LTE E-UTRAN物理层介绍
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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
LTE物理层概述
物理信道与调制
LTE下行定义的物理信道包括物理下行共享信道、物理多播信道、物理下行 控制信道、物理广播信道、物理控制格式指示信道和物理HARQ指示信道 LTE上行定义的物理信道包括物理随即接入信道、物理上行共享信道和物理 上行控制信道。 定义的信号包括参考信号、主/辅同步信号。 下行和上行均支持如下调制方式：四相移相键控（Quate Phase Shift Keying，QPSK）、正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation,16QAM） 和64QAM。
Long
第一部分 LTE物理层概述
第一章 LTE物理层概述
第一节 LTE物理层协议结构 第二节 LTE物理层功能 第三节 LTE物理层概述
第二章 LTE物理资源
第一节 LTE无线帧结构 第二节 LTE物理资源结构
14
LTE无线帧结构
LTE支持两种无线帧结构：Type 1，适用于FDD；Type 2，适用于TDD；
k = 83
RS RS
RBG Size (P) 1
k = 78 k = 77
RS
k = 78 k = 77
RS
RS
RS
RS
RS
≤10
min, nPRB N RB DL 6 k0 12nPRB 12 6 72
4.
LTE物理层功能
5. 6. 7. 8.
编码的传输信道与物理信道之间的映射 物理信道的功率加权 物理信道的调制与解调 频率和时间同步
9.
10. 11.
射频特性测量并向高层提供指示
对输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)天线处理 传输分集
12.
13.
波束赋形
DwPTS
GP
UpPTS
LTE无线帧结构
Type 2 帧结构特点
子帧1和6由DwPTS, GP, and UpPTS组成，所有其他子帧 由2个时隙组成，即子帧i包括时隙2i和2i+1。子帧0和 子帧5总是用作下行。LTE支持5 ms 和 10 ms上下行切 换点。对于5 ms上下行切换周期，子帧2和7总是用作上 行。 DwPTS最短包含1个OFDM symbol,P-SCH位于DwPTS的第一 个符号, S-SCH位于第一个子帧第二个Time slot的最后 一个符号。 UpPTS可用于发送Short RACH等等,其余空闲资源可用于 发送参考信号或者数据。
射频处理
LTE物理层概述
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，就够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(Guard Interval)。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)。
LTE物理层概述
物理层过程
LTE操作中涉及多个物理层过程，这些过程包括小区搜索、功率控制、上行 同步和上行定时控制、随即接入相关过程、HARQ相关过程。
通过在频域、时域和功率域进行物理资源控制，LTE隐含地支持干扰协调。
物理层测量
无线特性在终端和基站进行测量，并在网络中向高层进行报告。这包括用于同 频和异频切换的测量，用于不同无线接入技术（Radio Access Technology， RAT）之间切换的测量，定时测量，用于无线资源管理（Radio Resource Management，RRM）的测量。 用于不同RAT间切换的测量用于支持向GSM、UTRA FDD和UTRA TDD系统的切换。
LTE物理资源结构
资源网格(Resource Grid)/资源元素(Resource Element)
资源网格(Resource Grid)/用来描述每个时隙中传输的信号。
RB 每个网格中有 NRB Nsc 个子载波(频域)和 Nsymb 个符号(时域)。
UL NRB 由传输带宽决定，并满足 6 N RB 110 。
LTE物理资源结构
One downlink slot Tslot
RE（Resource Element）为最小的资源单
位，时域上为一个符号，频域上为一个子 载波。
DL N symb OFDM symbols
DL RB k N RB N sc 1
RB（Resource Block）为业务信道资源分
7/6 (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) (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)
帧结构Type1——FDD
One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms One slot, Tslot = 15360Ts = 0.5 ms
#0
#1
#2
#3
#18
#19
One subframe
Type1帧结构：每个10ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧。 每个子帧1ms，包含2个时隙，每个时隙0.5ms。 上行和下行传输在不同频率上进行。
第一部分 LTE物理层概述 第二部分 LTE下行物理层介绍 第三部分 LTE上行物理层介绍
第一部分 LTE物理层概述
第一章 LTE物理层概述
第一节 LTE物理层协议结构 第二节 LTE物理层功能 第三节 LTE物理层概述
第二章 LTE物理资源
第一节 LTE无线帧结构 第二节 LTE物理资源结构
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
Number of occupied sub-carriers
OFDM symbols per slot (Short/Long CP) CP length (μs/sampl es) Short
LTE E-UTRAN物理层介绍
LTE物理层原理介绍
修改记录
版本 V1.0 日期 2009-07 拟制人/修改人 创建 备注
2
通过本文档的学习，您可以掌握以下技能：
了解LTE物理层的协议结构，掌握LTE物理层的 功能、无线帧结构和资源结构。 掌握下行物理信道和信号的处理过程。 掌握上行物理信道和信号的处理过程。
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。
LTE物理资源结构
Baidu Nhomakorabea
资源块(Resource Block)
RB 由时域上 Nsymb 个连续的符号和频域上 N sc 个连续的子载波构成。
RB 包括 Nsymb Nsc 个资源元素。
LTE物理层功能
物理层向高层提供数据传输服务，可以通过MAC子层并使用传输 信道来接入这些服务。为了提供数据传输服务，物理层将提供如下 功能：
1. 2. 3.
