LTE下行物理层技术原理

LTE下行物理层技术
目录
1LTE下行物理层原理与概述 ........................ 错误!未定义书签。

帧结构..................................... 错误!未定义书签。

资源映射................................... 错误!未定义书签。

资源单位.............................. 错误!未定义书签。

REG资源的映射原则.................... 错误!未定义书签。

资源块RB分类与映射................... 错误!未定义书签。

物理信道和信号............................. 错误!未定义书签。

信道分类.............................. 错误!未定义书签。

信道映射.............................. 错误!未定义书签。

下行基带信号处理...................... 错误!未定义书签。

传输信道处理...................... 错误!未定义书签。

物理信道处理...................... 错误!未定义书签。

下行物理信号与信道.................... 错误!未定义书签。

下行参考信号DL RS................. 错误!未定义书签。

同步信号PSS和SSS................. 错误!未定义书签。

物理广播信道 PBCH ................. 错误!未定义书签。

物理下行控制信道 PDCCH ............ 错误!未定义书签。

物理控制格式指示信道 PCFICH ....... 错误!未定义书签。

物理HARQ指示信道 PHICH ........... 错误!未定义书签。

物理下行共享信道 PDSCH ............ 错误!未定义书签。

物理多播信道 PMCH ................. 错误!未定义书签。

物理信道定时关系.................. 错误!未定义书签。

下行相关物理层过程......................... 错误!未定义书签。

开机通讯连接建立过程.................. 错误!未定义书签。

小区搜索.............................. 错误!未定义书签。

下行HARQ过程......................... 错误!未定义书签。

下行功控.............................. 错误!未定义书签。

下行MIMO技术.............................. 错误!未定义书签。

传输分集-空时/频编码SFTD ............. 错误!未定义书签。

传输分集-循环延时分集CDD ............. 错误!未定义书签。

开环空间复用传输...................... 错误!未定义书签。

闭环空间复用传输...................... 错误!未定义书签。

多用户MIMO ........................... 错误!未定义书签。

总结.................................. 错误!未定义书签。

附录A：LTE SI阶段标准演进过程..................... 错误!未定义书签。

附录B：LTE vs WiMAX ................................ 错误!未定义书签。

附录C：LTE TDD vs LTE FDD .......................... 错误!未定义书签。

1LTE下行物理层原理与概述
1.1帧结构
FDD
图 1 FDD LTE下行帧结构
FDD LTE上下行均采用简单的等长时隙帧结构，上行为DFT-S-OFDM符号，下行为OFDM符号；
LTE沿用UMTS一直采用的10ms无线帧长度；
时隙划分：LTE在数据延迟方面提出高要求（单向延迟小于5ms），因此
系统必须采用很小的发送时间间隔（TTI），最小的TTI通常等于子帧的
长度。

1.早期：考虑TTI =
弊端：过小的TTI虽然可以支持非常灵活的调度和很小的传输延迟，
却会带来过大的调度信令开销，反而造成系统频谱效率下降；
2.现在：TTI = 1 ms = 2 slots
TDD
图 2 TDD LTE下行帧结构
LTE TDD帧结构是基于TD-SCDMA结构修改而成的，保留了原帧结构中的特殊时隙：下行导频时隙（DwPTS）、保护间隔（GP）和上行导频时隙（UpPTS），同时采用了统一的1ms子帧长度。

DwPTS：发送下行控制信道和数据信道；
GP ：下行到上行转换的保护时间间隔；
UpPTS ：发送上行Sounding 导频，用于上行信道测量。

1.2 资源映射 1.2.1 资源单位
资源栅格 RG 一个时隙的传输信号可以用一个资源栅格Resource Grid 来表示：
资源粒子 RE 资源栅格中的最小单元
资源块 RB 用于描述某些物理信道（主要是数据信道）到资源粒子的映射
资源粒子组 REG 用于定义控制信道（PDCCH 、PHICH 、PCFICH ）到资源粒子的映射
控制信道粒子CCE PDCCH 的资源单位；1个CCE 包括若干个REG
DL symb
N OFDM 符
符
slot
=l 1
DL
symb -=N l R B s c D L R B N N ⨯符符符
R B
s c N 符符符
RB sc DL symb N N 符符符
符符符符
RE )
,(l k 0
=k 1
RB
sc DL RB -=N N k 符resource elements 符
符Resource element 符
图 3 下行资源栅格
DL
RB N RB 数的确定与下行传输带宽有关：
表 1 LTE带宽分配与参数配置
Channel BW MHz 3 MHz 5 MHz10 MHz15 MHz 20 MHz
Subcarrier
spacing
15 KHz
No. of resource
blocks
615255075100
Slot duration ms
No. of OFDM
symbols
(Normal CP)
7
No. of OFDM
symbols
(Extended CP)
6
FFT size128256512102415362048 Sampling rate
(MHz)
图 4 LTE系统带宽分布
为了支持最大带宽20MHz，协议定义了1200个子载波，即有效带宽为12*100*1518
kHz MHz
=；
850协议中定义了110RB资源，即12*110*1519.8
kHz MHz
=
为了最近FFT点数的需要，离1200最近的2N，就是2048点，即代表了2048子载波，因此得最低采样信号带宽为：
*204815*204830.72
c
B f kHz MHz
=∆==
按照单倍采样速率，则采样频率也为，对应时域采样间隔为1/30.72MHz，
即
30.721/1/30.7232.55s c s s f B MHz
T f MHz ns
====≈
RB sc
N 一个RB 的子载波数及OFDM 符号数由CP 长度和子载波间隔决定。

