LTE物理层规范概述

1、200801LTE物理层规范概述索士强，关键技术I室，系统与标准部 主要内容 物理层规范介绍 LTE多址方式 帧结构 物理资源概念 子帧结构 物理信道 传输信道 LTE物理层规范（R8） LTE物理层规范（R8） TS 36.201: Physical Layer general description TS 36.211: Physical channels and modulation 帧结构 PUSCH, PUCCH, DMS, SRS, PRACH PDSCH, PMCH, PBCH, PCFICH, PDCCH, PHICH, RS, Sync. TS 36.212: Multipl

2、exing and channel coding RACH, UL-SCH, UCI BCH, DL-SCH, PCH, MCH, DCI, CFI, HI LTE物理层规范（R8） TS 36.213：Physical layer procedures Synchronization procedures (cell search, timing synchronization) Power control Random access procedure PDSCH related procedures UE procedure for receiving the PDSCHUE proce

3、dure for reporting CQI, PMI and rank PUSCH related procedures eNodeB procedure for receiving PUSCHUE sounding procedureUE ACK/NACK procedure PDCCH related procedures PUCCH related procedures LTE物理层规范（R8） TS 36.214: Physical layer measurements RSRP, E-UTRA Carrier RSSI, RSRQ UTRA FDD CPICH RSCP, carr

4、ier RSSI, CPICH Ec/No GSM carrier RSSI UTRA TDD carrier RSSI, P-CCPCH RSCP LTE多址方式 下行OFDM(正交频分复用) 上行SC-FDMA（单载波频分复用） DFTS-OFDM（傅立叶变换扩展的正交频分复用 ） OFDM 原理一个OFDM子载波一个OFDM符号（多个正交的子载波） OFDM 调制与解调正交性OFDM调制OFDM解调 OFDM FFT实现IDFTIFFTOFDM调制OFDM解调 ISI与ICI在时间色散信道条件下，一条径的解调相关时间间隔将与其他径的符号边界重叠（导致ISI）；同时，在一个积分周期中，将不

5、仅包括主径所对应的复指数的整数周期，也包括其他径所对应的复指数的分数周期，从而影响子载波间的正交性（导致ICI） 循环前缀（Cyclic Prefix）CP的使用会导致：功率损失和带宽损失 LTE OFDM参数 子载波间隔 15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输 7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输 子载波数目 循环前缀长度 一个时隙中不同OFDM符号的循环前缀长度不同 信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200 DFTS-OFDM原理 单载波特性：a) 信号具有低的峰均比b) 信号带宽取决于M Localiz

6、ed DFTS-OFDM / Distributed DFTS-OFDM LTE中已经不支持采用Distributed DFTS-OFDM方式进行信号传输 DFTS-OFDM解调 为什么需要频域均衡？在频率选择性信道情况下，DFTS-OFDM信号将被破坏，产生自干扰。在这种情况下，需要使用均衡器来补偿无线信道的频率选择性。 频域均衡相对于时域均衡实现更简单。 CP的作用如果不存在CP，采用频域均衡存在如下两个问题a) 时域均衡器是一个时域卷积操作，而频域均衡器对应的是一个时域循环卷积操作。假设时域均衡器的长度为L，这意味着频域均衡器输出的前L-1个样点，与时域均衡器输出的前L-1的样点不一致需

7、要使用Overlap-and-discard方法进行解调接收机复杂度b) 频域滤波器的抽头系数可以由对应的时域滤波器冲击响应来决定，并通过DFT变换到频域。但是时域滤波器的设计显得相对复杂，特别是在L很大的情况下。 DFTS-OFDM用户复用等带宽分配不等带宽分配通过调整传输机DFT大小，即调制符号块的大小，DFTS-OFDM信号的带宽可以被动态的调整。通过将DFT的输出映射到不同的IDFT的输入上，信号传输的精确频域位置可以被调整。 DFTS-OFDM频谱成型进一步降低峰均比带宽扩展频谱效率降低 LTE DFTS-OFDM参数 子载波间隔 15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBS

