TD-LTE帧结构与物理层-研究院.pdf

23 lte帧结构帧结构 fdd lte帧结构帧结构 td-lte帧结构帧结构 #0 帧帧: 10ms 子帧: 1ms 时隙 0.5ms #1#2#3#4#5#6#7#8#9#19 子帧: 1ms 时隙 0.5ms #0dwpts 特殊子帧: 1ms #2#3#4 半帧: 5ms半帧: 5ms 帧帧: 10ms gpuppts 关键技术帧结构物理信道物理层过程 24 td-lte帧结构帧结构 子帧: 1ms 时隙 0.5ms #0dwpts 特殊子帧: 1ms #2#3#4 半帧: 5ms半帧: 5ms 帧帧: 10ms gpuppts td-lte帧结构特点： 无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。fdd子帧长度也是1ms。 一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。和fdd lte的帧长一样。 特殊子帧 dwpts + gp + uppts = 1ms dl-ul configuration switch-point periodicity subframe number 0123456789 05 msdsuuudsuuu 15 msdsuuddsuud 25 msdsudddsudd 310 msdsuuuddddd 410 msdsuudddddd 510 msdsuddddddd 65 msdsuuudsuud td-lte上下行配比表 转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时 隙。这类配置因为10ms有两个上下行转 换点，所以harq的反馈较为及时。适用 于对时延要求较高的场景 转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊 时隙。这种配置对时延的保证略差一些， 但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所 以系统损失的容量相对较小 关键技术帧结构物理信道物理层过程 25 td-lte帧结构和帧结构和td-scdma帧结构对比帧结构对比 子帧: 1ms #0dwpts 特殊子帧: 1ms #2#3#4 gpuppts 正常时隙: 0.675ms gp #1#2#0#3#4#5#6 dwptsuppts 特殊时隙总长特殊时隙总长: 0.275ms td-scdma 半帧半帧: 5ms td-lte 半帧半帧: 5ms td-lte和td-scdma帧结构主 要区别： 1. 时隙长度不同。td-lte的子帧 （相当于td-s的时隙概念）长 度和fdd lte保持一致，有利于 产品实现以及借助fdd的产业链 2. td-lte的特殊时隙有多种配置 方式，dwpts,gp,uppts可以 改变长度，以适应覆盖、容量、 干扰等不同场景的需要。 3. 在某些配置下，td-lte的 dwpts可以传输数据，能够进 一步增大小区容量 4. td-lte的调度周期为1ms，即 每1ms都可以指示终端接收或发 送数据，保证更短的时延。而 td-scdma的调度周期为5ms 关键技术帧结构物理信道物理层过程 26 td-lte和和td-scdma邻频共存（邻频共存（1） td-s = 3:3 根据仿真结果，此时td-lte下行扇区吞吐量为26mbps左右 （采用10:2:2，特殊时隙可以用来传输业务） td-lte = 2:2 + 10:2:2 td-scdma 时隙 = 675us dwpts = 75us gp = 75us uppts = 125us td-lte 子帧= 1ms = 30720ts 10:2:2 = 21952ts : 4384ts : 4384ts 3:9:2 = 6592ts : 19744ts : 4384ts td-scdma td-lte 1.025ms =2.15ms 特殊时隙 特殊时隙 共存要求：上下行没有交叠（图中tb ta）。则 td-lte的dwpts必须小于0.85ms（26112ts)。 可以采用10:2:2的配置 0.675ms 1ms 关键技术帧结构物理信道物理层过程 27 td-scdma td-lte td-scdma 时隙 = 675us dwpts = 75us gp = 75us uppts = 125us td-lte 子帧= 1ms = 30720ts 10:2:2 = 21952ts : 4384ts : 4384ts 3:9:2 = 6592ts : 19744ts : 4384ts 0.7ms 0.675ms 1ms =1.475ms 共存要求：上下行没有交叠（图中tb ta） 。 则td-lte的dwpts必须小于 0.525ms（16128ts)，只能采用3:9:2的配置 td-s = 4:2 根据计算，此时td-lte下行扇区吞吐量为28mbps左右 （为避免干扰，特殊时隙只能采用3:9:2，无法用来传输业务。