配置
RB
sc N
FDD 帧结构
symbol T
应用
场景
DL
symbol
N CP 长度
,CP l N
g T b T
常规CP
15f kHz ∆=
12
7
160s T for 0l =
144s T for 1,2,...6l = 5.2s μfor 0l =
4.68s μfor 1,2,...6l =
66.67s μ
常规小区
单播
系统 扩展CP
15f kHz ∆=
6
512s T for 0,1,...5l =
16.67s μ 66.67s μ 大小区单播
或MBMS 系统 7.5f kHz ∆=
24 3
1024s T for 0,1,2l =
33.33s μ 133.3s μ 独立载波
MBMS 系统 1.2.2 REG 资源的映射原则
图 5 REG 资源映射
资源粒子组REG ：用于定义控制信道（PDCCH 、PHICH 、PCFICH ）到资源粒子的映射；
他的划分在RB 的一个OFDM 符号中进行，即12子载波*1OFDM 符号中进行； 本质包含4个数据块，根据天线配置和当前RS 资源的分布，划分REG 大小（6RE 或者4RE ）； 1.2.3 资源块RB 分类与映射 物理资源块PRB
时域上DL
symb N 个连续的OFDM 符号，及频域上RB sc N 个连续的子载波。

RB 大小如
上所述。

虚拟资源块VRB
VRB 和PRB 大小相同。

包含集中式（Localized ）和分散式（Distributed ）
用户1
用户2
用户3
Localized
资源分配方式Distributed 资源分配方式
用户1
用户2
用户3
Localized VRB (LVRB)
将若干个连续子载波分配给一个用户，系统可以通过频域调度选择较优的子载波组进行传输，且信道估计复杂度也比较低；但是频域分集增益不大；
Distributed VRB (DVRB)
分配给一个用户的子载波分散在整个带宽，获得频域分集增益；但是信道估计比较复杂。

VRB 映射方式
由于最小TTI 是1ms ，而RB 为为单位，则映射的时候，VRB 和PRB 也是成对映射的。

图 6 下行物理资源映射方式
集中式虚拟资源块 LVRB–> 直接映射到物理资源块上；
分布式虚拟资源块DVRB–> 按照函数关系映射到物理资源块上，在一个子帧中的两个时隙上虚拟到物理资源块的映射是不同的。

一个时隙里面可以同时进行LVRB和DVRB的传输。

eNodeB可以分配多个VRB 给一个UE。

1.3物理信道和信号
1.3.1信道分类
信道分为逻辑信道、传输信道、物理信道。

１）逻辑信道：
MAC 以逻辑信道的形式向RLC层提供数据传输服务。

根据逻辑信道承载的信息类型，
将逻辑信道分为控制信道与业务信道。

控制信道包括：
BCCH(Broadcast Control Channel) 广播控制信道，下行信道；
PCCH(Paging Control Channel ) 寻呼控制信道，下行信道；
CCCH(Common Control Channel) 公共控制信道，上行、下行信道；
MCCH(Multicast Control Channel) 多播控制信道，下行信道；
DCCH(Dedicated Control Channel) 专用控制信道，上行、下行信道；
业务信道包括：
DTCH(Dedicated Traffic Channel) 专用业务信道，上行、下行信道；
MTCH(Multicast Traffic Channel) 多播业务信道，下行信道。

２）传输信道：
物理层以传输信道的形式向MAC层提供服务。

传输信道是根据无线接口上传输的信息特征与传输方式定义的。

分为：
下行传输信道
BCH(Broadcast Channel) 广播信道；
PCH(Paging Channel ) 寻呼信道；
DL-SCH(Downlink Shared Channel)下行共享信道；
MCH(Multicast Channel) 组播信道。

