LTE物理层资源概念及信道课件

1、1、物理资源2、帧结构3、物理信道第1页，共34页。问题1：RE、REG、CCE、RBG概念第2页，共34页。上下行资源单位信道类型信道名称资源调度单位资源位置控制信道PCFICHREG占用4个REG，系统全带宽平均分配 时域：下行子帧的第一个OFDM符号PHICHREG最少占用3个REG时域：下行子帧的第一或前三个OFDM符号PDCCHCCE下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、参考信号所占用的资源PBCHN/A频域：频点中间的72个子载波时域：每无线帧subframe 0第二个slotPUCCH位于上行子帧的频域两边边带上业务信道PDSCHPUSCHRB除了分配给控制

2、信道及参考信号的资源频率CCE：Control Channel Element。CCE = 9 REGREG：RE group，资源粒子组。REG = 4 RERE：Resource Element。 LTE最小的时频资源单位。频域上占一个子载波（15kHz)，时域上占一个OFDM符号(1/14ms)关键技术帧结构物理信道物理层过程RB：Resource Block。LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。RB = 84RE。左图即为一个RB。时域上占7个OFDM符号，频域上占12个子载波时间1个OFDM符号1个子载波LTE RB资源示意图问题2：20M、15M、10

3、M、5M、3M、1.4M分别对应的RB个数第3页，共34页。 子载波间隔 15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输 7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输 子载波数目信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期定义基本时间单元：Ts = 1/Fs = 1/(15000 x2048) 秒第4页，共34页。第5页，共34页。 FDD帧结构 - 帧结构类型1，适用于FDD与H-FDD 一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成； 每个子帧由两个长度为0.5ms的时

4、隙构成；帧结构问题：CP的作用是什么？ CP长度有哪几种？第6页，共34页。LTE帧结构FDD LTE帧结构TD-LTE帧结构#0帧: 10ms子帧: 1ms时隙0.5ms#1#2#3#4#5#6#7#8#9#19子帧: 1ms时隙0.5ms#0DwPTS特殊子帧: 1ms#2#3#4半帧: 5ms半帧: 5ms帧: 10msGPUpPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程TD-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 = 1ms问

5、题：为什么TDD需要特殊子帧第7页，共34页。TD-LTE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: 10msGPUpPTSDL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number012345678905 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

6、一个特殊时隙。这类配置因为10ms有两个上下行转换点，所以HARQ的反馈较为及时。适用于对时延要求较高的场景转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。这种配置对时延的保证略差一些，但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所以系统损失的容量相对较小关键技术帧结构物理信道物理层过程问题：GP的作用？GP与基站覆盖距离有关系吗？问题：在右下角的表格你看出了什么规律第8页，共34页。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 +

7、GP + UpPTS永远等于1ms特殊子帧配置Normal CPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTSTD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约关系，可以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第9页，共34页。主同步信号PSS在DwPTS上进行传输DwPTS上最多能传两个PDCCH

8、OFDM符号（正常时隙能传最多3个）只要DwPTS的符号数大于等于9，就能传输数据（参照上页特殊子帧配置）TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH，采用规定功率覆盖整个小区，UE从DwPTS上获得与小区的同步TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据，所以TD-LTE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的GP配置），推荐将DwPTS配置为能够传输数据DwPTS关键技术帧结构物理信道物理层过程第10页，共34页。UpPTSUpPTS可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS（Sounding参考信号，详细介绍见后）根据系统配置，

9、是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制因为资源有限（最多仅占两个OFDM符号），UpPTS不能传输上行信令或数据关键技术帧结构物理信道物理层过程第11页，共34页。逻辑、传输、物理信道下行信道映射关系上行信道映射关系 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。 第1

10、2页，共34页。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(物理广播信道）PCCPCHMIBPDCCH（下行物理控制信道)HS-SCCH传输上下行数据调度信令上行功控命令寻呼消息调度授权信令RACH响应调度授权信令PHICH(HARQ指示信道）E-SICH传输控制信息HI（ACK/NACK)PCFICH（控制格式指示信道）N/A指示PDCCH长度的信息PRACH（随机接入信道）PRACH用户接入请求信息PUCCH（上行物理控制信道）HS-SICH传输上行用户的控制信息，包括CQI, ACK/NAK反馈，调度请求等。 业务信道PDSCH（下行物理共享信道）PDSCHRR

