2-LTE物理层基本概念课件

TD-SCDMA长期演进技术LTE物理层TD-SCDMA长期演进技术LTE物理层内容信道带宽多址技术双工方式与帧结构物理资源概念子帧结构物理信道物理信号物理层过程内容信道带宽信道带宽支持的信道带宽（ChannelBandwidth）1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHzLTE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信道带宽信道带宽与传输带宽配置有如下对应关系信道带宽1.43内容信道带宽多址技术双工方式与帧结构物理资源概念子帧结构物理信道物理信号物理层过程内容信道带宽下行OFDM

上行SC-FDMA

LTE多址方式LTE多址方式OFDM即正交频分多路复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing），与传统的多载波调制（MCM）相比，OFDM调制的各个子载波间可相互重叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性。OFDM原理OFDM原理OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号BandwidthOFDM原理BandwidthOFDM原理IDFTIFFTOFDM调制OFDM解调OFDMFFT实现IDFTIFFTOFDM调制OFDM解调OFDMFFT实现

采样频率Fs

采样周期Ts

FFT点数NFFT子载波间隔△f有用符号时间Tu

循环前缀时间Tcp

OFDM符号时间TOFDM可用子载波数目Nc关键参数：△f,Tcp以及Nc采样频率以及FFT点数与实现相关OFDM主要参数关键参数：△f,Tcp以及NcOFDM主要参数子载波间隔

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721803006009001200LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期定义基本时间单元：Ts=1/Fs=1/(15000x2048)秒LTEOFDM主要参数信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目72180单载波特性：a)信号具有低的峰均比b)传输带宽取决于M

DFTS-OFDM原理单载波特性：DFTS-OFDM原理

子载波间隔

15kHz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721803006009001200LTEDFTS-OFDM关键参数信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目72180内容信道带宽多址技术双工方式与帧结构物理资源概念子帧结构物理信道物理信号物理层过程内容信道带宽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。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双工方式TDU传输时延与终端接收/发送转换：TDU≥

RTT+TUE,Rx-Tx

避免基站间的干扰：TDU

≥RTTa/2+RTTb/2TDD保护间隔传输时延与终端接收/发送转换：避免基站间的干扰：TDD保护间TUD一般情况下，帧结构中需要保留上行与下行之间的保护间隔，用于基站的接收与发送转换TDD保护间隔一般情况下，帧结构中需要保留上行与下行之间的保护间隔，用于基TUDLTETDD系统中的TUD，通过定时提前来创造

TDD保护间隔LTETDD系统中的TUD，通过定时提前来创造TDD保护

FDD帧结构---帧结构类型1，适用于FDD与HDFDD

一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙构成帧结构帧结构

TDD帧结构---帧结构类型2，适用于TDD

一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成

每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成常规子帧：由两个长度为0.5ms的时隙构成特殊子帧：由DwPTS、GP以及UpPTS构成支持5ms和10msDLUL切换点周期

5msDLUL切换周期：特殊子帧在两个半帧中都存在

10msDLUL切换周期：特殊子帧只在第一个半帧中存在

子帧0，子帧5以及DwPTS永远是下行UpPTS以及UpPTS之后的第一个子帧永远为上行帧结构子帧0，子帧5以及DwPTS永远是下行帧结构

TDD帧结构

上下行配置上下行配置DLUL切换点周期子帧序号012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD帧结构上下行配置DLUL切换点周期子帧序号01234567890

TDD帧结构

特殊子帧配置特殊子帧配置常规CP扩展CPDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS031013811948321039231121014121372539282693917102---8111---帧结构特殊子帧配置常规CP扩展CPDwPTSGPUpPTSDwPT内容信道带宽多址技术双工方式与帧结构物理资源概念子帧结构物理信道物理信号物理层过程内容信道带宽

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0~5。小区专用参考信号传输天线端口：天线端口0~3MBSFN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物理资源概念小区专用参考信号传输天线端口：天线端口0~3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物理资源概念物理资源概念

RB参数（常规子帧）物理资源概念（常规子帧）物理资源概念资源单元组(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物理资源概念物理资源概念内容信道带宽多址技术双工方式与帧结构物理资源概念子帧结构物理信道物理信号物理层过程内容信道带宽常规子帧：常规子帧由两个时隙组成，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中子帧结构子帧结构

控制区域与数据区域进行时分

控制区域OFDM符号数目可配置

子帧控制区域OFDM符号数目帧结构类型2中的子帧1和子帧61,2存在MBSFN传输的子帧1,2不存在MBSFN传输的子帧1,2,3下行Unicast/MBSFN子帧子帧控制区域OFDM帧结构类型2中的子帧1和子帧61,2存

数据传输方式localizeddistributed下行Unicast/MBSFN子帧下行Unicast/MBSFN子帧

下行MBSFN专用载波子帧中不存在控制区域

即控制区域OFDM符号数目为0下行MBSFN专用载波子帧下行MBSFN专用载波子帧

控制区域与数据区域进行频分数据传输方式LocalizedLocalized+FH上行常规子帧上行常规子帧内容信道带宽多址技术双工方式与帧结构物理资源概念子帧结构物理信道物理信号物理层过程内容信道带宽