上行传输信道
UL-SCH(Uplink Shared Channel) 上行共享信道；
RACH(Random Access Channel) 随机接入信道；
３）物理信道与物理信号：
物理信道用于承载高层的信息；物理信号不承载高层的信息，仅供物理层使用。

上行物理信道
PUSCH（Physical Uplink Shared Channel）物理上行共享信道；
PUCCH (Physical Uplink Control Channel) 物理上行控制信道；
不会与PUSCH同时传输。

PRACH (Physical Random Access Channel ) 物理随机接入信道；
上行物理信号
上行参考信号
解调用参考信号，与PUSCH或者PUCCH传输有关
与PUSCH或者PUCCH同时传输。

探测用参考信号，与PUSCH或者PUCCH传输无关
物理层随机接入前导（Preamble）
每个小区中有64个可用的前导，称为前导序列集合，由一个根
Zadoff-Chu序列的所有循环移位组成，其根Zadoff-Chu 序列对应的
逻辑序号RACH_ROOT_SEQUENCE由系统消息广播。

在频域上，随机接入前导占用６个资源块（72个子载波）的带宽。

下行物理信道
PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）物理下行共享信道；
PBCH (Physical Broadcast Channel) 物理广播信道；
PMCH (Physical Multicast Channel) 物理多播信道；
PCFICH (Physical Channel) 物理控制格式指示信道；
承载一个子帧中用于PDCCH传输的OFDM符号的个数（1、2、3）。

PDCCH (Physical Downlink Control Channel) 物理下行控制信道；
承载调度分配和其它控制信息。

PHICH (Physical Channel) 物理HARQ指示信道。

下行物理信号
下行参考信号；
小区专用的参考信号，与非MBSFN传输关联；
在支持非MBSFN小区的所有下行子帧中传输，在天线端
口的0~3中的一个或者多个端口上传输。

MBSFN参考信号，与MBSFN传输关联；
只在分配给MBSFN传输的子帧中传输，在天线端口4上
传输。

终端专用的参考信号。

用于支持单天线端口的PDSCH传输。

在天线端口5上传
输。

由高层通知UE是否存在终端专用的参考信号，若存在，
并且是有效的PDSCH解调相位参考，UE此时可以忽略在
天线端口2和3上的传输。

下行同步信号（SCH）
用于ＵＥ同步和获得504个物理层小区ID中的一个。

注：LTE
的504个小区ID，分为168个物理层小区ID组，每组包含三个
小区ID，小区组ID、小区ID唯一。

主同步信号PSCH
对于FDD帧结构，仅在时隙0和时隙10传输。

辅同步信号SSCH。

在一个子帧中，主同步信号与辅同步信号使用相同的天
线端口。

1.3.2信道映射
上行：
图 7 LTE上行信道映射下行：
图 8 LTE下行信道映射
1.3.3下行基带信号处理
图 9 LTE下行基带信号处理
1.3.3.1传输信道处理
CRC
码块分割与码块级联，主要用于下行共享信道
此处先在TB块上添加24bit CRC，然后进行码块分段，再在每个CB上添加24bit CRC。

双层CRC结构：TB块CRC --> 码块分段 --> CB块CRC
接收端就可以在发现1个CB译错，停止译码，马上要求重传，而不需
要等待整个TB译码完毕后再反馈NACK；
避免了无谓的功率消耗，节省了处理时间，减小了HARQ重传延时，提
高单位时间内系统的吞吐量。

信道编码
表 2 各下行信道信道编码方式列表
下行信道类型编码类型编码速率
PDSCH Turbo coding1/3
PMCH Turbo coding1/3
PHICH Repetition coding1/3
PCFICH Block1/16
PBCH
Tail biting
convolutional coding
1/3
PDCCH
Tail biting
convolutional coding
1/3
广播信道PBCH 和控制信道PDCCH ，这些较低数据率的信道采用卷积码是比较明确的，具体是码率为1/3，约束长度为K=7。

所用卷积码的具体形式是具有最优距离谱的无尾（Tail Biting ）卷积码。

对于数据信道，两种观点： 1. UMTS R6的Turbo 码已不能适应高数据率处理方面的新需求，应采用其他
如LDPC （低密度奇偶校验码）；
2. 沿用R6 Turbo 码，灵活性和扩展性。

