TD-LTE_下行物理信道.ppt

1、LTE下行物理信道,LTE-TDD帧结构 传输资源 下行同步信道PSS、SSS 下行参考信道（DMRS、SRS） 下行广播信道PBCH 下行控制格式指示信道PCFICH 下行控制信道PDCCH 下行HARQ指示信道PHICH 下行共享信道PDSCH,LTE-FDD / TDD,两种LTE格式 LTE-FDD LTE-FDD全双工 LTE-FDD半双工:类似GSM LTE-TDD,LTE帧结构,TDD帧结构（与FDD基本相同） 一个无线帧为10ms，包括两个半帧half-frame； 一个半帧有5个子帧(1ms)，一个无线帧有10个子帧subframe； 子帧分为普通子帧和特殊子帧（子帧1和子帧

2、6是特殊子帧）。 一个子帧有两个Slot，（一个帧有20个slot）,LTE帧结构,7种TDD帧类型 从0-6一共7种帧类型（类似TD-SCDMA） MCC要求使用类型1、2。（即2:2和3:1）（即每半帧5ms一次重复）,LTE帧结构,Slot格式（Normal CP、Extended CP） 每个子帧有两个Slot， Slot有两种方式：Normal CP、Extended CP Normal CP：一个Slot有7个Symbol Extended CP：一个Slot有6个Symbol Extended CP因为每个Symbol前的CP保护时长较大，更抗干扰； MCC要求使用Normal

3、CP,LTE帧结构Symbol,在时间轴上的最小传输单元 Symbol结构 Normal CP情况下每个Slot有7个Symbol Symbol前面的CP越长，抗干扰能力越好（码间干扰ISI）,LTE帧结构Symbol,在时间轴上的最小传输单元 Symbol前面的CP越长，抗干扰能力越好（码间干扰ISI） Normal CP中有7个Symbol，Extended CP有6个Symbol。相比来讲Extended CP 抗码间干扰能力更好，容量会下降；,LTE帧结构总结,1 frame2 half frame 1 frame10 subframe20slot 1 subframe2 slot 1

4、 slot7 symbol Symbol是在时间域上的最小单元（subcarrier是频率域上最小单元）,LTE帧结构特殊子帧,特殊子帧 DwPTS：下行发送（数据、或控制信息） GP：上下行的保护间隔 UpPTS：上行发送,LTE帧结构特殊子帧配置,特殊子帧配置 GP长度不同，覆盖距离不同； MCC要求使用第5、7两种方式；（不同配置影响：1、GP长度不同（覆盖范围不同）2、下行数据容量不同）,LTE资源方格Resource Grid,RE、RB、每个RB的大小,LTE资源方格Resource Grid,LTE资源方格Resource Grid,RB Pair 两个RB构成一个RB pair

5、 RB Pair占2个Slot时间宽度（1subframe） 一个用户占用资源的最小单位是1个RB Pair,LTE资源方格Resource Grid,RB的数量 不同的LTE带宽有不同的RB频率轴的数量；例如20M有100个RB，1.4M有6个RB； 按照计算20M应该有20M/180K=110RB数量，10个RB的带宽作为保护带。,f,1 RB,20M带宽，110RB,5个RB保护带,LTE下行物理信道处理以及三个概念,以PDSCH为例介绍下行处理过程，三个概念 码字codeword：不同的码字区分不同的数据流，如果两个码字就是两个数据流，实现MIMO；LTE系统接收端最多支持2天线，所以

6、发送的数据流数量最多为2。这决定了不管发送端天线数为1、2或者4，码字q的数量最多只为2。 层 layer：不同层传输的数据不同，两个天线传输的数据相同就是一个层；,LTE下行物理信道处理层映射,Codeword、码字 简单理解就是MIMO的数据流。 在LTE系统中，目前最大只有两个Codeword（MIMO方式最大支持4x2方式，即最大只有两数据流） 分集方式是只有一个Codeword；,1,2,3,4,5,6,7,8,1,3,5,7,9,2,4,6,8,10.,a,b,c,d,e,f,g,h,b,d,f,h,a,c,e,g,.,UE,eNodeb,左图的4X2 MIMO方式，同时也有发射分

