LTE信道详解

LTE信道详解
信道及信号
逻辑、传输、物理信道
逻辑、传输、物理信道映射
逻辑信道定义传送信息的类型，这些数据流是包括所有用户的数据。

传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。

物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去；不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。

下行信道映射关系上行信道映射关系
对于上行来说，逻辑信道公共控制信道CCCH、专用控制信道DCCH以及专用业务信道DTCH都映射到上行共享信道UL-SCH，对应的物理信道为PUSCH。

上行传输信道RACH 对应的物理信道为PRACH。

对于下行来说，逻辑信道寻呼控制信道PCCH对应的传输信道为PCH，对应物理信道为PDSCH承载；逻辑信道BCCH映射到传输信道分为两部分，一部分映射到BCH，对应物理信道PBCH，主要是承载MIB（MasterInformationBlock）信息，另一部分映射到DL-SCH，对应物理信道PDSCH，承载其它系统消息。

CCCH、DCCH、DTCH、MCCH (Multicast Control Channel)都映射到DL-SCH，对应物理信道PDSCH。

MTCH (Multicast Traffic Channel)承载单小区数据时映射到DL-SCH，对应物理信道PDSCH。

承载多小区数据时映射到MCH，对应物理信道PMCH。

物理信道简介
物理信道：对应
于一系列RE的集合，需
要承载来自高层的信息
称为物理信道；如
PDCCH、PDSCH等。

物理信号：对应
于物理层使用的一系列
RE，但这些RE不传递任
何来自高层的信息，如
参考信号(RS)，同步信
号。

下行物理信道：
PDSCH: Physical
Downlink Shared
Channel(物理下行共享
信道) 。

主要用于传输
业务数据，也可以传输
信令。

UE之间通过频分
进行调度，
PDCCH: Physical Downlink Control Channel(物理下行控制信道)。

承载导呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的HARQ信息。

PBCH: Physical Broadcast Channel(物理广播信道)。

承载小区ID等系统信息，用于小区搜索过程。

PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel(物理HARq指示信道) ，用于承载HARP的ACK/NACK反馈。

PCFICH: Physical control Format Indicator Channel(物理控制格式指示信道)，用于承载控制信息所在的OFDM符号的位置信息。

PMCH: Physical Multicast channel(物理多播信道)，用于承载多播信息
下行物理信号：
RS(Reference Signal)：参考信号，通常也称为导频信号；LTE中定义了多种参考信号，下行和上行都有，其中最重要的小区参考信号CRS。

CRS在LTE空中接口的地位，相当于WCDMA的导频信号。

CRS与导频信号的最大区别是CRS不连续发射，而且均匀分布在各个子载波上。

CRS的强度称为RSRP，质量称为RSRQ。

SCH(PSCH,SSCH)：同步信号，分为主同步信号和辅同步信号；
上行物理信道：
PRACH: Physical Random Access Channel(物理随机接入信道) 承载随机接入前导
PUSCH: Physical Uplink Shared Channel(物理上行共享信道) 承载上行用户数据。

PUCCH: Physical Uplink Control Channel(物理上行共享信道) 承载HARQ的ACK/NACK，调度请求，信道质量指示等信息。

上行物理信号：
RS：参考信号；
下行信道处理
信道处理需要经过加扰、调制、层映射、预编码、RE映射、生成OFDM符号等几个步骤，见如下图所示：
●加扰－编码bit的加扰，加扰将不改变bit速率
●调制－将加扰bit调制为复值符号（BPSK、QPSK、16QAM或64QAM将数据流）
●层映射－将复值调制符号映射到若干传输层。

调制后的符号可以经过一层或多层传输，多层传输包括多层复用传输和多层分集传输，分别对应不同的处理方式
●预编码－对传输层的复值符号预编码到天线口。

对单天线，多天线复用、多天线分集进行不同的处理，决定每天线的符号量，预编码是多天线系统中特有的自适应技术
●RE映射－映射到具体的物理资源单元。

对每个RE{k,l}按照先递增k，后递增l
的方式映射，被其他信息占用的RE均不能映射。

●生成OFDM符号－生成每个天线口的OFDM符号
物理信道配置
（图中“RB专用导频信道”实为“RB专用导频分布图”）
PDSCH配置
PDSCH (物理下行共享信道)
主要用于传输业务数据，也可以传输信令。

