TD-LTE 物理层协议介绍

1、TD-LTE 物理层协议介绍,彭德义 2012-7-25,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,主要内容 1.协议结构 2.帧结构以及资源栅格介绍 3.物理下行信道流程介绍 4.物理上行信道流程介绍 5.物理层过程 6.物理层关键技术介绍,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,1.协议结构 物理层规范主要在TS36.200系列述，协议栈规范在TS36.300系 列中描述.物理层与MAC(Media Access Control)和RRC(Radio Resou

2、rce Control)之间具有接口。 图一 物理层周围的无线接口协议结构,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,1.1 物理层主要参看以下协议： 1.TS36.211 介绍信道和调制 2.TS36.212 信道编码和交织 3.TS36.213 物理层的相关过程 4.TS36.214 物理层的测量 5.TS36.101 用户无线传输和接收 6.TS36.104 基站无线传输和接收 7.王映民 孙韶辉等 TD-LTE技术原理与系统设计 8.马霓 邬钢 等 LTE-UMTS长期演进理论与实践 具体参见网址： http:/www.3

3、/ftp/specs/archive/36_series/,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,2 TDD帧结构以及资源栅格的介绍 一个无线帧包含十个子帧，一个子帧包含两个时隙；一个无线帧包含两个特殊子帧，即子帧1与子帧6；特殊子帧里放置的是DwPTS;GP;UpPTS;,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,2.3 资源栅格 无论是上行传输还是下行传输，使用的最小资源单位为资源粒子（RE),上 下行物理信道对应于一系列RE的集合，用于承载高层

4、的信息；上、下行物理信 号是指物理层使用但不承载任何来自高层的信号。物理信号与物理信道的处理 方式不同。 一个时隙中传输的信号可以用一个资源栅格来描述，以上行资源栅格来举 例,大小为 个子载波和 个SC-FDMA符号， 的大小取决于小区 中的上下行传输带宽的配置。并且满足 ,一个时隙中 SC-FDMA符号个数取决于高层配置的循环前缀长度。 资源栅格中的最小单元为RE,它用唯一的序号对(k,l）来进行定义，其中 在一个时隙中没有用于物理 信道或者物理信号传输的资源粒子被设置为0. 一个资源块(RB)由 个在时域上连续的SC-FDMA符号，以及 个在频 域上连续的子载波，一个上行资源块包含 个RE

5、.,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,图四 上行资源栅格,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,根据传输带宽配置得到的,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,3 物理下行信道流程 3.1 物理下行信道包含主要包含下几种 1.PBCH(物理广播信道）主要承载主信息块MIB.MIB信息主要用于初 始小区接入； 2.PDCCH(物理下行控制信道）主要承载下行链路控制信息(DCI),分 为格式0,

6、1,1A,1B,1C,1D,2,2A,3,3A,每种格式里具体承载的信息以 及用途见协议 3.PCFICH(物理控制格式指示信道）承载控制格式指示（CFI)即每 个子帧中PDCCH传输的OFDM符号数。 4.PHICH(物理混合自动重复请求信道）携带HARQ ACK/NACK,指示基 站是否正确接收到上行共享信道的传输。 5.PDSCH (物理下行共享信道）承载主要数据信息，包括系统消息 块SIB,以及寻呼消息，在LTE系统中没有专门的寻呼信道。 6.PMCH(物理多播信道）,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIO

7、NS,3.2 物理信号： 1.参考信号:在下行链路中，主要分为三类：小区专用参考信号， UE专用参考信号，MBSFN专用参考信号；参考信号主要用于信道估 计，计算信噪比等，参考信号序列的生成以及映射具体见协议211 2.主同步信号和辅同步信号：主同步信号序列是由长度为62的频域 ZC序列组成，辅同步信号序列是基于M序列的最大长度序列，序列 的生成映射的具体位置见协议211.6.11，UE接入到LTE小区，首先 进行小区搜索过程，包括一系列同步过程主、辅同步信号的检测不 仅使时间和频率同步，而且提供UE物理层小区标识和循环前缀长度。,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS A

8、ND TELECOMMUNICATIONS,3.3 物理下行共享信道处理流程图 图五 下行共享信道发送、接收处理流程图,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,3.3.1 模块的介绍 1.添加循环冗余校验CRC,为了完成信号传输过程中的误码检测，获得正确无误的 传输数据，在LTE系统中针对不同的数据传输，采用多种格式的循环冗余码，具 体见协议 2.码块分割：根据该码块传输的最大比特超过6144，需要进行此操作。下行信 道中只有PDSCH信道采用用此模块，具体见协议212.5.12 3.信道编码：Turbo 编码

9、；咬尾卷积编码；PDSCH采用Turbo编码，PBCH、 PDCCH都采用咬尾卷积编码；PCFICH,PHICH采用特殊的编码方式；见协议212 4.速率匹配：分为针对Turbo编码和咬尾卷积编码的两种速率匹配。主要是根 据编码后的信息，首先进行子块交织，然后比特收集、选择、修剪。见协议212. 5.码块级联：如果前面进行码块分割，需要进行码块级联。即依次级联不同码块 的速率匹配输出。见协议 6.加扰：根据伪随机序列对传输的信息序列进行扰码。伪随机序列的生成公式 见协议212.7.2。加扰过程见协议,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS

