LTE信道与随机接入课件

LTE信道及随机接入专题教学内容LTE信道格式与映射UE开机流程UE随机接入过程LTE物理信道LTE下行物理信道广播信道：PBCH控制信道：PCFICH，PHICH，PDCCH业务信道：PDSCH多播信道：PMCHLTE上行物理信道控制信道：PUCCH业务信道：PUSCH随机接入信道：PRACH下行物理信道广播信道PBCH

(PhysicalBroadcastChannel)广播信道分为MIB和SIB两部分，MIB信息承载在PBCH信道上。SIB信息在PDSCH信道上承载。PBCH位于子帧0时隙1的前4个OFDM符号，频域上占用中间的6个RB的72个子载波，调制方式QPSK。MIB信息主要内容：系统带宽指示，系统帧号，PHICH资源指示信息。控制信道：物理传输格式指示信道PCFICHPhysicalControlFormatIndicatorChannel(PCFICH)指示一个子帧内PDCCH所占OFDM符号数(1、2、3或4)，调制方式QPSK。资源映射：映射到该子帧第一个OFDM符号的4个REG中扩展到整个带宽，充分捕获频率分集增益。下行物理信道控制信道：物理HARQ指示信道PHICHPhysicalhybrid-ARQIndicatorChannel(PHICH)承载PUSCH信道的ACK/NACK应答，调制方式BPSK不同PHICH信道映射到相同的RE构成PHICH组：1PHICHgroup=8PHICHs(normalcp)1PHICHgroup=4PHICHs(extendcp)控制信道：下行物理控制信道PDCCHPhysicalDownlinkControlChannel(PDCCH)承载下行物理层控制信令：包括上/下行数据传输的调度信息和上行功率控制命令信息。根据PCFICH指示，映射在一个子帧的前N（N<=4）个OFDM符号。调制方式QPSK。下行物理信道业务信道:下行物理共享信道PDSCHPhysicalDownlinkSharedChannel(PDSCH)承载下行业务数据。调制方式QPSK,16QAM,64QAM。物理多播信道PMCHPhysicalMulticastChannel(PMCH)在支持MBMS业务时，用于承载多小区的广播信息。调制方式QPSK,16QAM,64QAM。下行物理信道映射BCCHPCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCHDL-SCHMCHBCHPBCHPDSCHPMCH逻辑信道传输信道物理信道PDCCH上行物理信道控制信道：上行物理控制信道PUCCHPhysicalUplinkControlChannel（PUCCH）上行的控制信息（UCI）的周期上报，这些上行控制信息包括HARQ-ACK、SR、CQI、PMI、RI。不能与PUSCH同时传输，具有多种格式。PUCCH格式用途调制方式比特数1SRN/AN/A1aACK/NACKBPSK11bACK/NACKQPSK22CQIQPSK202aCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK212bCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK22上行物理信道业务信道：上行物理共享信道PUSCHPhysicalUplinkSharedChannel（PUSCH）承载上行数据，承载来自上层不同逻辑信道的传输内容，包括：控制信息、用户业务信息、广播业务信息调制方式QPSK,16QAM,64QAM。为保证上行单载波特性，需要将数据映射到连续的资源。上行物理信道物理随机接入信道PRACHPhysicalRandomAccessChannel（PRACH）用于UE随机接入时发送preamble信息。PRACH在频域占用6个RB。PRACH时域结构：Preamble:CP+SequencePreamble之后需要预留保护间隔上行物理信道物理随机接入信道PRACHPreamble使用Zadoff-Chu序列产生，根据时域结构、频域结构以及序列长度的不同，可以将Preamble分为如下五种格式。上行物理信道物理随机接入信道PRACHFormat0~3频域资源位置子载波间隔1.25KHz，常规子载波间隔的1/121个PRACH信道包含864个子载波（6×12×12=864）长度为839的preamble序列被映射至中间的839个子载波上。上行物理信道物理随机接入信道PRACHFormat4频域资源位置子载波间隔7.5KHz，常规子载波间隔的1/21个PRACH信道包含144个子载波(6×12×2=144)长度为139的preamble序列被映射至中间的139个子载波上上行物理信道映射CCCHDCCHDTCHUL-SCHPRACHPUSCHRACHPUCCH逻辑信道传输信道物理信道LTE物理信号下行物理信号参考信号小区专属参考信号（Cell-SpecificRS，CRS）MBSFN参考信号用户专属参考信号（UE-SpecificRS，DedicateRS，DRS）同步信号主同步信号PSS(PrimarySynchronizationsignal)辅同步信号SSS(SecondarySynchronizationsignal)上行物理信号解调参考信号(DemodulationRS,DMRS)探测参考信号(SoundingRS,SRS)下行物理信号下行参考信号作用下行信道质量测量（信道探测）下行信道估计，用于UE侧的相干检测和解调下行同步。