LTE 空中接口物理层过程浅析
如何通俗易懂又有深度的理解LTE物理层？
如何通俗易懂又有深度的理解LTE物理层？1.机制的来源 ---- 哲学1. 想出来的，协议或规定，特别是‘恰当（中庸的思想），极端就是毁灭. 就像TDD没有沿用3G的上下行随便配置的方法，但也不能只有一种配置，这样太死板，所以折中之后提取出了七种比较有意义的帧结构模型。
2. 具体问题具体分析。
不能生搬硬套，要根据具体的情况订出具体的策略。
后面介绍每种信道的时候就能看出来，每种信道的处理几乎都不一样，没有一种完全统一的方式。
3. 就像数学推论一样，当问一个为什么，不断问下去的时候？最后要不是规定或者设计思想；就要不是‘公理，定理’，根本没法证明。
4. 任何事情都没有完美的，有利有弊，只是看你有没有发现而已。
5. 配置出来的6. 潜规则，这是一种规则但并没有显示表示（在代码中也有同样的。
由于潜规则不容易发现而且难于理解，最好少用）注：也许这些看起来比较空洞，但当你看完了后面的信道实现再反过来看的时候，就能很好的感觉这些思想的意义了。
2.后面讨论的一些限制●只涉及TDD-LTE，TDD比较复杂些，想清楚了它,FDD自然也好理解●只涉及子载波是15kz的情况●只讨论‘一个时隙有7个symbol的情况’，也就是normal循环前缀（Normal cyclic prefix）的情况。
不讨论Extended cyclic prefix的情况●不讨论半静态调度，也许偶尔会涉及到●不讨论MIMO的情况●看的都是860的协议，分别是36211-860,36212-860,36213-860注：调制之后也产生符号，而一个资源块RB也是时域上也是有符号的概念。
所以为了两者区别，‘调制符号’就是指‘调制之后也产生符号’；而正常的‘符号’就是指‘时域的符号’的概念。
3.LTE整体理解3.1 生活交流就是LTE ----设计思想让我们从生活的角度来简单理解下‘通讯’，自己想出来的，有些也可能不太准确，只是想表达一种意思。
假设eNodeb，UE都是人，是一个enodeb同时和多个UE进行交流。
LTE 物理层解析
Extended cyclic prefix DwPTS GP UpPTS
0
3
10
3
8
“D”代表此子帧用于 下行传输，“U” 代表
此子帧用于上行传输， “S”是由DwPTS、GP 和UpPTS组成的特殊 子帧。
1
9
4
8
3 1 OFDM
2
10
3
1 OFDM symbols
9
2 symbols
3
11
2
10
LTE物理信道
下行物理信道
信道类型 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel ) PBCH (Physical Broadcast Channel)
功能 承载下行业务数据 承载广播信息
下行Unicast/MBSFN子帧，控制区 域与数据区域进行时分；
下行MBSFN专用载波子帧中不存在 控制区域，即控制区域OFDM符号数 目为0；
上行常规子帧中控制区域与数据区域 进行频分
控制区域
数据区域
下行Unicast/MBSFN子帧
控制区域与数据区域进行 时分
控制区域OFDM符号数目可 配置
PHY
逻辑信道和传输信道的映射功能 HARQ 传输格式选择 UE内部逻辑信道之间优先级调度功能 UE间根据优先级动态调度功能
S1接口
协议栈
用户平面接口位于E-NodeB 和S-GW之间，传输网络层 建立在IP传输之上， UDP/IP之上的GTP-U用来 携带用户平面的PDU。
S1控制平面接口位于ENodeB和MME之间，传输 网络层是利用IP传输，这点 类似于用户平面；为了可靠 的传输信令消息，在IP曾之 上添加了SCTP；应用层的 信令协议为S1-AP。
lte物理层处理流程
lte物理层处理流程LTE（Long Term Evolution）是一种无线通信技术，它的物理层处理流程是实现无线信号的传输和接收。
本文将从物理层处理流程的角度，详细介绍LTE系统是如何处理数据的。
LTE物理层处理流程主要包括信道编码、调制和解调、信道复用和解复用、多天线技术以及功率控制等环节。
LTE系统对要传输的数据进行信道编码。
