无线网优：LTE帧结构和协议

1、无线网优：LT帧结构和协议一、协议知识L帧结构及物理资源基本概念EEE帧结构T:（全双工和半双工）上下行数据在不同的频带里传输；使用成对频谱每一个无线帧长度为，由个时隙构成，每一个时隙长度为T。对于T,在每一个中,有个子帧可以用于下行传输，并且有个子帧可以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。帧结构T:T!上下行数据可以在同一频带内传输；可使用非成对频谱一个无线帧，每个无线帧由两个半帧构成，每个半帧长度为。每一个半帧由个常规时隙和Ts和T三个特殊时隙构成，T和T的长度可配置，要求Ts以及T的总长度为。越大说明小区覆盖半径越大TT帧的长度：TT子帧的长度：T时隙的长度：TTTT,和LTE支持

2、可变带宽:个小区最少使用个即最少包含个1061520SpecialaublramecontigurationNormalcvcficprefixindownlinkExtendedcycl汜prefixIndcwnHnkDwPTSUpPTSDwPTSUpPTSNorma*cyclicpreiixinuplinkExtendedcyoticprefixinuplirilcNormalcyclicprefixinuplinkExpendedcyclicprefixinuplirtk065927；?68&7；1197607；2CHSOT；221(527；2I92T；230407；3241447；23

3、6007,21927；2560T；斗263367；25607；76807；52-T,2048CX6L97607；230407,4384耳5L2CFT；72IQ527；4384I；-8241447；51207；-5075100特殊帧格式7:DwPTS:GP:UpPTS=(21952Ts-32Ts):4384Ts:4384Ts=10:2:2Channelbandwidth日Mfchnn日側出TransmissionbandwidthconfigurationNfiE最小分配单位为:2192T?ConfigureTDD:上下行配置（下图）+特殊帧格式（上图）（e.g.:2:71:7）Uplink-d

4、ovmEinkconfigurationDov/nlirk-to-UplirkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSLU15msDSUUD0SUJD23:15msDsUDD0SUDD313msDsUUUDDDDD410msDsUUDDDDDD510msDsu0DDDDDD6=5ms转换周期：5ms一个帧的上下半帧的特殊帧Ds式配u置相U週UDSUUD=10msW换周期：一个帧分成上下半帧，下半帧的特殊帧为DwPTS=1ms，用于DL传输（如上图3,4,5所示）RE:ResourceElement称为资源粒子，是上下行

5、传输使用的最小资源单位。1RE=1subcarrierx1symbolperiodRB:ResourceBlock称为资源块，用于描述物理信道到资源粒子的映射。一个RB包含若干个RE。一个RB由12个在频域上的子载波和时域上一个slot周期构成（1RB=12subcarriersx1slot。1个RB在频域上对应180kHz:1RB=12subcarriersx15kHz=180kHz1个RB在时域上对应1个时隙，1slot=0.5msCCE:ControlChannelElement称为控制信道粒子，PDCCH在一个或多个CCE上传输，CCE对应于9个REG,每个REG包含4个RE，CCE从

6、0开始编号。(1CCE=9REGs=9x4REs=36REs)2.下行物理信道及物理信号的功能和占用时频码域位置(DL:PDSCH/PDCCH/PHICH/PCFICH/PBCH/-主要用来传输MIB信息，MIB消息包含：DL带宽信息；PHICH组号；系统帧号SFN-MIB:DL-Bandwidth,PHICH-Config,SFN,#ofantennas.PBi:HSmboliPEi:HSystemBandwidth(NumberoiDLRBs)RBGSiEeF)t11-2B227-6453(e.g/10MHz-50PEs)364-110(eg-2DWHz-WOFEs)4-占用中间的6个RB

7、(72sc)，在第2个slot的前4个symbol上传递(slot1,symbol03)C972214424365DspaceUE12382226206III0NztwcnsPDCCHformatdumberofCCEsNumberofREGsNumberofPDCCHbits288PDCCHdecoding(4/4)N3.ofcardiclaies11dedicatedsearchspcePDCCHformat+”+IjrHjrhBK电man皿皿工皿er肛叩皿叩叩叩叩EEffli戏評32UUEs=1200吕ubcarri前s(20MHzBandwidth)Cedicetedsearchspa

8、ce(UE2jedicadsearchspace2candidateshaving8CCEseachNo.cfCCEsNo.ofcardidalesinconmonsearchspaceCommonUE11PDCCHFormatNo.ofCCEsUE2no.or二anddatesincommonsearchspaceMo.of二anddatesindedicatedsearchspace38222442126CommonsearchspaceUE2-MIB消息的重复周期为40ms，起始位置为subfram#0ofSFNmod4=0。每10ms传递一次MIB,传递内容一致，40ms组成一个MIB