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（Forward Error Correction，FEC）编码解码 混合自动重传请求（Hybird Automatic Repeat-reQuest，HARQ）软 合并 编码的传输信道与物理信道之间的速率匹配
LTE物理层概述
复用与信道编码
LTE中传输块的信道编码方案为Turbo编码，编码速率为R=1/3，它由两个8状 态子编码器和一个Turbo码内部交织器构成。 在Turbo编码中使用栅格终止（Trellis Termination）方案。在Turbo编码 之前，传输块被分割成多个段，每段的大小要与最大信息块大小6144bit保 持一致。使用24bit长的循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check,CRC）来 支持错误检测。
REG（资源元组）示意图 1Tx or 2Tx configured l=0 l=1 l=2 k = 83
RS
REG
RBG用于业务信道的资源分配
4Tx configured l=0 l=1 l=2
一个RBG是一组RB组成
分组的大小和系统带宽有关 System Bandwidth
DL N RB
LTE物理层概述
E-UTRAN系统的传输参数
1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
Transmission BW
Slot duration
Sub-carrier spacing Sampling frequency (MHz) FFT size 1.92 (1/2 3.84) 128 76 3.84 (1 3.84) 256 151 7.68 (2 3.84) 512 301
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
对应于时域上一个时隙和频域上的180kHz。
RB Nsymb Nsc resource
One resource block element
one s
lot, N symb
ol 个
符号
RB N sc 个子载波, 180kHz
LTE物理资源结构
资源元素组（Resource Element Group）/资源块组（Resource Block Group）
LTE无线帧结构
帧结构Type2——TDD
One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms One half-frame, 153600Ts = 5 ms
Type2帧结构： 每个10ms无线帧，分为2个长度为 5ms的半帧。 每个半帧由8个长度为0.5ms的时 隙和3 个特殊区域 DwPTS,GP, UpPTS 组成(“8+3方案”)。 DwPTS,GP和UpPTS的总长度等于1m s，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置。
Resource element (k , l )
CCE（Channel Control Element）为PDCCH 资源分配的资源单位，由9个REG组成。
RBG （Resource Block Group）为业务信
k 0
道资源分配的资源单位，由一组RB组成。
l0
l
DL N symb
1
5
LTE物理层协议结构
无线接口主要指UE和网络之间的接口，包括层1、层2和层3。 下图给出了层1（物理层）周围的E-UTRA无线协议结构。物理层与层 2的媒体接入控制（MAC）子层和层3的无线资源控制（RRC）层有接口。其 中圆圈便是不同层/子层间的服务接入点（SAP）。物理层向MAC层提供传 输信道，MAC提供不同的逻辑信道给层2的无线链路控制（RLC）子层。
配的资源单位，时域上为一个时隙，频域
RB N sc subcarriers
Resource block DL RB N symb N sc resource elements
上为12个子载波。
DL RB N RB N sc subcarriers
REG（Resource Element Group）为控制信 道资源分配的资源单位，由4个RE组成。
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
LTE物理层概述
物理信道与调制
LTE下行定义的物理信道包括物理下行共享信道、物理多播信道、物理下行 控制信道、物理广播信道、物理控制格式指示信道和物理HARQ指示信道 LTE上行定义的物理信道包括物理随即接入信道、物理上行共享信道和物理 上行控制信道。 定义的信号包括参考信号、主/辅同步信号。 下行和上行均支持如下调制方式：四相移相键控（Quate Phase Shift Keying，QPSK）、正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation,16QAM） 和64QAM。
Long
第一部分 LTE物理层概述
第一章 LTE物理层概述
第一节 LTE物理层协议结构 第二节 LTE物理层功能 第三节 LTE物理层概述
第二章 LTE物理资源
第一节 LTE无线帧结构 第二节 LTE物理资源结构
14
LTE无线帧结构
LTE支持两种无线帧结构：Type 1，适用于FDD；Type 2，适用于TDD；
k = 83
RS RS
RBG Size (P) 1
k = 78 k = 77
RS
k = 78 k = 77
RS
RS
RS
RS
RS
≤10
min, nPRB N RB DL 6 k0 12nPRB 12 6 72
4.