8、FN）传输 子载波数目 循环前缀长度 一个时隙中不同DFTS-OFDM符号的循环前缀长度不同 信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目721803006009001200 帧结构 帧结构类型1 适用于全双工和半双工的FDD模式 每一个无线帧长度为10ms，由20个slot构成，每一个slot的长度为0.5ms 一个子帧定义为两个相邻的时隙，长度为1ms 帧结构 帧结构类型2 适用于TDD模式 每一个无线帧由两个半帧（half-frame）构成，每一个半帧长度为5ms。 每一个半帧包括8个slot，每一个的长度为0.5ms；以及三个特殊时隙，DwPTS、GP和UpPTS。DwPTS、G

9、P以及UpPTS的总长度等于1ms。 子帧1和子帧6包含DwPTS、GP以及UpPTS，所有其他子帧包含两个相邻的时隙。 子帧0和子帧5以及DwPTS永远预留为下行传输。 支持5ms和10ms的切换点周期。 物理资源概念 基本时间单位 天线端口 LTE使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系。 由于目前LTE上行仅支持单射频链路的传输，不需要区分空间上的资源，所以上行还没有引入天线端口的概念。 目前LTE下行定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号05

10、。小区专用参考信号传输天线端口：天线端口03MBSFN参考信号传输天线端口：天线端口4终端专用参考信号传输天线端口：天线端口5 物理资源概念 资源单元 (RE) 对于每一个天线端口，一个OFDM或者SC-FDMA符号上的一个子载波对应的一个单元叫做资源单元 物理资源块 (PRB) 一个时隙中，频域上连续的宽度为180kHz的物理资源称为一个物理资源块 资源栅格 (Resource Grid)一个时隙中传输的信号所占用的所有资源单元构成一个资源栅格，它包含整数个PRB，也可以用包含的子载波个数和OFDM或者SC-FDMA符号个数来表示。 物理资源概念 PRB参数 子帧结构 常规子帧：常规子帧由两

11、个时隙组成，每个时隙长度0.5ms 下行Unicast/MBSFN子帧 下行MBSFN专用载波子帧 上行常规子帧 特殊子帧：特殊子帧由三个特殊域组成，分别为DwPTS、GP和UpPTS，特殊子帧只存在帧结构类型2中 下行Unicast/MBSFN子帧 MBSFN传输时，控制区域13个符号 MBSFN传输时，控制区域12个符号下行Unicast/MBSFN子帧 当数据区域中进行MBSFN传输时，数据区域只能使用扩展CP进行传输。这样当控制区域采用常规CP时，控制区域和MBSFN数据区域之间存在一个标准中未规定如何使用的区域 下行数据传输方式 Nd=1 Nd=2 上行常规子帧 数据传输方式 Loc

12、alized Localized + FH 下行物理信道 PDSCH：物理下行共享信道 PMCH：物理多播信道 PDCCH：物理下行控制信道 PBCH：物理广播信道 PCFICH：物理控制格式指示信道 PHICH：物理HARQ指示信道 下行物理信道一般处理流程 下行物理信道调制方式物理信道调制方式PDSCHQPSK, 16QAM, 64QAMPMCHQPSK, 16QAM, 64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHTBD 下行物理信道码字数目、层数目以及预编码操作物理信道可支持的与编码操作可支持的码字数目可支持的层数目PDSCH单天线端口传输11空间复用1，2

13、1，2，3，4传输分集12，4PMCH未规定未规定未规定PDCCHPBCHPCFICHPHICH单天线端口传输11传输分集12，4 RE映射 PDSCH、PMCH以及PBCH映射到子帧中的数据区域上； PDCCH、PCFICH以及PHICH映射到子帧中的控制区域上。 PBCH下页所示 PBCH位置（FS1）常规CP扩展CP 下行参考信号小区专用参考信号，与非MBSFN传输关联 MBSFN参考信号，与MBSFN传输关联 终端专用的参考信号 小区专用参考信号常规CP 小区专用参考信号扩展CP MBSFN参考信号扩展CP，15kHz扩展CP，7.5kHz参考信号序列 小区专用参考信号使用二维参考信号

