LTE帧结构及物理层-讲解

1、内容：内容： TD-LTE关键技术-物理层 基本原理 帧结构及物理信道 物理层过程TD-LTETD-LTE帧结构帧结构子帧: 1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧: 1ms#2#3#4半帧: 5ms半帧: 5ms帧帧: 10msGPUpPTSTD-LTE帧结构特点： 无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。 一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。和FDD LTE的帧长一样。 特殊子帧 DwPTS + GP + UpPTS = 1msDL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number012

2、345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUD TD-LTE上下行配比表转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTETD-LTE和和TD-SCDMATD-SCDMA邻邻频频共存共存（1 1）TD-S = 3:3根据仿真结果，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为26Mbps左右（采用10:2:2，特殊时隙可以用来传输业务）TD-

3、LTE = 2:2 + 10:2:2TD-SCDMA时隙 = 675usDwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125usTD-LTE子帧= 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384TsTD-SCDMATD-LTE1.025ms= 2.15ms特殊时隙特殊时隙共存要求：上下行没有交叠（图中Tb Ta）。则TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms（26112Ts)。可以采用10:2:2的配置0.675ms1ms关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-SCDM

4、ATD-LTETD-SCDMA时隙 = 675usDwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125usTD-LTE子帧= 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts0.7ms0.675ms1ms= 1.475ms共存要求：上下行没有交叠（图中Tb Ta） 。 则TD-LTE的DwPTS必须小于0.525ms（16128Ts)，只能采用3:9:2的配置TD-S = 4:2 根据计算，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右（为避免干扰，特殊时隙只能采用

5、3:9:2，无法用来传输业务。经计算，为和TD-SCDMA时隙对齐引起的容量损失约为20% ）计算方法：TS36.213规定，特殊时隙DwPTS如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。如果采用10:2:2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%TD-LTE = 3:1 + 3:9:2关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-LTETD-LTE和和TD-SCDMATD-SCDMA邻邻频频共存共存（2 2）TD-LTETD-LTE和和TD-SCDMATD-SCDMA邻频共存（邻频共

6、存（3 3） TD-SCDMA与TD-LTE邻频共存时，需要严格时隙对齐，当TD-SCDMA配置为2UL:4DL时，TD-LTE需用配置1UL:3DL，特殊时隙3:9:2或3:10:1与其匹配 DwPTS均仅占用3个符号，无法传输业务信道，为了提高业务信道的容量，又满足邻频共存时两个TDD系统的GP对齐，建议增加DWPTS的符号数，在短CP情况下，增加新的特殊时隙配比6:6:2；在长CP下情况下，增加新的特殊时隙配比5:5:2 增加新的特殊时隙配比需要修改标准，目前已经将该要求写入增加新的特殊时隙配比需要修改标准，目前已经将该要求写入R11版本，版本，后续将考虑如何在后续将考虑如何在R9版本中

7、引入该要求。版本中引入该要求。关键技术帧结构物理信道物理层过程特殊子帧特殊子帧 TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子帧设计思路，由DwPTS，GP和UpPTS组成。 TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置，用以改变DwPTS，GP和UpPTS的长度。但无论如何改变，DwPTS + GP + UpPTS永远等于1ms特殊子特殊子帧配置帧配置Normal CPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTS TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系，可以

8、相对独立的进行配置 目前厂家支持10:2:2（以提高下行吞吐量为目的）和3:9:2（以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起的干扰为目的），随着产品的成熟，更多的特殊子帧配置会得到支持关键技术帧结构物理信道物理层过程 主同步信号主同步信号PSS在在DwPTS上进行传输上进行传输 DwPTS上最多能传两个上最多能传两个PDCCH OFDM符号（正常时隙能传最符号（正常时隙能传最多多3个）个） 只要只要DwPTS的符号数大于等于的符号数大于等于6，就能传输数据（参照上页，就能传输数据（参照上页特殊子帧配置）特殊子帧配置） TD-SCDMA的的DwPTS承载下行同步信道承载下行同步信道DwPCH，

