3GPP LTE物理层概况

1、3GPP LTE 物理层概况 pengxiao pcnss Oct. 6, 2007,1. LTE概述 2. LTE物理层的当前状态 3. 针对物理层的一些最新技术提案,1. LTE概述 2. LTE物理层的当前状态 3. 针对物理层的一些最新技术提案,1.1 商业目的 保证未来十年内3GPP无线接入技术的领先地位（主要竞争对手为Wimax） 1.2 主要技术目标 1. 上下行峰值速率分别为100Mbps和50Mbps； （相应频谱利用率分别为5bps/Hz和2.5bps/Hz） 2. 基于分组交换； 3. 非常低的延时（以支持大型在线网游以及VoIP）； 4. 对低速移动优化系统，同时支持高

2、达350km/h的高速移动； 5. 支持最大达100km的小区半径； 6. 强大的多媒体多播广播业务能力,1.3 体系结构 1.3.1 网络拓扑 注：E-UTRAN 就是3gpp-LTE,1.3.2 协议栈,1. LTE概述 2. LTE物理层的当前状态 3. 针对物理层的一些最新技术提案,2.1 帧结构 2.1.1 FS1 ( frame structure type 1 ) 特点：同时适用于全双工FDD、半双工FDD和TDD,2.1.2 FS2 ( frame structure type 2 ) 特点：只用于TDD；主要是为了兼容TD-SCDMA；存在争议,2.2 上行链路 2.2.1

3、基本传输技术 1) 为控制PAPR，采用SC(单载波) - FDMA多址技术； 2) SC-FDMA信号通过DFT扩展OFDM的方法在频域生成 （以获得与OFDM参数配置最大程度的相似）；,3) 两种子载波映射方案：Localized mapping 和 Distributed mapping; 后者可以获得额外的频率分集； 两者间的切换由链路自适应体制负责； 4) 主要调制方式：BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM； 5) 主要编码方式：Turbo，Tail biting convolutional coding,2.2.2 物理层资源映射 resource grid 每一个sl

4、ot映射到一个 resource grid; 每个resource grid包含 多个resource block； 每个resource block包 含时域上连续的多个 SC-FDMA symbol和 频域上连续的多个子 载波。,2.2.3 传输信道( transport channel )划分 1) 上行共享信道 ( Uplink Shared Channel 即 UL-SCH ) 2) 随机接入信道 ( Random Access Channel 即 RACH ) 3) 控制信道资源 ( Control Channel Resource ) 传输信道与物理信道的映射关系如下：,2.2.

5、4 上行共享信道 ( UL-SCH )的物理层模型,2.2.5 随机接入信道 ( UL-SCH ) 1) 物理层随机接入burst的时域结构如下图；其中Preamble 由Zadoff-Chu序列生成。 2) 两种随机接入：非同步随机接入和同步随机接入,2.2.6 控制信道资源 ( control channel resource ) 1) 由物理控制信道(PUCCH)映射而来，其实就是一个简单的上 行控制信道； 2) 传输的信令包括： CQI (信道状态指示); N/ACK (用于HARQ); 调度请求,2.2.7 上行参考信号 1) 上行参考信号的产生基于Zadoff-chu 序列； 2)

6、 共有两种上行参考信号： i) 解调参考信号： PUSCH解调参考信号； PUCCH解调参考信号； ii) 回声参考信号 (sounding reference signal),2.2.8 上行多天线技术 1) 上行MIMO的基本配置是MU-MIMO ( Multi-User MIMO， 即多个SDM数据流用于多个用户)； 2) MU-MIMO必须与预编码 (pre-coding) 联合使用, UE 周期 性地汇报PMI (Pre-coding Matrix Indicator)； 3) FDD中将支持闭环天线选择分集 ( UE可选 ),2.2.9 上行功控 上行同时支持开环和闭环功控 1)

7、小区内上行功控( intra-cell uplink power control ): the closed loop component adjusts a set point determined by the open loop power control component; 2) 小区间上行功控( inter-cell uplink power control ): a cell wide overload indicator (OI) is exchanged for inter-cell power control,2.3 下行链路 2.3.1 基本传输技术 1) 多址技术为OF

8、DMA； 2) 子载波（物理资源块）的映射仍然有 Localized 和 Distributed 两种方式； 3) 主要调制方式为QPSK, 16QAM, 64QAM； 4) 主要编码方式为Turbo 和 Tail biting convolutional coding； 5) 采用很小的最小交织长度（以满足低数据传输延迟的要求）,2.3.2 物理层资源映射 与上行类似，只不过 SC-FDMA symbol换成 了OFDM symbol而已,2.2.3 传输信道( transport channel )划分 1) 下行共享信道 DL-SCH 5) 寻呼信道 PCH 2) 下行控制信道 DL-C

9、CH 6) 广播信道 BCH 3) 控制格式标示 CFI 7) 多播信道 MCH 4) HARQ标示 HI 传输信道与物理信道的映射关系大致如下：,2.2.4 下行共享信道(DL-SCH)的物理层模型,2.2.5 广播信道(BCH)的物理层模型,2.2.6 寻呼信道(PCH)的物理层模型,2.2.7 多播信道(MCH) 1) 多播信道支持MBFSN ( Multicast/ Broadcast over a Single Frequency Network )； 2) in MBFSN, a time-synchronized common waveform is transmitted fr