UE在接收PDSCH之前要在每个子帧监控PDCCH信道，并根据PDCCH信道的DCI（Downlink Control Information）格式解析资源分配域来获得PDSCH的实际资源分配情况。

每一条PDCCH信道的资源分配域包括两部分：类型域(type field)和实际资源分配信息。

由于PDCCH存在三种资源分配类型：Type0，Type1和Type2。

所以PDSCH资源分配方式包括Type0、Type1和Type2三种方式。

Type0的资源分配方式：UE的资源分配以RBG(Resource Block Group)为单位，使用Bitmap指示分配给被调度UE的资源组。

组的大小与系统带宽有关，如下表所示：
分配示例如下图所示：
Type1的资源分配方式：使用Bitmap指示一个资源块集合中分配给被调度UE的物理资源块，该资源块为P个资源块中的一个，其中P与系统带宽有关，取值如上表所示：
下图是Type1资源分配的一个示例。

Type2的资源分配方式：根据在相应的PDCCH上带有的1bit标志，决定虚拟资源块与物理资源块之间的映射关系。

物理资源块的分配可以在一个资源块组到整个系统带宽之间变化。

包括LVRB(Localized Virtual Resource Block)连续分配RB 和DVRB(Distributed VRB)跳频分配RB两种分配方式。

下图是一个分配示例。

PUSCH配置
PUSCH (物理上行共享信道)
主要用于承载上层数据信息。

PUSCH处理过程包括加扰、调制比特数据映射、DFT变换处理、映射复数据到分配的时频域资源、IFFT变换处理生成时域信号等过程，
见下图所示：
下图给出上行各信道的时频结构图。

SCH配置
SCH(同步信道)
➢不同的同步信号来区分不同的小区，包括PSS和SSS。

➢P-SCH(主同步信道）：符号同步，符号timing对准，部分Cell ID检测,频率同步，3个小区ID.
➢S-SCH（辅同步信道）：帧同步，CP长度检测和Cell group ID检测，168个小区组ID.
因此捕获了主同步信号和辅同步信号就可以获知物理层小区ID信息，同时得到系统的定时同步和频率同步信息。

在频域上占用中间的6个RB，共72个子载波（62个RB传同步信号，两边各留5个RB做保护带）。

P-SCH在时域上占用0号和5号子帧第一个slot的最后一个Symbol，S-SCH占用0号和5号子帧第一个slot的倒数第二个Symbol。

（待定待定待定待定待定待定待定
待定）
PCI概述
LTE系统提供504个物理层小区ID(即PCI)，和TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。

网管配置时，为小区配置0～503之间的一个号码即可。

小区ID获取方式
在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区ID。

LTE 的方式类似，不同的是UE需要解出两个序列：主同步序列（PSS，共有3种可能性）和辅同步序列（SSS，共有168种可能性）。

由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID。

主同步信号是长度为62的频域Zadoff-Chu序列的3种不同的取值，主同步信号的序列正交性比较好；辅同步信号是10ms中的两个辅同步时隙（0和5）采用不同的序列，168种组合，辅同步信号较主同步信号的正交性差，主同步信号和辅同步信号共同组成504个PHY_CELL_ID码。

根据协议36 211 ，LTE的PHY_CELL_ID是由主同步信号（N ID(2)）和辅同步信号（N ID(1)）组成，
PCI的计算公式：N ID cell=3N ID(1)+N ID(2)
其中N ID(1)取值为0～167 ，N ID(2)取值为0～2；
配置原则
因为PCI直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关，所以相邻小区的PCI不能相同以避免干扰。