9、采用规定功率覆盖整个小区，采用规定功率覆盖整个小区，UE从从DwPTS上获得与小区的同步上获得与小区的同步 TD-SCDMA的的DwPTS无法传输数据，所以无法传输数据，所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小在这方面是有提高的。如果小区覆盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大区覆盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大的的GP配置），推荐将配置），推荐将DwPTS配置为能够传输数据配置为能够传输数据DwPTSDwPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程UpPTSUpPTS UpPTSUpPTS可以发送短可以发送短RACHRACH（做随机接入用）和

10、（做随机接入用）和SRSSRS（SoundingSounding参考信号，详细介绍见后）参考信号，详细介绍见后）根据系统配置，是否发送短根据系统配置，是否发送短RACHRACH或者或者SRSSRS都可以用独立的开关控制都可以用独立的开关控制因为资源有限（最多仅占两个因为资源有限（最多仅占两个OFDMOFDM符号），符号），UpPTSUpPTS不能传输上行信不能传输上行信令或数据令或数据TD-SCDMATD-SCDMA的的UpPTSUpPTS承载承载UppchUppch，用来进行随机接入，用来进行随机接入关键技术帧结构物理信道物理层过程逻辑、传输、物理信道逻辑、传输、物理信道下行信道映射关系下行

11、信道映射关系上行信道映射关系上行信道映射关系 逻辑信道逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。 传输信道传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。 物理信道物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其 载频、 扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去； 不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。 关键技术帧结构物理信道物理层过程物理信道简介物理信道简介信道类型信道名称TD-S类似信道功能简介控制信道PBCH(PBCH(物理广播信道）物理广播信道）PCCPCH

12、PCCPCHMIBMIBPDCCHPDCCH（下行物理控制信道（下行物理控制信道) )HS-SCCHHS-SCCH传输上下行数据调度信令传输上下行数据调度信令上行功控命令上行功控命令寻呼消息调度授权信令寻呼消息调度授权信令RACHRACH响应调度授权信令响应调度授权信令PHICH(HARQPHICH(HARQ指示信道）指示信道）ADPCHADPCH传输控制信息传输控制信息HIHI（ACK/NACK)ACK/NACK)PCFICHPCFICH（控制格式指示信道）（控制格式指示信道）N/AN/A指示指示PDCCHPDCCH长度的信息长度的信息PRACHPRACH（随机接入信道）（随机接入信道）PR

13、ACHPRACH用户接入请求信息用户接入请求信息PUCCHPUCCH（上行物理控制信道）（上行物理控制信道）HS-SICHHS-SICH传输上行用户的控制信息，包括传输上行用户的控制信息，包括CQI, ACK/NAKCQI, ACK/NAK反馈，调度请求等。反馈，调度请求等。 业务信道PDSCHPDSCH（下行物理共享信道）（下行物理共享信道）PDSCHPDSCH下行用户数据、下行用户数据、RRCRRC信令、信令、SIBSIB、寻呼消息寻呼消息PUSCHPUSCH（上行物理共享信道）（上行物理共享信道）PUSCHPUSCH上行用户数据、用户控制信息反上行用户数据、用户控制信息反馈，包括馈，包括

14、CQI,PMI,RICQI,PMI,RI关键技术帧结构物理信道物理层过程物理信道配置物理信道配置关键技术帧结构物理信道物理层过程 同步信号用来确保小区内UE获得下行同步。同时，同步信号也用来表示小区物理ID（PCI），区分不同的小区 P-SCH P-SCH (主同步信道）：UE可根据P-SCH获得符号同步 S-SCHS-SCH（辅同步信道）：UE根据S-SCH最终获得帧同步SCHSCH配置配置时域结构时域结构频域结构频域结构 PSSPSS位于位于DwPTSDwPTS的第三个符号的第三个符号 SSSSSS位于位于5ms5ms第一个子帧的最后一个符第一个子帧的最后一个符号号 SCH (P/S-SC

