LTEFDD物理层结构介绍.ppt

LTE FDD物理层结构介绍 中兴通讯学院 课程目标 n掌握LTE物理层帧结构 n了解物理资源分配 n了解物理信道及信号的功能 n掌握物理层过程 课程内容 n物理层概述 n无线帧结构 n物理资源分配 n物理信道和信号 n物理层过程 物理层功能 n物理层主要功能： l传输信道的错误检测并向高 层提供指示 l传输信道的前向纠错编码（ FEC）与译码 l混合自动重传请求（HARQ ） l传输信道与物理信道之间的 速率匹配及映射 l物理信道的功率加权 l物理信道的调制解调 l时间及频率同步 l射频特性测量并向搞成提供 指示 lMIMO天线处理 l传输分集 l波束赋形 l射频处理 物理层主要负责向上层提供底层的数据传输服务 物理层（PHY）的位置 信令流数据流 物理层关键技术 OFDMA/SC-FDMA基本原理 n下行采用OFDMA lOFDMA将传输带宽划分成相互正交的子载波集，通过将 不同的子载波集分配给不同的用户，可用资源被灵活的 在不同移动终端之间共享，从而实现不同用户之间的多 址接入。这可以看成是一种OFDM+FDMA+TDMA技术相 结合的多址接入方式。 n上行采用SC-FDMA n利用DFTS-OFDM的特点可以方便的实现SC-FDMA多址接入方 式 n通过改变不同用户的DFT的输出到IDFT输入端的对应关系，输入 数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置，从而实现多用户多址 接入 OFDMA示例 l最大支持64 QAM l通过CP解决多径干扰 l兼容MIMO SC-FDMA示例 l最大支持 16 QAM l单载波调制降低峰均比（PAPR） lFDMA可通过FFT 实现 OFDMA与SC-FDMA的对比 OFDMA/SC-FDMA技术优势 nLTE系统上行采用SC-FDMA多址技术，下行采用OFDMA多 址技术。 nOFDMA/SC-FDMA多址技术的优势： l更大的带宽和带宽灵活性 n随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA 的性能会受到 多径的影响 n在同一个系统，使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽 l扁平化架构 n当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来提 高小区容量。频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现 l便于上行功放的实现 nSC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比, 有利于终端采用更高 效率的功放 l简化多天线操作 nOFDMA相比较CDMA实现MIMO容易 下行关键技术信道编码 n下行各物理信道采用的信道编码方式及编码速率 下行信道类类型编码类编码类 型编码编码 速率 PDSCHTurbo coding1/3 PMCHTurbo coding1/3 PHICHRepetition coding1/3 PCFICHBlock 1/16 PBCHTail biting convolutional coding1/3 PDCCHTail biting convolutional coding1/3 上行关键技术信道编码 n上行各物理信道采用的信道编码方式及编码速率 上行信道类类型编码类编码类 型编码编码 速率 PUSCHTurbo coding1/3 PRACHTurbo coding1/3 PUCCHTail biting convolutional coding1/3 下行关键技术调制方式 n下行各物理信道支持的调制方式 下行信道类类型支持的调调制方式 PDSCH QPSK, 16QAM, 64QAM PMCHQPSK, 16QAM, 64QAM PHICH BPSK PCFICH QPSK PBCH QPSK PDCCH QPSK 上行关键技术调制方式 n上行各物理信道支持的调制方式 下行信道类类型支持的调调制方式 PUSCH QPSK、16QAM、64QAM PRACHQPSK、16QAM、64QAM PUCCH QPSK 课程内容 n物理层概述 n无线帧结构 n物理资源分配 n物理信道和信号 n物理层过程 