总结（一）3GPP TS 36 series物理层n 物理层概述n 物理信道及调制n 复用及信道编码TS36.300,201,211,212物理层概述_总体协议架构无线资源控制Radio Resource Control (RRC)媒体接入控制 Medium Access Control (MAC)物理层 Physical Layer控制 / 测量Control / measurementsLayer 1Layer 2Layer 3传输信道Transport channels逻辑信道Logical channels物理层周围的无线接口协议结构物理层概述_提供给高层的服务提供给高

2、层的服务 物理层向高层提供数据传输服务，这些服务的接入是通过使用MAC子层的传输信道实现的。为了提供数据传输服务，物理层将提供如下功能： 传输信道的错误检测并指示给高层。 传输信道的前向纠错（FEC）编码/解码 混合自动重传请求（HARQ）软合并 编码传输信道与物理信道的速率匹配 编码传输信道与物理信道的映射 物理信道的功率加权 物理信道的调制与解调 频率与时间的同步 无线特性测量并指示给高层 多输入多输出（MIMO）天线处理 传输分集(TX diversity) 波束赋型 射频处理 (注：射频处理部分在TS 36.100系列规范中有定义)物理层概述_总体描述LTE物理层的多址接入方案n下行传

3、输方案采用基于循环前缀（CP）的正交频分复用OFDMn上行传输方案采用基于循环前缀（CP）的单载波频分多址接入SC-FDMAn为支持在成对和非成对频谱中传输，支持两种双工模式：支持全双工和半双工操作的频分双工（FDD），支持时分双工（TDD）带宽需求nL1基于资源块（RB）以带宽不可知的方式定义，从而允许LTE L1适用于不同频谱分配MBMS和MIMOn为了支持多媒体广播和多播业务（MBMS），LTE提供了在单频网络（MBSFN）中传输多播/广播业务的可能性，即在给定的时间里，从多个小区发送时间同步的公共波形。nMBSFN提供了更高效的MBMS，允许UE在空中接口合并多个小区的传输，同时使用循

4、环前缀来处理传播时延的差别，使得MBSFN传输对于UE来说就像来自一个大覆盖小区的传输一样。n对于MBSFN，支持在指定载波上使用更长的CP和7.5kHz的子载波带宽，并且支持在一个载波上利用时分复用的方式进行MBMS传输和点对点的传输。n支持多输入多输出（MIMO）传输，下行方向最大可配置8根发送天线和8根接收天线，允许最大8个流的下行多层传输，上行方向最大可配置4根发送天线和4根接收天线，允许最大4个流的上行多层传输。多用户MIMO，即在上行和下行都支持分配不同的流给不同的用户。n支持多小区聚合，在上行和下行方向最大支持5个服务小区，每个服务小区的最大传输带宽为110RB物理层概述_总体描

5、述物理层过程n小区搜索n功率控制n上行同步和上行定时控制n随机接入相关过程nHARQ相关过程通过在频域，时域和功率域进行物理资源控制，LTE隐式地支持干扰协调。物理层测量nUE和eNode-B对无线特性进行测量，并且上报网络中的高层。这些包括，例如用于同频和异频切换的测量，不同无线接入技术间（RAT）切换的测量，定时测量和无线资源管理（RRM）的测量并且支持定位。n不同RAT切换的测量用于支持GSM，UTRA FDD，UTRA TDD，CDMA2000 1x RTT 和CDMA2000 HRPD的系统间切换。物理层概述_文档结构36.212复用及信道编码 Multiplexing and ch

6、annel coding36.211物理信道及调制Physical channels and modulation36.214物理层测量Physical layer Measurements36.213物理层过程Physical layer procedures36.216物理层的中继操作 Physical layer for relaying operationLTE物理层规范的文档结构帧结构_类型1#0#1#2#17#18#191个无线帧 Tf = 307200 TS = 10 ms1个时隙 Tslot=15360TS=0.5ms1个子帧nTS=1/(15000*2048) 是基本时间单元

7、，N=2048点的FFT变换。n每个无线帧长度为307200 TS=10msn在载波聚合的情况下，最多可以有1个主小区+4个辅小区，即最多5个服务小区，UE默认在所有服务小区中使用相同的帧结构。n帧结构类型1适用于全双工和半双工的FDD模式。n每个10ms无线帧被分为10个子帧，20个时隙；n每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5msn对于FDD，在每个10ms的间隔里，无线帧通过不同的频率域在上下行传输中同时可用。帧结构_类型2子帧#0子帧#2子帧#6子帧#7子帧#1子帧#4子帧#3子帧#5子帧#8子帧#91个子帧30720TSDwPTSUpPTSGP30720TSDwPTSUpPTSGP1个

