LTE基本概念与物理层关键技术1分析

1、技术部技术部LTE基本概念与物理层关键技术目目 录录 LTE的简介与发展的简介与发展 LTE的网络结构的网络结构 LTE的物理层关键技术的物理层关键技术LTELTE简介简介 LTE（Long Term Evolution 长期演进）是第三代移动通信系统的演进。l 改进并增强了3G的空中接入技术；l 采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的标准；l 在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率；l 改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统时延。3G3G演进标准化演进标准化2006年，ITU-R正式将4G命名为IMT-Advanced技术目目 录录

2、 LTE的简介与发展的简介与发展 LTE的网络结构的网络结构 LTE的物理层关键技术的物理层关键技术EPSEPS体系结构体系结构EPCEPC与与E-UTRANE-UTRAN网络结构网络结构空中接口：物理层接入技术空中接口：物理层接入技术空中接口：物理层特征空中接口：物理层特征l 基站和终端采用多天线机制，即MIMO技术，可以进一步提升速率和无线容量。l 灵活的带宽设置，可以有从1.4MHz到20MHz的6种不同带宽，扩展了频谱的利用率。l 融合的FDD和TDD概念，进一步统一FDD和TDD模式。目目 录录 LTE的简介与发展的简介与发展 LTE的网络结构的网络结构 LTE的物理层关键技术的物理

3、层关键技术 -基本原理基本原理 -帧结构及物理信道帧结构及物理信道 -物理层过程物理层过程OFDMOFDM概念概念正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。频域波形f宽频信道宽频信道正交子信道正交子信道LTELTE多址方式：下行多址方式：下行将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。时域波形tpower峰均比示意图下行多址方式下行多址方式OFDMA下行多址方式特点下行多址方式特点同相位的子载波的波形在时域上直接

4、叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。分布式：分配给用户的分布式：分配给用户的RB不连续不连续集中式：连续集中式：连续RB分给一个用户分给一个用户 优点：调度开销小 优点：频选调度增益较大频率时间用户A用户B用户C子载波在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式LTELTE多址方式：上行多址方式：上行和OFDMA相同，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的子载波必须连续上行多址方式上行多址方式SC-FDMA上行多址方式特点上行多址方式特点考虑到多载波带来的高PA

5、PR会影响终端的射频成本和电池寿命，LTE上行采用Single Carrier-FDMA （即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特点是，在采用IFFT将子载波转换为时域信号之前，先对信号进行了FFT转换，从而引入部分单载波特性，降低了峰均比。频率时间用户A用户B用户C子载波在任一调度周期中，一个用户分得的子载波必须是连续的上下行资源单位上下行资源单位信道类型信道名称资源调度单位资源位置控制信道PCFICHPCFICHREGREG占用占用4 4个个REGREG，系统全带宽平均分配，系统全带宽平均分配 时域：下行子帧的第一个时域：下行子帧的第一个OFDMOFDM符号符号PHICHPHI

6、CHREGREG最少占用最少占用3 3个个REGREG时域：下行子帧的第一或前三个时域：下行子帧的第一或前三个OFDMOFDM符号符号PDCCHPDCCHCCECCE下行子帧中前下行子帧中前1/2/31/2/3个符号中除了个符号中除了PCFICHPCFICH、PHICHPHICH、参考信号所占用的资源参考信号所占用的资源PBCHPBCHN/AN/A频域：频点中间的频域：频点中间的1.08MHz1.08MHz，7272个子载波个子载波时域：每无线帧时域：每无线帧subframe 0subframe 0第二个第二个slotslot前前4 4个个OFDMOFDM符号符号PUCCHPUCCH位于上行子

7、帧的频域两边边带上位于上行子帧的频域两边边带上业务信道PDSCHPUSCHPDSCHPUSCHRBRB除了分配给控制信道及参考信号的资源除了分配给控制信道及参考信号的资源频率CCE：Control Channel Element。CCE = 9 REGREG：RE group，资源粒子组。REG = 4 RERE：Resource Element。 LTE最小的时频资源单位。频域上占一个子载波（15kHz)，时域上占一个OFDM符号(1/14ms)RB：Resource Block。LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。RB = 84RE。左图即为一个RB。时域上占

