（信号与信息处理专业论文）基于tdlte技术的媒体门户系统设计与实现.pdf

摘要 摘要 随着通信业技术的发展，3 g 技术带来的移动宽带速率已经无法满足人们的 需要，人们需要更大的速率、更加稳定的网络来满足日常的生活和工作需求。 因此，发展下一代宽带移动通信技术成为必然，而l t e 技术就成为3 g 技术之后 的下一代通信的核心技术。目前，l t ef d d 网络已经在欧洲、北美以及东亚等地 区完成了商业部署，其标准化的工作也基本完成。由我国自主研发的t d l t e 技 术是近几年刚刚兴起，正准备向国内外推广的新技术，它由上一代t d s c d m a 技 术演进而来。其推出之初就受到全球运营商的瞩目，全球的设备厂商们也逐步 推出了自己的t d l t e 产品，t d - l t e 技术的标准化工作也在逐步进行，相信在几 年内就会出现非常成熟的t d - l t e 商用网络的部署。 本文在研究t d l t e 的关键技术核心基础上，设计了一个媒体门户系统，该 系统实现了高速w e b 访问、3 d 地图导航能力、快速视频流切换等功能，并提出 了一套t d l t e 网络的组网方案。该系统采用了基于v l a n 技术的传输分流技术， 避免了广播风暴的港在危险，确保了传输的安全性。同时，还提出了一种基于 “云”的l t ee n o d e b 测试系统解决方案，最大效率的利用了现有资源，提高了 测试效率。 关键词：t d l t ee - u t p , a nv l a n 媒体门户 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t h em o b i l e b r o a d b a n dr a t et h a t3 g t e c h n o l o g yb r i n g sa l o n gc a nn o tm e e tt h en e e d so ft h ep e o p l e ， p e o p l en e e df a s t e rr a t e ，m o r es t a b l en e t w o r kt om e e tt h ed a i l yl i f ea n dw o r k r e q u i r e m e n t s t h e r e f o r e ，i ti si n e v i t a b l et od e v e l o pt h en e x tg e n e r a t i o nb r o a d b a n d m o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dl t et e c h n o l o g yi st h en e x t g e n e r a t i o n c o m m u n i c a t i o nc o r et e c h n o l o g ya f t e r3 gt e c h n o l o g y a tp r e s e n t ，l t ef d dn e t w o r k h a sc o m p l e t e dc o m m e r c i a ld e p l o y m e n ti ne u r o p e 、n o r t ha m e r i c a 、e a s ta s i aa n d o t h e r r e g i o n s ，i t s s t a n d a r d i z e dw o r kh a sb e e n c o m p l e t e d t h e t d l t e t e c h n o l o g y , g e n e r a t e db y t h ee v o l u t i o no ft d - s c d m at e c h n o l o g y ，w h i c hw a s a u t o n o m o u sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e db yc h i n a ，i se m e r g i n gi nr e c e n ty e a r sa n di s p r e p a r i n gf o rt h ep r o m o t i o nt ot h eo v e r s e a s t h et d - l t et e c h n o l o g yh a sa t t r a c t e d t h eg l o b a lo p e r a t o r s a t t e n t i o na tt h eb e g i n n i n go fi t si n t r o d u c t i o n ，g l o b a le q u i p m e n t m a n u f a c t u r e r sa l s o g r a d u a l l yi n t r o d u c e dt h e i rt d l t ep r o d u c t