TDLTE物理层过程PPT课件

1、1,TD-LTE物理层过程,系统与标准部物理层协议室,.,2,前言,本课程的目的 对TD-LTE系统的物理层过程进行介绍 本课程的预备知识 OFDM基础 基本物理层过程介绍,.,3,前言,参考资料 3GPP TS 36.211 3GPP TS 36.212 3GPP TS 36.213 3GPP TS 36.321 3GPP TS 36.331,.,4,主要内容,TD-LTE的小区初搜过程 TD-LTE的随机接入过程 TD-LTE的同步控制过程 TD-LTE的功率控制和功率分配过程,.,5,TD-LTE的小区搜索过程,为什么要进行小区搜索 UE通过小区搜索过程完成下行时间和频率的同步，并识别小

2、区id。 完成小区初搜后，UE接收基站发出的广播信息，获取系统信息。 小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速，准确的接入系统。,.,6,TD-LTE的小区搜索过程,同步信号 主同步信号PSS 副同步信号SSS 时频位置 系统带宽的中间72个子载波(实际上序列只映射在中间的62个子载波上，两侧各预留5个子载波的保护带) PSS位于DwPTS的第3个OFDM符号位置 SSS位于子帧0的最后一个OFDM符号位置,FS2，常规CP,.,7,TD-LTE的小区搜索过程,同步信号序列 主同步信号使用长度为62的Zadoff-Chu序列 共有3个PSS序列，每个对应一个小区ID： 副同步信号使用

3、的序列由两个长度为31的二进制序列通过交织级联产生，并且使用由主同步信号序列决定的加扰序列进行加扰，长度为31的二进制序列以及加扰序列都由m序列产生,共有168组SSS序列，与小区ID组序号 一一对应,.,8,TD-LTE的小区搜索过程,小区初搜流程,5ms 定时，获得,10ms 定时，获得,计算得到,读取MIB,读取SIB,Primary synchronization signal,Secondary synchronization signal,PBCH,DBCH,公共天线端口数目（盲检） SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息,其他系统信息,.,9,TD-LTE的小区搜索过程,系统信

4、息 MIB (Master Information Block) 在PBCH信道上发送 固定在每个无线帧的子帧0中Slot 1的前4个OFDM符号 系统带宽中间的6个PRB 40ms TTI SIB (System Information Block) 在PDSCH信道上发送 具体的物理层传输格式及物理资源由PDCCH调度 多种等级的SI：SI-1, SI-2,SI-x（传输不同重复周期的系统信息）,常规CP,.,10,TD-LTE的随机接入过程,为什么要进行随机接入 随机接入是一个重要的物理层过程，通过随机接入UE才能与基站进行信息交互，完成后续如呼叫，资源请求，数据传输等操作。 UE通过随

5、机接入，实现与系统的上行时间同步。 随机接入的性能直接影响到用户的体验，其设计目标是设计出能够适应各种应用场景、快速接入、容纳更多用户的方案,.,11,TD-LTE的随机接入过程,随机接入信道基本时频结构 时域结构 Preamble: CP + Sequence Preamble之后需要预留保护间隔(GT) GT防止Preamble对上行数据造成干扰 GT长度为两倍最大传播时延,小区中间用户发送Preamble,小区边缘用户发送Preamble,.,12,TD-LTE的随机接入过程,随机接入信道的基本时频结构 序列产生 Preamble使用Zadoff-Chu序列产生 序列长度 Preambl

6、e format 03：839 Preamble format 03：139 频域结构 一个PRACH占用6个RB 内含保护带 Preamble信号采用的子载波间隔与上行其它SC-FDMA符号不同 Preamble format 03：1250Hz Preamble format 4: 7500Hz,Preamble format 03,Preamble format 4,.,13,TD-LTE的随机接入过程,不同的随机接入信道格式 根据时域结构、频域结构以及序列长度的不同，可以将Preamble分为如下五种格式,Preamble格式4在帧结构2中的UpPTS域中传输,.,14,TD-LTE的