15、H)SCH (P/S-SCH)占用的占用的7272子载波位子载波位于系统带宽中心位置于系统带宽中心位置关键技术帧结构物理信道物理层过程 SCH(同步信道同步信道)小区物理小区物理IDID（PCIPCI）LTE系统系统提供提供504个物理层小区个物理层小区ID(即即PCI)，和，和TD-SCDMA系统的系统的128个扰码概个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置念类似。网管配置时，为小区配置0503之间的一个号码即可之间的一个号码即可基本概念基本概念小区小区IDID获取方式获取方式 在在TD-SCDMA系统中，系统中，UE解出小区扰码序列（共有解出小区扰码序列（共有128种可能性），即种可能性），

16、即可获得该小区物理可获得该小区物理ID LTE的方式类似，的方式类似，UE需要解出两个序列：需要解出两个序列：主同步序列（主同步序列（PSS，即主同步信道，即主同步信道P-SCH中传播的序列，共有中传播的序列，共有3种可能性）种可能性）辅同步序列（辅同步序列（SSS，即辅同步序列，即辅同步序列S-SCH中传播的序列，共有中传播的序列，共有168种可能性）种可能性） 由两个序列的序号组合，即可获取该小区由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID配置原则配置原则因为因为PCI和小区同步序列关联，并且多个物理信道的加扰方式也和和小区同步序列关联，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关，相关，所以相邻

17、小区的所以相邻小区的PCI不能相同以避免干扰。不能相同以避免干扰。关键技术帧结构物理信道物理层过程 频域：对于不同的系统带宽，都占用中间的1.08MHz （72个子载波） 时域：每5ms 无线帧的subframe0的第二个slot的前4个OFDM符号上 周期：40ms。每10ms重复发送一次，终端可以通过4次中的任一次接收解调出BCHPBCHPBCH配置配置 PBCH(广播信道广播信道) 广播消息广播消息 MIB在PBCH上传输,包含了接入LTE系统所需要的最基本的信息：系统带宽系统帧号(SFN）PHICH配置关键技术帧结构物理信道物理层过程 SIB承载在PDSCH ，携带信息和TD-S的类似

18、，例如： PLMN Track area code 小区ID UE公共的无线资源配置信息 同、异频或不同技术网络的小区重选参数、切换参数SIB 1SIB 2SIB 38 指示上行传输数据是否正确收到 采用BPSK调制 指示PDCCH的占几个symbol(1、2或3)，在每子帧的第一个OFDM符号上发送 采用QPSK调制 随物理小区ID(PCI)不同而在频域位移不同位置，以便随机化干扰PCFICH & PHICHPCFICH & PHICH配置配置PCFICH( (物理层控制格式指示信道物理层控制格式指示信道) ) PHICH( (物理物理HARQHARQ指示信道指示信道) )关

19、键技术帧结构物理信道物理层过程频域：所有子载波 时域：每个子帧的前n 个OFDM符号，n=3用于发送上/下行调度信息、功控命令等通过下行控制信息块DCI下发命令。不同用户使用不同的DCIPDCCHPDCCH配置配置-覆盖覆盖 PDCCH(物理下行控制信道物理下行控制信道)关键技术帧结构物理信道物理层过程DCI占用的物理资源可变，范围为18个CCEDCI占用资源不同，则解调门限不同，资源越多，解调门限越低，覆盖范围越大PDCCH可用资源有限，单个DCI占用资源越多，将导致PDCCH支持用户容量下降初期引入建议：考虑初期应用场景为城区，Format 0和4即可满足覆盖要求，故初期仅要求格式0和4P