11、C相关信令、SIB、paging 消息、下行用户数据PUSCH（上行物理控制信道）PUSCH上行用户数据，用户控制信息反馈，包括CQI,PMI,RI关键技术帧结构物理信道物理层过程问：HARQ过程第13页，共34页。不同的同步信号来区分不同的小区，包括PSS和SSS。 P-SCH (主同步信道）：符号同步，部分Cell ID检测,3个小区ID. S-SCH（辅同步信道）：帧同步，CP长度检测和Cell group ID检测，168个小区组ID.SCH配置时域结构频域结构 SCH(同步信道)PSS位于DwPTS的第三个符号SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号小区搜索需要支持可扩展的系统带宽：

12、 1.4/3/5/10/20MHz SCH (P/S-SCH)占用的72子载波位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问题：PCI取值范围是多少？第14页，共34页。PCI概述LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI)，和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置0503之间的一个号码即可。基本概念小区ID获取方式在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区ID。LTE的方式类似，不同的是UE需要解出两个序列：主同步序列（PSS，共有3种可能性）和辅同步序列（SSS，共有168种可能性）。由两个序列的序号组合，即

13、可获取该小区ID。配置原则因为PCI直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关，所以相邻小区的PCI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第15页，共34页。频域：对于不同的带宽，都占用中间的1.08MHz （72个子载波）进行传输时域：映射在每个5ms 无线帧的subframe0里的第二个slot的前4个OFDM符号上周期：PBCH周期为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BCHPBCH配置 PBCH(广播信道) 广播消息：MIB&SIBMIB在PBCH上传输,包含了接入LTE系统所需要的最基本的信息：下行系统带宽PHIC

14、H资源指示系统帧号(SFN）CRC使用mask的方式天线数目的信息等SIB在DL-SCH上传输，映射到物理信道PDSCH ，携带如下信息：一个或者多个PLMN标识Track area code小区IDUE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信息SIB1固定位置在#5子帧上传输，携带了DL/UL时隙配比，以及其他SIB的位置与索引等信息。关键技术帧结构物理信道物理层过程SIB 1SIB 2SIB 38问题：大家还记得PBCH信道的调制方式吗？第16页，共34页。PHICH的传输以PHICH组的形式，PHICH组的个数由PBCH指示。 Ng=1/6,1/2,1,2 PHICH组数

15、=Ng*(100/8)（整数，取上限）=3，7，13，25PHICH min=3 PHICH max=25 采用BPSK调制，传输上行信道反馈信息。指示PDCCH的长度信息（1、2或3），在子帧的第一个OFDM符号上发送，占用4个REG，均匀分布在整个系统带宽。采用QPSK调制，携带一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号数，传输格式。小区级shift，随机化干扰。PCFICH & PHICH配置PCFICH(物理层控制格式指示信道) PHICH(物理HARQ指示信道)关键技术帧结构物理信道物理层过程第17页，共34页。频域：占用所有的子载波 时域：占用每个子帧的前n个OFDM符号，n=3

16、PDCCH的信息映射到控制域中除了参考信号、PCFICH、PHICH之外的RE中，因此需先获得PCFICH和PHICH的位置之后才能确定其位置。 用于发送上/下行资源调度信息、功控命令等，通过下行控制信息块DCI承载，不同用户使用不同的DCI资源。PDCCH配置-覆盖 PDCCH(物理下行控制信道)DCI占用的物理资源可变，范围为18个CCE（ 36个RE/CCE ）DCI占用资源不同，则解调门限不同，资源越多，需求的解调门限越低，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支持用户容量下降针对每个DCI可以进行功控，以达到降低小区间干扰和增强覆盖的目的关键技术

17、帧结构物理信道物理层过程第18页，共34页。PDCCH配置-容量信道及信号REPCFICH4*4=16PHICHmin3*4=12max25*4=100RS两天线端口4*100=4001 symbol12*100=12002 symbol2*1200=24003 symbol3*1200=3600 以3 symbol , PHICH组数=3为例，可计算出用于PDCCH的CCE总数：（3600-16-12-400）/ 36 =88CCE, 根据用户占用不同CCE个数，可计算出每毫秒可调度次数： 88/1=88 ； 88/2=44 88/4=22 ； 88/8=11PDCCH可用资源有限，单个DC

