LTE-物理层介绍.ppt

1、LTE基本原理介绍,2,E-UTRAN概述 下行信道 上行信道 硬件实现架构,内容提要,概述,3,技术指标对比,4,概述,E-UTRAN的多址方式以OFDM为基础，在上行使用SC-FDMA，在下行使用OFDMA OFDM是一种特殊的多载波传输方案。多载波传输把数据流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。由于各个子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率 为了克服符号间干扰，减少在接收端定时偏移的错误，一般都要在每个

2、OFDM符号之间插入保护间隔 通常是将每个OFDM符号的后Tg 时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成前缀，在交接点没有任何间断。这种保护间隔叫做循环前缀(Cyclic Prefix, CP)。E-UTRAN中使用的就是这种循环前缀,概述,OFDM收发信机示意图 SC-FDMA发射端示意图,5,概述,E-UTRAN系统的传输参数,6,概述,时域帧结构 基础时间单元 传输时间间隔 (TTI) 两种CP Normal CP Extended CP,7,概述(续)CP,8,概述(续)无线帧结构,两种无线帧结构 Type 1：适用于FDD和TDD模式 Type 2：仅适用于TDD模式 Type 1

3、 适用于全双工FDD和半双工的FDD与TDD 一个无线帧包含20个时隙，每两个时隙组成一个子帧 在10ms的间隔，上下行各自有10个子帧用于传输，上下行在频域上是独立的。,9,概述(续)无线帧结构,仅用于TDD模式 一帧分为两个半帧，每个半帧的结构是相同的 每个半帧包含5个子帧，其中子帧1包含三个特殊的域：DwPTS, GP和 UpPTS 一个子帧被定义为两个时隙 子帧0和DwPTS总是用于下行发送，UpPTS和子帧1总是用于上行发送 同一个时刻，一个子帧要么分配给下行，要么分配给上行。子帧0和子帧5总是分配给下行 切换点可以配置为5ms/10ms,10,Type 2,12,概述(续)无线帧结

4、构,Type 2帧结构的配置,概述(续)资源网格(Resource Grid),用来描述每个时隙中传输的信号 每个网格中有 NRBNscRB 个子载波(频域)和 Nsymb个符号(时域) NRB由传输带宽决定，并满足 6 NRB 110 资源网格中的每一个元素就叫做资源元素(Resource Element)，它是上下行传输中的最小资源单位,13,概述(续)资源块(Resource Block),由时域上Nsymb 个连续的符号和频域上 NscRB 个连续的子载波构成 包括 Nsymb NscRB个资源元素 对应于时域上一个时隙和频域上的180kHz,14,下行的时隙结构 同步信号 参考信号

5、下行物理信道的基本处理过程 各个信道的具体处理过程 OFDM基带信号的生成,15,E-UTRAN概述 下行信道 上行信道 硬件实现架构,内容提要,下行传输,LTE的下行传输是基于OFDMA的 物理信号 Reference signal Synchronization signal 物理信道 Physical Downlink Shared Channel, PDSCH Physical Broadcast Channel, PBCH Physical Multicast Channel, PMCH Physical Control Format Indicator Channel, PCFIC

6、H Physical Downlink Control Channel, PDCCH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH,16,下行传输(续)时隙结构,下行的子载波间隔 f 有两种，15kHz和7.5kHz 时域上有 NDLsymb个OFDM符号，根据不同的CP和帧结构和子载波间隔，数目不同 对于多天线发送情况，每个天线端口对应一个资源网格，天线端口是通过相关的参考信号来定义的 资源块有物理资源和虚拟资源块 一个时隙中物理资源块编号和资源元素之间的关系为 虚拟资源块和物理资源块大小一样 根据分集阶数的不同，虚拟资源块和物理资源块之间的映射方

7、式不同,17,下行传输(续),对物理信道处理的目的主要是把经过加扰、调制处理后的物理信号和物理信道映射到资源网格中去，然后再对他们进行OFDM处理 在映射到资源网格的过程中，存在优先级，顺序为： 参考信号 同步信号 PBCH PCFICH PHICH PDCCH PMCH/PDSCH 下面就按照这个顺序介绍对下行物理信道和物理信号的处理,18,下行传输(续)参考信号1,参考信号的作用 信道质量测量 信道估计的相干解调 小区搜索信息 三种下行参考信号 小区专用参考信号 MBSFN参考信号 UE专用参考信号 一个下行天线端口上只能传一个参考信号 小区专用参考信号，支持配置1，2，4个天线端口 MB