PBCH配置
PBCH(广播信道)
➢频域：对于不同的带宽，都占用中间的1.08MHz （72个子载波）进行传输➢时域：映射在每个5ms 无线帧的subframe0里的第二个slot的前4个OFDM 符号上（时域位置是5MS还是10MS,待确定）
➢周期：PBCH周期为40ms，每10ms重复发送一次，终端可以通过4次中的任一次接收解调出BCH
广播消息：MIB&SIB
PCFICH & PHICH配置
PCFICH(物理层控制格式指示信道)
➢指示PDCCH的长度信息（1、2或3）【即动态的指示在一个子帧中有几个OFDM 符号(取值范围1,2,3)用于PDCCH信道传输】，在子帧的第一个OFDM符号上发送，占用4个REG，均匀分布在整个系统带宽（即PCFICH 信息放置在第一个OFDM符号，为了对抗干扰，这些符号被分散到整个系统带宽进行传输，在每一个子帧的第一个符号上的4个REG (Resource Element Group)中传输。

具体REG位置与PCI(物理小区ID)、系统带宽相关。

PCFICH的4个REG是均匀的分布在小区的带宽内的。

）。

➢采用QPSK调制，携带一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号数，传输格式。

➢小区级shift，随机化干扰。

PCFICH映射后的资源图
PHICH (物理HARQ指示信道)
用于承载HARQ的ACK/NACK反馈。

多个PHICH复用映射到同样的RE
资源上，组成一个PHICH组。

组内PHICH之间通过不同的正交序列区分。

一个PHICH信道可以用索引来唯一识别，其中是PHICH组序号，
是组内的正交序列索号。

PHICH的反馈时序为N+4，上行的PUSCH是否被正确接收在接收后的第四个子帧的PHICH信道中反馈给UE。

每个PHICH组占用3个REG。

下图是一个PHICH资源分配的例子。

PDCCH配置---覆盖
PDCCH(物理下行控制信道)
➢频域：占用所有的子载波
➢时域：占用每个子帧的前n个OFDM符号，n<=3
➢PDCCH的信息映射到控制域中除了参考信号、PCFICH、PHICH之外的RE中，因此需先获得PCFICH和PHICH的位置之后才能确定其位置。

➢用于发送上/下行资源调度信息、功控命令等，通过下行控制信息块DCI （Downlink Control Information）承载，不同用户使用不同的DCI资源。

解调门限为北邮仿真结果。

DCI主要有以下几种：
Format 0：用于传输PUSCH调度授权信息；
Format 1：用于传输PDSCH 单码字调度授权信息；
Format 1A：是Format 1的压缩模式；
Format 1B：包含预编码信息的Format 1压缩模式；
Format 1C：是Format 1的紧凑压缩(Very Compact)模式；
Format 1D：包含预编码信息和功率偏置信息的Format 1压缩模式；
Format 2：闭环空分复用模式UE调度；
Format 2A：开环空分复用模式UE调度；
Format 3：用于传输多用户TPC命令，针对PUSCH或PUCCH，每个用户2bit，多用户联合编码。

Format 3A：用于传输多用户TPC命令，针对PUSCH或PUCCH，每个用户1bit，多用户联合编码。

一个物理控制信道在一个或多个连续的控制信道单元(CCEs)上传输。

LTE协议定义了4中PDCCH格式，每种格式PDCCH使用的CCE数目不同，传输的比特数也不相同，使用何种PDCCH格式由高层配置。

PDCCH的映射遵循先时域再频域的映射原则，如下图所示(里面数字是REG的编号)：
PDCCH配置---容量
以两天线端口为例计算PDCCH在20MHz带宽下可调度用户数
PRACH配置
由于终端的移动使得终端和网络之间的距离是不确定的，所以如果终端需要发送消息到网络，则必须实时进行上行同步的维持管理。

PRACH的目的就是为达到上行同步,建立和网络上行同步关系以及请求网络分配给终端专用资源，进行正常的业务传输。

LTE物理层在随机接入信道(PRACH)上发送接入前导序列Preamble，Preamble由长度为T cp的CP循环前缀和长度为T SEQ的序列部分组成，如下图所示。