信道编码的目的是为了提高信道的可靠性和传输效率。
在信道编码过程中，数据被划分为一定的块，并添加纠错码，以便在传输过程中能够纠正误码。
纠错码的添加可以提高传输的可靠性，保证数据的完整性。
接下来，经过信道编码的数据被调制。
调制的目的是将数字信号转换为模拟信号，以便在无线信道中传输。
LTE系统采用的调制方式是正交频分复用（OFDM），它将数据分成多个子载波进行传输，提高了信道的利用率和抗干扰能力。
在调制完成后，LTE系统对信号进行解调。
解调的过程是调制的逆过程，将接收到的模拟信号转换为数字信号。
解调后的信号被送入解码器进行纠错，以还原原始数据。
解调和解码的过程是为了消除传输过程中的干扰和误差，确保数据的可靠性。
LTE系统还需要进行信道复用和解复用的操作。
信道复用是指将多个用户的数据进行合理分配，使它们能够在同一时隙中传输。
信道解复用则是将接收到的多路信号进行分离，恢复出原始的用户数据。
信道复用和解复用的过程是为了提高系统的容量和效率，使多个用户能够同时进行通信。
LTE系统还采用了多天线技术，包括发射端的空间多址技术和接收端的空间分集技术。
发射端的空间多址技术利用多个天线同时发送信号，提高了信号的传输速率和可靠性。
接收端的空间分集技术则利用多个天线接收信号，通过对多个接收信号进行合理的处理，提高了信号的抗干扰能力和覆盖范围。
LTE系统还需要进行功率控制，即根据信道的质量和用户的需求，调整发射功率，以达到最佳的传输效果。
功率控制的目的是提高系统的能效，减少干扰和功耗。
LTE物理层处理流程主要包括信道编码、调制和解调、信道复用和解复用、多天线技术以及功率控制等环节。
LTE物理层空中接口
通过本节的学习，我们将了解到
` LTE时频资源是如何组织，与码分系统相比，具有什么特点 ` LTE-FDD与LTE-TDD的帧结构是怎样的 ` 下行控制信道如何设计
` 下行共享信道如何设计
` 上行控制信道如何设计
` 上行共享信道如何设计
LTE时频资源
` RE(Reosurce Element), LTE最小的资源 ` REG(RE Group), 将4个RE组合在一起，作为更大的粒度 ` RB(Resource Block), 12subcarrier*1slot，是LTE基本调度单元 ` RB Pair，在一个TTI中两个时间上连续的，频率相同的RB
` MCS的选择由调度器根据信道质量（对应到具体的RB上）决定
CCE（Control Channel Element）
` 所谓CCE，是PDCCH时频资源的一种组织方式，CCE在PDCCH时频资源上 的物理分布是离散的，CCE编号将这些物理上离散的资源（REGs）标识起来
` CCE用于承载DCI
` 1CCE=9 REGs =36 REs ` LTE定义一个DCI使用1、2、4、8个CCE来传输，称作Aggregation Level，
物理层帧结构 – Type 1(FDD)
1 frame = 10 ms 1 frame = 10 subframe 1 subframe = 2 slot(0.5ms) Maximum FFT size (20 MHz Bandwidth) = 2048(110x12=1320
subcarrier used) Subcarrier spacing = 15 kHz Subcarrier Bandwidth 2048x15kHz = 30.72 MHz
第七课：LTE空中接口分层详解
第七课：LTE空中接口分层详解前面一课我们了解到，LTE空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指控制平面和用户平面。
从用户平面看，主要包括物理层、MAC 层、RLC层、PDCP层，从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC层，NAS层。
下面我们分别对这些分层进行详解。
一、MAC 媒体接入控制层1. MAC层功能概述不同于UMTS，MAC子层只有一个MAC实体，包括传输调度功能、MBMS功能、MAC控制功能、UE级别功能以及传输块生成等功能块。