8、时隙 Tslot=15360TS=0.5ms1个半帧 153600 TS = 5 ms1个无线帧 Tf = 307200 TS = 10 msn帧结构类型2适用于TDD模式。n每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成，既每个半帧由8个长度为0.5ms的时隙和3个特殊时隙组成。n特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为30720TS=1msnDwPTS 和 UpPTS的长度是可配置的。n支持5ms和10ms上下行切换点，如果和TD同一个频点，就用5ms，避免干扰帧结构_上下行配比方式n“D”代表此子帧用于下行传输，“U” 代表

9、此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。 n若与TD使用同一个频段，则应该使用转换周期为5ms的配比方式，以避免系统间干扰；n在转换点周期为10ms的配置里，子帧6仅包含DwPTS；Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicitySubframe numberDUS012345678905 msDSUUUDSUUU26215 msDSUUDDSUUD44225 msDSUDDDSUDD622310 msDSUUUDDDDD631410 msDSUUDDDDDD721

10、510 msDSUDDDDDDD81165 msDSUUUDSUUD352帧结构_特殊子帧n特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms 。n所有配置里的子帧1和转换点周期为5ms的配置里的子帧6为特殊帧，包含3个特殊时隙；n在转换点周期为10ms的配置里，子帧6仅包含DwPTS；n子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送；nUpPTS和紧跟于特殊子帧后的子帧总是用于上行发送；nGP被保留用于下行向上行的转换，调整GP，控制小区覆盖半径，并保证TD和LTE时隙对整，避免系统间干扰；n在载波聚合的情况下，UE假设所有的小区使用相同的上下行配比方式

11、。在不同的小区中特殊子帧的GP时隙的重叠时间至少达到1456TS;帧结构_特殊子帧Configuration配置Normal cyclic prefix in downlink 下行链路使用正常循环前缀 Normal cyclic prefix in uplink 上行链路使用正常循环前缀DwPTS（符号）GP（符号）UpPTS（符号）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆盖半径（Km）031016592219362192107.1119419760876842.81210321952657632.11311224144438421.41412126336219210.7053

12、92659219744438496.4169319760657632.11710221952438421.41811124144219210.70n正常CP的OFDM符号时长：2192TS，每个子帧中的第0和第7个OFDM多16TS；n扩展CP的OFDM符号时长：2560TS；n覆盖半径公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8帧结构_特殊子帧Configuration配置Normal cyclic prefix in downlink 下行链路使用正常循环前缀 Extended cyclic prefi

13、x in uplink 上行链路使用扩展循环前缀DwPTS（符号）GP（符号）UpPTS（符号）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆盖半径（Km）03-16592215682560105.3119-19760840041.02210-21952620830.31311-24144401619.61412-2633618248.9153-2659219008512092.8169-19760584028.52710-21952364817.81811-2414414567.11n正常CP的OFDM符号时长：2192TS，每个子帧中的第0和第7个OFDM多16TS；n扩展CP的O

14、FDM符号时长：2560TS；n覆盖半径公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8帧结构_特殊子帧Configuration配置Extended cyclic prefix in downlink 下行链路使用扩展循环前缀 Normal cyclic prefix in uplink 上行链路使用正常循环前缀DwPTS（符号）GP（符号）UpPTS（符号）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆盖半径（Km）03-17680208482192101.8018-20480804839.3029

15、-23040548826.80310-25600292814.3043-2768018656438491.0958-20480585628.5969-23040329616.097-8-n正常CP的OFDM符号时长：2192TS，每个子帧中的第0和第7个OFDM多16TS；n扩展CP的OFDM符号时长：2560TS；n覆盖半径公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8帧结构_特殊子帧Configuration配置Extended cyclic prefix in downlink 下行链路使用扩展循环前缀

16、 Extended cyclic prefix in uplink 上行链路使用扩展循环前缀DwPTS（符号）GP（符号）UpPTS（符号）DwPTS（TS）GP（TS）UpPTS（TS）最大覆盖半径（Km）03817680204802560100.0018320480768037.5029223040512025.00310125600256012.504372768017920512087.5058220480512025.0069123040256012.507-8-n正常CP的OFDM符号时长：2192TS，每个子帧中的第0和第7个OFDM多16TS；n扩展CP的OFDM符号时长：25