参数T cp和T SEQ的取值取决于帧结构和随机接入的配置。

LTE中支持5种Preamble格式，每种Preamble格式对应的CP长度和接入序列长度不同，如下表所示：
随机接入Preamble格式及对应参数
不同前导格式对应的小区接入半径不同，其中格式4只适用于TDD模式。

在时域中，随机接入的Preamble为子帧的整数倍；在频域上，接入Preamble 占据了6个RB的带宽，共1.08MHz。

PUCCH配置
PUCCH（上行物理控制信道）
➢传输上行用户的控制信息，包
括CQI, ACK/NAK反馈，调度
请求, 信道质量指示等。

➢一个控制信道由1个RB pair
组成，位于上行子帧的两边边
带上
1，在子帧的两个slot上下边带跳
频，获得频率分集增益
2，PUCCH重复编码，获得接收分
集增益，增加解调成功率
➢通过码分复用，可将多个用户
的控制信息在同一个PDCCH
资源上发送。

➢上行容量与吞吐量是PUCCH
个数与PUSCH个数的折中
PUCCH信道的频率资源位于带宽的
两端见下表时频结构图中两端的蓝色
区域），并在两个时隙间跳频。

PUCCH时频结构
根据应用场景及调制方式的不同，PUCCH信道分为6种格式，见下表所示：
PUCCH-ACK反馈模式
Bundling：解决上行边缘受限的情况
下行子帧多于上行子帧时，多个ACK/NACK通过逻辑与运算生成上行子帧中的ACK（NACK）。

单码字生成一个Bit ACK(NACK)
双码字生成两个bit ACK(NACK)
Multiplexing ：解决中心用户的吞吐量
允许最多4个下行子帧的ACK（NACK ）复用到一起,可以反馈1到4个Bit的ACK/NACK。

同一个下行子帧中存在多个码字时，则需先通过逻辑与运算生成一个Bit的ACK（NACK）。

一个特殊情况是，上行子帧只对应一个下行子帧时，下行子帧中若存在两个码字，则可直接反馈两个bitACK(NACK).
吞吐量
切换
根据切换间小区频点的不同与所属系统的不同，LTE切换可分为同频切换、异频切换以及异系统切换。

切换包括切换测量、切换决策与切换执行三个阶段。

测量阶段，UE根据eNodeB下发的测量配置消息进行相关测量，并将测量结果上报给eNodeB。

决策阶段，eNodeB根据UE上报的测量结果进行评估，决定是否触发切换。

执行阶段，eNodeB根据决策结果，控制UE
切换到目标小区，由UE完成切换。

整个切换流程采用了UE辅助网络控制的思路，即测量下发、测量上报、判决、资源准备、执行、原有资源释放6个步骤。

系统内切换主要可以分为：
站内切换：同一eNodeB下不同小区间的切换。

站间切换：
1.eNodeB间X2口切换：适用于同属于一个MME且之间有X2连接的两个eNodeB。

2.eNodeB间S1口切换：用于无X2连接的两个eNodeB切换或者是跨MME切换。

站内切换
站内切换流程比较简单，不涉及X2、S1 的交互。

打开某站点的M2000 信令跟踪，可以看到站内切换有如下流程：2.1 版本之后的基本信令都是通过M2000 来跟踪的。

RRC_MEAS_RPRT:该消息携带服务小区和邻小区的质量。

RRC_CONN_RECFG:此时该消息携带切换请求命令。

RRC_CONN_RECFG_CMP:此时该消息携带切换完成消息。

（rrc-TransactionIdentifier 数值与切换命令中的一致）
RRC_CONN_RECFG:此时该消息携带的是测量控制命令，用于配置UE需要完成的测量，如需测量的小区、频点、测量类型等。