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

下行物理信道下行物理信道一般处理流程下行物理信道物理信道调制方式PDSCHQPSK,16QAM,64QAMPMCHQPSK,16QAM,64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSK下行物理信道调制方式物理信道调制方式PDSCHQPSK,16QAM,64QA物理信道可支持的预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1，21，2，3，4传输分集12，4PDCCHPBCHPCFICHPHICH单天线端口传输11传输分集12，4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预编码操作可支持的码字数目可支持的层数目PDPDSCH、PMCH以及PBCH映射到子帧中的数据区域上；

PMCH与PDSCH或者PBCH不能同时存在于一个子帧中

PDSCH与PBCH可以存在于同一个子帧中由于子帧0和子帧5存在PBCH，所有子帧0和子帧5不能传输PMCH常规CP扩展CP下行物理信道的RE映射常规CP扩展CP下行物理信道的RE映射PDCCH、PCFICH以及PHICH映射到子帧中的控制区域上

PCFICH用于指示在一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM个数

CFI：2bit信息

1/16编码，QPSK调制

PCFICH映射到控制区域的第一个OFDM符号上的4个REG上第一个REG的位置取决于小区id4个REG之间相差1/4带宽下行物理信道的RE映射下行物理信道的RE映射PDCCH用于承载资源分配信息，包括功率控制信息逻辑映射控制信道单元（CCE:ControlChannelElement）：逻辑单元，对应于9个REG

一个PDCCH是一个获得几个连续CCE的集合，即DCI通过信道编码、速率匹配之后，首先映射到一个或者多个CCE上根据PDCCH中包含CCE的个数，可以将PDCCH分为如下四种格式

物理映射DCI映射到CCE上之后，需要将多个用户的PDCCH进行复用和加扰等操作，映射到没有用于传输PCFICH和PHICH的REG上。PDCCH格式CCE个数REG个数PDCCH比特数目01972121814424362883872576下行物理信道的RE映射PDCCH格式CCE个数REG个数PDCCH比特数目0197

PHICH用于承载HARQ应答信息

PHICHGroup

HI信息在信道编码之后长度为3比特，经过BPSK调制以及正交扩展之后，长度分别为12比特（常规CP，正交序列长度为4）以及6比特（扩展CP，正交序列长度为2），对应于一个PHICH。对于扩展CP，6比特信息需要通过补零匹配PHICH的大小（12比特）。多个PHICH叠加之后可以映射到同一个PHICHgroup，使用正交序列进行区分。对于常规CP配置，，一个PHICHgroup包括8个PHICH；对于扩展CP配置，一个PHICHgroup包括4个PHICH一个PHICHgroup对应于一个RB对于FDD，所有子帧中的PHICHgroup数目相同有四种配置，由高层控制对于常规CP，数目分别分别为总RB个数的1/48、1/16、1/8以及1/4

对于扩展CP，数目分别分别为总RB个数的1/24、1/8、1/4以及1/2对于TDD，不同子帧中的PHICHgroup数目不同，可以根据上述四种配置之一，分别乘以0，1或者2获得TDD不同子帧中的PHICHgroup数目。与上下行配置有关，具体见下页表格下行物理信道的RE映射下行物理信道的RE映射

PHICH

Group上下行配置子帧序号0123456789021---21---101--101--1200-1000-10310---00011400--000011500-0000010611---11--1下行物理信道的RE映射上下行配置子帧序号0123456789021---21---

PHICHgroup的物理资源映射

PHICH长度分为两个等级，其所占用的OFDM符号个数如下表所示一个PHICHgroup被划分为3部分，分别映射到一个REG上PHICH长度非MBSFN子帧MBSFN子帧TDD中子帧1和子帧6所有其他情况混合载波承载MBSFN常规111扩展232具体频域位置取决于-小区idPHICHgroup序号-所在OFDM符号中的REG数目-以及PHICH扩展长度的大小PHICH扩展长度为2的子帧 PHICH扩展长度为3的子帧下行物理信道的RE映射PHICH长度非MBSFN子帧MBSFN子帧TDD中子帧1和

PUSCH：物理上行共享信道

PUCCH：物理上行控制信道PRACH：物理随机接入信道上行物理信道上行物理信道调制方式包括QPSK、16QAM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处理流程上行物理信道PUSCH调制方式包括QPSK、16QAM以及64QAMPUSCH处理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PUCCH格式PUCCH格式用途调制方式比特数1SRN/AN/A1aACK常规CP扩展CP上行物理信道PUCCHFormat1/1a/1b结构常规CP扩展CP上行物理信道PUCCHFormat1/1比特SR信息经过序列扩展和正交复用，形成96个比特，映射到PUCCHformat1中的数据部分

