TD-LTE物理层过程

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TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• TD-LTE的随机接入信道配置 – 所有的PRACH配置都遵从先时分后频分的原则进行时频资源映射， 目的是将PRACH平均分布在各个上行子帧中，以免某一上行子帧 PRACH资源占用过多，对PUSCH传输造成较大的影响
• 对Format0-3的PRACH其频分原则：
• 其中 n f 为无线帧编号；N SP 为一个无线帧内的切换点个数 • Format 4的PRACH在频域上放置在系统带宽的边缘，多个PRACH 连续放置，并在高频端和低频端两者之间跳变
• 对Format4的PRACH其频分原则：
RA nPRB
TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• 随机接入流程
主要内容
• • • • TD-LTE的小区初搜过程 TD-LTE的随机接入过程 TD-LTE的同步控制过程 TD-LTE的功率控制和功率分配过程
TD-LTE的小区搜索过程 的小区搜索过程
• 为什么要进行小区搜索
– UE通过小区搜索过程完成下行时间和频率的同步，并 识别小区id。 – 完成小区初搜后，UE接收基站发出的广播信息，获取 系统信息。 – 小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速， 准确的接入系统。
• 在PBCH信道上发送
– 固定在每个无线帧的子帧0 中Slot 1的前4个OFDM符号 – 系统带宽中间的6个PRB – 40ms TTI
– SIB (System Information Block)
• 在PDSCH信道上发送 • 具体的物理层传输格式及物 理资源由PDCCH调度 • 多种等级的SI：SI-1, SI2,…SI-x（传输不同重复周期 的系统信息）
小区边缘用户发送Preamble 小区边缘用户发送
TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• 随机接入信道的基本时频结构
–序列产生
–Preamble使用Zadoff-Chu序列产生 –序列长度 –Preamble format 0~3：839 –Preamble format 0~3：139
Preamble format 0~3
TD-LTE的小区搜索过程 的小区搜索过程
• 同步信号
– 主同步信号PSS – 副同步信号SSS
• 时频位置
– 系统带宽的中间72个子载 波(实际上序列只映射在 中间的62个子载波上，两 侧各预留5个子载波的保 护带) – PSS位于DwPTS的第3个 OFDM符号位置 – SSS位于子帧0的最后一 个OFDM符号位置
– 其中TA命令的范围为[0,1282] – 对应的定时调整量NTA的范围为[0, 20512]Ts，即[0,667]us
– 上行同步维护
• 在DL-SCH的MAC PDU中携带有(可选)6bits的定时提前命令 TA，该TA是针对旧的TA命令的累积调整，即
– NTA,new = NTA,old + (TA −31)×16 – 其中TA命令的范围为[0,63]，对应的定时调整范围为[-496,512]Ts
UL
RA
TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• TD-LTE的随机接入信道配置 – UpPTS中的PRACH配置也遵从先时分后频分的原则 进行时频资源映射，以减小对UpPTS中与PRACH频 分发送的SRS的影响
if ( (n f mod 2) × (2 − N SP ) + t1 ) mod 2 = 0 6 f RA , RA = UL N RB − 6( f RA + 1), otherwise
TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• 随机接入流程
• 无竞争的随机接入
– 适用于切换或有下行数据到达且需要重新建立上行同步时 1.基站根据此时的业务需求，给UE 分配一个特定的preamble序列。 （该序列不是基站在广播信息中广 播的随机接入序列组） 2.UE接收到信令指示后，在特定的 时频资源发送指定的preamble序列 3.基站接收到随机接入preamble序 列后，发送随机接入响应。进行后 续的信令交互和数据传输。
614Ts，即20us（FFS)
Downlink radio frame #i
Uplink radio frame #i
( N TA + N TA offset ) × Ts time units
TD-LTE的同步控制过程 的同步控制过程
• 上行同步控制
– 上行同步初始控制
• 在随机接入响应消息的MAC PDU中携带有(必选)11bits的定时 提前命令TA，对应的绝对定时提前量为NTA = TA x 16
(1) 10ms 定时，获得 N ID
cell (1) (2) 计算得到N ID = 3N ID + N ID