9、消息。可实现时间分集，提高UE接收MIB消息时的增益，改善接收质量PCFICH:PhysicalControlFormatIndicatorChannel(物理控制格式指示信道)-用来指示在一个sub-frame中PDCCH传输的OFDMsymbol数量(1,2or3)-在每个subframe(TTI)的第1个symbol上进行传递(symbol0withineachTTI)-承载CF信息，每TTI占用16个RE资源，即4个REGPDCCH：PhysicalDownlinkControlChanne(l物理下行控制信道)-用于承载DC信息，包括资源调度分配和其他控制信息，如与DL-SCH和PC

10、H相关的HARQ信息等-PDCCH在每个subframe的前3个symbol(symbol02)中进行传递，占用个数由PCFICH承载的CFI消息来确定。6一_?.4PDSCH:PhysicalDownlinkSharedChannel(物理下行共享信道5S心NckiaSietnenENelwok=用于承载DLSCH信息，传递SIB信息(SIB消息传递方向：BCCHDLSCHPDSCH)-SIB1消息的重复周期为80ms，初始位置为subframe#5ofSFNmod8=0在SFNmod2=0的帧上重复.SIB一SystemInformationBlocks-SIB1:CellAccessIn

11、fo(PLMN,TAC,CID.);小区选择相关信息;TDD相关配置信息;余下SIB的时域调度信息-SIB2:公共信道的无线资源配置(PCCH,RACH);freqInfo(ul-carrierFreq,ul-bandwidth);defaultPagingCycleSIB3:Cellre-selectioninformation.(Intra/Interfrequencyor/andInter-RATcellre-selection)SIB4:NeighborcellrelatedinfoonlyforIntra-frequencycellre-selectioninformation.SI

12、B5:E-UTRANInter-frequencycellre-selectioninformation.SIB6:UTRANfrequenciesandneighboringcellre-selection.SIB7:GERANfrequenciescellre-selection.SIB8:CDMA2000frequenciesandneighbouringcellre-selection.SIB9:HomeeNB.SIB10:ETWSprimarynotification.SIB11:ETWSsecondarynotification.-如果UE专用参考信号不被传输，使用天线端口集合P=

13、0,1,0,or3,2,1,0-如果UE专用参考信号被传输，则使用天线端口P=52.5PHICH:PhysicalHARQIndicatorChannel(物理HARQ扌旨示信道)-用于承载HARQ的ACK/NACK-在每个subframe的第1个symbol上进行传递(symbol0ofeachsubframe)-一个PHICH组对应于3个REG,12个RE资源2.6PMCH:PhysicalMulticastChannel(物理多播信道)-目前不支持，无需掌握没有对传输分集方案进行标准化单天线端口传输，使用端口4在支持PDSCH和PMCH混合传输的载波上，PMCH不能再子帧0和5中传输下行

14、物理层信号：对应于一系列物理层使用的RE,这些RE不传递任何来自高层信息注：物理信号都由ZC序列生成，每一个子载波占用一个ZC序列的符号。SSS和PSS同步信号内容固定，重复发送，不承载任何上层信息，是UE在进行小区搜索时第一个要找的信息。UE进行盲检搜索同步信号，目前只支持NormalCP的格式。2.7PSS：PrimarySynchronizationSignal(主同步信号)-频域上占系统带宽中间的6个RB，即72sc-在第2个subframe的第3个symbol中进行传递(subframe1or6,symbol2)-指示一个物理小区组内的id:Physical-layerid:0,1,

15、2(3个)2.8SSS:SecondarySynchronizationSignal(辅同步信号)-频域上占系统带宽中间的6个RB，即72sc-在第1个subframe的最后1个symbol中进行传递(subframe0or5,symbol6)在subframe0和5中的SSS结构相同，但是在频域上错开，以区别前5ms或后5ms的半帧。-扌示物理小区组号:Physical-layercell-idgroup:0167（168个）-TotalcellIDs:168x3=504cellIDs.(0503)2.9RS:ReferenceSignal(参考信号)(everyslot,symbol0&4