s ，a n dt d l t e t e c h n o l o g ys t a n d a r d i z a t i o nw o r ka l s og r a d u a l l yp r o c e e d i ti ss u r et h a tt h e r ew i l lb e v e r ym a t u r ec o m m e r c i a ld e p l o y m e n to ft d l t en e t w o r kw i t h i naf e wy e a r s t h i st h e s i sd e s c r i b e sam e d i ap o r t a ls y s t e m ，w h i c hr e a l i z e st h eh i g h s p e e dw e b a c c e s s ，3 dm a pn a v i g a t i o ns k i l l ，f a s tv i d e oc h a n n e lc h a n g ea n do t h e rf u n c t i o n sa f t e r s t u d i e dt h ek e yt e c h n o l o g yo ft d l t e a n dp u t sf o r w a r d sa n e t w o r k i n gs o l u t i o no f t d - l t e t h i sm e d i ap o r t a ls y s t e ma d o p t ss e p a r a t i o no ft r a f f i cf l o w sb a s e do nv l a n t e c h n o l o g y ，w h i c ha v o i d e dt h ep o t e n t i a lr i s ko fb r o a d c a s ts t o r ma n de n s u r e dt h es a f e t y o ft r a n s m i s s i o ns y s t e m m e a n w h i l e ，i ta l s op u t sf o r w a r d sas o l u t i o no fl t ee n o d e b t e s ts y s t e mb a s e du p o nt h ei pc l o u ds y s t e m ，a n dt a k e sm a x i m u mu s eo fe x i s t i n g r e s o u r c e s ，w h i c hi m p r o v e dt h et e s te f f i c i e n c y k e yw o r d s ：t d l t ee - u t r a nv l a nm e d i ap o r t a l i i 第一章绪论 第一章绪论 l t e 包含t d l t e ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x - l o n gt e r me v o l u t i o n ) 和 f d d l t e ( f r e q u e n c yd i v i s o nd u p l e x l o n gt e r me v o l u t i o n ) 两种技术，而t d l t e 技术来源于3 g 技术中的t d s c d m a 技术，在提出t d l t e 标准时，3 g p p 将 其定义为t d s c d m a 的演进技术 1 1 。采用无线通信领域出现的新技术，与3 g 技术相比，能够提供给用户更高的网络质量，更快的数据传输速率，以及更加 丰富多彩的应用环境，是下一代t d 宽带移动通信接入网技术的核心技术。近几 年来f d d l t e 技术和产品研发发展迅速，加之基于w c d m a 演进而来的 f d d l t e 标准的制定走在了t d l t e 的前面，相比之下t d l t e 技术标准比 f d d l t e 滞后一段时间，而设备研发略微滞后，加之同样基于t d d 制式的 w i m a x 产业的兴起和逐步紧逼，t d l t e 若想在国内乃至国际市场取得突破， 必须首先保证国内t d l t e 产业生态的及早形成和健康繁荣发展。 第一节t d - l t e 技术简介 1 1 1l t e 技术的由来 从第一代移动通信( 1g ) 到第三代移动通信( 3 g ) ，从模拟通信技术到数 字通信技术，各个通信时代的技术特点发展情况为：第一代移动通信以模拟 f d m a 技术为基础，第二代移动通信以g s m 、c d m a 技术为核心，第三代移动 通信以w c d m a 、t d s c d m a 为代表技术【2 】。