10、 AND TELECOMMUNICATIONS,7.调制：将传输的比特序列调制为复值符号，具体有以下四种：BPSK,QPSK, 16QAM,64QAM,具体调制过程见协议211.7 8.层映射和预编码：分为两类：第一传输分集的层映射和预编码，每根天线传输 的信息本质是相同，采用这种方式主要是提高传输的可靠性，从而改善接收信号 的信噪比；第二是空间复用层映射和预编码，利用在多根天线传输不同的数据流 从而提高传输的速率。具体见协议211.6.3-211.6.4 9.资源映射：在子帧映射下行信道时，参考信号的位置是固定的，然后其他信道 的顺序为PCFICH,PHICH,PDCCH,PDSCH, 在映

11、射其他信号不能覆盖参考信号。每 个信道具体的映射方式和映射的位置具体见协议211。 10.OFDM基带信号的形成。其公式如下：需要经过变化后成为标准的IFFT用FPGA 进行处理.具体见协议211.6.12,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,4 物理上行信道流程介绍 4.1物理上行信道包含主要包含下几种 1.PUSCH (物理上行共享信道）主要承载控制信息如信道质量指示(CQI),预编 码指示(PMI)、混合自适应重复请求(HARQ ACK/NACK)、秩指示(RI)以及PUSCH 上的数据信息。处理流程见协议212.5.

12、2. 2.PUCCH(物理上行信道）主要承载上行链路控制信息(DCI),分为格式1,1a,1b, 2,2a,2b每种格式里具体承载的信息以及处理流程见协议212.5.2 3.PRACH(物理随机接入信道）PRACH不携带任何用户数据，用于为那些还未得 到或者已经失去上行同步的用户实现上行定时同步。LTE随机接入过程有两种 模式，即允许“基于竞争”的接入，和“非竞争”接入。具体随机接入过程 见协议211.5.7。,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,4.2 上行物理信号 1.DMRS(解调参考信号)分为PUCCH DMRS(P

13、UCCH解调参考信号)和PUSCH DMRS(PUSCH调参考信号）用于相干解调的信道估计。序列的生成和映射见协议211.5.2。 2.SRS(探测参考信号）主要用于信道质量估计，从而在上行链路中能进行频 率选择性调度。序列的生成和映射见协议211.5.3,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,4.3 物理上行共享信道处理流程图 图六 上行共享信道发送处理流程图,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,4.3.1 模块的介绍 1.信道编码：PUSCH的数据信息采

14、用Turbo编码，CQI,超过2比特长的ACK/NACK采 用RM编码，RI，1、2比特ACK/NACK采用特殊的编码方式，引入占位符。见协议 2.信道交织：交织的原理打乱原始传输比特的序列，防止突发性错误，降低错误 率，PUSCH上传输几路信息需要经过信道交织。具体见协议.8 3.加扰：由于上行信道编码后引入占位符，扰码过程根据伪随机序列对传输的信 息序列进行加扰。其处理过程与下行扰码有所不同，见协议,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,4.传输预编码：经过调制后的

15、复值符号块被分为多个子集，每一个对应一个SC- FDMA符号，传输预编码公式见协议： 是非负整数，从上式可以看出是一个非基2的DFT，具体用FPGA进行实现。 是非负整数，从上式可以看出是一个非基2的DFT，具体用FPGA进行实 现。,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,5. SC-FDMA基带信号的形成，其公式如下：需要进过变化为标准的IFFT，用FPGA 进行实现。具体见协议511.5.6,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,5. 物

16、理层过程 1.小区初搜过程 2.随机接入过程 3.HARQ过程 4.自适应过程,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,TD-LTE物理层过程（1）小区搜索,eNodeB端,UE端,PSS&SSS,DL_RS,MIB (PBCH),SIB (PDSCH),时隙同步 帧同步,精确时频同步 信道估计,系统帧号 带宽信息 天线配置 ,小区标记 调度信息 ,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELE

17、COMMUNICATIONS,TD-LTE物理层过程（2）随机接入,eNodeB端,UE端,RACH,响应授权 (PDSCH),RRC connection request,RRC connection setup,前导序列,前导标志符 定时调整 ,RRC connection setup complete,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,TD-LTE物理层过程（3）上行调度,eNodeB端,UE端,SRS,调度授权 （PDCCH）,DATA (PUSCH),CQI计算,ACK/NACK (PHICH),SR (PUCC

18、H),上行HARQ过程,重传或新DATA (PUSCH),CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,TD-LTE物理层过程（4）下行调度,eNodeB端,UE端,DL_RS,DATA (PDSCH),ACK/NACK (PUCCH) (PUSCH),CQI计算,重传或新DATA (PDSCH),CQI (PUCCH) (PUSCH),下行HARQ过程,6.物理层关键技术介绍 6.1 OFDM技术,CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS,6.2 MIMO技术 MIMO(多输入多输出）天线系统与传统的SISO(单输入单输出） 天线通信系统不同，它是