RRC_CONN_RECFG_CMP:此时该消息携带的是测量控制完成消息，用于指示eNB，UE已经收到并完成了测量配置
注1：测量控制、测量控制完成不属于切换流程；但是，切换流程结束后一般总伴随着测量控制、测量控制完成
以下为接口消息展开示意图：
RRC_MEAS_RPRT:该消息携带服务小区和邻小区的质量。

RRC_CONN_RECFG:此时该消息携带切换请求命令。

RRC_CONN_RECFG_CMP:此时该消息携带切换完成消息。

（rrc-TransactionIdentifier 数值与
切换命令中的一致）
RRC_CONN_RECFG:此时该消息携带的是测量控制命令，用于配置UE需要完成的测量，如需测量的小区、频点、测量类型等。

RRC_CONN_RECFG_CMP:此时该消息携带的是测量控制完成消息，用于指示eNB，UE 已经收到并完成了测量配置。

站间切换
站间切换，源侧、目标侧小区分别属于不同的基站，因此，在进行站间切换时，两个站
点之间需要进行信息交互。

如果俩基站之间配置了X2口，并且传输正常，站间切换采用
X2切换，即源侧、目标侧小区所属的站点通过X2口进行切换信令的交互；如果没有配置
X2，或者X2传输异常，（如果X2口传输异常，但是信令流程显示X2口正常时，将不会转由采用S1切换），则站间切换采用S1切换，即源侧、目标侧小区所属的站点通过S1口进行切换信令的交互。

X2切换
如果俩基站之间配置了X2口，并且传输正常，站间切换采用X2切换，即源侧、目标侧小区所属的站点通过X2口进行切换信令的交互；如果没有配置X2，或者X2传输异常，（如果X2口传输异常，但是信令流程显示X2口正常时，将不会转由采用S1切换），则站间切换采用S1切换，即源侧、目标侧小区所属的站点通过S1口进行切换信令的交互。

源侧小区所属站点M2000信令跟踪可以看到：
目标侧小区所属站点M2000信令跟踪可以看到：
流程示意图如下：
切换流程简介
1．当UE位于切换区，满足A3事件后，向服务小区上报测量报告；
2．源小区下发切换命令，挂起PDCP，此时源小区停止向UE下发数据，下行数传中断；并开始向目标小区转发数据；
3．UE收到切换命令后，指示RLC重建，同时指示MAC进行随机接入到目标小区；4．UE MAC等待基带回复同步指示之后，发送preamble（msg1）；
5．目标侧回RAR（msg2）；
6．UE MAC向L3返回随机接入完成（RA_CFN），同时指示目标侧发送切换完成（msg3）以及UE状态报告；
7．目标侧收到msg3和UE状态报告以后，向UE发送下行数据，下行数传恢复（PDCP恢复是根据SN_STATUS_TRANSFER中的HFN和SN来恢复数传的）。

S1切换
若出现以下情况，则需要通过S1接口完成切换：
1.. 当源eNB和目标eNB之间没有X2接口，或者X2接口阻塞/故障；
2. 当跨MME切换时，通过S1接口向目标小区切换；
源侧小区所属站点M2000信令跟踪可以看到：
目标侧小区所属站点LMT信令跟踪可以看到：
流程示意图如下：
ANR打开时的切换
在没有配置邻区关系时，打开ANR同样可以进行切换。

UE上报切换测量报告以后，源小区如果发现没有目标小区的邻区关系，会给UE下发一条重配置消息（CGI读取），让UE去读取目标小区的系统消息，获取CGI信息；UE读取系统后，通过重配置完成消息将获取的目标小区CGI信息上报给源小区；源侧就可以正常下发切换命令了。

打开ANR时，切换相关的X2、S1消息与关闭ANR时的相同。

协议36.300中ANR流程示意图：
注1：在配置了M2000和X2接口时并不会有UE去读取目标小区的CGI这一过程，而是像普通切换一样发送测量报告后就收到切换命令进行切换。