1比特ACK/NACK信息，经过BPSK调制，序列扩展和正交复用，形成96个符号，映射到PUCCHformat1a中的数据部分

2比特ACK/NACK信息，经过 QPSK调制，序列扩展和正交复用，形成96个符号，映射到PUCCHformat1b中的数据部分参考信号序列经过正交复用后，映射到PUCCHformat1/1a/1b中的参考信号部分PUCCHformat1/1a/1b的具体映射RB位置与其序号，PUCCH带宽以及时隙位置有关上行物理信道PUCCHFormat1/1a/1bRE映射PUCCHformat1/1a/1b的具体映射RB位置与常规CP扩展CP上行物理信道PUCCHFormat2/2a/2b结构常规CP扩展CP上行物理信道PUCCHFormat2/20比特CQI信息经过QPSK调制，形成10个符号，经过序列扩展之后形成120个符号，映射到PUCCHformat2/2a/2b中的数据部分

1比特ACK/NACK信息，经过BPSK调制，形成1个符号，经过与参考信号相乘之后形成为12个符号，映射到PUCCHformat2a中每个时隙中的第二个RS上2比特ACK/NACK信息，经过QPSK调制，形成1个符号，经过与参考信号相乘之后形成为12个符号，映射到PUCCHformat2a中每个时隙中的第二个RS上参考信号序列经过正交复用后，映射到PUCCHformat2/2a/2b中的参考信号部分PUCCHformat2/2a/2b的具体映射RB位置与其序号以及时隙位置有关根据序号从小到大一次映射到m=0，m=1，m=2…的RB上上行物理信道PUCCHFormat2/2a/2bRE映射PUCCHformat2/2a/2b的具体映射RB位置与

时域结构Preamble:CP+SequencePreamble之后需要预留保护间隔（GT）小区中间用户发送Preamble小区边缘用户发送Preamble上行物理信道PRACH结构小区中间用户发送Preamble小区边缘用户发送Preamb序列产生Preamble使用Zadoff-Chu序列产生序列长度Preambleformat0~3：839

Preambleformat4：139频域结构

一个PRACH占用6个RB

Preamble信号采用的子载波间隔与上行其它SC-FDMA符号不同

Preambleformat0~3：1250HzPreambleformat4:7500HzPreambleformat0~3Preambleformat4上行物理信道PRACH结构Preambleformat0~3Preamblefo

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Preamble格式4在帧结构2中的UpPTS域中传输

上行物理信道PRACH格式Preamble格式4在帧结构2中的UpPTS域中传输上行FDD一个上行子帧中只能同时存在最多一个PRACH信道，并且与PUCCH相邻，固定在频带的一侧当存在多个上行PRACH信道时，不同小区的PRACH信道在时域尽量错开PRACH配置SFN子帧序号0Even11Even42Even73Any14Any45Any76Any1,67Any2,78Any3,89Any1,4,710Any2,5,811Any3,6,912Any0,2,4,6,813Any1,3,5,7,914Any0,1,2,3,4,5,6,7,8,915Even9上行物理信道PRACH资源映射PRACH配置SFN子帧序号0Even11Even42EvTDD一个上行子帧（包括UpPTS）中可以同时存在多个PRACH信道当存在多个上行PRACH信道时，优先考虑占用不同的子帧，如果时间上分配不开，再考虑一个子帧中支持多个PRACH信道不同小区的PRACH信道在时域尽量错开对于format0~3，Preamble与PUCCH相邻，对于多于一个PRACH时，分别与频带两侧的PUCCH相邻对于format4，Preamble放置在频带边缘，并且根据系统帧号变换是高频的一侧，还是低频的一侧。上行物理信道PRACH资源映射上行物理信道PRACH资源映射配置序号Preamble格式Preamble密度/10ms版本配置序号Preamble格式Preamble密度/10ms版本000.503220.52100.5133210200.523421130103522040113623050123724060203825070213926080224030.5090304130.51100314230.5211032433101204044311130414532014042463301505047340160514840.50170524940.51180605040.5219061514102010.50524112110.51534202210.52544302311055440241115645025120574602613058

2714059

2815060

2916061

3020.5062

3120.5163

上行物理信道PRACH资源映射配置序号Preamble格式Preamble密度/10ms内容信道带宽多址技术双工方式与帧结构物理资源概念子帧结构物理信道物理信号物理层过程内容信道带宽同步信号主同步信号辅同步信号参考信号小区专用参考信号

MBSFN参考信号终端专用的参考信号下行物理信号下行物理信号FS1，常规CPFS2，常规CP同步信号FS1，常规CPFS2，常规CP同步信号主同步信号使用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。同步信号序列同步信号序列常规CP小区专用参考信号常规CP小区专用参考信号扩展CP小区专用参考信号扩展CP小区专用参考信号扩展CP，15kHz扩展CP，7.5kHzMBSFN参考信号扩展CP，15kHz扩展CP，7.5kHzMBSFN参考信号常规CP15kHz扩展CP，15kHz用户专用参考信号常规CP15kHz扩展CP