LTE理论培训-LTE物理层

LTE理论培训-LTE物理层第一页，共48页。第二页，共48页。LTE信道带宽

支持的信道带宽（ChannelBandwidth）

1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHz

LTE系统上下行的信道带宽可以不同

下行信道带宽大小通过主广播信息（MIB）进行广播上行信道带宽大小通过系统信息（SIB）进行广播信道带宽与传输带宽配置有如下对应关系：信道带宽1.435101520传输带宽配置（RB数目）615255075100第三页，共48页。LTE的双工方式

FDD:上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；TDD:上行传输和下行传输在相同的载波频段上进行；基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送；H-FDD:上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送；H-FDD与FDD的差别在于终端不允许同时进行信号的发送与接收，即H-FDD基站与FDD基站相同，但是H-FDD终端相对FDD终端可以简化，只保留一套收发信机并节省双工器的成本。

第四页，共48页。TDD-LTE帧结构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FDDLTE的帧长一样。特殊子帧DwPTS+GP+UpPTS=1ms第五页，共48页。TDD-L/TD-S帧结构对比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FDDLTE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第六页，共48页。TDD-L/TD-S帧结构对比第七页，共48页。TDD-L/TD-S帧结构对比第八页，共48页。TDD-L/TD-S帧结构对比第九页，共48页。TDD-LTE子帧配置第十页，共48页。TDD-LTE特殊子帧•DwPTS–主同步信号PSS在DwPTS上进行传输–DwPTS上最多能传两个PDCCHOFDM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（R11新引入了6:6:2配置）•UpPTS–可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS（Sounding参考信号）–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第十一页，共48页。特殊子帧-UPPTS第十二页，共48页。特殊子帧-DWPTS第十三页，共48页。TDD-LTE特殊子帧配置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第十四页，共48页。TDD-LTERB的概念RB（PhysicalResourceBlock，即“资源块”），是LTE系统中调度用户的最小单位；一个RB由频域上连续12个子载波（子载波宽度15kHz），时域上连续7个OFDM符号构成；每子帧包含的RB资源数由系统带宽决定。20M带宽的系统，每子帧包含100对RB；第十五页，共48页。RE、RB的概念

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；资源块(RB)

一个时隙中，频域上连续的宽度为180kHz的物理资源称为一个资源块；第十六页，共48页。REG的概念资源单元组(REG)控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道每个REG中包含4个数据RE控制信道单元（CCE）36RE，9REG组成第十七页，共48页。物理层峰值速率计算方法峰值速率=【PRB数量×12子载波×12或14（OFDM符号数/子载波）×调制阶数×MIMO复用率－公共信道和参考符号开销】/1ms第十八页，共48页。第十九页，共48页。物理信道的映射第二十页，共48页。物理信道介绍第二十一页，共48页。SCH配置第二十二页，共48页。PCI的概念第二十三页，共48页。物理信道配置第二十四页，共48页。PBCH的配置频域：对于不同的系统带宽，都占用中间的1.08MHz（72个子载波）时域：每5ms无线帧的subframe0的第二个slot的前4个OFDM符号上周期：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BCHPBCH(广播信道)

广播消息MIB在PBCH上传输,包含了接入LTE系统所需要的最基本的信息：系统带宽系统帧号(SFN）PHICH配置SIB承载在PDSCH，携带信息和TD-S的类似，例如：PLMNTrackareacode小区IDUE公共的无线资源配置信息同、异频或不同技术网络的

小区重选参数、切换参数SIB1SIB2SIB3~8第二十五页，共48页。PCFICH&PHICH的配置指示上行传输数据是否正确收到采用BPSK调制指示PDCCH的占几个symbol(1、2或3)，在每子帧的第一个OFDM符号上发送采用QPSK调制随物理小区ID(PCI)不同而在频域位移不同位置，以便随机化干扰PCFICH(物理层控制格式指示信道)