18、I占用资源越多，将导致PDCCH支持用户容量下降关键技术帧结构物理信道物理层过程以两天线端口为例计算PDCCH在20MHz带宽下可调度用户数支持用户数的计算假定：用户每10ms被调度一次用户分布如下：10%用户采用1CCE20%用户采用2CCE20%用户采用4CCE50%用户采用8CCE两天线端口10ms调度次数10ms调度用户数2:2PDCCH占OFDM SYMBOL数目1CCE2CCE4CCE8CCE1max12660301236min114542412332max330162783699min3121567836963max46223011456143min444220110521363

19、:11max16880401648min152723216442max44021610448132min416208104481283max63831815878198min61430415272188问题：在特殊子帧的DwPTS最多可承载几个PDCCH的OFDM符号第19页，共34页。上行物理信道功能概述物理上行控制信道(PUCCH)当没有PUSCH时，UE用PUCCH发送ACK/NAK，CQI，调度请求(SR，RI) 信息。当有PUSCH时，在PUSCH上发送这些信息物理上行共享信道(PUSCH)承载数据，包含业务数据和高层信令物理随机接入信道 (PRACH)用于随机接入，发送随机接入需要

20、的信息，preamble等第20页，共34页。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4频域：1.08MHz带宽（72个子载波），与PUCCH相邻时域：位于UpPTS（format 4）及普通上行子帧中（format 03）。每10ms无线帧接入0.56次，每个子帧采用频分方式可传输多个随机接入资源。PRACH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。格式时间长度覆盖范围01ms15km12ms7

21、7km22ms80km33ms100km40.157ms1.4km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(物理随机接入信道)关键技术帧结构物理信道物理层过程接入类型建议问;PRACH的调制方式是什么第21页，共34页。PUCCH配置PUCCH格式承载信息内容承载用户数1SRIUE是否有调度请求181a1bit ACK传输HARQ信息1b2bit ACK2CQIPMI+RI+CQI122aCQI+1比特ACK混合传输CQI及HARQ信息2bCQI+2比特ACK传输上行

22、用户的控制信息，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PUCCH重复编码，获得接收分集增益，增加解调成功率通过码分复用，可将多个用户的控制信息在同一个PDCCH资源上发送。上行容量与吞吐量是PUCCH个数与PUSCH个数的折中PUCCH（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注：同一个用户的PUCCH和PUSCH不能同时存在。当反馈控制信息和PUSCH并发时，控制信息插入PUSCH传输；在没有PUSCH传输的上行子帧中，利用PUCCH传输与该用户相关

23、的上行控制信息，包括ACK/NACK、CQIPMIRISR第22页，共34页。下行参考信号两天线端口示意图DRS（专用参考信号）CRS（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用户所用PDSCH带宽上作用下行信道估计，调度下行资源切换测量波束赋形时，用于UE解调应用发射分集、空间复用的业务和控制信道波束赋型的控制信道波束赋型的业务信道关键技术帧结构物理信道物理层过程第23页，共34页。 小区专用参考信号下行物理信号Antenna port 0Antenna port 1Antenna port 2Antenna port 3第24页，共34页。第25页，共34

24、页。上行参考信号可以在普通上行子帧上传输，也可以在UpPTS上传输，位于上行子帧的最后一个SC-FDMA符号，eNB配置UE在某个时频资源上发送sounding以及发送sounding的长度。DMRS（解调参考信号）在PUCCH、PUSCH上传输，用于PUCCH和PUSCH的相关解调For PUSCH 每个slot(0.5ms) 一个RS，第四个OFDM symbol For PUCCHACK 每个slot中间三个OFDM symbol为RS For PUCCHCQI 每个slot两个参考信号SRS（探测参考信号） Sounding作用 上行信道估计，选择MCS和 上行频率选择性调度 TDD系

25、统中，估计上行信道矩阵H，用于下行波束赋形 Sounding周期 由高层通过RRC 信令触发UE 发送SRS，包括一次性的SRS 和周期性SRS 两种方式 周期性SRS 支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八种周期 TDD系统中，5ms最多发两次关键技术帧结构物理信道物理层过程Slot structure for ACK/NAK and its RS DMRS1 slot DMRS DMRSSlot structure for PUSCH and its RS1 slot DMRSSlot structure for CQI and i