小区专用参考信号在不支持MBSFN的小区的所有下行子帧上传输若子帧已用于传输MBSFN，那么只有子帧的前两个OFDM符号可以用于传输小区专用参考信号。小区专用参考信号能在天线端口0～3中的一个或几个上传输。参考信号序列与小区ID，帧的位置，OFDM符号序号，CP等有关。下行物理信号小区专用参考信号参考信号映射初始位置与小区ID，RB序号，天线端口号，OFDM符号序号等有关。NormalCP，CellID=0时ExtendCP，CellID=0时下行物理信号MBSFN参考信号在分配给MBSFN传输的子帧上传送，使用天线端口4。只支持扩展CP。ExtendedCPΔf=15kHzExtendedCPΔf=7.5kHz下行物理信号UE专用参考信号在普通子帧中发送，该信号以用户为单位，高层指示是否发送了该信号并且是否用作终端下行数据解调。仅在承载该用户数据的资源块上传输，天线端口5发送。常规CP15kHz扩展CP15kHz下行同步信号LTE同步信号PSS(PrimarySynchronizationsignal)SSS(SecondarySynchronizationsignal)同步信号的作用小区ID（共504个），由组ID和组内ID组成，分成168组，每组3个获得小区ID:通过检测PSS和SSS来获得小区IDSSS:与小区ID组一一对应,范围0-167PSS:与组内ID号,范围0-2小区ID:定时同步:在检测PSS和SSS的过程中获得5ms定时和10ms定时PSS:5ms定时同步SSS:10ms定时同步FDD/TDD系统识别，常规CP/扩展CP识别下行同步信号主同步信号序列的生成一个小区中的主同步信号在3个不同序列中选择。3个序列和一个物理层小区id组下的3个物理层小区id有一一对应的关系由频域Zadoff-Chu序列产生。辅同步信号序列的生成两个长度为31的二进制交错级联产生。二进制序列是由生成长31的M序列循环移位得到。级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰。下行同步信号FS1，常规CPFS2，常规CP主同步信号在DwPTS域发送辅同步信号在子帧0的最后一个OFDM符号发送主同步信号仅仅在时隙0和时隙10中发送辅同步信号仅仅在时隙0和时隙10中发送上行物理信号解调参考信号（PUSCH用）用作求取信道估计矩阵使用Zad-offChu序列生成，产生之后直接映射到资源元上，不作任何编码的处理。占用每一个Slot中的第4个SC-FDMA符号，其频域宽度与PUSCH占用的PRB一致，频域上连续，不同用户使用参考信号序列的不同循环移位值进行区分。PUCCH用解调参考信号用作求取信道估计矩阵，与PUSCH用解调参考信号基本一致常规CP上行物理信号探测参考信号(SoundingRS,SRS)独立进行发射，用作上行信道质量的估计与信道选择，计算上行信道的CINR，用于上行信道调度。符号位置：位于配置SRS的上行子帧的最后一个SC-FDMA符号；对于UpPTS，其所有符号都可以用于传输SRS子帧位置（SRSsub-frameconfiguration）：UE通过广播信息获得哪一个子帧中存在SRS。配置了SRS的子帧的最后一个SC-FDMA符号预留给SRS，不能用于PUSCH的传输子帧偏移（Sub-frameoffset）：UE通过RRC信令获得SRS所在的具体子帧位置持续时间（Duration）：UE通过RRC信令获知其传输时间是一次性的还是无限期的周期（Period）：UE通过RRC信令获知其在一个持续时间内传输的周期，支持2、5、10、20、40、80、160msFDD下行物理信道时频示意图TDD下行物理信道时频示意图教学内容LTE信道格式与映射UE开机流程UE随机接入过程下行同步上行初始同步：UE在随机接入信道上发送preamble码eNodeB根据preamble码的到达位置，将调整信息反馈给UEUE根据该信息进行后续的发送时间调整上行同步保持：eNodeB可以根据上行信号估计接收时间生成上行时间控制命令字UE在子帧n接收到的时间控制命令字，UE在n+x子帧按照该值对发送时间提前量进行调整下行初始同步：初始下行同步是小区搜索过程。UE通过检测小区的主要同步信号，以及辅助同步信号，实现与小区的时间同步下行同步保持：小区搜索成功后，UE周期性测量下行信号的到达时间点，并根据测量值调整下行同步，以保持与eNB之间的时间同步LTE物理层过程——同步接收数据小区搜索，获得和小区的时频同步正常通信过程中周期性地进行同步跟踪和补偿能否可以正常同步跟踪是否是否和小区建立初始同步是否LTE物理层过程——同步手机开机过程手机开机过程PLMN选择和小区选择P-SCH、S-SCH和PBCH所处位置和系统带宽无关，从而使UE可在系统带宽未知情况下完成小区搜索。

