LTE-物理层介绍

下行
上行
DwPTS
GP
UpPTS
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概述(续)——资源网格(Resource Grid)
• • • •
用来描述每个时隙中传输的信号 每个网格中有 NRBNscRB 个子载波(频域)和 Nsymb个符号(时域) NRB由传输带宽决定，并满足 6 ≤ NRB ≤ 110 资源网格中的每一个元素就叫做资源元素(Resource Element)，它是 上下行传输中的最小资源单位
one s
lot, N symb
ol 个
符号
RB N sc 个子载波, 1
E-UTRAN概述
下行信道 上行信道 硬件实现架构
• • • • • • 下行的时隙结构 同步信号 参考信号 下行物理信道的基本处理过程 各个信道的具体处理过程 OFDM基带信号的生成
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• 三种下行参考信号
• 小区专用参考信号 • MBSFN参考信号 • UE专用参考信号
• 一个下行天线端口上只能传一个参考信号
• 小区专用参考信号，支持配置1，2，4个天线端口 • MBSFN参考信号，在天线口4上发送 • UE专用参考信号，在天线口5上发送
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下行传输(续)——参考信号2
• 小区专用参考信号
下行传输
• 物理信号
• LTE的下行传输是基于OFDMA的
• Reference signal • Synchronization signal
• 物理信道
• Physical Downlink Shared Channel, PDSCH • Physical Broadcast Channel, PBCH • Physical Multicast Channel, PMCH
• Physical Control Format Indicator Channel, PCFICH
• Physical Downlink Control Channel, PDCCH • Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH
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One downlink slot Tslot
• 切换点可以配置为5ms/10ms
10
10ms
HCR-
0.667m
TDD
s
E-UTRA
0.5ms 2ms
概述(续)——无线帧结构
Type 2帧结构的配置
0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 5ms 5ms 5ms 10ms 10ms 10ms 10ms
• 下行的子载波间隔 Δf 有两种，15kHz和7.5kHz
下行传输(续)——时隙结构
DL N symb OFDM symbols
• 时域上有 NDLsymb个OFDM符号，根据不同的CP和帧结 构和子载波间隔，数目不同
Resource block DL RB N symb N sc
DL RB N RB N sc subcarriers
• 由频域 Zadoff-Chu 序列产生 • 和 N(2)ID 相关
• 辅同步信号序列的生成
Resource element (k , l )
• 虚拟资源块和物理资源块大小一样 • 根据分集阶数的不同，虚拟资源块和物理资源块 之间的映射方式不同
l0
DL l N symb 1
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• 对物理信道处理的目的主要是把经过加扰、调制处理后的物理信号 和物理信道映射到资源网格中去，然后再对他们进行OFDM处理
低的室外
小于WiMAX
100 专利、网络成本高
0.1~0.3 无需布网线、成本 低
3
概述
• E-UTRAN的多址方式以OFDM为基础，在上行使用SC-FDMA，在下行使用OFDMA • OFDM是一种特殊的多载波传输方案。多载波传输把数据流分解成若干子比特流，这样 每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号 再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。由于各个子载 波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰， 还大大提高了频谱利用率 • 为了克服符号间干扰，减少在接收端定时偏移的错误，一般都要在每个OFDM符号之间 插入保护间隔 • 通常是将每个OFDM符号的后Tg 时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成前缀，在 交接点没有任何间断。这种保护间隔叫做循环前缀(Cyclic Prefix, CP)。E-UTRAN中使用的 就是这种循环前缀

扩展CP：

由一个二维随机序列 rm,n(ns) 生成
共有504个
物理层小区id与504个不同的二维随机 序列之间存在一对一的映射
二维正交序列 共有3个 分别与三个物理层
二维伪随机序列 共有168个
小区id组对应 20
• 小区专用参考信号映射到资源元素 下行传输 (续)——参考信号3
复制 时间
IFFT输出
GI Tg
IFFT输出 TFFT Ts
符号N
GI
IFFT输出
符号N-1
符号N+1
4
概述
• OFDM收发信机示意图
• SC-FDMA发射端示意图
5
• E-UTRAN系统的传输参数
Transmission BW Slot duration Sub-carrier spacing Sampling frequency (MHz) FFT size Number of occupied sub-carriers per slot OFDM symbols per slot (Short/Long CP) CP length (μs/samples) Short Long (4.69/9) 6, (5.21/10) 1 (16.67/32) (4.69/18) 6, (5.21/20) 1 (16.67/64) (4.69/36) 6, (5.21/40) 1 (16.67/128) 1.92 (1/2 3.84) 128 76 3.84 (1 3.84) 256 151 7.68 (2 3.84) 512 301 7/6 (4.69/72) 6, (5.21/80) 1 (16.67/256) (4.69/108) 6, (5.21/120) 1 (16.67/384) (4.69/144) 6, (5.21/160) 1 (16.67/512) 1.4 MHz 3MHz 5 MHz 0.5 ms 15 kHz 15.36 (4 3.84) 1024 601 23.04 (6 3.84) 1536 901 30.72 (8 3.84) 2048 1201 10 MHz 15 MHz 20 MHz
LTE基本原理介绍
内容提要