7、集。在这个里面有2个codeword，4个天线层（layer）。,LTE下行物理信道处理层映射,层 layer 层：一个层可以包括几个物理天线，不同的层就是天线上传输的数据是不同的； 不同的层的天线发送的数据是不同的，如果所有发送的数据相同，那么都属于一个天线层 一个数据流（码字，codeword）可以使用几个层来传输,有两个发射天线，采用发射分集方式。一个天线发送偶数位，另一个发送奇数位这两个天线有2个Layer。（但是只有一个codeword）,LTE下行物理信道处理以及三个概念,天线端口Annenta Port ：天线端口和物理天线不一定是一一对应的关系，Port是一个逻辑概念，用于帮助

8、UE区分天线。 天线端口和LTE天线的参考信号RS是对应的： 其实对于UE而言，eNB侧有几根物理天线并不重要，重要的是获得从每一个antenna port到UE的一根天线之间的信道状态信息。 在使用Cell specific RS的时候可以在每一个物理天线上分一个RS，这样在UE侧可以通过信道估计辨别出antenna port 0, 1, 2, 3 在使用UE specific RC的时候，完全可以在所有的物理天线上都是用相同的RS，这样在UE侧通过信道估计就只会分辨出一个antenna port 5,eNB有一个天线，上面的参考信号如下图所示。UE通过参考信号可以知道这个基站有一个天线。这

9、个基站的天线就是Port 0,eNB有二个天线，上面的参考信号如下图所示。UE通过参考信号可以知道这个基站有二个天线。这个基站的天线端口分别就是Port 0，port 1,LTE下行物理信道处理以及三个概念,eNB有四个天线，上面的参考信号如下图所示。UE通过参考信号可以知道这个基站有二个天线。这个基站的天线端口分别就是Port 0，port 1，port2, port 3,下面是智能天线的例子，有四个天线组成智能天线，所有的物理天线上使用相同的参考信号。那么这个基站有一个port， 定义为port 5（智能天线的端口）,LTE下行物理信道处理以及三个概念,LTE的下行处理： 将输入的code

10、word（码字）处理映射到层在不同的天线port上发射,LTE下行物理信道处理加扰,扰码 是信号随机化，在接收端用相同方式解扰； 经过基站侧加扰、UE侧解扰，让UE只解本小区和自身相关的数据； PDSCH扰码使用了金码（Gold Code，良好自相关性，三值特性） 在扰码公式中有UE的RNTI（UE临时标示号）、小区的小区识别码504个：168个基站，每个基站3个小区（进行复用，小区规划时候使用）。,LTE下行物理信道处理调制,调制 QPSK、16QAM、64QAM 越高阶调制，需要的信噪比越要好,LTE下行物理信道处理层映射,层映射Layer Mapping 把调制后的数据流（codewor

11、d）分配到不同的层上。 体现MIMO功能,LTE下行物理信道处理预编码,预编码降低误码率，提高精度（分集、MIMO、波束赋形三种方式的具体实现，包括7种天线传输模式） 例如天线模式4闭环空间复用SU-MIMO：在天线发送前，利用UE的反馈信息，对数据按照信道的情况进行相位、幅度、延迟等进一步处理，采用矩阵的算法。能够提高系统传输性能、降低误码；,这样的处理过程就是”precoding，预编码“,LTE下行物理信道处理预编码,7种天线模式,LTE下行物理信道处理资源块映射,用户数据如何放置在RB中 先放置频率列，然后放置符号列 在用户数据填充过程中，避开参考信号、控制信道的RE占用；,LTE下行

12、物理信道处理,下行物理信道的产生是一样的，只是在每个过程具体方式上不同； 天线参考信号 RS PDSCH PDCCH PCFICH PHICH,下行同步信号PSS、SSS,下行同步信号 作用：UE与系统进行同步； PSS主同步信号：使用Zadoff Chu序列产生，用于区别扇区号 SSS次同步信号：使用伪随机序列产生，用于区别基站,下行同步信号,下行同步信号 LTE小区、基站规划：168个基站（SSS来区分基站号），每个基站3个扇区（PSS区分扇区）。一共504个小区（PCIPhysical Cell Identifier ），在LTE系统中进行复用。 也就是LTE的扰码（PCI）规划。,下行