无线帧结构-FDD n每个10ms无线帧被分为10个子帧 n每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms nTs=1/(15000*2048) 是基本时间单元 n任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行 #0 1个无线帧 Tf = 307200 TS = 10 ms 1个时隙 Tslot=15360TS=0.5ms #1 1个子帧 #2#17#18#19 1个子帧 子帧 #5 DwPTS GP UpPTS 子帧 #9 1个半帧 153600 TS = 5 ms 1个子帧 子帧 #0 DwPTS GP UpPTS 30720TS 子帧 #4 1个时隙 Tslot=15360TS 1个无线帧 Tf = 307200 Ts = 10 ms 无线帧结构-TDD n每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特 殊子帧组成 n特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms n支持5ms和10ms上下行切换点 n子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送 课程内容 n物理层概述 n无线帧结构 n物理资源分配 n物理信道和信号 n物理层过程 物理资源块PRB n一个RB在时域上包含 个OFDM符号,在频域上 包含 个子载波 n 和 的个数由CP 类型和子载波间隔决定 资源组 资源定义 RE一个RE在时域占用一个符号，在频域占用1个子载波， 是最小的资源单位 REG为控制信道资源分配的资源单位， 由4个RE组成 CCE由PDCCH资源分配的一个资源单位; 一个CCE包含9个 REG RB由服务信道资源分配的一个资源单位; RB在时域占用一 个时隙，在频域占用12个子载波 RBG为业务信道资源分配的资源单位， 由一组RB组成 REG的概念 CCE的概念 CP，子载波间隔和OFDM符号 nCP，子载波间隔和OFDM符号之间的关系 子载波间 隔 OFDM符号 数(一个时隙 ) RB占用子载 波数 RB对应的 RE数 常规CP 15KHz71284 扩展CP 15KHz61272 7.5KHz32472 1个RB在频域上对应12个子载波， 180KHz=15 KHz x 12(normal CP) RB和带宽 n不同带宽对应的RB数 l占用带宽 = 子载波间隔 x 每RB的子载波数 x RB数 l子载波间隔 = 15KHz l每RB的子载波数 = 12 l备注: 当前协议中，最大RB数为110 信道带宽 (MHz) 1.435101520 RB数 615255075100 实际占用带 宽(MHz) 1.082.74.5913.518 RBG的概念 nRBG用于服务信道的资源分配 nRBG 由一组RB组成 nRBG的个数与系统带宽相关 464 110 327 63 211 26 110 (P) RBG 个数系统带宽 DL RB N 课程内容 n物理层概述 n无线帧结构 n物理资源分配 n物理信道和信号 下行物理信道和信号 下行物理信道和信号 n物理层过程 LTE下行物理信道 下行物理层信号: lRS(导频信号) lP(S)-SCH(同步信号 ) 固定位置的信道、信号 RS P（S）SCH PBCH PCFICH（相对固定） 信道映射的顺序 固定位置信道（RS、P（S ）SCH、PBCH、PCFICH） PHICH PDCCH PDSCH 下行物理信道示意图 同步信号时频位置 n时、频位置 l频域位置： l时域位置 n5ms周期 同步过程 nP-SSS-SS 主要作用是使UE与eNodeB获取帧同步，小区 搜索在完成同步的同时，确定小区的物理层小区ID。 