16、)-用于下行信道估计，信道质量测量以及相关解调，对UE来说是已知信号(RS信号与小区physicalid有关，这个在小区搜索过程中的同步信号中获得)-频域上：每6个子载波分配一个RS-时域上：每个slot的symbol0&4用来传递RS,symbol0和4之间有3个SC的间差，用于时频域分集。多天线传输情况下，天线端口集合与参考信号配置之间的关系：Cell-specificRS,non-MBSFNtransmission=P=0,1,0,or3,2,1,0MBSFNRS,associatedwithMBSFNtransmission=P=4-UE-specificRS.=P=5(用于BF技术)

17、3上行物理信道及物理信号的功能和占用时频码域位置(UL:PUSCH/PUCCH/PRACH/SRS/DMRSPRACHslotDuration!気g1ms)CarriestheuserdatafromUL-SCH.CarriesL1/L2controlinformation：ACK/NACK,CQI,PMI,RI(RankIndicator)PUCCH：PhysicalUplinkControlChannel(物理上行控制信道)-PUCCH承载上行控制信息(UCI)，不与PUSCH同时传输，处于上行带宽的边缘，在TDD中不在UpPTS域上传输-UCI信息包括以下4部分：oSchedulingR

18、equest(SR).CQIandSchedulingRequestsareprovidedtoLayer2.oHARQACK/NACKforDLtransmission;oCQIreports.oPMIreports.-PUCCH具有6种格式，1系列承载SR和ACK/NACK信息，2系列承载CQI/PM信息，如下图所示：PUCCHfornratModulationschemeNumberollitspersubframe,材阪TpeEnformatian1IWAN/AScheduingRequest(SA)laBPSK1ACK/NACKEbOFSK2AOK/NAUK2QPSK20CQI/RM

19、PRI鮎QPSK+BPSK21COWI十1bitACK/NACK2bQPSK+QPSK22CQ|/PM1+2bilsACK/NACK3.3PRACH:PhysicalRandomAccessChannel(物理随机接入信道)-Carriestherandomaccesspreamble.PRACHPreamble:-频域：6RBx180kHz=1.08MHz-时域：1ms/2ms/2symbols(UpPTS)-随机接入前导由具有零相关区的ZC(Zadoff-Chu)序列产生，有一个或多个根ZC序列产生。每个小区中包含64个可用的前导。-PRACH共有5种结构(04),目前支持Format0,

20、1&4:PRACHFormatsandcellrangesCELLRANGE103母弋BDD|J5.100MSFormat0Format1Format2Format3PreambleJ-zCPPreamblePreamble3ms、L684ms、”1600|JS、720|JS、pfB7AICPPreamblePreambleGT|-14Km77Km-100Km15Format4RACH:71尬Nc4ciaSkfflen&NElworsjjskFDD需要额外配置一个GP(GuardPeriod)以适应RTD(RoundTripDelay，在TDD的特殊帧中已包含这个GPTDDonly,inUpP

21、TS1.4KmHzEwcns-1ms-FDD在一个子帧中只能分配一个RACH资源，而TDD可以分配多于一个的随机接入资源-TDD模式下，在UpPTS中，可以调度ShortRACH(S-RACH)，与GP结合使用，最多可配置6-基于竞争的随机接入过程：如UE初始接入个RACH。3.4DRS/DMRS:DemodulationReferenceSignal（解调用参考信号）o-与上行数据传输有关，bothPUSCHandPUCCH。-用于信道评估，对PUSCH和PUCCH信道的连续检测和解调，上行功率控制，时间评估等-DRS在时域上的分配：oPUSCH:每个slot的第4th个symbol（sym

22、bol3ineveryslot）oPUCCH:DRS由PUCCH的格式来决定（1/1a/1b或者2/2a/2b）-DRS在频域上的分配:oPUSCH:DRS与终端的上行传输具有同样的带宽。oPUCCH:如下图所示ACKACKDRSDRSDRSACKACKACKDRSDRSDRSACKACKCQIDRSCQICQICQIDRSCQICQIDRSCQICQICQIDRSCQISymbolnumber（normalCP）-与上行数据传输无关，可用于评估上行信道质量，实现以下功能:ACK=AcknowledgmentCQI=ChannelQualityIndicator3.5srs：SoundngRe

23、ferenceSignal1（探测用参考信号）=与PUSCH和PUCCH无关-初始化MCS（ModulationandCodingScheme）选择-数据传输的功率控制-TA（TimingAdvance）-UL频率的独立调度（FrequencydependentschedulingfortheUL）-SRStransmittedinthelastSC-FDMAsymbolintheconfiguredsubframes.-在TDD模式中，UpPTS也可用作传递SRS。4.逻辑信道、传输信道与物理信道的映射关系:逻辑信道（7）-BCCH:BroadcastControlChannel（广播控制信