3 g 及其以后的移动通信系统将以 高速率数据、大容量、广覆盖为其技术的主要目标，白2 0 0 4 年开始，第三代合 作伙伴计划( 3 州g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ，即3 g p p ) 组织开始了通用移动通 信( u m t s ) 技术的长期演进( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 项目，并在第四代移动通信 技术( 4 g ) 的国际标准化中进行了大量的工作，并且将l t e 项目作为第三代移 动通信技术向第四代移动通信技术过渡的项目。由于l t e 项目的无线传输技术 中采用了先进的第四代移动通信技术的核心传输技术f 交频分复用( o f d m ) 技 术，网络传输性能较之3 g 技术有很大的提高，因此其又被称之为“准4 g 技术。 第一章绪论 1 1 2l i e 技术的特点 在当前的3 g 技术中，其理论最高峰值速率仅有2 m b i t s ，对高速发展的云 技术来说，其数据传输速率已经无法达到人们的需求。因此，3 g p p 、3 g p p 2 等 标准化组织逐步提出了h s d p a 、h s u p a 、e v d o 等旨在提高数据传输速率的后 续标准，近来又提出了以l t e 为核心的未来移动通信标准。l t e 技术提高了频 谱利用率，以更低的成本提供了更好的覆盖和信道容量。而采用了o f d m 技术 后使得整个l t e 网络能够在下行数据传输上达到5 0 , - 一1 0 0 m b i t s 的峰值速率，上 行数据传输也能达到3 0 5 0 m b i t s 的峰值速率。 在l t e 的接入网技术中，采用了全i p 的网络构架，并将3 g 网络结构中r n c ( 无线网络控制器) 节点弃掉，终端直接与基站和核心网进行数据交互，降低 了用户面的时延1 3 】。同时，l t e 网络设计方案中考虑到了后向兼容性，需要支持 更新换代的新技术，大大降低了运营商的建网成本和运营成本，方便了整个网 络的更新。同时扁平化的全i p 架构使得其能够更加完美的与互联网技术融合， 使得终端接入更加的方便，也使得运营商在之后的管理上更加方便。 与之前移动通信系统不同，l t e 系统采用了如下3 个主要关键技术： 1 o f d m 技术。在l t e 技术中，采用了o f d m a 技术作为其下行链路的传 输技术，并以s c f d m a 为其上行链路的关键传输技术 4 。o f d m 技术不仅提高 了频谱的利用率，而且能够有效抵抗频率选择性衰落，同时还能抗多径衰落。 此外，o f d m 技术降低了均衡要求，使得终端厂商降低了生产成本。 2 m i m o 技术。m i m o 技术是l t e 技术提高速率的最主要手段，它能够白 适应选择不同技术s m b f ，有效抑制干扰。3 g p p 确定了当前l t e 技术支持的 m i m o 技术的下行天线配置有两种，分别为2 2 、4 4 两种方案，在上行上支 持的天线配置为1 2 。同时，为了提高小区边缘数据速率上，3 g p p 还采用了上 行虚拟m i m o 技术作为提高系统性能的一种方式。 3 全i p 扁平网络。扁平化的网络结构易于扩展，减少了网络节点，降低了 系统复杂度，降低了传输和无线接入时延，能够有效的降低运营商的网络部署 和维护成本。 第一章绪论 1 1 3i d k r e 技术的发展前景 我国自主提出的t d l t e 技术，是第三代移动通信t d s c d m a 技术的演进 版本，是在应对同样基于t d d 制式的w i m a x 产业逐步成熟的环境下发展而来 的，虽然较之国际上比较成熟的f d d l t e 技术来说发展较晚，设备研发技术略 微滞后，但其拥有的市场环境不容忽视。目前，中国、韩国、马来西亚、美国、 印度等人口大国已经相继表示即将部署t d l t e 网络，其巨大的市场潜力必将 使得各设备厂商争先推出自己的t d l t e 设备。 t d l t e 技术要得到国际运营商的认可，首先要解决的就是其在国内的技术 产业尽早形成，而中国移动及中国政府对2 3 g h z 的t d l t e 的大力推进及中国 可预期的市场规模将是t d l t e 最大的驱动力及成熟产业链的保证。以o f d m 技术为t d d 技术的演进基础最早是在2 0 0 5 年6 月的3 g p p 会议上，由大唐移动 提出，为t d l t e 技术的形成开启了大门 5 。之后，众多企业和机构陆续对 t d l t e 产业表示了兴趣，并相继投入其标准化的制定工作中。2 0 0 7 年11 月， l t e t d d 方案被正式写入了3 g p p 标准。同时，作为国际上t d l t e 产业的领 跑者，中国政府也加大了对t d l t e 产业的投入，并于2 0 0 9 年1 2 月启动了 t d l t e 怀柔外场测试，顺义外场测试也随后启动。在2 0 1 0 年的上海世博会及 移动通信世界大会( m w c 2 0 1 1 ) 上，多家设备厂商向全世界展示了多种t d l t e 网络的演示方案，吸引了世界各地多家运营商的眼球，为t d l t e 网络的全球 化发展奠定了基础。 