经计算，为和td-scdma时 隙对齐引起的容量损失约为20% ） 计算方法：ts36.213规定，特殊时隙dwpts如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传 输。如果采用10:2:2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍 传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75=20% td-lte = 3:1 + 3:9:2 关键技术帧结构物理信道物理层过程 td-lte和和td-scdma邻频共存（邻频共存（2） 28 td-s = 1:5td-lte = 1:3 + 3:9:2 td-scdma td-lte 根据计算，此时td-lte下行扇区吞吐量为9.3m （特殊时隙无法用来传输业务） 如果特殊时隙采用10:2:2，则下行扇区吞吐量为16.2m。 所以为和td-scdma时隙对齐引起的容量损失约为43% td-scdma 时隙 = 675us dwpts = 75us gp = 75us uppts = 125us td-lte 子帧= 1ms = 30720ts 10:2:2 = 21952ts : 4384ts : 4384ts 3:9:2 = 6592ts : 19744ts : 4384ts 0.675ms 1ms 0.675ms =3.5ms 共存要求：上下行没有交叠（图中tb ta） 。td-lte的 dwpts必须小于0.5ms（15360ts)。只能采用 3:9:2 关键技术帧结构物理信道物理层过程 td-lte和和td-scdma邻频共存（邻频共存（3） 29 和和td-scdma共存共存 - 小结小结 根据仿真结果，此时td-lte下行扇区吞吐量为26mbps左右 （特殊时隙可以用来传输业务） td-s = 3:3 td-lte = 2:2 + 10:2:2 根据仿真结果，此时td-lte下行扇区吞吐量为28mbps左右 （特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失20%） td-s = 4:2 td-lte = 3:1 + 3:9:2 td-lte = 1:3 + 3:9:2 td-s = 1:5 根据计算结果，此时td-lte下行扇区吞吐量为9.3m （特殊时隙采用3:9:2，无法用来传输业务，损失43% ） 上述分析表明：上述分析表明： 1. td-s网络网络3:3配置的情况下，既符合配置的情况下，既符合td-lte网络本身支持业务需求和达 到自身性能最优的条件，也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。 网络本身支持业务需求和达 到自身性能最优的条件，也没有时隙对齐造成的吞吐量损失。 2. 由于现网由于现网td-s为为4:2的配置，若不改变现网配置，的配置，若不改变现网配置，td-lte在需要和在需要和td-s 邻频共存的场景下，时隙配比只能为邻频共存的场景下，时隙配比只能为3:1+3:9:2。 关键技术帧结构物理信道物理层过程 30 特殊子帧特殊子帧 td-lte特殊子帧继承了td-scdma的特殊子 帧设计思路，由dwpts，gp和uppts组成。 td-lte的特殊子帧可以有多种配置，用以改 变dwpts，gp和uppts的长度。但无论如何 改变，dwpts + gp + uppts永远等于1ms 特殊子帧 配置 normal cp dwptsgpuppts 03101 1941 21031 31121 41211 5392 6932 71022 81112 1ms gpdwptsuppts 1ms gpdwptsuppts td-lte的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约 关系，可以相对独立的进行配置 目前厂家支持10:2:2（以提高下行吞吐量为目的）和 3:9:2（以避免远距离同频干扰或某些td-s配置引起 的干扰为目的），随着产品的成熟，更多的特殊子帧 配置会得到支持 关键技术帧结构物理信道物理层过程 31 主同步信号pss在dwpts上进行传输 dwpts上最多能传两个pdcch ofdm符号（正常时隙能传最多3个） 只要dwpts的符号数大于等于9，就能传输数据（参照上页特殊子帧配 置） td-scdma的dwpts承载下行同步信道dwpch，采用规定功率覆盖整个小区，ue从 dwpts上获得与小区的同步 td-scdma的dwpts无法传输数据，所以td-lte在这方面是有提高的。