LTE 物理层结构介绍-2013_

CRS：Port 0-3
PDSCH


l0
l 6 l 0
l 6
l0
l 6 l 0
l 6
even-numbered slots
odd-numbered slots
even-numbered slots
odd-numbered slots
TDD
FDD
下行同步信号
• LTE 同步信号
– PSS (Primary Synchronization signal) – SSS (Secondary Synchronization signal)
• CP，子载波间隔和OFDM符号之间的关系
子载波间 隔 OFDM符号 RB占用子载 RB对应的 数(一个时隙) 波数 RE数 常规CP 扩展CP
15KHz 15KHz
7 6
12 12
84 72
7.5KHz
3
24
72
1个RB在频域上对应12个子载波， 180KHz=15 KHz x 12(normal CP)
上行关键技术——调制方式
• 上行各物理信道支持的调制方式
下行信道类型 PUSCH PRACH PUCCH 支持的调制方式 QPSK、16QAM、64QAM QPSK、16QAM、64QAM QPSK
课程内容



物理层概述 无线帧结构 物理资源分配 物理信道和信号 物理层过程
无线帧结构-FDD
无线帧结构-TDD
1个无线帧 Tf = 307200 Ts = 10 ms 1个半帧 153600 TS = 5 ms
1个时隙 Tslot=15360TS 30720TS
子帧 #0
…
子帧 #4
子帧 #5
…
子帧 #9
1个子帧
1个子帧
DwPTS
GP
UpPTS
DwPTS
GP
UpPTS
• • • •
每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊 子帧组成 特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms 支持5ms和10ms上下行切换点 子帧0、5和DwPTS总是Baidu Nhomakorabea于下行发送
RB和带宽
• 不同带宽对应的RB数
信道带宽 (MHz) RB数 实际占用带 宽(MHz)
1.4 6
3
5 25 4.5
10 50 9
15 75 13.5
20 100 18
15 2.7
1.08
– – – –
占用带宽 = 子载波间隔 x 每RB的子载波数 x RB数 子载波间隔 = 15KHz 每RB的子载波数 = 12 备注: 当前协议中，最大RB数为110

物理层过程
LTE下行物理信道
PCFICH-物 理控制格 式指示信 道 PHICH-物 理HARQ指 示信道 PBCH-物理 广播信道
下行物理层信号:

RS(导频信号) P(S)-SCH(同步信号 )
下行物 理信道
PDCCH-下 行物理控 制信道 PDSCH-下 行物理共 享信道 PMCH-物 理多播信 道
– 扁平化架构
– 便于上行功放的实现
– 简化多天线操作
下行关键技术——信道编码
• 下行各物理信道采用的信道编码方式及编 码速率 下行信道类型 编码类型 编码速率
PDSCH PMCH Turbo coding Turbo coding 1/3 1/3
PHICH
PCFICH PBCH PDCCH
Repetition coding
#4
#5
#6
#7
#8
#9
一个子帧 （ 1ms ） PCFICH PHICH PDCCH PBCH P- SCH S- SCH PDSCH
第一个时隙 （ 0.5ms ）
第二个时隙 （ 0.5ms ）
TDD下行物理信道时频示意图
物理信道时频示意图
CFI CFI


PBCH PDCCH CFI=3 SSCH PSCH
• 上行采用SC-FDMA
• 利用DFTS-OFDM的特点可以方便的实现SC-FDMA多址接 入方式 • 通过改变不同用户的DFT的输出到IDFT输入端的对应关系， 输入数据符号的频谱可以被搬移至不同的位置，从而实 现多用户多址接入
OFDMA示例
System Bandwidth Sub-carriers Sub-frame
• 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ID
• SSS:与小区ID组 一一对应,范围0-167 • PSS: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
RS

min, DL nPRB N RB 6 k0 12nPRB 12 6 72
CCE的概念
CCE用于PDCCH分配 在PCFICH 和PHICH完成之后，进行 PDCCH分配 每个CCE包含9个REG，CCE从0开始编 号
CCE的总数由PDCCH占用的符号数决 定
CP，子载波间隔和OFDM符号
LTE FDD物理层结构介绍
课程目标
• • • • 掌握LTE物理层帧结构 了解物理资源分配 了解物理信道及信号的功能 掌握物理层过程
课程内容



物理层概述 无线帧结构 物理资源分配 物理信道和信号 物理层过程
物理层功能
• 物理层主要功能：
– 传输信道的错误检测并向高 层提供指示 – 传输信道的前向纠错编码 （FEC）与译码 – 混合自动重传请求（HARQ） – 传输信道与物理信道之间的 速率匹配及映射 – 物理信道的功率加权 – 物理信道的调制解调 – 时间及频率同步 – 射频特性测量并向搞成提供 指示 – MIMO天线处理 – 传输分集 – 波束赋形 – 射频处理
TDD与FDD帧结构比较
课程内容