8、7个OFDM符号，频域上占12个子载波时间1个OFDM符号1个子载波LTE RB资源示意图LTELTE天线技术：天线技术：分集、空间复用、波束赋形分集、空间复用、波束赋形多路信道传输同样信息多路信道同时传输不同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输包括时间分集，空间分集和频率分集提高接收的可靠性和提高覆盖适用于需要保证可靠性或覆盖的环境理论上成倍提高峰值速率适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况最大比合并最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（波束赋形（BeamformingBeamforming）发射分集发射分集 分集合并通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰可以提高覆盖

9、能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用空间复用LTELTE天线技术：接收分集天线技术：接收分集接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原发送信号，从而获得分集增益。 MRC （最大比合并）（最大比合并）线性合并后的信噪比达到最大化线性合并后的信噪比达到最大化相干合并：信号相加时相位是对齐的越强的信号采用越高的权重原理 IRC（干扰抑制合并）（干扰抑制合并） 合并后的SINR达到最大化 有用信号方向得到高的增益 干扰信号方向得到低的增益接收分集的主要算法：MRC &IRC 由于IRC在最大化有用信号接收的同时能最小化干扰信号，故通常情况IRC优于MRC 天线数越多及干扰越强时

10、，天线数越多及干扰越强时，IRC增益越大增益越大 IRC需进行干扰估计，计算复杂度较大需进行干扰估计，计算复杂度较大性能比较 TD-LTETD-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: 10msGPUpPTSTD-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 = 1msDL-UL ConfigurationSwitch-point periodi

11、citySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD610 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。转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。TD-LTETD-LTE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

12、UpPTS的长度。特殊子特殊子帧配置帧配置Normal CPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTSDwPTSDwPTSv主同步信号主同步信号PSSPSS在在DwPTSDwPTS上进行传输上进行传输vDwPTSDwPTS上最多能传两个上最多能传两个PDCCH OFDMPDCCH OFDM符号（正常时隙能传最多符号（正常时隙能传最多3 3个）个）v只要只要DwPTSDwPTS的符号数大于等于的符号数大于等于6 6，就能传输数据，就能传输数据TD-SCDMATD-SCDM

13、A的的DwPTSDwPTS承载下行同步信道承载下行同步信道DwPCHDwPCH，采用规定功率覆盖整个小区，采用规定功率覆盖整个小区，UEUE从从DwPTSDwPTS上获得与小区的同步上获得与小区的同步TD-SCDMATD-SCDMA的的DwPTSDwPTS无法传输数据，所以无法传输数据，所以TD-LTETD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆盖距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GPGP配置），推荐配置），推荐将将DwPTSDwPTS配置为能够传输数据配置为能够传输数据Up

14、PTSUpPTSvUpPTSUpPTS可以发送短可以发送短RACHRACH（做随机接入用）和（做随机接入用）和SRSSRS（SoundingSounding参考信号，详细介绍见后）参考信号，详细介绍见后）根据系统配置，是否发送短根据系统配置，是否发送短RACHRACH或者或者SRSSRS都可以用独立的开关控制都可以用独立的开关控制v因为资源有限（最多仅占两个因为资源有限（最多仅占两个OFDMOFDM符号），符号），UpPTSUpPTS不能传输上行信令或数据不能传输上行信令或数据vTD-SCDMATD-SCDMA的的UpPTSUpPTS承载承载UppchUppch，用来进行随机接入，用来进行随机

15、接入物理信道简介物理信道简介SCHSCH配置配置 同步信号用来确保小区内UE获得下行同步。同时，同步信号也用来表示小区物理ID（PCI,0503），区分不同的小区 P-SCH P-SCH (主同步信道）：UE可根据P-SCH获得符号同步 S-SCHS-SCH（辅同步信道）：UE根据S-SCH最终获得帧同步时域结构时域结构频域结构频域结构 PSSPSS位于位于DwPTSDwPTS的第三个符号的第三个符号 SSSSSS位于位于5ms5ms第一个子帧的最后一个符第一个子帧的最后一个符号号 SCH (P/S-SCH)SCH (P/S-SCH)占用的占用的7272子载波位子载波位于系统带宽于系统带宽(1