综合灵活性、BLER 、复杂度以及对HARQ 支持度，最终的决定为以R6 Turbo 码为母码，改进其交织器，使其具有类似LDPC 的并行解码特点。

速率匹配
为了实现各种需要的码率，对CB 进行速率匹配操作；
速率匹配模块的输入为Turbo 编码或卷积编码模块的输出，因此在PDSCH 、PMCH 、PDCCH 及PBCH 的比特级处理中存在速率匹配模块。

速率匹配的实现原理如下图所示，结构上包含：
1. 3个对三路分别处理的交织器（Interleaver ）子模块；
2. 1个汇总的比特搜集（Bit Collection ）子模块；
3. 1个比特选择和裁剪（Bit Selection and Pruning ）子模块。

不同的信道编码方式对应的速率匹配方式也不同，区别在于各子模块的处理。

Sub-block interleaver
Sub-block interleaver
Sub-block interleaver
Bit collection
virtual circular
buffer
Bit selection and pruning
)0(k
d )1(k
d )2(k
d k
e )0(k
v )1(k
v )2(k
v k
w
图 10 速率匹配过程
不同的信道编码方式对应的速率匹配方式也不同，区别子模块的处理； HARQ Chase 合并（软合并）和IR 合并（增量冗余） 1.3.3.2 物理信道处理
加扰调制
层映射
预编码
RE 映射
OFDM
信号产生
RE 映射
OFDM 信号产生
加扰调制
图 11 物理信道基带信号处理流程
下行物理信道基带信号处理，可以分为以下几步：
1. 对将在一个物理信道上传输的每一个码字中的编码比特进行加扰；
2. 对加扰后的比特进行调制，产生复值调制符号；
3. 将复值调制符号映射到一个或者多个传输层；
4. 将每层上的复值调制符号进行与编码，用于天线端口上的传输；
5. 将每一个天线端口上的复值调制符号映射到资源粒子上；
6. 为每一个天线端口产生复值的时域OFDM 信号。

码字
码字是指来自上层的业务流进行信道编码之后的数据。

一个码字指一串比特流()()()
(0)...(1)q q q bit b b M -；不同的码字区分不同的数据流，
其目的是通过MIMO 发送多路数据，实现空间复用；
一个码字对应一个TB ，一个子帧中（2个时隙）最多可以传输2个码字，codeword0 and codeword1
同一个TTI 上可以传输多个UE 的数据，而不同UE 在同一个TTI 上利用不同TB 块的不同RB pair 上传输不同数据。

加扰
扰码根序列为Gold 序列，各个信道其中参数初始值不一样。

对于每一个码字q ，比特块表示为)1(),...,0()(bit )()(-q q q M b b ，其中)
(bit q M 是在一个
子帧中物理信道上传输的码字q 中的比特数目，在调制之前需要按照下式进行加
扰，生成加扰的比特块)1(~
),...,0(~(q)
bit
)()(-M b b q q ，即 ()
2mod )()()(~
i c i b i b q q q +=
其中扰码序列 )(i c q ，即伪随机序列定义为长度为31的Gold 序列。

扰码序列发生器在每个子帧的开始初始化, 其中init c 的初值取决于传输信道类型，即
表 3 各下行信道扰码序列初始值
调制
表 4 各下行信道扰码序列初始值 下行信道类型
支持的调制方式 PDSCH QPSK, 16QAM, 64QAM PMCH QPSK, 16QAM, 64QAM
PHICH BPSK
PCFICH QPSK PBCH QPSK PDCCH
QPSK
层映射
由于码字数量和发送天线数量不一致，需要将码字流映射到不同的发送天线上，因此需要使用层与预编码。

层映射与预编码实际上是“映射码字到发送天线”过程的两个的子过程。

层映射首先按照一定的规则将码字流重新映射到多个层（新的数据流）（注：层的数量小于物理信道传输所使用的天线端口数量P ，是方程数大于等于未知数个数才有解的条件）。

预编码再将数据映射到不同的天线端口上。

在各个天线端口上进行资源映射，生成OFDM 符号并发射。

单天线方式
对于在单个天线端口上的传输，使用单层, 层数目为 1 ，即1=υ，且层映射定义为：
)()()0()0(i d i x =
并且(0)
sy mb lay er sy mb M M =。

无需预编码处理。

空间复用方式 传输分集方式
表 5 各模式层映射方式
分层
单天线方式 v = p = 1
空间复用方式
v p ≤
{1,2,3,4},{2,4}v p ∈∈
传输分集方式
v p =
,{2,4}v p ∈
Layer 3 Q1(2i+1) Q0(4i+3) Layer 2 Q1(2i+1) Q1(2i) Q0(4i+2) Layer 1 Q1 Q1(2i) Q0(2i+1) Q0(2i+1) Q0(4i+1) Layer 0 Q0 Q0 Q0 Q0 Q0(2i) Q0(2i) Q0(4i) 预编码
预编码也分单天线发射、空间复用、发射分集三种预编码模式。