E-UTRAN概述
下行信道 上行信道 硬件实现架构
2
技术指标对比
概述
技术指标
传输速率(Mbit/s) 最高移动速率
LTE
下行100/上行50 75
WiMAX
WiFi
1/2/5/11 室内和移动速度较
350
120
(km/h)
带宽(Mhz) 覆盖范围(km) 费用 1.25~20 15~20 7~10，max50 无专利费用、网络 成本低
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下行传输(续)——参考信号5
• UE专用参考信号
• • • • 支持PDSCH的单天线传输 使用天线端口5 由高层配置是否传输或是否为PDSCH解调的相位参考 如果存在UE专用参考信号并且是PDSCH解调的有效相位参考，那么UE 可以忽略在天线端口2和3上的传输
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下行传输 (续)——同步信号1 • 在小区搜索过程中和小区id密切相关。物理层小区id总共有504个，分成
One slot, Tslot=15360Ts
30720Ts
Subframe #0 One subframe, 30720Ts DwPTS GP
Subframe #2
Subframe #3
Subframe #4
Subframe #5
Subframe #7
Subframe #8
Subframe #9
UpPTS
概述
6
概述
• 时域帧结构
• 基础时间单元
• 传输时间间隔 (TTI) Ts
• 两种CP
1 seconds 15000 2048
• Normal CP
1TTI = 1ms (or 1subframe)
• Extended CP
7
概述(续)——CP
8
• 两种无线帧结构
概述(续)——无线帧结构
• 在不发送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 • 只在15khz间隔有定义
• 参考信号的生成 ( rm,n(ns) )

普通CP：
OS PRS rm,n (ns ) rm r ,n m,n (ns )
DwPTS
GP
UpPTS
• 仅用于TDD模式
• 一帧分为两个半帧，每个半帧的结构是相同的 • 每个半帧包含5个子帧，其中子帧1包含三个特殊的域：DwPTS, GP和 UpPTS • 一个子帧被定义为两个时隙
• 子帧0和DwPTS总是用于下行发送，UpPTS和子帧1总是用于上行发送
• 同一个时刻，一个子帧要么分配给下行，要么分配给上行。子帧0和子帧5总是分配给下行
在映射到资源网格的过程中，存在优先级，顺序为：
下行传输(续)
• 参考信号 • 同步信号 • PBCH • PCFICH • PHICH • PDCCH • PMCH/PDSCH 下面就按照这个顺序介绍对下行物理信道和物理信号的处理
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下行传输(续)——参考信号1
• 参考信号的作用
• 信道质量测量 • 信道估计的相干解调 • 小区搜索信息
168个物理层小区id组，每组有3个id。这样物理层小区id可以表示成： NcellID=3 N(1)ID + N(2)ID， N(1)ID∈{0,1,…,167} ， N(2)ID∈{0,1,2} • 分为主同步信号和辅同步信号 • 在映射到资源网格中的时候要避开已经映射了参考信号的资源元素 • 主同步信号序列的生成
• 对于多天线发送情况，每个天线端口对应一个资源网 格，天线端口是通过相关的参考信号来定义的 • 资源块有物理资源和虚拟资源块
k • 一个时隙中物理资源块编号和资源元素之间的关 nPRB RB 系为 N sc
resource elements
RB subcarriers N sc
• 适用于全双工FDD和半双工的FDD与TDD • 一个无线帧包含20个时隙，每两个时隙组成一个子帧 • 在10ms的间隔，上下行各自有10个子帧用于传输，上下行在频域上是独立的。
9
概述 (续)——无线帧结构 Type 2

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms One half-frame, 153600Ts = 5 ms
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概述(续)——资源块(Resource Block)
• 包括 Nsymb × NscRB个资源元素 • 对应于时域上一个时隙和频域上的180kHz
• 由时域上Nsymb 个连续的符号和频域上 NscRB 个连续的子载波构成
RB resource Nsymb Nsc
One resource block element
• Type 1：适用于FDD和TDD模式 • Type 2：仅适用于TDD模式
• Type 1
One Radio Frame Tf = 307200Ts = 10ms
One sub-frame Tsubframe =1ms
#0 #1 #2 #3
…
…
#17
#18
#19
One slot Tslot =0.5ms
• 一个时隙里任何一个天线上用于传输参考信号了的资源元素在同一时隙中任何 天线上都不能使用，并要设为0 • 下图是 Cell ID为0， vshift＝0 时参考信号在下行天线端口的映射情况示意图
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下行传输(续)——参考信号4
• MBSFN参考信号
• 使用天线端口4 • 只在长CP情况下使用 • 在分配给MBSFN传输的子帧上传送