PHICH(物理HARQ指示信道)第二十六页，共48页。PDCCH配置频域：所有子载波时域：每个子帧的前n个OFDM符号，n<=3用于发送上/下行调度信息、功控命令等通过下行控制信息块DCI下发命令。不同用户使用不同的DCIPDCCH(物理下行控制信道)DCI占用的物理资源可变，范围为1~8个CCEDCI占用资源不同，则解调门限不同，资源越多，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支持用户容量下降第二十七页，共48页。PDCCH链路自适应/PCFICH功控-技术原理PDCCH受到诸多因素影响：CCE聚合度、DCIFormat、邻小区干扰、天线数及发送方式等PDCCH/PCFICH功控：由于PDCCH/PCFICH采用QPSK调制方式进行发送，因此可对PDCCH/PCFICH进行下行功控；针对边缘用户的PDCCH/PCFICH信息发送，可通过借用中心用户控制信道的功率，增大边缘户用下行功率的方式，从而扩大覆盖范围PDCCH链路自适应：将PDCCH自适应与功率控制结合起来保证在恶劣无线条件下的PDCCH性能，以SINR作为触发门限，即当SINR低于一定门限，PDCCH会采用8CCE+powerboostingPCFICH功控：同PDCCH功控，可以有效提升在恶劣无线条件下的PCFICH性能以上功能TD-LTE/LTE-FDD设备均可使用原理介绍引入分析第二十八页，共48页。PDCCH链路自适应/PCFICH功控-性能增益最大发射功率受到用户数、基站总功率及射频协议的限制如果基站发射功率为40W时，PDCCH/PCFICH单天线平均发射功率为：37dBm-10log(1200）=6.2dBm射频协议规定：相邻RE间功率差需要小于10dB链路预算结果：根据链路预算，不考虑其他信道受限，PDCCH功率提升3dB，覆盖距离可增大20%左右；理论分析第二十九页，共48页。PDCCH配置-容量信道及信号REPCFICH4*4=16PHICHmin3*4=12max25*4=100RS两天线端口4*100=4001symbol12*100=12002symbol2*1200=24003symbol3*1200=3600PDCCH可用资源有限，每个DCI占用资源越多，将导致PDCCH支持用户容量下降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：用户每10ms被调度一次用户分布如下：10%用户采用1CCE20%用户采用2CCE20%用户采用4CCE50%用户采用8CCE两天线端口10ms调度次数10ms调度用户数2:2PDCCH占OFDMSYMBOL数目

1CCE2CCE4CCE8CCE1max12660301236min114542412332max330162783699min3121567836963max46223011456143min444220110521363:11max16880401648min152723216442max44021610448132min416208104481283max63831815878198min61430415272188第三十页，共48页。PRACH配置初期引入建议：考虑初期应用场景为城区，Format0和4即可满足覆盖要求，故初期仅要求格式0和4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。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01ms15km12ms77km22ms80km33ms100km40.157ms1.4km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/非竞争连接态上行失步后接收下行数据竞争/非竞争

PRACH(物理随机接入信道)接入类型建议频域：1.08MHz带宽（72个子载波）时域：普通上行子帧中（format0~3）及UpPTS（format4）每10ms无线帧接入0.5~6次，每个子帧采用频分方式可支持多个随机接入资源。第三十一页，共48页。PUCCH配置供UE传输控制信息，包括CQI,ACK/NAK反馈，调度请求等一个控制信道由1个RBpair组成，位于上行子帧的两边边带上在子帧的两个slot上下边带跳频，获得频率分集增益通过码分复用，可将多个用户的控制信息在同一个PUCCH资源上发送。上行容量与吞吐量是PUCCH的RB资源个数与PUSCH的RB资源个数的折中PUCCH（上行物理控制信道）控制信道示意图第三十二页，共48页。参考信号用于估计上行信道频域信息，做频率选择性调度用于估计上行信道，做下行波束赋形

用于上行控制和数据信道的相关解调信道估计、测量。位于每个时隙数据部分之间下行导频，用作信道估计。用作同步

仅出现于波束赋型模式，用于UE解调用于下行信道估计，及非beamforming模式下的解调。调度上下行资源用作切换测量TD-LTETD-SCDMA下行参考信号上行参考信号CRSDRSDMRSSRSDWPTSMidamble码相同点：都是公共导频，分布于全带宽内不同点：CRS还可用作非beamforming模式下的解调相同点：主要用于业务信道的解调不同点：TD-L系统是宽带系统，本身存在多个子载波，故DRS及DMRS分布于用户占用的子载波带宽内。DRS:仅用于BF模式下业务信道的解调DMRS:用于上行控制信道和业务信道的解调TD-LTE特有，上行实现Sounding后，可以实现BF和更准确的上下行频选调度

第三十三页，共48页。下行参考信号两天线端口示意图DRS（专用参考信号）CRS（公共参考信号）天线端口5示意图

CRSDRS位置分布于下行子帧全带宽上分布于用户所用PDSCH带宽上作用下行信道估计，调度下行资源切换测量波束赋形时，用于UE解调应用发射分集、空间复用的业务和控制信道波束赋型的控制信道波束赋型的业务信道第三十四页，共48页。CRSPowerBoosting小区导频功率提升：LTE中导频有两类，即小区导频和用户专用导频，功率提升仅针对小区导频可有效扩大覆盖范围：LTE定义小区导频上的发射功率强度可高于业务信道，以提高小区边缘导频的信道估计性能，从而扩大覆盖范围动态调整范围：协议中有8个导频功率密度/业务功率密度的级别，最大6db，最小-3db扩大覆盖：小区导频（CRS）的功率增强可提升小区边缘的信道估计性能，在覆盖范围较大，导频覆盖受限的场景下，可采用PowerBoosting方案扩大覆盖设备能力：导频功率提升功能对设备的射频模块有要求（协议中已明确相关的射频指标：RE间功率差小于10dB），从前期测试来看，设备均已满足所有的射频指标要求，故可要求此功能；该功能TD-LTE/LTE-FDD设备均可使用原理介绍引入分析第三十五页，共48页。LTE终端测量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基于RSRP值小区重选基于RSRP值切换基于RSRP或RSRQ测量量使用场景Release9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RSCP带来的信道质量未知的问题第三十六页，共48页。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）在PUCCH、PUSCH上传输，用于PUCCH和PUSCH的相关解调ForPUSCH