n同步过程通过2步完成，即 l首先检测PSS，完成： n半帧定时，即获得半帧（5ms）边界， n频偏校正， n并获得组内ID 利用3条ZC序列区分3个组内ID l然后再检测SSS，完成： n长/短CP检测（符号同步） 盲检测 n帧定时，即获得帧（10ms）边界 SSS由两条短码序列交叉 组成，用不同的顺序区分两个半帧 n并获得组ID 下行参考信号 n下行参考信号作用 l信道估计，用于相干解调和检测 ，包括控制信道和数据信道 l信道质量的测量，用于调度、链 路自适应 l导频强度的测量，为切换、小区 选择提供依据 n考虑因素 l图样时、频密度 n时域：导频间隔小于相干时间 n频域：导频间隔小于相干带宽 l序列 n相关性 n序列数量 n复杂度 n下行参考信号分类 l小区专有导频（ Cell-specific DL RS，CRS ） nTx port 03 n主要用于信道估计（控制/数据 信道的解调）；信道测量（ CQI/PMI/RI测量等） n对应非MBSFN传输 lMBSFN导频 nTx port 4， n用于解调多播业务 n对应MBSFN传输 lUE专有导频 nTx port 5，专用RS（DRS） n用于传输模式7的数据解调 PBCH-物理广播信道 n承载BCH包含的系统信息，系统信息包括下行系统带宽、系 统帧序号(SFN)、PHICH持续时间以及资源大小指示信息 n在PBCH的CRC校验时，附加了天线数目信息 n每个第0号子帧的时隙1有4个OFDM符号的PBCH信号数 PCFICH-物理控制格式指示信道 n传输CFI（Control Format Indicator）信息，用于指示控制 区的时域长度，即有几个OFDM符号。 l每个子帧中都发射PCFICH，eNodeB通过PCFICH将一个子帧中 PDCCH占用的OFDM符号数通知给UE，这个OFDM符号数由CFI来 指示，CFI可以取值为CFI= 1,2,3,4（4保留小带宽时采用）。 lPCFICH占用每个subFrame 第一个OFDM symbol中的4个REG，起 始位置决定于PCellID ，均匀散布于整个带宽上。 n分集方式 l空域分集：SFBC l频域分集：4个REG均匀的分布在整带宽 PHICH-物理HARQ指示信道 nPHICH承载eNodeB对上行发射 信号做出的NAK/ACK响应信息 nPHICH可以占1、2、3个OFDM 符号 n编码过程 l一个ACK/NACK bit进行三次重 复 l4（短CP）或2（长CP）倍扩频 n信道映射过程 l一个（短CP）或二个（长CP） PHICH组占3个REG （ 12个子 载波） l由于使用了I/Q两路映射，因此 一个（短CP）或二个（长CP） PHICH组有8个PHICH信道； l采用先时域再频域的映射 n分集方式：SFBC PDCCH-物理下行控制信道 nPDCCH承载调度以及其他控制信息，具体包含传输格式、资源分配、 上行调度许可、功率控制以及上行重传信息。这些信息可以组成多种控 制信息(DCI)格式，被映射到每个子帧的最先的前n（n4）个OFDM符 号中，n的具体取值由PCFICH信道中的CFI来指示。 n在一个子帧中，可以同时传输多个PDCCH，一个UE可以监听一组 PDCCH。每个PDCCH在一个或者多个控制信道单元(CCE)中发射，通 过集成不同数目的CCE可以实现不同的PDCCH编码码率。 nPDCCH支持4种物理层格式，分别占用1、2、4、8个CCE。 PDSCH-物理下行共享信道（1） n典型的分组型信道,资源不独占 l为了减少VoIP时延，PDSCH也 支持semi-persistent方式 n可以传寻呼/广播（非PBCH里传输 ）/用户数据 n通过速率控制保证QoS l支持QPSK, 16QAM, 64QAM三 种调制方式 nHARQ 异步/自适应 n两种资源映射方式 lLocalized：不跳频 n调频增益 lDistributed：跳频 n频域分集增益 PDSCH-物理下行共享信道（2） n支持7种传输方案 l单天线 l分集 nSFBC（2Tx） nSFBC+FSTD（4Tx） l开环空间复用 nUE只反馈Rank，不反馈 PMI nLarge Delay CDD + DFT Matrix n轮换的使用precoding Matrix l闭环空间复用 nUE反馈Rank和PMI n基站根据UE反馈选择 precoding Matrix lMU-MIMO n多个用户使用相同的时、频 资源传输数据； n需要相对较多的信道信息的 反馈； nR8没有对MU进行额外的优 化，基于SU的方式实现MU lBF（有反馈） nRank = 1 nPMI反馈 n公用导频 lBF（无反馈） nRank = 1 n不反馈PMI，基站利用上行 信号估计Precoding Vector （UE不知道） n专用导频 LTE下行传输信道 固定的预定义格式； 在整个小区的覆盖区域内 广播 在整个小区覆盖区域发送； 支持HARQ； 