10、om multiple cells for a given duration, allowing for over-the-air combining of multi-cell transmissions in the UE, where the cyclic prefix is utilized to cover the difference in the propagation delays, which makes the MBSFN transmission appear to the UE as a transmission from a single large cell； 3)

11、 MBFSN 要求MCH的传输格式和资源分配方式是准静态的 ( semi-static ),4) 多播信道的物理层模型如下：,2.2.8 下行控制信道(DL-SCH) 下行控制信令包含： 1) 传输格式、资源分配方式及HARQ信息； 2) 上行调度确认( Uplink scheduling grant )； 2.2.9 控制格式标示(CFI) 指示PDCCH中，一个子帧里OFDM符号的个数； 2.2.10 HARQ标示(HI) 包含HARQ的ACK/NAK,2.2.11 下行参考信号与同步信号 2.2.11.1 下行参考信号 每个参考信号对应于一个下行天线端口，共有以下三种参考信号： 1) M

12、BSFN reference signal，针对 MBFSN 传输； 2) Cell-specific reference signal ，针对 non-MBFSN 传输； 3) UE-specific reference signal，只用于单天线端口传输 2.2.11.2 同步信号 1) Primary synchronization signal 2) Secondary synchronization signal,2.2.12 下行多天线技术 1) 支持2或4个发射天线； 2) SU-MIMO和MU-MIMO，及两者的准静态切换 (semi-static switching)； 3)

13、 支持基于码本反馈的预编码以及秩自适应机制； 4) 采用波束成型技术作为一个可选的MIMO模式； 注： SU-MIMO: Spatial division multiplexing (SDM) of multiple modulation symbol streams to a single UE using the same time-frequency (-code) resource MU-MIMO: Spatial division multiplexing of modulation symbol streams to different UEs using the same tim

14、e-frequency resource,1. LTE概述 2. LTE物理层的当前状态 3. 针对物理层的一些最新技术提案,下列技术提案均摘自 3GPP TSG RAN1#50-bis R1-074xxx系列； 在07年10月8日中国上海举行的3GPP会议上 这些提案将被予以讨论,Doc-ID: R1-074043 Source: Motorola Title: CQI Feedback Schemes for E-UTRA for: Discussion 概述： 1) 针对LTE系统中CQI反馈机制的过高开销，Moto提出了一些改进方案, 包括Bitmap Feedback Scheme,

15、 Top-M feedback scheme ,以及Hybrid feedback scheme; 2) 这些改进的CQI反馈机制以频域选择性调度( frequency-selective scheduling )为基础，每次CQI汇报只需10bit左右，并且基本可达到全 反馈性能(full feedback performance),Doc-ID: R1-074417 Source: Panasonic Title: VoIP capacity comparison between Nd=2 and Nd=3 for DL distributed transmission for: Disc

16、ussion and Decision 概述： 1) 3GPP就下行分布式传输 (downlink distributed transmission) 暂时形成了 两套 方案: Nd=2, 和Nd=3；( Nd: diversity order ) 2) 为比较这两套方案的优劣，Panasonic就VoIP（属于典型的下行分布式 传输业务）的容量进行了仿真分析；他们的结果显示，相对于Nd=2而 言，Nd=3有89%的容量增益。以此为依据，Panasonic认为Nd=3是更 好的选择,Doc-ID: R1-074424 Source: Panasonic Title: Discussion on

17、 CQI Report Metric (SINR vs TBS) for: Discussion and Decision 概述： 1) Panasonic就CQI汇报的尺度(metric)进行了一些研究。他们认为，在决 定CQI的汇报尺度时，作为汇报实体的UE和作为评估实体的eNB之间的 功能划分应该作为一个考虑因素。 2) Panasonic认为TBS ( transport block size )作为汇报尺度要稍好于SINR。,Doc-ID: R1-074429 Source: Qualcomm Europe Title: Details on Scrambling for: Disc

18、ussion 概述： 1) 针对LTE中的扰码机制，高通提出了一种新的PRN扰码生成器；他们认为 这种扰码生成算法十分简便和灵活，适用于多种应用场合。 2) 高通给出了基于这种扰码生成器的LTE信道配置。,Doc-ID: R1-074430 Source: Qualcomm Europe Title: Baseline CQI Format for: Discussion and Decision 概述： 1) 针对CQI信号可以在PUSCH, PUCCH 两个物理信道上传输的事实，高通 做了一些分析和比较；他们认为，在支持频率分集和频率选择性调度的情 况下，两种方式各有优劣。 2) 仿真结果

19、显示，在多数场景下，无论窄带还是宽带情形，PUCCH都能提 供简便而良好的CQI传输；但随着粒度的增大( CQI granularity increasing )，PUSCH成了更好的选择。,Doc-ID: R1-074432 Source: IPWireless, Nextwave Wireless Title: TDD Frame Structure for: Discussion and Decision 概述： 1) IPWireless对FS2提出了异议。他们认为LTE-TDD的设计要力图与 LTE-FDD兼容；只有这样，在芯片设计、测试耗费、设备代价以及 市场前景等方面，LTE才会表现出竞争力。他们认为在这一点上 FS2很成问题，因为它与LTE-FDD兼容性很差。 2) IPWireless认为这种局面的原因是，FS2设计的一个前提是保证 LTE-TDD和TD-SCDMA在上下行切换点处的严格对准。他们认为这 个前提的必要性值得怀疑，并建议RAN1敦促RAN4对这个问题进行 重新研究。,参考文献 1 3GPP TS 3