MAC层结构如图1图1 MAC层结构图MAC层的各个子功能块提供以下的功能：（1） 实现逻辑信道到传输信道的映射；（2） 来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元（SDU）的复用和解复用；（3） 上行调度信息上报，包括终端待发送数据量信息和上行功率余量信息。
基于HARQ机制的错误纠正功能；（4） 通过HARO机制进行纠错；（5） 同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理；（6） 通过动态调度进行UE之间的优先级管理；（7） 传输格式的选择，通过物理层上报的测量信息，用户能力等，选择相应的传输格式（包括调制方式和编码速率等），从而达到最有效的资源利用；（8） MBMS业务识别；（9） 填充功能，即当实际传输数据量不能填满整个授权的数据块大小时使用。
各功能与位置和链路方向的对应关系如图2所示。
图2 MAC功能与位置和链路方向的关系2. MAC层关键过程1. 调度与UMTS不同，LTE完全取消了专用信道，并引入了共享信道的概念。
在不同UE不同逻辑信道之间划分共享信道资源的功能成为调度。
早期的很多接入系统每个用户的业务都有专门的信道，虽然到了HSPA时已经有共享信道的概念，但是主要还是针对数据业务。
LTE的几乎所有的应用与业务都是使用共享信道，由于各个业务与应用的对服务质量（QoS）的要求是不同的，如何为具有不同带宽要求、不同时延保障、不同QOS等级的各种业务合理地分配资源，在满足业务需求的基础上，提高网络的总体吞吐量和频谱效率，是分组调度的核心任务。
LTE网络空中接口物理层PDSCH信道检测技术研究
图1 LTE空中接口监测仪物理层分析模块
34
46ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD2016.8
图2 LTE空中接口监测仪信道估计框图
均衡，信道解调等模块。
通过时间、频率同步过程消除LTE信号
把长度为N p的镜像映射为
，n∈0,1,
将信号的能量集中在低频区域中
同时抑制了信道有效部分以外的所有噪声项
包含非小区专属参考信号位置
得到频域所有子载波位置的冲击响应后，利用
其中，0<V<T m，T m为PDSCH信道实际数据个数
，P为基
图3 PDSCH信道承载信令分析
置按照3GPP TS36.211协议[4]映射得到PDSCH信道实际占用的
PRB位置。
3 结束语
if (1)
LTE空中接口物理层分析模块是
if (2)
其中，N RB为LTE下行带宽RB数。
第七课：LTE物理层信道概述与过程
第七课：LTE物理层信道概述与过程双工方式是传输的一种方式，相对而言有单工方式，半双工，全双工。
数据可以同时在两个方向上进行传输。
根据载体的不同又分为FF和TDD，我们一起来看看定义。
讲到这里给大家讲讲4G的发展史，在3G里面我们有三大标准，TD-SCDMA以TDD为主，W以FDD为主，LTE的发展目标就是两网融合，并且转向全IP,实现网络的平滑升级。
就针对这两种方式设计出两套针结构方案。
LTE使用天线端口来区分空间上的资源。
天线端口是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。
天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系。
由于目前LTE上行仅支持单射频链路的传输，不需要区分空间上的资源，所以上行还没有引入天线端口的概念。
目前LTE下行定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号0~5。
lRB为transportblock，一个RB包含12个子载波，20M带宽为100个RB，1200个子载波。
最小值是6个RB，最大值是110个RB，但是去掉保护频带，实际可用的应该是100RB。
100个RB既要给业务也要给控制,还要给RS。
LTE中RB为承载业务信息的最小的资源调度单位。
RB对是两个RB，时域占用一个子帧。
一个子帧里两个时隙的频域占用可以不一样。