14、序列，对于常规CP，该二维参考信号序列由一个二维正交序列和一个二维伪随机序列进行符号乘积产生。对于扩展CP，该二维参考信号序列直接由一个二维伪随机序列产生 其他参考信号的序列未定 主/辅同步信号FS1，常规CPFS2，常规CP 主/辅同步信号序列 主同步信号使用Zadoff-Chu序列 副同步信号使用的序列由两个长度为31的二进制序列通过交织级联产生，并且使用由主同步信号序列决定的加扰序列进行加扰，长度为31的二进制序列以及加扰序列都由m序列产生。 上行物理信道 PUSCH：物理上行共享信道 PUCCH：物理上行控制信道 PRACH：物理随机接入信道 PUSCH 调制方式包括QPSK、16QA

15、M以及64QAM传输预编码即DFT操作，为了简化DFT实现，要求DFT操作的点数必须为2、3、5的倍数。在RE映射时，PUSCH映射到子帧中的数据区域上。 PUSCH处理流程 PUCCH PUCCH格式用途调制方式每用户对应的比特数支持的用户数常规CP扩展CP0ACK/NACKBPSK11881ACK/NACKQPSK21882CQIQPSK20643?N/AN/A? PUCCH format 0/1 常规CP扩展CP PUCCH format 2常规CP扩展CP PRACH (Preamble前同步信号)参数Preamble格式4在帧结构2中的UpPTS域中传输 Preamble序列 Pre

16、amble使用Zadoff-Chu序列产生 一个小区需要支持64个Preamble 一个小区的premable由一个Zadoff-Chu根序列通过进行不同的循环移位产生，如果这种方式不能提供足够的Preamble数目，可以使用逻辑序号与其相邻的Zadoff-Chu根序列产生。 对于Preamble格式03，存在838个根序列； 对于Preamble格式4，存在138个根序列。 Preamble基带参数 Preamble信号与上行其他物理信道中的信号都是单载波信号，但是它不是通过DFTS-OFDM产生，并且其子载波间隔/符号长度也不同 上行参考信号 解调用参考信号（DRS) 探测用参考信号（SR

17、S） 上行参考信号序列通过一个基序列进行不同的循环移位产生。基序列被分为30组，每组包含长度小于等于60的基序列各一个（共5个），包含长度大于72、小于等于1320的基序列各两个（共206个）。对于长度大于或者等于36的基序列，由Zadoff-Chu序列产生；对于长度小于36的基序列，其序列由计算机搜索产生，目前规范中已经给出具体值。 PUSCH 解调用参考信号常规CP扩展CP 探测用参考信号 时域参数： 子帧位置：原则上可以在任何一个上行子帧内传输，系统通过D-BCH来广播哪一个子帧中存在SRS，并通过子帧偏移值来指示具体的位置 符号位置：可以放置在上行子帧的第一个SC-FDMA符号或者最后

18、一个SC-FDMA符号 持续时间（Duration）：一次性的或者无限期的 周期（Period）：即在一个持续时间内传输的周期，支持2、5、10、20、40、80、160ms 序列参数： 循环移位（Cyclic Shift）：SRS使用与DRS相同的序列产生方法，不同用户可以使用不同的循环移位进行区分 探测用参考信号 频域参数： 传输带宽：包括窄带（Narrowband SRS）和宽带（Wideband SRS）两种，SRS不能在PUCCH区域传输。对于N-SRS，在系统带宽为6RB情况下，SRS的传输带宽为2RB；在系统带宽大于6RB情况下，SRS的传输带宽可以为2、4、6RB。对于W-SRS，即出PUCCH之外的整个可用带宽。 Comb：SRS采用频域distributed方式进行传输，频域间隔为两个子载波，如下图所示。在一个传输带宽内，不同用户可以使用不同的co