13、同步信号PSS,主同步信号 Zadoff Chu特性：相同根序列自相关良好，互相关为0；不同根的互相关为0； PSS公式：就是Zadoff Chu的公式（满足ZC的特性） 根序列u是三个扇区的值（即三个扇区号作为根：扇区1根值：25、扇区2根值为29、扇区3根值为34） UE判断扇区方法：UE分别使用不同三个不同根（25、29、34）的序列和接收到的PSS进行相关运算，得出最强的信号就能判断是第几个扇区。,下行同步信号PSS,主同步信号PSS在资源格中的位置 在频率中心（DC）位置两边：一共占6个RB的频带宽度（两边空5个RE），62个子载波 在时间轴上位置：subframe1(slot2)，

14、subframe6(slot 12)的第三个symbol。（在特殊子帧的DwPTS位置）,下行同步信号PSS,PSS作用 UE可以识别扇区号（使用ZC特性） 实现子帧同步和slot同步（利用PSS在子帧、slot的位置）,下行同步信号SSS,次同步信号（SSS） SSS利用伪随机码进行扰码（一个码产生168种（即168个基站号）的偏移），UE侧进行码间计算，信号最强的就是基站ID。（同CDMA的512个PN的方式） SSS在资源块频带的位置：同PSS SSS在时域位置：slot1和slot11的最后一个symbol上,下行同步信号SSS,作用 区分是哪个基站（伪随机序列） 结合PSS可以区分是

15、TDD系统还是FDD系统（SSS、PSS在两个系统的symbol位置不同） 结合PSS实现子帧、slot和帧同步； PCI规划在LTE系统中很重要（PCI在PSS、SSS、下行参考信号中都用了，用于区分扇区、基站、天线port） PSS、SSS在DC周边的子载波存在，UE在中心频点进行盲目全面搜索； UE在搜索系统的时候，使用不同的序列和接收PSS、SSS、参考信号进行模2加运算尝试，得到UE所在的小区等信息； UE开机后使用保存的基站信息搜，如果没有就开始盲检测，用全部的PCI进行搜索；,下行同步信号PSS、SSS,总结 产生：PSSZC，SSS伪随机序列 各自作用：SSS识别扇区，PSS识

16、别基站；同步；识别TDD/FDD； 位置：见下图,下行参考信号概念,Downlink Reference Signal特点 特点1：每个天线（天线端口port）都有各自的下行参考信号，并且在资源格中的位置不同； 特点2：当一个参考信号发送时候，不能有任何其他信号发射；（这时候的参考信号是在纯净的RF环境中的） 作用1：由上述特点，参考信号可以用来测量下行信道的质量（类似于GSM系统的IOI） 作用2：位置是固定的，因此可以实现这个资源块RB的对齐，然后对每个RE资源进行解调 作用3：识别天线；,下行参考信号位置和数量,一个天线情况的参考信号，有8个RE被占用，位置上频率分集、时间分集,2个天线

17、情况的参考信号，有32个RE被占用,1、在频域上相差6个子载波的距离； 2、在有参考信号的位置上不能发射任何其他的信号； 3、参考信号出现在每个RB Pair中；,下行参考信号位置和数量,参考信号影响速率,四个天线，有128RE被占用。 对比2X2MIMO和4X2MIMO，4X2MIMO中有大量的RE被占用，所以实际速率更低。（因为UE只能支持2天线收，因此只有2个资源格。2X2和4X2情况下总资源格数量是一样的，但4X2有更多的RE被参考信号占用。）,下行参考信号产生、解读,参考信号生成 使用金码Gold Code：公式中有小区ID（168个基站，共504个小区作为扰码）。UE使用金码的自相