17、60TS；n覆盖半径公式：光速 * TS * GP / 2 = 300000 / (15000 * 2048) * GP/ 2 = GP / 204.8时间，共Nsymb个OFDM或SC-FDMA符号共 Nsc个子载波上行/下行链路_时隙结构，资源格频率,共NRB个资源块1个下行/上行时隙，Tslot=0.5msl=Nsymb-1l=0k=0k=NRBNsc-1RE (Resource Element)资源粒子或资源单元，最小的资源单位时域上为1个符号，频域上为1个子载波用 (k, l) 标记RB ( Resource Block)资源块，业务信道的资源单位时域上为1个时隙，频域上为180kH

18、z。物理资源块号为：ULsymbNDLsymbN根据CP长度不同，每时隙的符号数不同，CP长度由高层提供的参数UL-CyclicPrefixLength决定取值范围：7,6,3根据子载波宽度不同，每180kHz的子载波数不同取值范围：12,24根据传输带宽不同，每载波的RB数不同取值范围：NRB-min = 6 到 NRB-max = 110允许取值，6,15,25,50,75,100ULRBNRBscNDLRBNk ：0 NRBNsc-1l ：0 Nsymb-1k lRBscPRBNkn上行/下行链路_REGnREG（Resource-element groups）用于定义控制信道到资源单元

19、的映射。n一个资源单元组由资源单元序号组 表示，频域上组内RE最低索引为 ，时域上组内RE有相同的值 。nREG内的RE 集合取决于配置的小区专用参考信号的数量，在子帧内第一个时隙上REG配置为：),(lkkl序号OFDM符号位置条件REG数量RE频域位置1第1个-22第2个1或2个小区专用参考信号33第2个4个小区专用参考信号2同上4第3个-3同上5第4个正常CP3同上6第4个扩展CP2同上5 ,.,1 , 0000kkkk11 ,.,7 , 6000kkkk3 ,.,1 , 0000kkkk7 ,.,5 , 4000kkkk11 ,.,9 , 8000kkkk),(lk*2,3*5,6n当

20、符号 向资源单元组 映射时， 映射到资源单元组中没有用于传输参考信号的资源单元 上，按照 和 的增序进行映射。) 3(),2(),1(),(iziziziz),(lk),(lkik上行/下行链路_循环前缀序号CP配置子载波宽度(f) OFDM符号CP长度（Ts）OFDM长度（Ts）OFDM符号数/RB子载波数/RB1Normal cyclic prefixTCP15 kHz#0160204871215 kHz#1#61442Extended cyclic prefixTCP-e15 kHz#0#551220486123TCP-low7.5 kHz#0#210244096324CP（Cyclic

21、 Prefix）作用n作为每个OFDM符号之间的保护间隔，可以消除符号间干扰（ISI）n作为OFDM符号自身的周期扩展，解调时不产生信道间干扰（ICI）OFDM符号CPCPOFDM符号CPOFDM符号其中，TCP-low只应用于下行链路，MBMS情况下使用；上行/下行链路_系统占用带宽分析n传输带宽 = 子载波宽度 x 每RB的子载波数目 x RB数目n子载波宽度(f ) = 15KHz，7.5KHzn每RB的子载波数目 = 12，24nNRB表示RB数目，每载波或CA小区的每个CC的RB数目范围： NRB-min = 6 到 NRB-max = 110n缩减的子载波宽度(flow) = 7.

22、5KHz，这种子载波仅用于MBMS小区，既只可能在下行链路里使用；信道带宽(MHz)1.435101520RB数目615255075100传输带宽(MHz)1.082.74.5913.518上行/下行链路_系统采样速率分析每个OFDM符号采样一次，每个OFDM（采样前的原始数据，不含冗余CP）的时长为2048TS，1秒内含15000个OFDM，即每个子载波每秒采样15000次，系统采样速率则为N子载波采样速率，N为进行IFFT/FFT的子载波数，需为2的次幂。因此对于不同带宽的系统来说，在进行IFFT/FFT前需补足子载波数，最终的采样速率如下：序号带宽(MHz)子载波补充载波N值采样速率（Mbps）1201200848204830.72215900124102415.36310600424102415.36453002125127.6853180762563.84n天线端口是