PBCH
读取MIB
公共天线端口数目（盲检） SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息
DBCH
读取SIB
其他系统信息
TD-LTE的小区搜索过程 的小区搜索过程
• 系统信息
– MIB (Master Information Block)
• 其中 f RA 指示PRACH的频域资源索引 •
0 t RA
1 RA
0
1
2
指示PRACH出现的无线帧编号
– 0：所有无线帧;1：偶数号无线帧;2：奇数号无线帧
• t
指示PRACH出现在的半帧编号
– 0：前半帧，1：后半帧
TDD prache configuration
• t RA 指示PRACH出现的子帧编号
TD-LTE的同步控制过程 的同步控制过程
• 上行同步控制
– LTE的上行定时调整颗粒度为16Ts，（ Ts = 1 (15000 × 2048) ），上行定 时调整命令通过MAC层信令的方式发送给UE – UE接收到定时调整量 N TA 后，需要按照比相应的下行帧定时提前 –
( N TA + N TA offset ) × Ts 的时刻发送相应的上行帧数据，如下图 • 对于TD-LTE， N T A o ff s e t 为基站侧上行至下行的切换保护时间，约为
TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• 随机接入信道基本时频结构
– 时域结构
• Preamble: CP + Sequence
TCP
TSEQ
• Preamble之后需要预留保护间隔(GT)
– GT防止Preamble对上行数据造成干扰 – GT长度为两倍最大传播时延
小区中间用户发送Preamble 小区中间用户发送
• 不同的随机接入信道格式
–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
பைடு நூலகம்
Preamble格式4在帧结构2中的UpPTS域中传输
TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• TD-LTE的随机接入信道配置
– TD-LTE的随机接入信道配置与无线帧上下行配置密切相关 – 与LTE-FDD相比，TD-LTE制式下上行子帧数有限，为保证随机接入的时 效性，在同一个子帧中允许出现多个用于随机接入的时频资源块 – TD-LTE的随机接入信道密度为：每10ms内0.5、1、2、3、4、5、6次 – TD-LTE的随机接入信道配置通过一组向量指示： f RA , t RA , t RA , t RA ) (
• 下行同步在用户端检测和调整 • 上行同步在基站测进行检测，并通过闭环反馈的方式对用户上 行发送时间进行调整
TD-LTE的同步控制过程 的同步控制过程
• 下行链路质量检测
– UE物理层基于小区专属参考信号测量服务小区的下行 链路质量并向高层报告测量结果 – 在非DRX模式下，在开启了链路失败检测时，UE侧的 物理层在一定周期[200ms]内的每个无线帧检测下行链 路质量。当链路质量低于门限Qout时，物理层须向高 层报告链路问题，直至链路质量高于门限Qin – 由高层开启/关闭物理层的链路失败检测 – 具体的检测门限由RAN4规定
• UE侧的物理层操作
1. 2. 解析传输请求，获得随机接入配置信 息 选择preamble序列
1. 2. 基于竞争的随机接入：随机选择 preamble 无竞争的随机接入：由高层指定 preamble
3. 4.
按照指定功率发送preamble 盲检用RA-RNTI标识的PDCCH – 检测到，接收对应的PDSCH并将 信息上传 – 否则直接退出物理层随机接入过 程，由高层逻辑决定后续操作
62子载波
72子载波
g hu in C bl fm adof ra Sc Z
cell (1) (2) N ID = 3 N ID + N ID
TD-LTE的小区搜索过程 的小区搜索过程
• 小区初搜流程
Primary synchronization signal
5ms 定时，获得
(2) N ID
Secondary synchronization signal
FS2，常规CP
TD-LTE的小区搜索过程 的小区搜索过程
• 同步信号序列
– 主同步信号使用长度为62的Zadoff-Chu序列 • 共有3个PSS序列，每个对应一个小区ID： ID N (2) – 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 • 共有168组SSS序 列，与小区ID组 (1) 序号 N ID 一一对应
常规CP
TD-LTE的随机接入过程 的随机接入过程
• 为什么要进行随机接入
– 随机接入是一个重要的物理层过程，通过随机接入UE才 能与基站进行信息交互，完成后续如呼叫，资源请求， 数据传输等操作。 – UE通过随机接入，实现与系统的上行时间同步。 – 随机接入的性能直接影响到用户的体验，其设计目标是 设计出能够适应各种应用场景、快速接入、容纳更多用 户的方案