物理层概述 无线帧结构 物理资源分配 物理信道和信号 物理层过程
物理资源块PRB

DL 一个RB在时域上包含 N symb 个OFDM符号,在频域上 RB 包含Nsc 个子载波

DL RB N symb N 和 sc 的个数由CP类
型和子载波间隔决定
REG的概念
REG Diagram 1Tx or 2Tx configured l=0 l=1 l=2 k = 83
RS
4Tx configured l=0 l=1 l=2
k = 83
RS RS RS
k = 78 k = 77
RS
k = 78 k = 77
RS
RS
RS
RS RS
k = 72
RS

k = 72
物理层主要负责向上层提供底层的数据传输服务
物理层（PHY）的位置
MME UE NAS APP RRC PDCP RLC MAC PHY RRC PDCP RLC MAC PHY GTPU UDP S1AP X2AP eNB NAS S1AP SCTP IP SCTP IP SGW GTPU UDP IP
固定位置的信道、信号 RS P（S）SCH PBCH PCFICH（相对固定） 信道映射的顺序 固定位置信道（RS、P（S） SCH、PBCH、PCFICH） PHICH PDCCH PDSCH
PSCH SSCH
PBCH
下行物理信道示意图
PSCH SSCH
PDCCH
#0
#1
#2
#3
Slot#1
#2 #3 #4 #5 SSS #0 #1
DwPTS
PSS
TDD
同步过程
• P-SS\S-SS 主要作用是使UE与eNodeB获取帧同步，小区搜索在完 成同步的同时，确定小区的物理层小区ID。 • 同步过程通过2步完成，即
PUCCH
Tail biting convolutional coding
1/3
下行关键技术——调制方式
• 下行各物理信道支持的调制方式
下行信道类型 PDSCH PMCH PHICH PCFICH PBCH PDCCH 支持的调制方式 QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM BPSK QPSK QPSK QPSK
资源组
资源
RE REG CCE RB RBG
定义
一个RE在时域占用一个符号，在频域占用1个子载波，是 最小的资源单位 为控制信道资源分配的资源单位， 由4个RE组成 由PDCCH资源分配的一个资源单位; 一个CCE包含9个REG 由服务信道资源分配的一个资源单位; RB在时域占用一个 时隙，在频域占用12个子载波 为业务信道资源分配的资源单位， 由一组RB组成
信令流
数据流
物理层关键技术
系统带宽 物理层测 量 OFDMA&S C-FDMA
物理层过 程
关键 技术
双工方式
多天线技 术 信道编码
调制方式
OFDMA/SC-FDMA基本原理
• 下行采用OFDMA
– OFDMA将传输带宽划分成相互正交的子载波集， 通过将不同的子载波集分配给不同的用户，可用资 源被灵活的在不同移动终端之间共享，从而实现不 同用户之间的多址接入。这可以看成是一种 OFDM+FDMA+TDMA技术相结合的多址接入方式。
#0 #1 #2 #3 Slot#0 #0 #1 #2 #3 #4 SSS
10ms radio frame
#4
#5
#6
#7
#8
#9
Slot#1 PSS #0 #1 FDD 10ms radio frame #2 #3 #4 #5 #6
#0
S
#2
#3
#4
#5
S
#7
#8
#9
Slot#0
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #0 #1
Frequency
Time frequency resource for User 1 Time frequency resource for User 2 Time frequency resource for User 3
Time
– 最大支持64 QAM – 通过CP解决多径干扰 – 兼容MIMO
RBG的概念
• RBG用于服务信道的资源分配 • RBG 由一组RB组成 • RBG的个数与系统带宽相关 RBG 个数 系统带宽
DL N RB
(P)
1 2 3 4
≤10
11 – 26
27 – 63 64 – 110
课程内容
物理层概述 无线帧结构 物理资源分配 物理信道和信号

• •
下行物理信道和信号 下行物理信道和信号
• 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
同步信号时频位置
t 一个子帧（1ms）
• 时、频位置
– 频域位置：
f
S S S
P S 62SC S
6RB, 72SC
第一个时隙（0.5ms）
第二个时隙（0.5ms）
– 时域位置
• 5ms周期
Block Tail biting convolutional coding Tail biting convolutional coding
1/3
1/16 1/3 1/3
上行关键技术——信道编码
• 上行各物理信道采用的信道编码方式及编 码速率 上行信道类型 编码类型 编码速率
PUSCH PRACH Turbo coding Turbo coding 1/3 1/3
OFDMA与SC-FDMA的对比
OFDMA/SC-FDMA技术优势
• LTE系统上行采用SC-FDMA多址技术，下行采用OFDMA多 址技术。 • OFDMA/SC-FDMA多址技术的优势：
– 更大的带宽和带宽灵活性
• 随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA 的性能会受到 多径的影响 • 在同一个系统，使用OFDMA可以灵活处理多个系统带宽 • 当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来 提高小区容量。频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现 • SC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比, 有利于终端采用更高 效率的功放 • OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易
1个无线帧 Tf = 307200 TS = 10 ms
1个时隙 Tslot=15360×TS=0.5ms
#0
#1
#2
……
……
#17
#18
#19
1个子帧
• • • •
每个10ms无线帧被分为10个子帧 每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms Ts=1/(1500*2048) 是基本时间单元 任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行
SC-FDMA示例
System Bandwidth Single Carrier Sub-frame
Frequency
Time frequency resource for User 1
Time
0
– 最大支持 16 QAM – 单载波调制降低峰均比（PAPR） – FDMA可通过FFT 实现
Time frequency resource for User 2 Time frequency resource for User 3