26、ts RS1 slot DMRS DMRS第26页，共34页。物理层过程-下行同步第一步：UE用3个已知的主同步序列和接收信号做相关，找到最大相关峰值，从而获得该小区的主同步序列以及主同步信道位置（PSC，即上图的紫色位置），达到OFDM符号同步。PSC每5ms发射一次，所以UE此时还不能确定哪里是整个帧的开头。另外，小区的主同步序列是构成小区ID的一部分。第二步：UE用270个已知的辅同步序列在特定位置（上图中的蓝色位置，即SSC）和接收信号做相关，找到该小区的辅同步序列。SSC每5ms发射一次，但一帧里的两次SSC发射不同的序列。UE据此特性获得帧同步。辅同步序列也是构成小区ID的一部分。

27、第三步：到此，下行同步完成。同时UE已经获取了该小区的小区IDS1核心网下行同步子帧0(下行)特殊子帧#2子帧2(上行)PSC(Primary Synchronization Channel)SSC(Secondary Synchronization Channel)下行同步是UE进入小区后要完成的第一步，只有完成下行同步，才能开始接收其他信道（如广播信道）并进行其他活动。TD-LTE关键技术帧结构物理信道物理层过程问：PCI的取值范围？问：小区搜索的过程第27页，共34页。物理层过程-随机接入S1核心网PreamblePRACH信道可以承载在UpPTS上，但因为UpPTS较短，此时只能发射短

28、Preamble码。短Preamble码能用在最多覆盖1.4公里的小区。PRACH信道也可承载在正常的上行子帧。这时可以发射长preamble码。长preamble码有4种可能的配置，对应的小区覆盖半径从14公里到100公里不等。PRACH信道在每个子帧上只能配置一个。考虑到LTE中一共有64个preamble码，在无冲突的情况下，每个子帧最多可支持64个UE同时接入。实际应用中，64个preamble码有部分会被分配为仅供切换用户使用（叫做：非竞争preamble码），以提高切换用户的切换成功率。所以小区内用户用于初始随机接入的preamble码可能会少于64个。子帧0(下行)特殊子帧子帧2

29、(上行)长Preamble短Preamble在UE收取了小区广播信息之后，当需要接入系统时，UE即在PRACH信道发送Preamble码，开始触发随机接入流程关键技术帧结构物理信道物理层过程问：竞争和非竞争的随机接入的含义第28页，共34页。物理层过程-随机接入信令流程UEeNBPreamblePRACH信道Random Access ResponsePDSCH(公共业务信道)RRC连接请求PUSCH(公共业务信道)RRC连接建立PDSCH(公共业务信道)发送preamble，请求接入确认收到请求，并指示UE调整上行同步UE发送IMSI或TMSI，正式请求RRC连接确认收到请求并返回该UE的I

30、MSI(TMSI)以解决竞争问题(如果两个UE都以为自己能获得接入，那么通过此消息的IMSI就能挑出真正获准接入的UEUENodeBSYNC-ULUppch信道Sync_UL ResponseFPACH信道RRC 连接请求PRACH信道RRC连接建立DCCH信道TD-LTETD-SCDMA关键技术帧结构物理信道物理层过程第29页，共34页。降低小区间干扰补偿路径损耗和阴影衰落，适应信道变化 上行功控概述功控方案功控信道PUSCH/PUCCH/SRS/PRACH开环功控 (补偿路径损耗和阴影衰落）确定UE发射功率的一个起始发射功率，作为闭环功控调整的基础;闭环功控（适应信道变化）eNodeB通过

31、测量PUCCH/PUSCH/SRS信号的SINR，和目标值SINRtarget比较，调整相应子帧的上行发送信号的发射功率；外环功控根据BLER的统计值动态调整闭环功控中使用的目标值SINRtarget功控目的关键技术帧结构物理信道物理层过程第30页，共34页。PUSCH功控流程eNB广播小区特定功控参数（P0-nominal，alpha);eNB通过RRC通知UE特定的功控参数（P0_UE）;UE结合eNB提供的参数计算pathloss;eNB通过PDCCH（DCI Format 0 （UE标识C-RNTI） or DCI Format 3/3A（UE标识TPC-PUSCH-RNTI） )通知UE TPC命令，进行闭环校正功率；UE测量并上报自己的headroom。范围： 40;-23dB（ class 3）作用：确定具体的功控策略（调高或调低）上报机制：上次上报headroom后路损有了较大改变；UE发射功率已接近最大发射功率；较长时间未上报headroom。headroom关键技术帧结构物理信道物理层过程第31页，共34页。PUSCH功控参数（各厂商实配值）Vendor 1Vendor 2Vendor 3Vendor 4Vendor 5Vendor 6P0_NORMINAL_PUSCH-90dBm-96dBm-90d