切换测量及参数介绍–A3
同频切换通过事件A3触发，且事件上报方式采用事件转周期的上报方式。

事件A3的触发，即邻区质量高于服务小区一定偏置值。

参照3GPP协议36.331规定事件
A3的判决公式。

触发条件：Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off
取消条件：Mn+Ofn+Ocn+Hys<Ms+Ofs+Ocs+Off
公式中的变量有如下定义：
Mn是邻区测量结果。

Ofn是邻区频率的特定频率偏置，采用默认值0，同频切换可以不考虑。

Ocn是邻区的特定小区偏置，由参数CellIndividualOffset决定。

当该值不为零，此参数
在测量控制消息中下发；否则当该值为零时不下发，该参数较多地用于提前切换或推迟切换。

Ms是服务小区的测量结果。

Ofs是服务小区的特定频率偏置，采用默认值0，同频切换可以不考虑。

Ocs是服务小区的特定小区偏置，该值通常为零。

Hys是事件A3迟滞参数，由参数IntraFreqHoA3Hyst决定，在测量控制消息中下发。

Off是事件A3偏置参数，由参数IntraFreqHoA3Offset决定。

该参数针对事件A3设置，用于调节切换的难易程度，该值与测量值相加用于事件触发和取消的评估。

此参数在测量控制消息的测量对象中下发，可取正值或负值，当取正值时，此时增加事件触发的难度，延缓切换；当取负值时，此时降低事件触发的难度，提前进行切换。

用于事件A3评估判决的Mn和Ms测量量类型，由参数IntraFreqHoA3TrigQuan决定，该值由3GPP协议36.331规定在测量控制中的报告配置中给出，可选类型为RSRP或RSRQ，默认为RSRP。

对于同频切换，服务小区和邻区使用相同的频点，则Ofn和Ofs均为0，服务小区的特定小区偏置，一般情况下都为0，所以A3事件的触发条件可以简化为：
Mn +Ocn-Hys>Ms +Off
事件A3触发机制原理如下图所示，当事件A3在延迟触发时间TimeToTrig内都满足触发条件，则UE对事件A3进行事件转周期的上报；
A3触发机制图示
相关命令：
LST INTRAFREQHOGROUP （A3事件参数）
异频切换算法介绍-A1、A2、A4
异频切换实现LTE系统中不同频点的小区间切换过程。

在同一个网络，不同的区域可能使用不同的频点，因此eNodeB需要在系统内支持不同频点间的切换。

当服务小区存在异频邻区时：
基于覆盖的异频测量由UE触发。

UE离开服务小区的覆盖范围，到达异频邻区的覆盖范围时，UE测量到服务小区信号质量小于一定门限将触发基于覆盖的异频测量。

基于负载的异频测量由eNodeB 触发。

当服务小区负载达到异频负载平衡门限时，eNodeB将根据UE的频点支持能力、ARP（Allocation and Retention Priority）以及占用资源情况选择一定数量的UE进行异频测量。

在异频测量过程中，UE发现邻区信号质量大于一定门限时（基于覆盖与基于负载的异
频切换门限由不同参数决定），将触发相应的异频切换。

测量报告上报
现象
在部分小区中可以看到以5s为周期，上报MR。

MR中的内容有的只有服务小区的RSRP和RSRQ信息，如下图：
有的包含部分邻区的RSRP和RSRQ信息，有可能邻区的信号比服务小区的信号还要弱，不满足A3事件上报的门限，如下图：。

分析
查看此前的测量重配消息，可以发现一般有两次测量的重配。

第一次重配中上报机制是A3事件触发。

根据配置，当A3事件触发后，开始变为周期上报，上报周期为240ms，上报次数为无数次。

A3事件上报的measID为1.
第二次测量重配内容为周期性上报，上报内容为最强邻区，上报周期为5120ms，上报次数为64次。

周期上报的测量ID为2
而从终端上报MR的measID来看，此时上报的MR是第二次测量重配的MR，即周期上报最强邻区。

由于MeasID不一样，这种MR不是A3事件，故网络不必进行切换处理。