单天线方式
无需预编码处理。

对于在一个天线端口上进行的传输，预编码定义为：
)()()0()(i x i y p =
其中， {}5,4,0∈p 是物理信道传输所使用的单天线端口序号，并且1,...,1,0ap
sy mb -=M i , lay er sy mb ap sy mb M M =。

空间复用方式
空间复用的预编码仅仅与空间复用的层映射结合起来使用。

空间复用支持 2 或者 4 天线端口，即可用的天线端口集合分别为{}1,0∈p 或者
{}3,2,1,0∈p 。

分无延迟CDD 和大延迟CDD 两种预编码模式。

⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--)()()()()()1()0()1()0(i x i x i W i y i y P υM M
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--)()()()()()()1()0()1()0(i x i x U i D i W i y i y P υM M 无延迟CDD 大延
迟CDD
其中，)(i W 是预编码矩阵，)(i D 和U 是支持大延迟CDD 的矩阵
1. 无延时CDD
不使用 CDD （ 循环延时分集cyclic delay diversity ），空间复用的
预编码定义为：
⎥⎥⎥
⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--)()()()()()1()0()1()0(i x i x i W i y i y P υM M
其中，预编码矩阵)(i W 的维数为υ⨯P ，并且1,...,1,0ap sy mb -=M i , lay er
sy mb ap sy mb M M =。

对于空间复用， )(i W 的取值应在eNodeB 和 UE 配置的码本的预编码单元错误!未找到引用源。

和错误!未找到引用源。

中选取。

2. 大时延 CDD
对于大时延 CDD ，空间复用的预编码定义为：
⎥⎥⎥
⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢
⎢⎣⎡--)()()()()()()1()0()1()0(i x i x U i D i W i y i y P υM M 其中，预编码矩阵)(i W 的维数为υ⨯P ，并且1,...,1,0ap sy mb -=M i ,lay er
sy mb ap sy mb M M =。

维数为υυ⨯的对角矩阵)(i D 用来支持循环延时分集，矩阵U 的维数为υυ⨯。

对于不同的层数目υ，)(i D 和U 的取值参见错误!未找到引用源。

预编码矩阵)(i W 的取值应在eNodeB 和 UE 配置的码本的预编码单元中选取。

eNodeB 可以使用码本子集限制，进一步限制 UE 侧的预编码器在码本中的预编码单元的子集中进行选择。

可配置的码本应从预编码码本错误!未找到引用源。

和错误!未找到引用源。

中选择。

对于 2 天线端口情况下的传输，根据1)(C i W = 选择预编码器，其中1C 表示在预编码码本错误!未找到引用源。

中预编码器序号0 对应的预编码矩阵。

对于 4 天线端口情况下的传输，UE 可以假设eNB 为下述PDSCH 上的不同向量[]
T
i x i x )(...)()1()0(-υ循环得分配不同的预编码器。

每个υ向量使用一个不同的预编码器，其中υ表示空间复用时的传输层的数目。

在特殊情况下，根据k C i W =)( 选择预编码器，其中预编码器序号k 由
mod 4 1 =1,2,3,4i k k υ⎛⎫
⎢⎥=+ ⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭
，给出，4321,,,C C C C 在错误!未找到引用源。

中分别表示对应预编码器序号12、13、14和15的预编码矩阵。

表 6 大时延情况下的循环延时分集（ CDD ）
预编码码本
对于 2 天线端口上的传输，{}1,0∈p ，预编码矩阵)(i W 应从表8或者其子集中选择。

表 7 天线端口{}1,0传输所使用的码本.
对于4天线端口上的传输，{}3,2,1,0∈p ，预编码矩阵W 应该从错误!未找到引
用源。

或者其子集中选择。

}{s n W 表示由集合}{s 指示的从矩阵n H
n H n
n n u u u u I W 2-=中选择的不同的列构成的矩阵，其中I 为44⨯的单位矩阵，且向量n u 由表给出。

表 8 天线端口{}3,2,1,0传输所使用的码本.
14[]T
u1
1
1
1
14
-
-
=
}1{
14
W2
}
13
{
14
W3
}
123
{
14
W
2
}
3214
{
14
W 15[]T
u1
1
1
1
15
=
}1{
15
W2
}
12
{
15
W3
}
123
{
15
W2
}
1234
{
15
W
假设索引为14，层数为4，则查表得到对应矩阵带入下式：
用的到矩阵，即把第1列和第3列调换，就是所要的矩阵了
这样做的好处是节省空口信令，这样的矩阵用4个bit就可以表示出来了。