7、随机接入过程,TD-LTE的随机接入信道配置 TD-LTE的随机接入信道配置与无线帧上下行配置密切相关 与LTE-FDD相比，TD-LTE制式下上行子帧数有限，为保证随机接入的时效性，在同一个子帧中允许出现多个用于随机接入的时频资源块 TD-LTE的随机接入信道密度为：每10ms内0.5、1、2、3、4、5、6次 TD-LTE的随机接入信道配置通过一组向量指示： 其中 指示PRACH的频域资源索引 指示PRACH出现的无线帧编号 0：所有无线帧;1：偶数号无线帧;2：奇数号无线帧 指示PRACH出现在的半帧编号 0：前半帧，1：后半帧 指示PRACH出现的子帧编号,.,15,TD-LTE的随机

8、接入过程,TD-LTE的随机接入信道配置 所有的PRACH配置都遵从先时分后频分的原则进行时频资源映射，目的是将PRACH平均分布在各个上行子帧中，以免某一上行子帧PRACH资源占用过多，对PUSCH传输造成较大的影响 对Format0-3的PRACH其频分原则： 其中 为系统上行带宽； 为第一个PRACH信道的频域起始PRB编号，目前已经确定使用7bit的广播消息通知 从上式可以看出：对于Format 0-3的PRACH，同一个子帧的频分的多个PRACH依次占用频带的两端的边带。,.,16,TD-LTE的随机接入过程,TD-LTE的随机接入信道配置 UpPTS中的PRACH配置也遵从先时分后

9、频分的原则进行时频资源映射，以减小对UpPTS中与PRACH频分发送的SRS的影响 对Format4的PRACH其频分原则： 其中 为无线帧编号； 为一个无线帧内的切换点个数 Format 4的PRACH在频域上放置在系统带宽的边缘，多个PRACH连续放置，并在高频端和低频端两者之间跳变,.,17,TD-LTE的随机接入过程,随机接入流程 UE侧的物理层操作,解析传输请求，获得随机接入配置信息 选择preamble序列 基于竞争的随机接入：随机选择preamble 无竞争的随机接入：由高层指定preamble 按照指定功率发送preamble 盲检用RA-RNTI标识的PDCCH 检测到，接收

10、对应的PDSCH并将信息上传 否则直接退出物理层随机接入过程，由高层逻辑决定后续操作,.,18,TD-LTE的随机接入过程,随机接入流程 基于竞争的随机接入 适用于初始接入,1.UE端通过在特定的时频资源上，发送可以标识其身份的preamble序列，进行上行同步 2.基站端在对应的时频资源对preamble序列进行检测，完成序列检测后，发送随机接入响应。 3.UE端在发送preamble序列后，在后续的一段时间内检测基站发送的随机接入响应 4.UE在检测到属于自己的随机接入响应，该随机接入响应中包含UE进行上行传输的资源调度信息 5.基站发送冲突解决响应，UE判断是否竞争成功,.,19,TD-

11、LTE的随机接入过程,随机接入流程 无竞争的随机接入 适用于切换或有下行数据到达且需要重新建立上行同步时,1.基站根据此时的业务需求，给UE分配一个特定的preamble序列。（该序列不是基站在广播信息中广播的随机接入序列组） 2.UE接收到信令指示后，在特定的时频资源发送指定的preamble序列 3.基站接收到随机接入preamble序列后，发送随机接入响应。进行后续的信令交互和数据传输。,.,20,TD-LTE的同步控制过程,为什么要进行同步 同步保证了各个用户信号之间到达接收机时保持正交性 CDMA系统中为码字之间的正交性 OFDMA系统中为子载波之间的正交性 在OFDMA系统中，由于

12、CP的存在，对同步精度的要求有所降低，理论上同步误差在CP范围内即可 LTE系统中 下行同步在用户端检测和调整 上行同步在基站测进行检测，并通过闭环反馈的方式对用户上行发送时间进行调整,.,21,TD-LTE的同步控制过程,下行链路质量检测 UE物理层基于小区专属参考信号测量服务小区的下行链路质量并向高层报告测量结果 在非DRX模式下，在开启了链路失败检测时，UE侧的物理层在一定周期200ms内的每个无线帧检测下行链路质量。当链路质量低于门限Qout时，物理层须向高层报告链路问题，直至链路质量高于门限Qin 由高层开启/关闭物理层的链路失败检测 具体的检测门限由RAN4规定,.,22,TD-L