8、SFN参考信号，在天线口4上发送 UE专用参考信号，在天线口5上发送,19,下行传输(续)参考信号2,小区专用参考信号 在不发送MBSFN的小区的所有下行子帧上传输 若子帧已用于传输MBSFN，那么只有子帧的前两个OFDM符号可以用于传输小区专用参考信号 小区专用参考信号能在天线端口03中的一个或几个上传输 只在15khz间隔有定义 参考信号的生成 ( rm,n(ns) ),20,扩展CP： 由一个二维随机序列 rm,n(ns) 生成 共有504个 物理层小区id与504个不同的二维随机序列之间存在一对一的映射,普通CP：,下行传输(续)参考信号3,小区专用参考信号映射到资源元素 一个时隙里任

9、何一个天线上用于传输参考信号了的资源元素在同一时隙中任何天线上都不能使用，并要设为0 下图是 Cell ID为0， vshift0 时参考信号在下行天线端口的映射情况示意图,21,下行传输(续)参考信号4,MBSFN参考信号 在分配给MBSFN传输的子帧上传送 使用天线端口4 只在长CP情况下使用,22,下行传输(续)参考信号5,UE专用参考信号 支持PDSCH的单天线传输 使用天线端口5 由高层配置是否传输或是否为PDSCH解调的相位参考 如果存在UE专用参考信号并且是PDSCH解调的有效相位参考，那么UE可以忽略在天线端口2和3上的传输,23,下行传输(续)同步信号1,在小区搜索过程中和小

10、区id密切相关。物理层小区id总共有504个，分成168个物理层小区id组，每组有3个id。这样物理层小区id可以表示成： NcellID=3 N(1)ID + N(2)ID， N(1)ID0,1,167 ， N(2)ID0,1,2 分为主同步信号和辅同步信号 在映射到资源网格中的时候要避开已经映射了参考信号的资源元素 主同步信号序列的生成 由频域 Zadoff-Chu 序列产生 和 N(2)ID 相关 辅同步信号序列的生成 两个长度为31的二进制序列交错级联产生 级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰,24,下行传输(续)同步信号2,主同步信号映射到资源元素 帧结构1：主同步信号仅仅在

11、时隙0和时隙10中最后一个符号发送 帧结构2：主同步信号在DwPTS域第三个符号发送。 辅同步信号映射到资源元素 帧结构1：辅同步信号仅仅在时隙0和时隙10中最后第二个符号发送 帧结构2：辅同步信号在时隙1和时隙11的最后一个OFDM符号发送,25,下行传输(续)下行物理信道的处理过程1,基本处理过程 加扰：对将要在物理信道上传输的码字中的比特进行加扰 调制：加扰后的比特变成了复值调制符号 层映射：将复值调制符号映射到一个或者多个传输层 预编码：对将要在各个天线端口上发送的每个传输层上的复制调制符号进行预编码 映射到资源元素：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上 生成OFDM信号：为每

12、个天线端口生成复值时域的OFDM符号,26,下行传输(续)下行物理信道的处理过程2,加扰 加扰前后的比特数不变 利用小区专用序列加扰 调制 编码效率根据不同的调制方法而不同 QPSK: L=2；16QAM: L=4；64QAM: L=6,27,下行传输(续)下行物理信道的处理过程3,层映射 码字数q，层数v，天线端口数P，每层的符号数M layersymb 输入 d(q)(0), ,d(q)( M(q)symb-1)，输出x(i)=x(0)(i),x(v-1)(i)T， i=0,1, Mlayersymb-1 单天线的层映射(v=1) x(0)(i)=d(0)(i)， Mlayersymb=

13、M(0)symb 空间复用的层映射(q=1,2，vP),28,下行传输(续)下行物理信道的处理过程4,29,层映射 传输分集的层映射(q=1， v=P),下行传输(续)下行物理信道的处理过程5,预编码 层映射的输出作为输入，每个天线端口p上的输出表示为 y(p)(i)， i=0,1, Mapsymb-1 在单天线上传输的预编码(p=1) y(p)(i)=x(0)(i) i=0,1, Mapsymb-1 ， Mapsymb = Mlayersymb 空间复用的预编码( p=2,4) CDD较小或等于0 CDD较大,30,下行传输(续)下行物理信道的处理过程6,31,P=2的W(i),P=4的W(