传输分集的预编码
传输分集的预编码仅仅与传输分集的层映射结合起来使用。

传输分集的预编码操作分别对 2 天线端口和 4 天线端口进行定义。

对于 2 天线端口上的传输，{}1,0
∈
p，预编码操作的输出
[]T i
y
i
y
i
y)(
)(
)()1(
)0(
=, 1
,...,
1,0ap
sy mb
-
=M
i定义为：
()
()
()
()⎥⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
-
-
=
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+
+
)(
Im
)(
Im
)(
Re
)(
Re
1
1
1
1
2
1
)1
2(
)1
2(
)
2(
)
2(
)1(
)0(
)1(
)0(
)1(
)0(
)1(
)0(
i
x
i
x
i
x
i
x
j
j
j
j
i
y
i
y
i
y
i
y
其中1
,...,
1,0lay er
sy mb
-
=M
i且lay er
sy mb
ap
sy mb
2M
M=。

对于 4天线端口上的传输， {}3,2,1,0∈p ，预编码操作的输出
[
]
T
i y i y i y i y i y )()()
()()()3()2()1()0(=, 1,...,1,0ap
sy mb -=M i 定义为：
()()()()()()()()
⎥⎥⎥⎥
⎥⎥
⎥
⎥⎥
⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥
⎥⎥
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥
⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢
⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡++++++++++++)(Im )(Im )(Im )(Im )(Re )(Re )(Re )(Re 00
1
00000000000001000000000000001000000000000000
1
000000000000000000000
000100000000000001000000000000001000
000000000000121)34()34()34()34()24()24()24()24()14()14()14()14()4()4()4()4()3()2()1()0()3()2()1()0()3()2()1()0()3()2()1()0()3()2()1()0()3()2()1()0(i x i x i x i x i x i x i x i x j j j j j j j j i y i y i y i y i y i y i y i y i y i y i y i y i y i y i y i y 其中1,...,1,0layer
symb
-=M i 且()layer (0)
symb
symb ap symb
layer (0)
symb symb 4 mod 4042 mod 40
M M M
M M ⎧=⎪=⎨-≠⎪⎩如果如果
资源映射
向天线端口p 上没有预留为其他用途的资源粒子()l k ,上映射，从一个子帧中的第一个时隙开始，按照每一个维度的增序进行，优先考虑分配的物理资源块上
的维度k ，然后是维度l 。

主辅同步信号、导频信号、广播信息映射位置是固定的，控制格式指示信息的位置可以估算出，也基本上是固定的。

一般来说，先映射以上固定信息；再按照广播信息规定的HARQ 指示信息位置，映射HARQ 指示信息；然后在相应的控制符号内其他的RE 上，映射控制信息；最后把业务信息映射到剩余的RE 上。

（1）确定系统参数；
（2）参考符号的物理资源映射； （3）同步信号的物理资源映射； （4）PBCH 符号的物理资源映射； （5）PCFICH 符号的物理资源映射； （6）PHICH 符号的物理资源映射； （7）PDCCH 符号的物理资源映射；
（8）PDSCH （PMCH ）符号的物理资源映射。

天线端口
天线端口指用于传输的逻辑端口，与物理天线不存在定义上的一一对应关系。

天线端口由用于该天线的参考信号来定义。

等于说，使用的参考信号是某一
类逻辑端口的名字。

具体的说：
p=0，p={0,1}，p={0, 1, 2, 3}指基于cell-specific 参考信号的端口； p=4指基于MBSFN 参考信号的端口；
p=5为基于UE-specific 参考信号的端口。

对于p=4、5的情况，P={0,4,5}都指单天线端口预编码，即使用的发送天线为1。

码字用于区分空间复用的流；层用于重排码字数据；天线端口决定预编码天线映射。

码字数 ≤ 层数 ≤ 天线端口数 注：
用方程式与未知数的概念解释层与天线端口的大小关系概念：
假设映射到两层，且两层数据通过预编码映射到4个天线端口上，则
1112112122203132341424w w s Q w w s Q w w s w w s ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⋅=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦
其中，映射到两层上的数据为Q1,Q0，而左边为预编码矩阵。