13、TE的同步控制过程,上行同步控制 LTE的上行定时调整颗粒度为16Ts，（ ），上行定时调整命令通过MAC层信令的方式发送给UE UE接收到定时调整量 后，需要按照比相应的下行帧定时提前 的时刻发送相应的上行帧数据，如下图 对于TD-LTE， 为基站侧上行至下行的切换保护时间，约为614Ts，即20us（FFS),.,23,TD-LTE的同步控制过程,上行同步控制 上行同步初始控制 在随机接入响应消息的MAC PDU中携带有(必选)11bits的定时提前命令TA，对应的绝对定时提前量为NTA = TA x 16 其中TA命令的范围为0,1282 对应的定时调整量NTA的范围为0, 20512T

14、s，即0,667us 上行同步维护 在DL-SCH的MAC PDU中携带有(可选)6bits的定时提前命令TA，该TA是针对旧的TA命令的累积调整，即 NTA,new = NTA,old + (TA 31)16 其中TA命令的范围为0,63，对应的定时调整范围为-496,512Ts UE在子帧n接收到的定时调整命令在子帧n+6生效 若由于定时调整的原因，造成上行子帧n和n+1有重合部分，则UE需要保证子帧n的发送，并放弃发送子帧n+1中与子帧n重叠的部分,.,24,TD-LTE的功率控制和功率分配,为什么要进行功率控制 CDMA系统中使用功率控制主要目的是降低系统自干扰 OFDMA系统中，由于

15、子载波之间具有良好的正交性，因此功率控制的主要目的是 降低功耗(上行) 降低小区间干扰(上下行) 在LTE中包括有 小区内功率控制 上行功率控制决定每一个上行物理信道上的一个SC-OFDMA符号的功率 下行功率分配决定每个资源单元(RE)上的符号能量 小区间功率控制 通过小区之间信息交互实现,.,25,TD-LTE的功率控制和功率分配,上行共享信道的功率控制 UE在子帧i发送PUSCH时按照以下公式计算发射功率 其中 为RAN4定义的与终端功率等级对应的最大发射功率 为该次PUSCH传输分配的PRB个数 为PUSCH期望接收功率，它是小区专属部分 和UE专属部分 两者之和，其中包括两套参数，j

16、=0对应非动态调度的PUSCH传输，j=1对应动态调度的PUSCH传输 为路径损耗补偿因子，通过选择合适的因子可以获得小区边缘吞吐量和小区间干扰之间的折衷 PL为UE测量的下行路径损耗 为传输格式相关调整量，该调整可基于UE开启/关闭，当该调整开启时 其中 f(i)为闭环功率调整命令，通过PDCCH发送,.,26,TD-LTE的功率控制和功率分配,上行控制信道的功率控制 UE在子帧i发送PUCCH时按照以下公式计算发射功率 其中 为PUCCH期望接收功率，它是小区专属部分 和UE专属部分 两者之和 为PUCCH格式相关的功率调整量，定义为每种PUCCH类型相对于基准PUCCH格式(PUCCH

17、format 1a)的功率偏置 g(i)为闭环功率调整命令，通过PDCCH发送 计算公式中其他参数与PUSCH相同,.,27,TD-LTE的功率控制和功率分配,上行Sounding Reference Signal的功率控制 UE在子帧i发送SRS时按照以下公式计算发射功率 其中 为与PUSCH相比的SRS功率偏移量，该偏移量有两套参数，具体选择哪一套参数中的哪个值由高层配置 为当前子帧中的SRS发送带宽 计算公式中其他参数与PUSCH相同,.,28,TD-LTE的功率控制和功率分配,上行闭环功率调整命令 上行闭环功率调整命令有两种生效方式，分别是： 绝对值调整方式 累积值调整方式 PUSCH