有着巨大市场潜力的t d l t e 产业使得中国政府不断加快了t d l t e 技术 的发展。在2 0 1 0 年伊始，由工信部牵头，多家全球通信设备商共同参与，开始 了t d l t e 技术的现场及实验室的测试计划。并于同年3 月份完成了首批准入 测试厂商的选定。2 0 11 年3 月，工信部最终确定了参与中国移动t d l t e 规模 实验网“6 + 1 的设备厂商，并在深圳、上海、南京、杭州、广州、厦门及北京 开始了t d l t e 实验网的部署工作。目前，各测试地区正在完成最后的实验网 部署工作，相信不久在国内就会出现商用网的部署。 第二节本课题提出的背景及实际意义 在2 0 11 年举办的巴塞罗那l t e 技术会议上，t d l t e 技术的实验网络刚刚 第一罩绪论 形成，商用网络的部署才刚具雏形，经过一年的努力，t d l t e 商用网的全球部 署已渐渐开始，多国已着手部署商用网。 截至今年二月份，全球已经有五家运营商部署了商用网络，分别是软银、 m o b i l y 、s t c 、d i r e c t t v 以及h i 3 g 这五家运营商，分布于日本、中东、欧洲以 及南美。于此同时，还有来自全球的多家运营商表示将要部署t d l t e 商用网 络。在今年二月份结束的世界移动通信大会上，中国移动提出的三年内在全球 建设t d l t e 网络的计划吸引了全世界运营商的目光，多家运营商表示支持该 计划的实施，全球范围内的t d l t e 网络部署即将成为现实。与此同时，多加 设备厂商也加紧了研制基站设备、终端、多天线技术等关键技术设备的步伐， 同时3 g p p 组织也加紧了t d l t e 国际标准化的工作，t d l t e 产业链的发展也 逐渐形成。 在目前国内外大力发展t d l t e 产业的有力前景下，特别是中国政府明确 了中国移动发展t d l t e 作为t d s c d m a 的演进技术前提下，各家设备厂商纷 纷投入大量的资源进行t d l t e 技术研究，采用各种技术提升网络的峰值速率， 提升系统频谱利用率，降低系统传输时延，提高小区覆盖率以及加大小区吞吐 旦 里。 本课题以聚焦服务国家战略为目标，推进t d l t e 技术创新，开展基于 t d l t e 标准的技术研究，努力研制与更新t d l t e 系统的基础设备；在实验室 环境下组建t d l t e 基础网络，在无线传输技术上逐步创新，综合利用多种创 新技术，以不断提升网络性能为目标，结合自身的研发进展，努力提升t d l t e 网络的质量，为各移动通信运营商提出了一套完整的e u t r a n 系统解决方案。 第三节论文的主要内容与结构 本文的主要章节安排如下： 第一章为绪论。简要介绍了t d l t e 网络的发展历史，以及其主要的技术 特点，特别是其比3 g 技术提升之处。同时对当前国内外t d l t e 发展状况作了 简要的陈述，阐明了本课题提出的背景及其存在的实际意义。 第二章对l t e 网络中e u t r a n 系统的各种物理信道的结构及相关过程进 行了介绍。在l t e 网络中，各种信道的结构及相关过程决定了信号传输的方向 及传输模式，对网络质量有着决定性的影响，是整个三层网络构架中的物理层 4 第一章绪论 结构过程的主要部分，对e u t r a n 系统的性能有着非常重要的支撑作用。 第三章简要介绍了t d l t e 无线传输的几种常用的核心技术，并对t d l t e 网络中使用的关键技术进行了相关分析。说明对无线传输技术的研究可以优化 网络性能，提高系统的吞吐量，减小小区内、小区间的干扰，对e u t r a n 系统 的核心数据库系统设计息息相关，是提升网络性能的关键所在。 第四章是本文的具体工作部分。本课题是基于t d l t e 技术的媒体门户系 统设计，该系统实现了高速w e b 访问、3 d 地图导航能力、快速视频流切换等应 用，为t d l t e 网络的组网方式提供了一套解决方案。同时对系统的性能进行 了实际的测试，提出了基于“云”的网络共享测试方案，并对实际取得测试结 果进行了相关分析，以改进设计方案，完善系统的设计。 第五章对本文的工作进行了总结，并对后续的工作提出了设想和展望。 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 第二章t d - l t e 物理信道及相关过程 l t e 网络协议栈主要由物理层、数据链路层、网络高层这三层组成。作为 无线网络传输的直接传输载体和其它两个高层的基本依托，物理层能够完整体 现无线网络的性能及质量，因此对物理层协议的研究和技术创新，能够直接改 善网络性能、提高网络质量。 2 1 1 l t e 网络协议栈 第一节物理层简介 依据3 g p p 标准制定的l t e 协议栈如图2 1 所示，用户终端( 即u e ) 同整 个l t e 网络之间的接口称之为系统的无线接口，包括图中所示的三层，即物理 层( 层1 ) 、数据链路层( 层2 ) 以及无线资源控制层( 层3 ) 。 