24、道：传输广播系统控制信息的下行信道）-PCCH:PagingControlChannel（寻呼控制信道：传输寻呼信息的下行信道）-CCCH:CommonControlChannel（公共控制信道：UE与网络间传输控制信息的双向信道，无RRC连接时使用）-DCCH:DedicatedControlChannel（专用控制信道：传输专用控制信息的点到点双向信道，有RRC连接时使用）-DTCH:DedicatedTrafficChannel（专用业务信道：点到点双向信道，专用于一个UE，用于传输用户信息）-MCCH:MulticastControlChannel（多播控制信道：网络到UE的MBMS调

25、度和控制信息，点到多点下行信道）-MTCH:MulticastTrafficChannel（多播业务信道：点到多点下行信道）传输信道（DL:UL=4:2）-BCH:BroadcastChannel（广播信道=PBCH）-PCH:PagingChannel（寻呼信道=PDSCH）-MCH:MulticastChannel（多播信道=PMCH）-DL-SCH:DownlinkSharedChannel（下行共享信道=PDSCH）-UL-SCH:UplinkSharedChannel（上行共享信道=PUSCH）-RACH:RandomAccessChannel（随机接入信道=PRACH）物理信道（D

26、L:UL=6:3）-PBCH:PhysicalBroadcastChannel（物理广播信道）-PDSCH:PhysicalDownlinkSharedChannel（物理下行共享信道）-PDCCH:PhysicalDownlinkControlChannel（物理下行控制信道）-PCFICH:PhysicalControlFormatIndicatorChannel（物理控制格式指示信道）-PHICH:PhysicalHybrid-ARQIndicatorChannel（物理HARQ指示信道）-PMCH:PhysicalMulticastChannel（物理多播信道）-PUSCH:Physi

27、calUplinkSharedChannel（物理上行共享信道）-PUCCH:PhysicalUplinkControlChannel（物理上行控制信道）-PRACH:PhysicalRandomAccessChannel（物理随机接入信道）UpperLayers:七MACLccalchannelsTraisportchannelsPWICH5.MIMOtechnologyPRACHrHDkbiRenertsoTransmitdiversity一usemultiplechannelstosendthesameinformationstreamImprovecoverageandrobustne

28、ssofdatatransmissionoSpatialmultiplexing一usemultiplechannelstosendmultipleinformationstreamsIncreasethroughputSU-MIMO/MU-MIMO-MIMOtechniquesaccordingtothenumberofAntennas:SISOMISOSIMOMIMO-MIMOtechniquesforULtransmission=MU-MIMOTransmissionMode与DCIformat之间的关系(传输模式信息在RRCConnectionReconfiguration过程中指示)

29、Transmissionmode:DCIFormat:TM1Single-antennaport;port01,1A单天线端口传输TM2Transmitdiversity1,1A传输分集TM3Open-loopspatialmultiplexing2A开环MIMO(LargedelayCDD)TM4Closed-loopspatialmultiplexing2闭环MIMO(PMI反馈)TM5Multi-userMIMO1DTM6Closed-loopRank=1precoding1BTM7Single-antennaport;port51,1AUE-specificRS,用于Transmiss

30、ionModeRankLayerCodArordNumberofAntennaportsTM1程天鄭i-1I1T1W2伽册12121414TM3&TM4空分貝用）6.PDSCH下行资源分222222243324配方式(Type0/1/2):424Type0:PDCCHDCIformats1,2and2ASystemBandwidthRBGSize(P)(MurmurofDLRB对111-26227-6453(e.g.:10MHz-50RBs)354-110(e.g.:20MHz-100RBs)4Type1:PDCCHDCIformats1,2and2ARBsaregroupedtoRBGsub

31、set.FirstselectoneRBGsubset,thenselecttheRBsintheRBGsubset.RBGsubset的值(P)与TypeO中RBG的定义一致。RBGsubsets：Log2(P)RBassignment：Type2:PDCCHwithDCIformat1A,1B,1Cand1DStartRBandwidthisassigned.7.DCIFormatDCI:DownlinkControlInformation(ref.36.212)=CarrieredbyPDCCHDCIFonratUsescopeDOI0FortheschedulingofPUSCH(Fo