相当于未知数有2个，而方程数有4个，这是确保UE 能解出两个未知数的条件。

因此，层数 ≤ 天线端口数；
且UE 侧要将两未知数解出来，则接收天线数必然要大于等于流数，即
11121121222*40031324142w w Q Y w w H Q Y w w w w ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥⋅⋅=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦
可将信道衰落矩阵与预编码矩阵看做是一个综合矩阵，则
1112442000nRx nTx Q Q Y H W H Q Q Y ⨯⨯⨯⎡⎤⎡⎤⎡⎤
⋅⋅=⋅=⎢⎥⎢⎥
⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦
% 要使预编码后且经过信道后有解，要能解出两个未知数，即此处的两个流，
则接收天线数必然要大于等于2 1.3.4 下行物理信号与信道
物理信号
参考信号 RS ，即导频信号 同步信号 PSS 和SSS
对应一系列物理层使用的RE ，但是不传递任何来自高层的信息。

物理信道
物理多播信道 PMCH
物理下行共享信道 PDSCH 物理广播信道 PBCH
物理下行控制信道 PDCCH
物理控制格式指示信道 PCFICH 物理HARQ 指示信道 PHICH
PMCH PDSCH
PDCCH PCFICH PHICH PBCH PSS ，SSS
RS
图 12 下行物理信号与信道
1.3.4.1 下行参考信号DL RS
分为三类：
小区专用的参考信号，与非MBSFN 传输关联，支持p=1、2和4个天线端口，即{0}, {0,1}, {0,1,2,3}；
MBSFN 参考信号，与MBSFN 传输有关，在天线端口p=4上传输； 终端UE 专用的参考信号，在天线端口p=5上传输。

1.3.4.1.1.1 小区专用的参考信号，与非MBSFN 传输关联
信号结构
参考信号序列)(s ,m r n l 定义为
()()12,...,1,0 ,)12(212
1)2(212
1)(DL
max,RB ,s -=+⋅-+⋅-=
N m m c j
m c m r n l
其中 s n 是一个无线帧中的时隙序号，且l 是一个时隙中的OFDM 符号序号。

伪随机序列)(i c 定义为长度为 31 的 Gold 序列。

长度为PN M 的输出序列)(n c ，其中1,...,1,0PN -=M n ，定义为：
()()()2mod )()1()2()3()31(2
mod )()3()31(2
mod )()()(2222211121n x n x n x n x n x n x n x n x N n x N n x n c C C ++++++=+++=++++=
其中1600=C N ，且第一个 m 序列被初始化为 30,...,2,1,0)(,1)0(11===n n x x 。

第二
个
m
序
列
的
初
始
化
表
示
为
()()()
CP cell
ID cell ID s N N N l n c +⋅++⋅⋅+++⋅⋅=212117210init ，其中
1 CP 0 CP
CP N ⎧=⎨
⎩对于常规对于扩展 s n 为时隙序号，各时隙上导频序列根据时隙变化。

传输
仅在支持非MBSFN 传输的小区中的所有下行子帧中传输; 在MBSFN 传输的子帧中，仅前2个OFDM 符号用于传输小区专用参考信号； 仅适用于子载波间隔kHz 15=∆f 的情况； 天线端口使用情况：{0}，{0,1}，{0,1,2,3}
0R 0R 0
R 0R 0
R 0
R 0
R 0
R O n e a n t e n n a p o r t
T w o a n t e n n a p o r t s
Resource element (k,l )
Not used for transmission on this antenna port
Reference symbols on this antenna port
0R 0R 0
R 0R 0
R 0R 0
R 0R 1R 1
R 1
R 1R 1
R 1
R 1
R 1
R 0R 0R 0R 0R 0
R 0R 0R 0R 1R 1R 1
R 1R 1R 1R 1
R 1R F o u r a n t e n n a p o r t s
2R 2
R 2R 2R 3
R 3
R 3
R 3
R even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 0even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 1even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 2even-numbered slots odd-numbered slots
Antenna port 3
图 13下行参考信号映射（常规CP )
1符符符符符
2符符符符符
k,l )
符符符符符符符符符符符符RE
符符符符符符符符符符符符
4符符符符符
符符符符符符符符
符符符符 0
符符符符1
符符符符2
符符符符3
符符符符符符符符
符符符符
符符符符
符符符符符符符符
图 14下行参考信号映射（扩展CP )
一个子帧内，天线口{0,1}发8个导频符号；而天线口{2，3}发4个导频符号。

且各个天线口为导频预留的资源位置是一样的，对于天线端口2和3，映射后剩余的资源单元，协议中规定要保留且承载内容为0.
注：1. 第1、第2导频在频域上交错放置，密度均为6个子载波, 信道估计和RS 开销间的折中；
2. 在一个小区内，多天线之间主要采用FDM （频分复用）方式的正交导频；
3. 在不同的小区之间，正交导频在码域实现（CDM ），即cell
N ID 不同。