3 图2 1l t e 技术网络协议栈 物理层的主要功能是给m a c 层提供基本的数据传输服务，同时还接收来自 r r c 层的控制和测量信息；数据链路层由m a c 层、r l c 层以及p d c p 层、b m c 6 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 层组成，数据传输及信令控制由前两层完成，后两层主要依赖于高层r r c 层的 数据服务控制 6 1 。在当前的l t e 网络标准中，这四个子层的协议构架尚未形成， 只能完成相应的功能；网络高层即r r c 层，主要用于系统消息广播和寻呼、移 动性管理等具体上层操作。 在物理层的无线接口协议结构中，e u t r a n 系统的协议构架如图2 2 所示。 整个协议构架中，物理层与m a c 层具有传输信道接口，同时受到高层r r c 层 的控制，完成相关的控制和测量功能。 l a v e r3 o o c 口 l a y e r2 0 2 o o u l a y e r1 t r a n s p o r tc h a n n e l s 图2 2e u t r a n 系统物理层无线接1 2 1 协议架构 其中的圆圈表示不同层子层间的服务接入点，物理层向m a c 层提供传输 信道，m a c 层提供不同的逻辑信道给层2 的r l c 子层( 无线链路控制子层) 。 2 1 2l i e 物理层功能简述 物理层的主要功能是给m a c 层传输数据，同时接收来自r r c 层的控制和 测量信息。与m a c 层的数据交互在传输信道上进行，而与r r c 层的交互在逻 辑信道上完成。其完成的主要功能如下： 主要以c r c 循环冗余检错算法为主的信道检测，并将检测结果传输给 m a c 层或者r r c 层。同时，支持错误纠正、速率匹配等信道编码和解码方案， 来提供射频链路的传输及控制服务。 传输信道控制信息映射到物理信道或者从物理信道分离，同时提供混合 自动重传请求的软合并技术。 物理信道的功率加权； 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 物理信道的调制和解调； 频率和时间同步； 对射频特性进行物理层测量，并向上层提供测量结果，以实时对信道进 行检测； 提供传输分集、空间复用、波束赋形等多种多天线技术，提高系统的覆 盖率、小区边缘速率以及网络的峰值速率； 2 1 3l i e 物理层协议组成 3 g p p 组织制定的l t e 物理层协议如下： 1 t s3 6 2 0 1 。经过多年的测试及讨论，3 g p p 标准制定的核心传输技术为： 下行链路上采用基于循环前缀的正交频分复用技术( o f d m a ) ，上行链路上采 用基于循环前缀的单载波频分多址技术( s c f d m a ) _ 7 1 。同时，l t e 提供了两 种帧结构来支持两种双工模式，即成对频谱的频分双工和不成对频谱的时分双 工。为了支持m b m s ( 多媒体和多播业务) ，l t e 提供了在m b s f n ( 单频网多 播广播) 传播多播广播业务的可能性，m b s f n 提供了更高效的m b m s ，使用 循环前缀来应对不同传输时延的差别，使得终端可以在空口合并多个小区的传 输。 2 t s3 6 2 1 1 。协议中定义了p d s c h ( 下物理行共享信道) 、p d c c h ( 物理 下行控制信道) 、p b c h ( 物理广播信道) 等下行物理信道，和以p u s c h ( 物 理上行共享信道) 、p r a c h ( 物理随即接入信道) 、p u c c h ( 物理上行控制信 道) 为主的上行物理信道，此外上下行均支持q p s k ( 四相移相键控) 、1 6 q a m ( 正交调幅) 和6 4 q a m 三种调制方式【8 】。 3 t s3 6 2 1 2 。在该协议中，经过多次会议讨论与研究，充分考虑了和信道相 关的因素，如误块率性能不下降、复杂度控制、扩展性等之后，最终确立了以 r 6t u r b o 码为母码的编码方式作为物理层的编码方式。这种编码方式的码率为 1 3 ，约束长度为7 ，对较大的编码块采用分段译码。 4 t s3 6 2 1 3 。3 g p p 制定了l t e 物理层的多个过程，如小区搜索、随机接入 以及u e 上报c q i 、p m i 和r i 的过程等，这些过程的描述构成了l t e 系统的基 本传输方式 9 。 5 t s3 6 2 1 4 。l t e 网络的无线性能体现在物理层的测量上，物理层提供u e 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 和e u t r a n 的测量能力1 0 。为了初始化特定的测量，e u t r a n 将传输一个 r r c 连接重配置消息给u e ，包括测量i d 和类型、测量命令、测量目的等，当 报告准则确立后，u e 将使用测量报告消息向e u t r a n 进行回答。对于空闲模 式，测量信息在系统消息中广播。 2 1 4t d - l t e 网络的帧结构选择 在t s3 6 2 0 1 物理层概述中，定义了l t e 支持的两种无线帧结构：类型1 和类型2 。