32、rUplinkonly)DCI1FortheschedulingofcnePDSCHcodewcrd.TM1,2and7(TypeOt1)DCIUFarthecompactsheculingofonePDSCHcodewordandrardonaccessprocedureinitatedbyaPDSCHorder,mi7(Type2)DCItCForverycompactschedu!ingofoneFDSCHcodeword(Type2)DCI2FarMNO(e.g.iCLMIMO)TM4(TypeOt1)Fortneschedulingofcne/twoPDSCHcocewordIPGc

33、ommandforPUCCHDCI2AFlagforformaForMIMO(eg.:OLMIMO)tTM3(TypeQr1)Fortheschedulingofcne/twoPDSCHcocewordIPCcommandforPUCCH.tO/format1Adifferentiation-1bit,0format0and1format1A-Resourceblockassignmentandhopingresourceallocation-Modulationandcodingscheme-HARQinformationandredundancyversion-TPCcommandfors

34、cheduledPUSCH-2bits-CQIrequest-1bitFormat1:用于传输分集，单码字PDSCH的调度(UsedfortheschedulingofsinglecodewordPDSCH)(TM1,2,and7-notsupport)-Resourceallocationtype,e.g.:type0/type1一1bit-Resourceblockassignment-Modulationandcodingscheme一5bits-HARQprocessnumber一4bits-TPCcommandforPUCCH-2bitsFormat1A:用于下行传输，单码字PDSC

35、H调度，下行数据触发随机接入过程，适用所有TM传输模式。=CompactschedulingofonePDSCHcodewordandrandomaccessprocedureinitiatedbyaPDCCHorder为UE分配一个非竞争随机接入的特定preamble).-Flagforformat0/format1Adifferentiation-1bit,0=format0and1=format1A-Resourceblockassignment-Modulationandcodingscheme一5bits-HARQinformation一4bits-TPCcommandforPUCC

36、H-2bitsFormat1B:CompactschedulingofonePDSCHcodewordwithprecodinginformation.Closedloopprecodingwithrank-1transmission.(TM6,目前不支持，不需要掌握)Format1C:VerycompactschedulingofsinglecodewordPDSCH.(Paging,SIB,系统广播信息？)-Resourceblockassignment-Modulationandcodingscheme-RedundancyversionFormat1D:Compactschedulin

37、gofonePDSCHcodewordwithprecodingandpoweroffsetinformation.（usingMulti-userMIMO,TM5,目前不支持）Format2:ForMIMO（Closed-Loop），两码字，下行PDSCH调度（闭环模式，TM4,需要上报PMI信息）Format2A:ForMIMO（Open-Loop），两码字，下行PDSCH调度（开环模式，TM3）Format3/3A:TransmissionofTPCcommandsforPUCCHandPUSCHwith2-bitor1-bitpoweradjustments8.LTE相关接口的控制面和

38、用户面协议栈RadiointerfaceUserPlane:PHY:L1协议,DataTransferviaTransportChannels.ErrorDetection.HybridARQCombining.ChannelCodingandRateMatching.ModulationandDemodulation.Measurements.MIMO（多进多出），TransmitDiversity（发送分集），Beamforming（波速成型）.RFProcessing.MAC:L2协议，主要实现与调度和HARQ相关的功能DataTransferviaLogicalChannels.逻辑信

39、道和传输信道之间的映射UE之间以及一个UE在不同逻辑信道之间的资源分配和调度传输格式选择HARQ纠错功能RLC:L2协议，主要实现与ARQ相关的功能，保证数据传输的可靠性上层PDU数据传输:TM（透明模式），UM（非确认模式），AM（确认模式）数据传输ARQ纠错功能（CRC检验由物理层完成）串联，分段及重分段功能顺序传送上层数据以及重复检测功能PDCP:L2协议，提供ROHC可靠头压缩功能，以及加密和完整性保护功能RRC:L3协议，提供广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性、UE测量上报和控制功能等功能NAS:非接入层控制协议，主要实现以下功能:SAE承载管理鉴权LTE-IDLE状态

40、下的移动性管理产生LTE_IDLE状态下的寻呼消息安全控制S1interfacesUserPlane(eNB-eNB):ControlPlane:CallSetup呼叫流程CellSelection小区搜索过程9.3RandomAccess随机接入过程-InitialaccessfromRRC_IDLE;-RRCConnectionRe-establishmentprocedure;-Handover;-DLdataarrivalduringRRC_CONNECTEDrequiringrandomaccessprocedure;-E.g.whenULsynchronisationstatusisnon-synchronised;-ULdataarrivalduringRRC_CONNECTEDrequiringrandomaccessprocedure;-E.g.whenULsynchronisationstatusisnon-synchronisedortherearenoPUCCHresourcesforSRavailable.Contentionba