可实现链路自适应； 支持波束赋形； 支持动态或半静态资源分配； 支持UE的非连续接收； 支持MBMS业务 在整个小区覆盖区域发送； 可映射到业务和控制信道 使用的物理资源上； 支持UE的非连续接收 在整个小区覆盖区域发送； 对单频点网络（MBSFN）支持 多小区的MBMS传输合并； 使用半静态资源分配 传输信道与物理信道的映射 课程内容 n物理层概述 n无线帧结构 n物理资源分配 n物理信道和信号 下行物理信道和信号 下行物理信道和信号 n物理层过程 LTE上行物理信道 上行物理层信号: lDMRS(PUSCH/PUCCH 解调参考信号) lSRS(Sounding信号 ) 上行物理信道示意图 上行参考信号-DMRS n用于PUSCH解调 n与PUSCH相同带宽 n一个时隙一个DMRS符号，放在 时域中间 n用户之间频分复用 lMU-MIMO用户之间通过序列循 环移位码分复用 上行参考信号-SRS n作用 l信道测量，用于调度和链路自适应 主要作用 l功控 l定时调整 n梳状结构 l相同频率资源上通过序列循环移位来区分用户 n8个循环移位，最多复用8个用户 上行参考信号-SRS时域位置 nCell Spcific配置 l周期：小区内所有UE的SRS的最短周期 l子帧偏移：小区可用的SRS子帧位置 nUE Specific配置 l周期：某个UE的SRS周期 l子帧偏移：某个UE的SRS的子帧位置 n放在子帧的最后一个SC-FDMA符号 l可以最大程度的避免与PRACH信道干扰 bandwidth t PUCCH PUSCH PRACH 1ms CP SRS 上行参考信号-SRS频域位置（1） n树形结构 上行参考信号-SRS频域位置（2） n跳频 PUSCH-物理上行共享信道 nPUSCH携带的信息 lCarries the UL-SCH l上行数据 l下行链路信道质量信息（RICQIPMI） l下行业务信道的ACKNACK信息 nPUSCH占用的资源位置 l频域上，PUSCH避开了PUCCH所占用的带宽 l时域上，PUSCH避开了参考信号所占用的OFDM符号 PUCCH-物理上行控制信道 nPUCCH所携带的信息 lCarries Hybrid ARQ ACK/NAKsin response to downlink transmission lCarries Scheduling Request (SR) lCarries CQIPMIRireports nPUCCH占用的时频资源 l采用码分区分UE，PUCCH 1/1a/1 b以CAZAC序列和walsh 码进行扩频 l格式2/2a/2b使用CAZAC序列进 行扩频 l在两个时隙上采用跳频方式传输 PUCCH 的格式 调制 每子帧字节 数 1N/AN/A 1aBPSK1 1bQPSK2 2QPSK20 2aQPSK+BPSK21 2bQPSK+QPSK22 PRACH-物理随机接入信道 n帧结构 nPreamble格式 nPreamble的生成: l由Prachconfiguration index 配置发射的时间，频率位置由系 统消息配置占用6个RB的宽度 lFDD每个子帧最多有一次接入机会 lTDD一个上行子帧内可在不同的频率资源上有多次接入机会（ 最多6个） LTE上行传输信道 支持动态链路自适应； 支持波束赋形； 支持HARQ； 支持动态或半静态资源分配 可承载有限的控制信息； 支持冲突碰撞解决机制 传输信道与物理信道的映射 课程内容 n物理层概述 n无线帧结构 n物理资源分配 n物理信道和信号 n物理层过程 下行物理层过程-小区搜索 n小区搜索用于UE获得跟一 个Cell的时间/频率同步， 并获取Cell的物理层小区ID 。 n小区搜索的过程如下： n依赖于主同步信号，UE可 以获得5ms的基准时间； n依赖于辅同步信号，UE可 以获得帧同步和物理层的 小区组； n依赖于参考信号，UE可以 获得物理层的小区ID； nUE获得物理层小区ID和帧 同步后，UE就可以在BCH 上读取系统消息）。 下行物理层过程-下行同步预备知识 n小区ID l小区ID：共504个，由组ID和组内ID组成，即 l组ID：有168个，0167 l组内ID：有3个，02 n同步信号的时/频位置 Cell (sector) 下行物理层过程-下行同步过程 n同步信号分为主同步信号（PSS ）和辅同步信号（SSS）。 n同步过程如下： l检测PSS，完成 n半帧定时，即获得