18、关性进行解调； 如果两个基站的相同小区的参考信号会产生在同一个RE（同时同频）上传输，（即使采用了金码扰码，但是信号不是完全正交的，肯定会造成一定的干扰）。,基站A的扇区一的天线,基站B的扇区一的天线,金码加扰的参考信号,UE使用码进行对齐，可以区分出本小区的参考信号。但周边小区的参考信号仍会有干扰（不完全正交）,下行参考信号产生、解读,解决参考信号干扰问题 因此在具体实现的时候，不同的小区的参考信号在RE中有不同的位置偏移V-shift（和小区号有关） 在实际组网中，使用同频的20M带宽组网。虽然LTE使用了扰码的方式进行区分，但是仍会有一定的干扰。因此使用了参考信号在symbol内的偏移方

19、式解决干扰！,参考信号在symbol上具体位置是不同的,UE根据PCI知道应该去读symbol的那个位置。这样避免了小区间同频干扰,UE不读这个位置的参考信号,下行参考信号其他参考信号,Cell-specific Reference Signal MBSFN Reference Signal 针对多播业务的参考信号（MCC不使用） UE Specific Reference Signal针对智能天线方式 针对特定手机的参考信号，参考信号和UE一一对应（用于智能天线的波束赋形） 这个参考信号中使用RATI作为金码公式的变量，利用Gold Code区分UE。,下行参考信号,总结 参考信号产生（金码

20、，从而可以避免小区间干扰） 参考信号的位置、作用（相当于IOI，测RF的信道质量、实现UE与eNB的资源对齐解调） 在资源格中，如果RE被参考信号占用，就不能分配其他用途；,下行广播信道PBCH,MIB信息内容很少，原始的MIB只有10bit左右 下行系统带宽 eNodeB天线数量 PHICH在资源块的位置 PBCH产生 Gold code扰码产生（扰码中使用PCI作为扰码），这样可以让UE区分本小区的PBCH 使用QPSK调制,下行广播信道位置,PBCH位置 一个PBCH分散在四个frame中进行传送，即4个frame的PBCH信号可以恢复成完整的MIB信息 频域位置：和PSS、SSS一样，

21、在中心频率的6RB范围（72子载波） 时域位置：每个frame的slot1(即subframe0)的0-3四个symbol,下行广播信道位置,多画了一个symbol,PCFICH下行物理控制格式指示信道,PCFICHPhysical Control Format Indicator Channel 作用：指出控制信息（PDCCH）在资源块的什么位置、数量（即引导UE去读PDCCH信息） 携带CFI（Control Format Indicator，是一串2进制数）信息，指示PDCCH占用的symbol的数量； UE在接收了PCFICH后，就可以进行知道PDCCH位置，并进行PDCCH解调；,P

22、CFICH资源格的位置,PCFICH位置 在时间轴上：在PCFICH的每个子帧的Symbol 0 在频率轴上：固定的占用数量，需要占用4个REG（RE group（REG是控制信息最小单元），一个REG4个RE），即占用16个RE；,PCFICH占用的16个RE尽量的分散在频域内，得到更好的频率分集；,PCFICH,加扰：使用Gold Code加扰（PCI） 调制：QPSK Layer Mapping：Single Antenna或Diversity方式；不能使用MIMO（例如同一个小区数据传送用MIMO，但是控制信道用分集方式）。 Precoding：只有一个Codeword（非MIMO方式

23、）。按照单天线、发射分集进行处理； Map到资源格：频率分集方式，分开放4个REG。 PCFICH指示PDCCH的格式（即可以知道PDCCH的位置）：正常时隙：1-3symbol，特殊时隙：1-2时隙；,PDCCH下行控制信道,PDCCH： 承载下行控制信息（DCI），每个用户一个PDCCH 作用： 告知用户的信息PDSCH安排在了资源格的什么位置； PCH寻呼消息在资源的位置；,PDCCH位置,PDCCH时间域的位置由PCFICH告之： 位置由PCFICH告知UE具体占用的symbol的位置。 可选位置是：正常子帧：1-3symbol上，特殊子帧在1-2symbol上；（具体PDCCH占用几