其中，帧结构类型1 支持全双工和半双工模式，因此对于成对频谱的 f d d 系统来说能够完全承载其上传输的数据信息；帧结构类型2 在帧结构中设 置了三个特殊时隙，能够协调上下行切换的时间，适用于非成对频谱的t d d 系 统。 不论是类型1 或者是类型2 ，都是以1 0 m s 为一个帧结构的时隙来设计的， 同时，将一个完整的帧结构分为了1 0 个子帧，每个子帧长度为l m s 。在f d d 系 统中，每个子帧又包含两个时长均为0 5 m s 的时隙，每个时隙的长度为 墨k = 1 5 3 6 0 t s = 0 5m s ，如图2 3 所示；t d d 系统的帧结构有所不同，其 第帧结构中包含了特殊时隙，其详细的帧结构设计在后文中有介绍。 o n er a d i of r a m e ，t f = 3 0 7 2 0 0 t s = 10m s o n es l o t ，疋1 0 t = 1 5 3 6 0 疋= 0 5m s - 一- p 加 栅挖躬 【，一j。，。，j，。，1。，。_ o n es u b f r a m e 丁f 图2 - 3l t e 帧结构类型1 ( f d d 模式) 如图2 3 所示，f d d 系统的帧结构设计类型中，各个时隙的长度相同，能 够支持f d d 系统的成对频谱，因此在实际设计中，会以每半个帧为分界点，分 别用于下行传输和上行传输，这样就使得他们在频域上的频谱能够区分开来。 在t d d 系统中，均是由划分时间段来分别传输上下行的数据的，在某些时 间段上进行上行信道的数据传输，在其它时间段上进行下行数据的传输。在系 统传输载波上，上下行均采用相同的载波频率来传输数据，只是在时间上进行 9 第二苹t d l t e 物理信道及相关过程 上下行传输的划分。比如，在某一时间段上要进行终端的上行发送过程，需要 将此时的帧结构类型设定成上行信道传输模式；在另一时间段，终端需要从服 务器或者基站进行数据下载业务时，需要将此时的帧结构设定成下行信道传输 模式。两种传输模式的区分，体现在帧结构类型在各时隙上所传输的是上行还 是下行信道的数据。图2 4 所示为t d d 模式的帧结构示意图。 o n er a d i o f r a m e ，：3 0 7 2 0 0 i ：1 0 m s o n es l o t , k = 1 5 3 6 0 3 0 7 2 0 r s _ + + 图2 4l t e 帧结构类型2 ( t d d 模式) 在这种结构中，一个完整的无线帧由两个5 m s 的半帧构成，其结构相同， 并且每个半帧由8 个常规的时隙和三个特殊时隙构成 1 1 。每个常规时隙的长度 为o 5 m s ，两个常规时隙构成1 个l m s 的常规子帧；三个特殊时隙d w p t s ，g p 和u p p t s 共同占用l m s 的长度，构成1 个特殊子帧。在l t e 标准中对特殊时隙 的功能进行了定义，d w p t s 和u p p t s 的主要功能均是用于同步符号，前者还 能够传输数据，后者不能用于数据传输，而保护时间g p 的主要功能是用于解决 下行切换到上行时产生的干扰。在实际的l t e 网络中，可以根据需要配置 d w p t s ，g p 和u p p t s 的长度，但是u p p t s 的长度一般为2 1 9 2 t s 或者4 3 8 4 t s ， 在扩展的循环前缀中也只有5 1 2 0 t s 的长度，这是因为u p p t s 主要用于同步而不 是传输数据。同时根据需要配置g p 和d w p t s 的长度，不论如何变化，三者的 总长度为0 5 m s 。 为了最大限度的利用系统资源，在d w p t s 以及u p p t s 的时隙上，3 g p p 还制定了l t e 网络允许在其上传输一些系统的控制信息。另外，d w p t s 也可用 于传输p c f i c h 、p d c c h 、p h i c h 、p d s c h 和p s c h 等控制信道和控制信息。 其中，下行控制信道在d w p t s 上最多只能占用两个o f d m 符号，而d w p t s 的 第三个o f d m 符号固定为主同步信道。 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 如表2 1 所示，一般子帧0 和子帧5 固定用于下行数据传输和同步，而子帧 2 和7 用于上行同步，其它帧可根据实际网络需要配置为上行或下行。同时，这 种帧结构还支持两种周期的切换点选择，具体配置如表2 1 中所示。 表2 1l t e 帧结构2 上下行结构配置 子帧配置 配置切换点周期 d l ：u l o123456789 05 m s1 ：3dsuuudsuuu 15 m s2 ：2dsuuddsuud 25 m s3 ：1dsudddsudd 31 0 m s6 ：3dsuuuddddd 4 1 0 m s7 ：2 d suu d d dd d d 51 0 m s8 ：1dsuddddddd 65 m s3 ：5d s uuudsuud 第二节t d - l t e 物理上行信道结构及相关过程 2 2 1 物理上行共享信道 物理上行共享信道( p u s c h ) ，主要的功能是传输终端的数据信息和控制信 息，传输的主要控制信息有c q i 、p m i ，h a r q a c k 和r i ( r a n ki n d i c a t i o n ) 秩 信息 12 1 。 