手机开机过程PLMN选择和小区选择

PLMNSelection

Location

Registration

PLMNsavailable

PLMNselected

LocationRegistrationresponse

RegistrationAreachanges

IndicationtouserManualModeAutomaticmodeServicerequests

NASControl

Radiomeasurements

CellSelection

andReselection

手机开机过程PLMN选择UE会根据自身能力在E-UTRAN频段中扫描所有的载频信道，以寻找可用的PLMN。UE将搜索最强小区，读取其系统信息来确定这个小区所归属的PLMN。如果在最强小区上读到了一个或多个PLMN，UE将把所找到的满足一定质量门限PLMN作为高质量PLMN报给NAS；能获取到PLMNID，但是不满足质量门限的PLMN将和测量值一起上报给NAS层。PLMN的选择结果由NAS层给出。一旦选定了PLMN，就可以进行小区选择过程了。

手机开机过程小区搜索目的检测小区的物理层小区ID（PhysicalCell-ID）完成下行时间/频率同步下行CP模式检测：normal或extended模式检测eNodeB所用的发射天线端口数读取PBCH（即MIB）获取SFN、下行系统带宽和PHICH配置信息

手机开机过程小区选择分为：初始小区选择和存储信息小区选择InitialCellSelection无需E-UTRAN载频对应射频信道的先验知识，UE会根据能力扫描在E-UTRAN的频带内扫描所有射频信道，在每个载频上UE需要搜索一个最好小区，一旦找到一个合适小区，就选择这个小区。StoredInformationCellSelection需要根据UE通过以前的测量控制信元或者检测到小区储存起来的载频信息,为指导进行小区选择。如果找到合适小区，就选择这个小区；否则还是要发起InitialCellSelection。

手机开机过程小区搜索过程

手机开机过程广播消息读取MIB（MasterInformationBlock），在PBCH中承载PBCH每10ms无线帧出现一次，位于Slot#1前4个OFDM符号中央6个RBUE首先需要读取PBCH来获取接收其它系统消息的必要信息（SFN、下行系统带宽、PHICH配置）SIB（SystemInformationBlock）包含SIB1~SIB11，均映射到PDSCHSIB1，重复周期是80ms（位于SFNmod8=0边界），每重复周期内传输4次（位于SFNmod2=0无线帧）SIB1携带了其它SIB的调度信息（SI序号、窗长、周期），基于这些调度信息来读取其它SIB每个SI包含一个或多个SIB，并可在SI窗内重复发送UE通过HARQ重传合并（不带ACK/NACK反馈）提高系统消息接收性能

教学内容LTE信道格式与映射UE开机流程UE随机接入过程UE随机接入过程随机接入过程特点TDD/FDD共有；和小区大小无关的处理过程；分为竞争接入和非竞争接入；UE和eNB请求/应答方式完成；随机接入过程的目的请求初始接入；从空闲状态向连接状态转换；支持eNodeB之间的切换过程；取得/恢复上行同步；向eNodeB请求UEID；向eNodeB发出上行发送的资源请求。UE随机接入过程随机接入过程触发在RRC_IDLE状态时，发起的初始接入；在RRC_CONNECTED状态时，发起的连接重建立处理；小区切换过程中的随机接入；在RRC_CONNECTED状态时，下行数据到达发起的随机接入；如上行失步在RRC_CONNECTED状态时，上行数据到达发起的随机接入；如上行失步或无SR使用的PUCCH资源（SR达到最大传输次数）UE随机接入过程随机接入过程分类基于竞争的接入:手机在广播的前导集合中随机选取一个前导码使用PreambleGroupA/B当两个手机选取同一个前导码时，竞争发生适用于所有的随机接入场合基于非竞争的接入:手机所用的前导码是由基站分配的随机接入过程通过三步完成仅适用于场合3和4第四步用来解决冲突无须解决冲突UE随机接入过程Preamble分类PreambleID个数：可配，最多64个（0~63）PreambleA:0~59;PreambleB:4~59;DedicatedPreamble（剩下的ID）。PRACH频域位置：起始RBNumber由高层（L3）后台配置。UE随机接入过程基于竞争的随机接入过程UE随机接入过程MSG1：随机接入前导发送根据MSG3消息块大小和路损情况决定在PreambleGroupA/B中随机选择一个Preamble码在PRACH信道上发送。根据eNodeB指示的根ZC序列号、循环移位配置、是否采用restrictedset（仅FDD）、以及前导序列号，进行ZC序列的选择和循环移位的计算。根据eNodeB在广播消息中指示的PRACH期望接收功率、前导格式和前导发送计数，进行PRACH开环发射功率计算和powerramping过程eNB：根据接收的前导测量手UE与基站距离；产生定时调整量UE随机接入过程MSG2：随机接入响应（RAR）在PDSCH上发送位置由PDCCH指示，NoHARQ内容被响应的前导标识；定时调整量；TemporaryC-RNTI；Msg3的资源分配；UE：发完前导后在一个时间窗内等待RAresponse，如果在时间窗内没有等到属于此UE的响应，认为本次接入失败，则退回第一步进行一次新的前导发送尝试；否则，进入step3。UE随机接入过程MSG3发送根据eNodeB