如果小区覆 盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大的gp配置）， 推荐将dwpts配置为能够传输数据 dwpts 关键技术帧结构物理信道物理层过程 32 uppts uppts可以发送短rach（做随机接入用）和srs（sounding参考信号， 详细介绍见后） 根据系统配置，是否发送短rach或者srs都可以用独立的开关控制 因为资源有限（最多仅占两个ofdm符号），uppts不能传输上行信令或数据 td-scdma的uppts承载uppch，用来进行随机接入 关键技术帧结构物理信道物理层过程 33 逻辑、传输、物理信道逻辑、传输、物理信道 下行信道映射关系下行信道映射关系上行信道映射关系上行信道映射关系 逻辑信道逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。 传输信道传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。 物理信道物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其 载频、 扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去； 不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。 关键技术帧结构物理信道物理层过程 34 物理信道简介物理信道简介 信道类型信道名称 td-s类 似信道功能简介 控制信道 信道类型信道名称 td-s类 似信道功能简介 控制信道 pbch(物理广播信道）pccpchmib pdcch（下行物理控制信道)hs-scch 传输上下行数据调度信令 上行功控命令 寻呼消息调度授权信令 rach响应调度授权信令 phich(harq指示信道）hs-sich传输控制信息hi（ack/nack) pcfich（控制格式指示信道）n/a指示pdcch长度的信息 prach（随机接入信道）prach用户接入请求信息 pucch（上行物理控制信道）adpch 传输上行用户的控制信息， 包括cqi, ack/nak反馈，调 度请求等。 业务信道业务信道 pdsch（下行物理共享信道） pdsch rrc相关信令、sib、paging 消息、下行用户数据 pusch（上行物理控制信道） pusch 上行用户数据，用户控制信 息反馈，包括cqi,pmi,ri 关键技术帧结构物理信道物理层过程 36 不同的同步信号来区分不同的小区，包括pss和sss。 p-sch p-sch (主同步信道）：符号同步，部分cell id检测,3个小区id. s-schs-sch（辅同步信道）：帧同步，cp长度检测和cell group id检测，168个 小区组id. sch配置配置 sch 10-mhz bandwidth 20-mhz bandwidth 5-mhz bandwidth 1.25-mhz bandwidth 2.5-mhz bandwidth 时域结构时域结构频域结构频域结构 sch(同步信道同步信道) pss位于dwpts的第三个符号pss位于dwpts的第三个符号 sss位于5ms第一个子帧的最后一个 符号 sss位于5ms第一个子帧的最后一个 符号 小区搜索需要支持可扩展的系统带宽：小区搜索需要支持可扩展的系统带宽： 1.4/3/5/10/20mhz1.4/3/5/10/20mhz sch (p/s-sch)占用的72子载波位于 系统带宽中心位置 sch (p/s-sch)占用的72子载波位于 系统带宽中心位置 关键技术帧结构物理信道物理层过程 37 pci概述概述 lte系统提供504个物理层小区id(即pci)，和td-scdma系统的128个扰码概 念类似。网管配置时，为小区配置0503之间的一个号码即可。 基本概念基本概念 小区id获取方式小区id获取方式 在td-scdma系统中，ue解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得 该小区id。lte的方式类似，不同的是ue需要解出两个序列：主同步序列 （pss，共有3种可能性）和辅同步序列（sss，共有168种可能性）。由两个 序列的序号组合，即可获取该小区id。 配置原则配置原则 因为pci直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和pci相 关，所以相邻小区的pci不能相同以避免干扰。 