2 2 1 1p u s c h 信道处理流程 p u s c h 信道的处理过程如图2 5 所示，主要构成如下： 信道编码：终端首先将要发送的信息进行循环冗余校验添加，然后对添 加了c r c 检验码的信息进行编码并进行速率匹配，同时还要完成数据复用和交 织过程使得信息更加完善。 基带s c - f d m a 处理：对编码完成的数据进行加扰和调制过程，之后对 其进行离散傅里叶变换，将数据映射到资源栅格中，最后进行逆f f t 变换得到 基本的基带信号，加上循环前缀及变频、d a 处理后就形成了基带s c f d m a 信 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 口 丐o u e 传输块多种尺寸 图2 5p u s c h 处理流程示意图 2 2 1 2p u s c h 的编码方法和参数 上行共享信道( p u s c h ) 从上层接收到的传输块t b ( t r a n s p o r tb l o c k ) ，每个 子帧最多传输一个t b ，图2 6 所示其编码的步骤为： 1 对传输块进行循环冗余校验。 2 对添加了c r c 校验的传输块进行分段并对每段进行循环冗余校验。 3 用t u r b o 码咬尾卷积码完成信道编码，承载数据和控制信息。 4 对t u r b o 码进行速度匹配。 5 码块级联。 第二章t d - l t e 物理信道及相关过程 一一 6 将级联后的码块和编码后的c q i 信息进行数复用。 7 将复用过的级联码块添加r i 秩指示信息和h a r q 应答信息，完成信道 交织。 图2 6p u s c h 编码流程示意图 在每一步骤中的具体编码方式为： 1 传输快在添加循环冗余校验时，以式2 1 为其生成多项式： g c r c 2 4 a ( d ) = p 2 4 + d 2 3 + d 1 8 + d 1 7 + d 1 4 + d 1 1 + d 1 0 + d 7 + d 6 + d 5 + d 4 + d 3 + d + 1 1( 2 1 ) 2 在对分段后的码块添加循环冗余校验时，以式2 2 为其生成多项式： g c r c 2 4 b ( d ) 2 d 2 4 + d 2 3 + d 6 + d 5 + d + 1 f o rac r cl e n g t hl = 2 4( 2 2 ) 3 用t u r b o 码对分段后的码块进行信道编码。 第二覃t d - l t e 物理信遭及相关过程 4 对3 中t u r b o 信道编码进行速度匹配。 5 将添加了循环冗余校验和进行了信道编码后的各分段码块通过级联方 式重新组合成一个码块，以完成后续的操作。 6 控制信息的信道编码： 在2 1 节中提到过l t e 帧结构2 类型中允许在特殊时隙中添加控制信息来 优化资源配置。在p u s c h 信道中，经常添加的控制信息有c q i 指示信息、r i 秩指示以及h a r q 应答信息。为保证这些控制信息的安全性，在添加进特殊时 隙之前需先进性信道编码过程。 7 数据和控制信息复用： t d l t e 网络帧结构的特殊性使得其在特殊时隙中能够传输控制信息，这些 控制信息和数据需要分别映射到不同的r e 上，以保证相互问没有串扰使得在进 行解调时能分别输出控制信息和数据。 8 信道交织：行写入，列读出，列数为蹬，行数h e 。 2 2 1 3p u s c h 基带的处理过程 如图2 7 所示为p u s c h 基带的处理过程。 图2 7p u s c h 基带处理流程 其具体的处理流程为： 1 加扰： 数据流6 ( 0 ) ，b ( m 。一1 ) 在p u s c h 上进行调制之前， 扰过程，用到的特定加扰序列如下： b ( i ) = ( b ( i ) + c ( i ) ) m o d 2 1 4 需要在终端上进行加 ( 2 3 ) 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 = n r n t i 2 1 4 + b 。2 j 2 9 + 篱1 f 74 ) 篙，为生成加扰序列c ( i ) 由高层提供给物理层的小区号( c e l li d ) 。 r n t i ，无线网路临时标识。 2 调制映射：p u s c h 能够用到的调制方式有：q p s k ，1 6 q a m ，6 4 q a m 。 3 传输预编码： 完成调制过程后的时域信号由m 。m ：删个子集构成，分别与一个 s c f d m a 符号相对应。这里的传输预编码过程主要是完成数据的频域变换，变 换的方式为d f t 变换。 4 r e 映射。编码后的频域信号在映射之前，将会先与幅度缩放因子屏吣凹相 乘，之后根据频域信号的次序映射到资源粒子当中。