14、i),CDD较小的D(i),CDD较大的D(i),下行传输(续)下行物理信道的处理过程7,传输分集的预编码 P=2,32,P=4,下行传输(续)下行物理信道的处理过程8,层复用和预编码是成套出现的,33,下行传输(续)下行物理信道的处理过程9,映射到资源元素 每个天线端口处，复值符号从y(p)(0) 开始，映射到指定的虚拟传输块上 用于传输参考信号的资源块不被映射 先子载波后OFDM符号，然后按照时隙和子帧依次映射,34,下行传输(续)PBCH1,处理过程,35,下行传输(续)PBCH2,映射示意图,36,下行传输(续)PCFICH1,指示在一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM符号数(1,

15、2,or 3) 处理方法,37,下行传输(续)PCFICH2,映射示意图,38,下行传输(续)PHICH,39,承载HARQ ACK/NACK 处理方法,下行传输(续)PDCCH,承载调度指令和其它控制信息 PDCCH在一个或者几个控制信道元素(CCEs)的集合中被发送。一个CCE和一组资源元素相关。多个PDCCHs可以在一个子帧中被发送。 PDCCH支持多种传输格式 处理方法,40,下行传输(续)PDSCH,处理过程 没有传UE专用参考信号：P=1，2，4 传输了UE专用信号：p=5 映射时 ，按照先k，再l，然后时隙，最后是子帧的顺序，将经过处理的符号映射到没有被前面的信号和信道使用过的资

16、源元素上,41,下行传输(续)PMCH,处理过程 不使用传输分级模式 在使用单天线传输时，使用的天线端口是 p=4 传输PMCH使用的子帧时，最多只有前面两个OFDM符号保留用来实现non-MBSFN 在支持PDSCH和PMCH混合发送的载波上，不能在子帧0和5传PMCH 映射时 ，按照先k，再l，然后时隙，最后是子帧的顺序，将经过处理的符号映射到没有被前面的信号和信道使用过的资源元素上,42,下行传输(续)OFDM基带信号的生成,一个时隙内的OFDM符号以 l 的升序方式发送,43,上行的时隙结构 参考信号 PUCCH和PUSCH的具体处理过程 SC-FDMA基带信号的生成 PRACH,44

17、,E-UTRAN概述 下行信道 上行信道 硬件实现架构,内容提要,上行传输,LTE的上行传输是基于SC-FDMA的 物理信号 Reference signal（由相同的基本序列产生） 解调参考信号（与PUSCH或PUCCH有关） Sounding参考信号（与PUSCH或PUCCH无关） 物理信道 Physical Uplink Shared Channel, PUSCH Physical Uplink Control Channel, PUCCH Physical Random Access Channel, PRACH,45,上行传输(续)时隙结构,上行的子载波间隔 f 只有一种，15kHz

18、 时域上为 NULsymb 个SC-FDMA符号，根据不同的CP和帧结构，数目不同 资源块编号与资源元素之间的关系,46,上行传输(续)参考信号1,两类 上行参考信号 解调参考信号：与PUSCH或PUCCH的传输相关 Sounding参考信号：与PUSCH和PUCCH的传输无关 两类参考信号由不同的循环因子a与同一个基本序列生成,47,基本序列按长度3RB为界分为两种不同的产生方法 基本序列分为30组，u为组号，v为组内序列号，每组根据序列长度不同包含一个或两个序列。v=0(信号长度为15RB)，v=0/1(信号长度为6110RB),48,上行传输(续)基本序列的生成,基本序列长度=3RB时,

19、基本序列长度=1RB/2RB时，查表5.5.1.2-1/5.5.1.2-2,49,上行传输(续)各信号处理流程,上行传输(续)参考信号2,PUCCH的解调参考信号(rPUCCH() 参考信号序列的产生 不同的PUCCH格式，每个时隙中使用的参考信号数NRSPUCCH和w(n) 不同 不同时隙采用不同的w(n),不同的符号位置采用不同的循环位移 PUCCH解调参考信号长度为12子载波 映射到资源元素 参考信号序列先乘以幅度因子PUCCH 先按k的升序，然后是l 的升序，最后是时隙号 k的取值范围与用于PUCCH传输的集合一样 帧结构类型不同选用的l不同,50,上行传输(续)参考信号3,51,PUSCH的解调参考信号(rPUSCH() 参考信号序列生成 跳频模式一个时隙中的u根据跳频序列的不同而不同 非跳频模式u值固定，v值基于时隙变化 一个子帧中不同的时隙可以使用不同的 信号长度与PUSCH的长度相同 映射到资源元素 参考信号序列先乘以幅度因子PUSCH 仅使用l=3，k 按照升序进行映射,上行传输(续)参考信号4,Sounding参考信号 信号的生成rSRS() 使用的序列序号从PUCCH使用的序列序号得到 映射