关键技术帧结构物理信道物理层过程 38 频域：对于不同的带宽，都占用中间的1.08mhz （72个子载波）进行传输频域：对于不同的带宽，都占用中间的1.08mhz （72个子载波）进行传输 时域：映射在每个5ms 无线帧的subframe0里的第二个slot的前4个ofdm符号上时域：映射在每个5ms 无线帧的subframe0里的第二个slot的前4个ofdm符号上 周期：pbch周期为40ms，每10ms重复发送一次，终端可以通过4次中的任一次接收 解调出bch 周期：pbch周期为40ms，每10ms重复发送一次，终端可以通过4次中的任一次接收 解调出bch pbch配置配置 pbch(广播信道广播信道) 广播消息：mib&sib广播消息：mib&sib mib在pbch上传输mib在pbch上传输, 包含了接入lte系统所 需要的最基本的信息： , 包含了接入lte系统所 需要的最基本的信息： 下行系统带宽下行系统带宽 phich资源指示phich资源指示 系统帧号(sfn）系统帧号(sfn） crccrc 使用mask的方式使用mask的方式 天线数目的信息等天线数目的信息等 sib在dl-sch上传输，映射到物理信道pdsch sib在dl-sch上传输，映射到物理信道pdsch ， 携带如下信息： ， 携带如下信息： 一个或者多个plmn标识一个或者多个plmn标识 track area codetrack area code 小区id小区id ue公共的无线资源配置信息ue公共的无线资源配置信息 同、异频或不同技术网络的小区重选信息同、异频或不同技术网络的小区重选信息 sib1固定位置在#5子帧上传输，携带了dl/ul时隙 配比，以及其他sib的位置与索引等信息。 sib1固定位置在#5子帧上传输，携带了dl/ul时隙 配比，以及其他sib的位置与索引等信息。 关键技术帧结构物理信道物理层过程 sib 1 sib 2 sib 38 39 phich的传输以phich组的形式，phich组的个 数由pbch指示。 phich的传输以phich组的形式，phich组的个 数由pbch指示。 ng=1/6,1/2,1,2 phich组数=ng*(100/8)（整数，取上限） =3，7，13，25 ng=1/6,1/2,1,2 phich组数=ng*(100/8)（整数，取上限） =3，7，13，25 phich min=3 phich max=25phich min=3 phich max=25 采用bpsk调制，传输上行信道反馈信息。采用bpsk调制，传输上行信道反馈信息。 指示pdcch的长度信息（1、2或3），在子帧的第一个ofdm符号上发送， 占用4个reg，均匀分布在整个系统带宽。 指示pdcch的长度信息（1、2或3），在子帧的第一个ofdm符号上发送， 占用4个reg，均匀分布在整个系统带宽。 采用qpsk调制，携带一个子帧中用于传输pdcch的ofdm符号数，传输格 式。 采用qpsk调制，携带一个子帧中用于传输pdcch的ofdm符号数，传输格 式。 小区级shift，随机化干扰。小区级shift，随机化干扰。 pcfich & phich配置配置 pcfich(物理层控制格式指示信道)(物理层控制格式指示信道) phich(物理harq指示信道)(物理harq指示信道) 关键技术帧结构物理信道物理层过程 40 频域：占用所有的子载波频域：占用所有的子载波 时域：占用每个子帧的前时域：占用每个子帧的前n n个ofdm符号，n=3个ofdm符号，n=3 pdcch的信息映射到控制域中除了参考信号、的信息映射到控制域中除了参考信号、pcfich、phich之外 的 之外 的re中，因此需先获得中，因此需先获得pcfich和和phich的位置之后才能确定其位置。的位置之后才能确定其位置。 用于发送上用于发送上/下行资源调度信息、功控命令等，通过下行控制信息块下行资源调度信息、功控命令等，通过下行控制信息块dci 承载，不同用户使用不同的承载，不同用户使用不同的dci资源。资源。 pdcch配置配置-覆盖覆盖 pdcch(物理下行控制信道物理下行控制信道) dci占用的物理资源可变，范围为18个cce （ 36个re/cce ） dci占用的物理资源可变，范围为18个cce （ 36个re/cce ） dci占用资源不同，则解调门限不同，资源越多， 需求的解调门限越低，覆盖范围越大 dci占用资源不同，则解调门限不同，资源越多， 需求的解调门限越低，覆盖范围越大 pdcch可用资源有限，单个dci占用资源越多， 将导致pdcch支持用户容量下降 pdcch可用资源有限，单个dci占用资源越多， 将导致pdcch支持用户容量下降 针对每个dci可以进行功控，以达到降低小区间 干扰和增强覆盖的目的 针对每个dci可以进行功控，以达到降低小区间 干扰和增强覆盖的目的 关键技术帧结构物理信道物理层过程 41 pdcch配置配置-容量容量 信道及信号re pcfich 信道及信号re pcfich4*4=16 phichphich min3*4=12 max25*4=100 rsrs两天线端口4*100=400 1 symbol1 symbol12*100=1200 2 symbol2 symbol2*1200=2400 3 symbol3 symbol3*1200=3600 以3 symbol , phich组数=3为例， 可计算出用于pdcch的cce总数： （3600-16-12-400）/ 36 =88cce, 根据用户占用不同cce个数，可计 算出每毫秒可调度次数： 88/1=88 ； 88/2=44 88/4=22 ； 88/8=11 pdcch可用资源有限，单个dci占用资源越多，将导致pdcch支持用户容量下降 关键技术帧结构物理信道物理层过程 以两天线端口为例计算pdcch在20mhz带宽下可调度用户数 支持用户数的计算假定： 1.