每个slot(0.5ms)一个RS，第四个OFDMsymbolForPUCCH－ACK

每个slot中间三个OFDMsymbol为RSForPUCCH－CQI

每个slot两个参考信号SRS（探测参考信号）

Sounding作用上行信道估计，选择MCS和上行频率选择性调度TDD系统中，估计上行信道矩阵H，用于下行波束赋形Sounding周期由高层通过RRC信令触发UE发送SRS，包括一次性的SRS和周期性SRS两种方式周期性SRS支持2ms,5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,160ms,320ms八种周期TDD系统中，5ms最多发两次SlotstructureforACK/NAKanditsRSDMRS1slotDMRSDMRSSlotstructureforPUSCHanditsRS1slotDMRSSlotstructureforCQIanditsRS1slotDMRSDMRS第三十七页，共48页。第三十八页，共48页。物理层过程-下行同步第一步：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：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：到此，下行同步完成。同时UE已经获取了该小区的小区IDS1核心网下行同步子帧0(下行)特殊子帧#2子帧2(上行)PSC(PrimarySynchronizationChannel)SSC(SecondarySynchronizationChannel)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Sync_DL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继续通过做相关来获取当前小区midamble码获取midamble码后，便可建立TS0同步并读取PCCPCH获取小区广播信息，得到扰码TD-LTETD-SCDMA第三十九页，共48页。臭氧层为什么要进行小区搜索小区搜索完成UE与基站之间的时间和频率的同步，并识别小区id；完成小区初搜后，UE接收基站发出系统信息；小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到能否快速，准确的接入系统。第四十页，共48页。物理层过程-随机接入S1核心网PreamblePRACH信道可以承载在UpPTS上，但因为UpPTS较短，此时只能发射短Preamble码。短Preamble码能用在最多覆盖1.4公里的小区。PRACH信道也可承载在正常的上行子帧。这时可以发射长preamble码。长preamble码有4种可能的配置，对应的小区覆盖半径从14公里到100公里不等。PRACH信道在每个子帧上只能配置一个。考虑到LTE中一共有64个preamble码，在无冲突的情况下，每个子帧最多可支持64个UE同时接入。子帧0(下行)特殊子帧子帧2(上行)长Preamble短Preamble在UE收取了小区广播信息之后，当需要接入系统时，UE即在PRACH信道发送Preamble码，开始触发随机接入流程第四十一页，共48页。随机接入信令流程UEeNBPreamblePRACH信道RandomAccessResponsePDSCH(公共业务信道)RRC连接请求PUSCH(公共业务信道)RRC连接建立PDSCH(公共业务信道)发送preamble，请求接入确认收到请求，并指示UE调整上行同步UE发送IMSI或TMSI，正式请求RRC连接确认收到请求并返回该UE的IMSI(TMSI)以解决竞争问题(如果两个UE都以为自己能获得接入，那么通过此消息的IMSI就能挑出真正获准接入的UETD-LTE第四十二页，共48页。上行功率控制降低小区间干扰补偿路径损耗和阴影衰落，适应信道变化

功控方案功控信道PUSCH/PUCCH/SRS/PRACH开环功控(补偿路径损耗和阴影衰落）确定UE发射功率的一个起始发射功率，作为闭环功控调整的基础;闭环功控（适应信道变化）eNodeB通过测量PUCCH/PUSCH/SRS信号的SINR，和目标值SINRtarget比较，调整相应子帧的上行发送信号的发射功率；外环功控根据BLER的统计值动态调整闭环功控中使用的目标值SINRtarget功控目的第四十三页，共48页。下行功率分配半静态分配RS和PDSCH的功率比值，保证RS和PDSCH的功率分配合理下行业务信道若进行功控，则会出现业务信道功率与导频功率无固定关系。使得UE反馈的CQI信息不能正确反映业务信道的实际质量PDSCH功率分配原因功率分配信道注：规范没有规定PBCH等控制信道的功率如何控制，应该取决于厂家实现。在3GPP定义规范时，经过长期的讨论，认为关键的控制信道如PBCH，PDCCH不会存在覆盖问题功率分配方式第四十四页，共48页。PDSCH功率分配RSEPRE在整个系统带宽内是常数（-60，50）dBm；且在所有子帧内是常数(PB=0)在覆盖范围较大时，可能会出现因导频功率不足，而导致覆盖受限的场景。故可采用导频功率增强方案，即Powerboosting,提高信道估计的性能，从而扩大覆盖(PB=1,2,3）1/22/533/43/5214/515/4102、4天线端口

单天线端口PBRS分为两类：有RS的PDSCH、无RS的PDSCHPDSCH推荐配置PB=1，