LTE物理层功能
5. 6. 7. 8.
编码的传输信道与物理信道之间的映射 物理信道的功率加权 物理信道的调制与解调 频率和时间同步
9.
10. 11.
射频特性测量并向高层提供指示
对输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)天线处理 传输分集
12.
13.
波束赋形
DwPTS
GP
UpPTS
LTE无线帧结构
Type 2 帧结构特点
子帧1和6由DwPTS, GP, and UpPTS组成，所有其他子帧 由2个时隙组成，即子帧i包括时隙2i和2i+1。子帧0和 子帧5总是用作下行。LTE支持5 ms 和 10 ms上下行切 换点。对于5 ms上下行切换周期，子帧2和7总是用作上 行。 DwPTS最短包含1个OFDM symbol,P-SCH位于DwPTS的第一 个符号, S-SCH位于第一个子帧第二个Time slot的最后 一个符号。 UpPTS可用于发送Short RACH等等,其余空闲资源可用于 发送参考信号或者数据。
射频处理
LTE物理层概述
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，就够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(Guard Interval)。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)。
LTE物理层概述
物理层过程
LTE操作中涉及多个物理层过程，这些过程包括小区搜索、功率控制、上行 同步和上行定时控制、随即接入相关过程、HARQ相关过程。
通过在频域、时域和功率域进行物理资源控制，LTE隐含地支持干扰协调。
物理层测量
无线特性在终端和基站进行测量，并在网络中向高层进行报告。这包括用于同 频和异频切换的测量，用于不同无线接入技术（Radio Access Technology， RAT）之间切换的测量，定时测量，用于无线资源管理（Radio Resource Management，RRM）的测量。 用于不同RAT间切换的测量用于支持向GSM、UTRA FDD和UTRA TDD系统的切换。
LTE物理资源结构
资源网格(Resource Grid)/资源元素(Resource Element)
资源网格(Resource Grid)/用来描述每个时隙中传输的信号。
RB 每个网格中有 NRB Nsc 个子载波(频域)和 Nsymb 个符号(时域)。
UL NRB 由传输带宽决定，并满足 6 N RB 110 。
LTE物理资源结构
One downlink slot Tslot
RE（Resource Element）为最小的资源单
位，时域上为一个符号，频域上为一个子 载波。
DL N symb OFDM symbols
DL RB k N RB N sc 1
RB（Resource Block）为业务信道资源分
7/6 (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) (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)
帧结构Type1——FDD
One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms One slot, Tslot = 15360Ts = 0.5 ms
#0
#1
#2
#3
#18
#19
One subframe
Type1帧结构：每个10ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧。 每个子帧1ms，包含2个时隙，每个时隙0.5ms。 上行和下行传输在不同频率上进行。
第一部分 LTE物理层概述 第二部分 LTE下行物理层介绍 第三部分 LTE上行物理层介绍
第一部分 LTE物理层概述
第一章 LTE物理层概述
第一节 LTE物理层协议结构 第二节 LTE物理层功能 第三节 LTE物理层概述
第二章 LTE物理资源
第一节 LTE无线帧结构 第二节 LTE物理资源结构
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
Number of occupied sub-carriers
OFDM symbols per slot (Short/Long CP) CP length (μs/sampl es) Short
LTE E-UTRAN物理层介绍
LTE物理层原理介绍
修改记录
版本 V1.0 日期 2009-07 拟制人/修改人 创建 备注
2
通过本文档的学习，您可以掌握以下技能：
了解LTE物理层的协议结构，掌握LTE物理层的 功能、无线帧结构和资源结构。 掌握下行物理信道和信号的处理过程。 掌握上行物理信道和信号的处理过程。
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。
LTE物理资源结构
Baidu Nhomakorabea
资源块(Resource Block)
RB 由时域上 Nsymb 个连续的符号和频域上 N sc 个连续的子载波构成。
RB 包括 Nsymb Nsc 个资源元素。
LTE物理层功能
物理层向高层提供数据传输服务，可以通过MAC子层并使用传输 信道来接入这些服务。为了提供数据传输服务，物理层将提供如下 功能：
1. 2. 3.