4. 单天线（p=0）发送的情况下，控制区域需预留天线（p=1）的RS 位置，因为REG 本来即以6个RE 为单位，即4个数据RE ；而数据区域则不需预留，数据分配时只需跳过天线0的RS 位置即可。

1.3.4.1.1.2 MBSFN 参考信号，与MBSFN 传输有关
信号结构
MBSFN 参考信号序列)(s ,m r n l 定义为：
()()16,...,1,0 ,)12(212
1)2(212
1)(DL
max,RB ,s -=+⋅-+⋅-=
N m m c j
m c m r n l
其中， s n 是一个无线帧中的时隙序号， l 是这个时隙中的OFDM 符号序号。

伪随机序列 )(i c 定义见节。

伪随机序列发生器在每个OFDM 符号的开始采用
()()()
MBSFN
ID MBSFN ID 9init 121172N N l n c s ++⋅⋅+++⋅⋅=进行初始化。

序列定义与小区专用的参考信号一致，仅随机序列的初始值不一样。

传输
只在分配给MBSFN 传输的子帧中传输，且参与MBSFN 合并的多个小区采用相同的参考信号；
天线端口使用情况：{4}；
仅仅定义了采用扩展 CP 情况下的MBSFN 参考信号
=l 5=l 0
=l 5
=l even-numbered slots odd-numbered slots
Antenna port 4
4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4R 4R 4R 4R 4R
图 15 下行MBSFN 参考信号时频分布（扩展CP ，频率间隔15kHz ）
0l 0符符符符
符符符符4
4R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4R 4
R 4
R 符符符符
4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R 4
R
图 16 下行MBSFN 参考信号时频分布（扩展CP ，频率间隔）
MBSFN ：
相互同步的多个小区共同发送MBMS 信号，然后在空中自然形成多小区信号的合并，这种合并因为发生在同一个频率上，因此又称为单频网合并MBSFN ；
接收端无需增加任何额外复杂度，按照接收单播信号方法接收即可； 但此时多个小区的eNode B 发送的信号均被看做有用信号，这种情况下CP 需要覆盖多个小区信号的时延扩展，需要更长的CP （扩展CP 或是超长扩展CP ）。

1.3.4.1.1.3 终端UE 专用的参考信号
信号结构
UE 专用参考信号序列 )(m r 定义为：
))PDSCH
RB
()12(2)12(21), 01 12122
r m c m c m m ,,...,N -⋅+-⋅+=-
其中PDSCH
RB N 表示PDSCH 传输对应的资源块的传输带宽（资源块个数）。

伪随机序
列 )(i c 由节给出。

伪随机序列在每个子帧的开始采用
⎣⎦()()
RNTI 16cell ID s init 21212n N n c +⋅+⋅+=进行初始化，其中 RNTI n 对应PDSCH 传输的
RNTI 值，例如C-RNTI 、SPS C-RNTI 等。

UE ID 根序列，是长度为31的Gold 序列；
在UE ID 根信号基础上，由UE 专用的RNTI 信号，小区ID ，OFDM 符号序号和时隙号决定。

RNTI 信号：调度信息的指示信号。

在LTE 中上下行的资源调度信息（MCS, Resource allocation 等等的信息）都在PDCCH 上发，所以要在PDCCH 上区分到底这个调度信息是关于PCH ，BCH ，还是DL-SCH 或者UL-SCH,就需要这些RNTI 来指示。

一般来讲，这些RNTI 都隐含在PDCCH 的CRC 校验位里，即PDCCH 做完16位的CRCAttach 以后，就把这些校验位同RNTI 进行异或运算。

那UE 收PDCCH 时就把RNTI 和CRC 进行demask ，解出来这个PDCCH 到底是给PCH ，BCH 还是其他。

所以P-RNTI ，对应PCH ；SI-RNTI,对应BCH ，C-RNTI 对应DL-SCH 和UL-SCH 。

功能：
用于支持单天线端口的PDSCH 传输，做信道估计用；通常适应于TDD 系统，采用BF 发射；
可在天线端口{5,7,8}上传输，其中端口{7,8}是R9中新定义的； Port 5：支持R8 UE 的PDSCH 单流BF;
Port 7或Port 8，Port 7和Port 8：支持R9 UE 的PDSCH 单流BF ，或者双流BF ；
高层会通知终端是否有终端专用参考信号，以及是否是一个有效的相位参考。

如果高层通知了，则UE 可以忽略任何在天线端口2和3上的传输； 终端专用参考信号仅仅在PDSCH 对应的资源库中传输。