18、和SRS的功率控制可由高层信令配置采用绝对值调整方式or 累积值调整方式 PUCCH只能采用累积值调整方式 闭环功率调整命令的发送方式如下表所示 Format 3/3A中携带的TPC优先级低于其他DCI Format,.,29,TD-LTE的功率控制和功率分配,随机接入的功率控制 随机接入Preamble的发射功率按照如下公式计算 其中 Po_pre是随机接入Preamble的发射功率初始值，其动态范围为 -120, -90 dBm，并以2dB为颗粒度，用4bits信令指示 dB_rampup是随机接入Preamble的发射功率调整步长，其取值可能为 0, 2, 4, 6 dB，用2bits信

19、令指示 _Preamble是不同随机接入Preamble格式的特定的偏移量，随机接入Preamble长度越短，需要的发射功率越高。 对于格式0和格式1的Preamble，_Preamble 0dB 对于格式2和格式3的Preamble ，_Preamble -3dB 对于格式4的Preamble ，_Preamble 8dB,.,30,TD-LTE的功率控制和功率分配,下行功率分配 为什么要进行下行功率分配 下行基站发射总功率一定，需要将总功率分配给各个下行物理信道 为下行公共参考信号分配合适的功率，满足小区边缘用户下行测量性能和信道估计性能-支持RS功率提升 为下行公共信道/信号(PCFIC

20、H, PHICH, PDCCH, 同步信号、广播信息、寻呼、随机接入相应等)分配合适的功率，满足小区边缘用户的接收质量 为下行用户专属数据信道分配合适的功率，在满足用户接收质量的前提下，尽量降低发射功率，减少对邻小区的干扰 保持不同OFDM符号上的总功率尽量一致，保证功放效率并减少功率浪费,.,31,TD-LTE的功率控制和功率分配,下行功率分配 基本概念和术语,EPRE:每资源单元能量 ECRS ：每个天线端口上CRS的EPRE EA：下行每个天线端口上不包含CRS的OFDM符号上的数据EPRE EB：下行每个天线端口上包含CRS(或导频空洞)的OFDM符号上的数据EPRE AEA/ECRS

21、 BEB/ECRS,.,32,TD-LTE的功率控制和功率分配,下行功率分配 下行公共参考信号的功率分配 下行公共参考信号的功率分配由基站决定，决定原则为根据小区大小，信道环境等因素，考虑小区边缘用户的下行测量性能和信道估计性能进行静态或半静态配置 下行公共参考信号EPRE通过系统信息向小区广播，用户可依此计算路损等 下行公共信道/信号的功率分配 包括广播信道、同步信号、寻呼信道、控制信道等 这些信道的功率设置根据各自的解调/检测性能，通过链路预算的方法按照保证小区边缘用户接收质量进行静态或半静态配置 具体的功率设置结果不需通知用户,.,33,TD-LTE的功率控制和功率分配,下行功率分配 下

22、行用户数据的功率分配 基于UE的下行数据功率分配，具体是设置分配给某一UE的物理资源上数据RE的能量，即EA和EB，具体的分配和调整原则是根据用户的反馈(例如CQI)，为接收质量较差的用户分配较大的功率。具体如何根据反馈信息决定功率的升降以及调整幅度，属于算法实现问题，标准上不进行规定 基站进行下行功率调整时保持EB/EA比不变，并通过系统参数PB向小区内所有用户广播该比值，用户获知此比值则可在进行数据解调时对发射能量分别为EB和EA的调制符号进行相同尺度的幅度归一化,.,34,TD-LTE的功率控制和功率分配,下行功率分配 下行用户数据的功率分配 PB的取值实际是和CRS的功率开销相对应的(CRS功率开销定义为一个PRB内一个OFDM符号上CRS总功率占该符号上总功率的比值)，由于天线端口配置的不同导致相同的CRS所占物理资源不同，因此PB 的取值与CRS功率开销之间的对应关系也不同(这里PB计算都是基于一个PRB内包含CRS或导频空洞的和仅包含数据RE的OFDM符号上的总发射功率相等来进行的) 单天线端口情况： PB 6/5(1-) 两天线和四天线端口的情况：