在p u s c h 中，对于没有用 于传输参考信号的n e ( k ，) 的映射方式，采用对每一个维度的增序进行，并且以 优先考虑维度k ，然后是l 的方式，从每个子帧的第一个时隙开始【1 3 】。 2 2 2 物理上行控制信道 物理上行控制信道( p u c c h ) ，主要的功能是传输上行控制信息。单个u e 不能同时发送p u c c h 和p u s c h 数据，因此接收端也不能同时接收到这两个信 道的数据。此外p u c c h 上的信息不能再特殊时隙u p p t s 的时隙内进行传输。 2 2 2 1p u c c h 信道处理流程 图2 8 所示为p u c c h 的处理流程示意图。 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 图2 8p u c c h 信道处理流程 t d l t e 中上行控制信令包括a c k n a k 、c q i 、调度请求标识以及m i m o 码字反馈。当用户需要同时发射上行业务数据和控制信令时，控制信令需要在 d f t 之前和数据进行复用以确保上行发射的单载波特性。当没有上行业务数据 发射时，控制信令在工作宽带边缘的预留频率范围上发射。 2 2 2 2p u c c h 的多格式 p u c c h 携带上行控制信息，为了确保上行链路的单载波特性，p u c c h 不 能和p u s c h 同时传输，目前协议支持6 种p u c c h 格式，如表2 2 所示。 第二章t d l t e 物理信道及相关过程 表2 2p u c c h 的6 种格式 p u c c h 每子帧的 调制方式作用 格式比特数m 。 调度请求指示。p u c c h 上的调度请求s r 只包含l b i t ，标 l n an a识u e 准备发送数据信息，比如缓存器状态报告或者其他 类型的测量报告 i b i ta c k n a c k ，a c k n a k 采用b p s k 调制到a c k 的1 个流 l ab p s k 1 上 2 b i ta c k n a c k ( s u - m i m o ) ，a c k n a k 采用o p s k 调制到 l bq p s k2 a c k 的2 个流上 2 q p s k 2 0 c q i p m i 2 aq p s k + b p s k 2 1 c o i p m i + l b i ta c k n a c k ( 正常c p ) 2 b q p s k + q p s k 2 2 c q i p m i + 2 b i ta c k n a c k ( 正常c p ) 在每个p u c c h 格式符号当中，都使用一个 器“( ，) 循环序列来对每个符号 进行循环移位，变量门。c 。e ”( 胛。，) 的值由l 和朋。决定，其公式： 胛取，z 。，胪二o c ( 8 碟b ，z 。删+ f ) ，2 f ，气、 其中1 表示符号次序，n 。为时隙。 在每个无线帧开始端用c i 。i 。= 蠕“对序列参数进行初始化。 上层给定了斑和艇! 这两个参数来确定p u c c h 的物理资源分配。 n ，f u 3 r b 2 ) 0 ，表示每一个时隙中预留给p u c c h 格式2 2 a 2 b 传输的资源块数目。 碟 0 , 1 ，8 ) ，表示格式1 l a l b 与2 2 a 2 b 混合使用时，格式1 l a l b 的循 环移位序号，并且在一个时隙中一个资源块最多支持一次混合传输。用于p u c c h 格式1 l a l b 与 2 2 a 2 b 传输的资源的序号分别由 抛c c h 和 椎c h 3 ) 传输a c k n a c k 响应。 对于t d d ，支持使用单一的a c k n a c k 响应为多个p d s c h 传输提供 h a r q 反馈，该单一的a c k n a c k 响应由多个独立的p d s c h 传输的 a c k n a c k 通过逻辑与操作获得。 2 2 3 物理随机接入信道 物理随机接入信道( p r a c h ) 是在u e 获得下行同步的基础上，请求与网络 通信之前的接入过程，随机接入有同步随机接入和非同步随机接入这两种方式。 同步随机接入：u e 已经和e u t r a n 已经同步，需要为上行数据传输申请 资源。 非同步随机接入：u e 未能和系统取得同步，或者是u e 与系统丢失同步了。 u e 使用随机接入信道r a c h 的目的包括： 随机接入过程用于u e 发送初始接入系统的请求； u e 在进行小区切换时，需使用r a c h 进行切换连接； 从空闲状态( i d l e 状态) 转换到连接状态( c o n n e c t e d 状态) ： 当丢失上行链路的时钟同步而需要进行重建时。 2 2 3 1p r a c h 时频结构 图2 9 所示为p r a c h 的前导序列格式，在时域上主要包含了3 个长度：t c p 、 t s e q 以及t g a p ，其中t c p 是每个符号的循环前缀时间，t s e q 为z c 序列的时长， 第二章t