16、.08M)(1.08M)中心位置中心位置 SCH(同步信道同步信道)小区物理小区物理IDID（PCIPCI）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小区IDID获取方式获取方式v 在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区物理IDv LTE的方式类似，UE需要解出两个序列：主同步序列（PSS，即主同步信道P-SCH中传播的序列，共有3种可能性）辅同步序列（SSS，即辅同步信道S-SCH中传播的序列，共有168种可能性）v 由两个序

17、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和小区同步序列关联，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。LTELTE终端测量量终端测量量LTE终端需要报告以下标准化测量量：RSRP 表示信号强度，类比于TD-SCDMA的RSCPRSRQ 表示信号质量。TD-SCDMA里没有对应测量量小区选择小区选择 基于RSRP值小区重选小区重选 基于RSRP值切换切换 基于RSRP或RSRQ测量量测量量使用场景使用场景Release 9对小区选择/重选进行了优化，小区选择/重选也可基于RSRQ切换可以基于RSRQ，避免了TD-SCDMA中切换只能基于R

18、SCP带来的信道质量未知的问题上行参考信号上行参考信号可以在普通上行子帧上传输，也可以在UpPTS上传输，位于上行子帧的最后一个SC-FDMA符号，eNB配置UE在某个时频资源上发送sounding以及发送sounding的长度。DMRS（解调参考信号）（解调参考信号）在在PUCCH、PUSCH上传输，用于上传输，用于PUCCH和和PUSCH的相关解调的相关解调For PUSCH 每个每个slot(0.5ms) 一个一个RS，第，第四个四个OFDM symbol For PUCCHACK 每个每个slot中间三个中间三个OFDM symbol为为RS For PUCCHCQI 每个每个slot

19、两个参考信号两个参考信号SRS（探测参考信号）（探测参考信号） Sounding作用作用 上行信道估计，选择上行信道估计，选择MCS和和 上行频率选择性调度上行频率选择性调度 TDD系统中，估计上行信道系统中，估计上行信道矩阵矩阵H，用于下行波束赋形，用于下行波束赋形 Sounding周期周期 由高层通过由高层通过RRC 信令触发信令触发UE 发送发送SRS，包括一次性，包括一次性的的SRS 和周期性和周期性SRS 两种方式两种方式 周期性周期性SRS 支持支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八种周期八种周期 TDD系统中，系统中，5m

20、s最多发两次最多发两次Slot structure for ACK/NAK and its RS DMRS1 slot DMRS DMRSSlot structure for PUSCH and its RS1 slot DMRSSlot structure for CQI and its RS1 slot DMRS DMRS物理层过程：下行同步物理层过程：下行同步 第一步：第一步：UE用3个已知的主同步序列和接收信号做相关，找到最大相关峰值，从而获得该小区的主同步序列以及主同步信道位置（PSC，即上图的紫色位置），达到OFDM符号同步。PSC每5ms发射一次，所以UE此时还不能确定哪里是整个

21、帧的开头。另外，小区的主同步序列是构成小区ID的一部分。 第二步：第二步：UE用168个已知的辅同步序列在特定位置（上图中的蓝色位置，即SSC）和接收信号做相关，找到该小区的辅同步序列。SSC每5ms发射一次，但一帧里的两次SSC发射不同的序列。UE据此特性获得帧同步。辅同步序列也是构成小区ID的一部分。 第三步：第三步：到此，下行同步完成。同时UE已经获取了该小区的小区IDS1核心网下行同步下行同步子帧0(下行)特殊子帧#2子帧2(上行)PSC(Primary Synchronization Channel)SSC(Secondary Synchronization Channel)下行同步是UE进入小区后要完成的第一步，只有完成下行同步，才能开始接收其他信道（如广播信道）并进行其他活动。TD-SCDMA中主要依靠中主要依靠Sync_DL进行下行同步进行下行同步UE在DwPTS上粗搜SYNC_DL位置（与TD-LTE相同每5ms帧发送一次），与可能的32个sync_DL做相关，确定SYNC_DL的码型（每个Sync_DL对应4个midamble码和扰码序列）获取SYNC_DL之后，在TS0