用户每10ms被调度一次 2.用户分布如下： 10%用户采用1cce 20%用户采用2cce 20%用户采用4cce 50%用户采用8cce 两天线端口10ms调度次数10ms 调度 用户 数 2:2 pdcch占ofdm symbol数目1cce2cce4cce8cce 1 max 两天线端口10ms调度次数10ms 调度 用户 数 2:2 pdcch占ofdm symbol数目1cce2cce4cce8cce 1 max12660301236 minmin11454241233 2 max 2 max330162783699 minmin312156783696 3 max 3 max46223011456143 minmin44422011052136 3:1 1 max 3:1 1 max16880401648 minmi2 max 2 max44021610448132 minmin41620810448128 3 max 3 max63831815878198 minmin61430415272188 42 初期引入建议：考虑初期应用场景为 城区，format 0和4即可满足覆盖要求， 故初期仅要求格式0和4 初期引入建议：考虑初期应用场景为 城区，format 0和4即可满足覆盖要求， 故初期仅要求格式0和4 频域：1.08mhz带宽（72个子载波），与pucch 相邻 频域：1.08mhz带宽（72个子载波），与pucch 相邻 时域：位于uppts（format 4）及普通上行子帧中 （format 03）。每10ms无线帧接入0.56次，每 个子帧采用频分方式可传输多个随机接入资源。 时域：位于uppts（format 4）及普通上行子帧中 （format 03）。每10ms无线帧接入0.56次，每 个子帧采用频分方式可传输多个随机接入资源。 prach配置配置 长度配置长度配置 lte中有两种接入类型（竞争和非竞争），两 种类型共享接入资源（前导码，共64个），需 要提前设置。 lte中有两种接入类型（竞争和非竞争），两 种类型共享接入资源（前导码，共64个），需 要提前设置。 初期建议：竞争/非竞争两种接入类型均要求， 配置保证在切换场景下使用非竞争接入。 初期建议：竞争/非竞争两种接入类型均要求， 配置保证在切换场景下使用非竞争接入。 格式时间长度覆盖范围格式时间长度覆盖范围 01ms15km 12ms77km 22ms80km 33ms100km 40.157ms1.4km 应用场景接入类型应用场景接入类型 idle态初始接入竞争 无线链路失败后初始接入竞争 连接态上行失步后发送上行数据竞争 小区切换竞争 态初始接入竞争 无线链路失败后初始接入竞争 连接态上行失步后发送上行数据竞争 小区切换竞争/非竞争 连接态上行失步后接收下行数据竞争 非竞争 连接态上行失步后接收下行数据竞争/非竞争非竞争 prach(物理随机接入信道)prach(物理随机接入信道) 大小区半径方案：preamble重复和更长的cp 关键技术帧结构物理信道物理层过程 接入类型建议接入类型建议 43 pucch配置配置 pucch格式承载信息内容承载用户数 1 pucch格式承载信息内容承载用户数 1sriue是否有调度请求 181a1a 1bit ack 传输harq信息 1b1b2bit ack 2 2cqipmi+ri+cqi 122a2acqi+1比特ack 混合传输cqi及 harq信息 2b2bcqi+2比特ack 传输上行用户的控制信息，包括传输上行用户的控制信息，包括cqi, ack/nak反馈， 调度请求等。 反馈， 调度请求等。 一个控制信道由一个控制信道由1个个rb pair组成，位于上行子帧的两边 边带上 组成，位于上行子帧的两边 边带上 在子帧的两个在子帧的两个slot上下边带跳频，获得频率分集增益上下边带跳频，获得频率分集增益 pucch重复编码，获得接收分集增益，增加解调成功率重复编码，获得接收分集增益，增加解调成功率 通过码分复用，可将多个用户的控制信息在同一个通过码分复用，可将多个用户的控制信息在同一个 pdcch资源上发送。资源上发送。 上行容量与吞吐量是上行容量与吞吐量是pucch个数与个数与pusch个数的折中个数的折中 pucch（上行物理控制信道）（上行物理控制信道） 控制信道示意图 关键技术帧结构物理信道物理层过程 44 pucch-ack反馈模式反馈模式 下行子帧多于上行子帧时，多个下行子帧多于上行子帧时，多个ack/nack通过逻辑与运算生成 上行子帧中的 通过逻辑与运算生成 上行子帧中的ack（nack）。）。 单码字生成一个单码字生成一个bit ack(nack) 双码字生成两个双码字生成两个bit ack(nack) 允许最多允许最多4个下行子帧的个下行子帧的ack（ na