20、RACHPRACH配置配置长度配置长度配置 LTE中有两种接入类型（竞争和非竞争），两种类型共享接入资源（前导码，共64个），需要提前设置。 初期建议：竞争/非竞争两种接入类型均要求，配置保证在切换场景下使用非竞争接入。格式格式时间长度时间长度覆盖范围覆盖范围01ms15km12ms77km22ms80km33ms100km40.157ms1.4km应用场景接入类型IDLE态初始接入竞争无线链路失败后初始接入竞争连接态上行失步后发送上行数据竞争小区切换竞争/非竞争连接态上行失步后接收下行数据竞争/非竞争 PRACH(PRACH(物理随机接入信道物理随机接入信道) )关键技术帧结构物理信道物理层

21、过程接入类型建议接入类型建议 频域：1.08MHz带宽（72个子载波） 时域：普通上行子帧中（format 03）及UpPTS（format 4） 每10ms无线帧接入0.56次，每个子帧采用频分方式可支持多个随机接入资源。 供UE传输控制信息，包括CQI, ACK/NAK反馈，调度请求等 一个控制信道由1个RB pair组成，位于上行子帧的两边边带上 在子帧的两个slot上下边带跳频，获得频率分集增益 通过码分复用，可将多个用户的控制信息在同一个PUCCH资源上发送。 上行容量与吞吐量是PUCCH的RB资源个数与PUSCH的RB资源个数的折中PUCCHPUCCH配置配置PUCCH（上行物理控

22、制信道）（上行物理控制信道）控制信道示意图关键技术帧结构物理信道物理层过程用于估计上行信道频域信息，用于估计上行信道频域信息，做频率选择性调度做频率选择性调度用于估计上行信道，做下行用于估计上行信道，做下行波束赋形波束赋形 用于上行控制和数据信道用于上行控制和数据信道的相关解调的相关解调信道估计、测信道估计、测量。量。位于每个时隙位于每个时隙数据部分之间数据部分之间 下行导频，用作信下行导频，用作信道估计。道估计。 用作同步用作同步 仅出现于波束赋型模式，仅出现于波束赋型模式，用于用于UE解调解调 用于下行信道估计，及非用于下行信道估计，及非 beamforming模式下的解调。模式下的解调。

23、 调度上下行资源调度上下行资源 用作切换测量用作切换测量参考信号参考信号TD-LTETD-SCDMA下行参考信号下行参考信号上行参考信号上行参考信号CRSDRSDMRSSRSDWPTSMidamble码码相同点相同点：都是公共导频，分布于全带宽内：都是公共导频，分布于全带宽内不同点不同点：CRS还可用作非还可用作非beamforming模式下的解调模式下的解调相同点相同点：主要用于业务信道的解调：主要用于业务信道的解调不同点不同点：TD-L系统是宽带系统，本身存在多个子载波，系统是宽带系统，本身存在多个子载波，故故DRS及及DMRS分布于用户占用的子载波带宽内。分布于用户占用的子载波带宽内。D

24、RS:DRS:仅用于仅用于BFBF模式下业务信道的解调模式下业务信道的解调DMRS:DMRS:用于上行控制信道和业务信道的解调用于上行控制信道和业务信道的解调TD-LTETD-LTE特有，上行实现特有，上行实现SoundingSounding后，可以实现后，可以实现BFBF和和更准确的上下行频选调度更准确的上下行频选调度 关键技术帧结构物理信道物理层过程下行参考信号下行参考信号两天线端口示意图DRS（专用参考信号）（专用参考信号）CRS（公共参考信号）（公共参考信号）天线端口5示意图CRSDRS位置分布于下行子帧全带宽上分布于下行子帧全带宽上分布于用户所用分布于用户所用PDSCHPDSCH带宽上带宽上作用下行信道估计，调度下行资下行信道估计，调度下行资源源切换测量切换测量波束赋形时，用于波束赋形时，用于UEUE解调解调应用发射分集、空间复用的业务发射分集、空间复用的业务和控制信道和控制信道波束赋型的