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（Forward Error Correction，FEC）编码解码 混合自动重传请求（Hybird Automatic Repeat-reQuest，HARQ）软 合并 编码的传输信道与物理信道之间的速率匹配
LTE物理层概述
复用与信道编码
LTE中传输块的信道编码方案为Turbo编码，编码速率为R=1/3，它由两个8状 态子编码器和一个Turbo码内部交织器构成。 在Turbo编码中使用栅格终止（Trellis Termination）方案。在Turbo编码 之前，传输块被分割成多个段，每段的大小要与最大信息块大小6144bit保 持一致。使用24bit长的循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check,CRC）来 支持错误检测。
REG（资源元组）示意图 1Tx or 2Tx configured l=0 l=1 l=2 k = 83
RS
REG
RBG用于业务信道的资源分配
4Tx configured l=0 l=1 l=2
一个RBG是一组RB组成
分组的大小和系统带宽有关 System Bandwidth
DL N RB
LTE物理层概述
E-UTRAN系统的传输参数
1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
Transmission BW
Slot duration
Sub-carrier spacing Sampling frequency (MHz) FFT size 1.92 (1/2 3.84) 128 76 3.84 (1 3.84) 256 151 7.68 (2 3.84) 512 301
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
对应于时域上一个时隙和频域上的180kHz。
RB Nsymb Nsc resource
One resource block element
one s
lot, N symb
ol 个
符号
RB N sc 个子载波, 180kHz
LTE物理资源结构
资源元素组（Resource Element Group）/资源块组（Resource Block Group）
LTE无线帧结构
帧结构Type2——TDD
One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms One half-frame, 153600Ts = 5 ms
Type2帧结构： 每个10ms无线帧，分为2个长度为 5ms的半帧。 每个半帧由8个长度为0.5ms的时 隙和3 个特殊区域 DwPTS,GP, UpPTS 组成(“8+3方案”)。 DwPTS,GP和UpPTS的总长度等于1m s，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置。
Resource element (k , l )
CCE（Channel Control Element）为PDCCH 资源分配的资源单位，由9个REG组成。
RBG （Resource Block Group）为业务信
k 0
道资源分配的资源单位，由一组RB组成。
l0
l
DL N symb
1
5
LTE物理层协议结构
无线接口主要指UE和网络之间的接口，包括层1、层2和层3。 下图给出了层1（物理层）周围的E-UTRA无线协议结构。物理层与层 2的媒体接入控制（MAC）子层和层3的无线资源控制（RRC）层有接口。其 中圆圈便是不同层/子层间的服务接入点（SAP）。物理层向MAC层提供传 输信道，MAC提供不同的逻辑信道给层2的无线链路控制（RLC）子层。
配的资源单位，时域上为一个时隙，频域
RB N sc subcarriers
Resource block DL RB N symb N sc resource elements
上为12个子载波。
DL RB N RB N sc subcarriers
REG（Resource Element Group）为控制信 道资源分配的资源单位，由4个RE组成。