24、个symbol，占用哪个位置需要通过PCFICH告之。） PDCCH占用越少，可以承载的用户数据越大，但是承载用户越少；,红色：PSS（1 symbol）；绿色：SSS（1symbol）；褐色：PBCH（1个symbol，连续4个frame）；黄色：PDCCH（占用symbol可以调整，其中有16个RE的PCFICH）,用户数量的限制,PDCCH位置,PDCCH频率域的位置由PDCCH格式决定： REG：在时域上占一个symbol，频域上四个连续的子载波，就是4个RE的大小； CCE：9个REG，是PDCCH的最小单位； PDCCH最少占用1个CCE（1 CCE9 REG，即36个RE） PD

25、CCH在频率域占用具体数量：由PDCCH Format （或叫DCI format）决定：不同的格式，PDCCH占用不同的CCE的数量。 由,PDCCHDCI Format,PDCCH的格式通过PCFICH通知UE知道格式 不同的格式的具体区别,PDCCHDCI Format,PDCCH的格式DCI格式和天线模式对应关系,PDCCH处理,加扰：使用Gold Code（RNTI作为金码变量） 调制：QPSK,PDCCHUE接收PDCCH,盲检测 时域：系统在PCFICH上告诉UE PDCCH占用的symbol的数量和位置 频域：但是在频域上的位置是UE不知道的。因此需要UE进行盲检测找到PDCC

26、H位置。UE盲检测的效率决定了系统的能力； 为了使UE的盲检测有效，软件的处理是把PDCCH按照整数倍的位置进行放置。,下行物理共享信道PDSCH,PDSCH特点 在PDSCH中，既传用户数据，也传输寻呼、控制信息等；（与之前的系统有恨到的区别，没有了专门的PCH、BCCH信息、RACH response等）而且控制信道、寻呼消息具体在哪个RE上发也不是固定的。（类似IP包方式） PDSCH是共享信道：资源动态分配 可以使用QPSK、16QAK、64QAM 使用Gold code进行加扰（RNTI、PCI作为扰码变量）,下行物理共享信道PDSCH,PDSCH资源块分配UE通过PDCCH知道位置

27、 分配PDSCH需要避开PSS、SSS、PBCH、参考信号 一个用户的PDSCH占用一个RB Pair 一个用户的数据填满整个RB Pair，速率越高 在特殊子帧的DwPTS上也可以有PDSCH,下行物理共享信道PDSCH,PDSCH在特殊子帧上占用（浅绿色）,PHICHHARQ指示信道,Physical Hybrid ARQ Indicator Channel 作用：当用户发送了上行的PUSCH数据后，eNodeB通过PHICH向UE发送HARQ的ACK/NACK消息； HI消息内容：1（Ack）、0（Nack） LTE-TDD方式PHICH的HARQ和PUSCH的对应关系（FDD不考虑）：

28、 BPSK调制,这个表中的4表示：该用户的上行PUSCH的消息在后面的第四个子帧下载！（MCC要求TDD的1、2配置方式（2+2和3+1）,PHICHPHICH Group,PHICH组概念 用户的PHICH信息可以构成一个组，放在一个RE上传送；一个PHICH组的用户HI信息是正交的； 每个UE归属于第x个PHICH组中的第y个PHICH信号； PHICH组数量 LTE系统中有多少组是通过计算得出的： 公式：LTE-TDD PHCIH数量：对Normal CP，组的数量NgRB的数量,系统的配置参数,PHICHPHICH Group,PHICH组数量计算 下面表格对应每种配置模式中的PHIC

29、H组的数量 PHICH的组中的UE数量是固定的（和扩普系数相关），因此PHICH的组数量越多，可以容纳的用户越多。 假如这个组的数量配置不当（太少），会造成eNodeB没有足够的PHICH回应用户的上行数据；,PHICH是用户数量的因素。前面还有PDCCH不足也会限制用户数量,PHICHPHICH组中用户数量,如何在一个RE中有一个PHICH组（多个PHICH信道） PHICH可以在一个RE中传送多个用户的PHICH信息，需要在PHICH上进行正交序列处理； 正交序列的扩谱系数决定了这个PHICH组能容纳的UE数量：例如SF4，UE数量是8。-即一个PHICH组里面可以容纳8个UE的ACK/NAK消息，使用正交序列区分； PHICH承载用户数 结合PHICH组数量每个组的用户数量