REG的定义：REG用于控制信道至物理资源的映射。
每个REG由4个可分配的频域连续（子载波连续）的RE 构成，这4个RE位于同一个OFDM 符号。
REG为PHICHPCFICH设计CCE为PDCCH设计它沿用了UMTS系统一直都采用的10MS无线帧的长度，LTE在数据传输延时方面提出了更高的要求并且在调度方面要求更加灵活，小于5MS，所以要采用更加小的时隙传输间隔，以前的是5MS，但是太小了，大家想想会带来什么问题，是不是调度时需要的信令开销更大了，所以权衡下，最后就设计出了下面的FDD帧结构模型。
在每一个0.5MS时隙结构中，有数据符号和CP组成，针对不同的CP，OFDM符号数也不同，用常规CP，每个时隙的符号数为7个，扩展CP每个时隙为6个，这样一种帧结构，每个控制信道应该是占用每个时隙中的几个字符，数量级要更加小一些，具体的分配在后面我们要讲到。
LTE下行物理信道处理过程
LTE下行物理信道处理过程1.物理层的基本概念1.1LTE系统帧结构在空中接口上，LTE系统定义了无线侦来进行信号的传输，1个无线帧的长度为10m。
LTE支持两种帧结构FDD和TDD。
在FDD帧结构中，一个长度为10m的无线帧由10个长度为1m的子帧构成，每个子帧由两个长度为0.5m的时隙构成。
基本时间单位在TDD帧结构中，一个长度为10m的无线帧由2个长度为5m的半帧构成，每个半帧由5个长度为1m的子帧构成，其中包括4个普通子帧和1个特殊子帧。
普通子帧由两个0.5m的时隙组成，而特殊子帧由3个特殊时隙（DwPTS、GP和UpPTS）组成。
1.2LTE下行时隙结构和物理资源LTE系统中的物理资源均被分配到物理资源网格中传输，也就是说在每个lot中传输的信号由一个资源网格描述。
一个资源网格是由块（PhyicalReourceBlock，记为RB）组成，而每个RB又由元素（reourceelement，记为RE）构成。
一个RB在时域上包含符号,在频域上包含个下行物理资源个资源个OFDM个子载波。
RE是资源网的基本单位，一个资源网包含个资源元。
在一个lot中资源元素由索引对（k,l）唯一定义，其中k=0,…,-1，l=0,…,-1分别为频域和时域的索引。
LTE下行资源网格图具体如图由图可知，一个资源网格由频域索引坐标上标上个OFDM符号交错分割而成。
其中，个子载波和时域索引坐是RB个数，它由下行传输带宽决定，为每RB分配的子载波个数，1个RB在频域上对应12个子载波，和的个数由子载波间隔为15kHZ，180KHz=15KHz某12(normalCP)。
CP（CyclicPrefi某，CP）类型和子载波间隔决定。
物理资源块参数与CP长度关系如表所示子载波间隔15KHz15KHz7.5KHzOFDM符号数(一个时隙)763RB占用子载波数121224RB对应的RE数847272常规CP扩展CP1.3资源元素组物理资源元素组（Reource-elementGroup，记为REG）是用来定义控制信道到资源元素的映射的。
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LTE 空中接口物理层过程浅析
(2009-09-10 10:38:10)
1 概述
LTE是3GPP在2005年启动的新一代无线系统研究项目。
LTE采用了基于OFDM技术的空中接口设计，目标是构建出高速率、低时延、分组优化的无线接入系统，提供更高的数据速率和频谱利用率。
整个系统由核心网络（EPC）、无线网络（E-UTRAN）和用户设备（UE）3部分组成，见上图。
其中EPC负责核心网部分；E-UTRAN（LTE）负责接入网部分，由eNode B节点组成；UE指用户终端设备。
系统支持FDD和TDD两种双工方式，并对传统UMTS网络架构进行了优化，其中LTE仅包含eNode B，不再有RNC；EPC也做了较大的简化。
这使得整个系统呈现扁平化特性。
系统的扁平化设计使得接口也得到简化。
其中eNode B与EPC通过S1接口连接；eNode B之间通过X2接口连接；eNode B与UE 通过Uu接口连接。
2 物理层过程
本文重点讨论LTE空中接口物理层的一些主要过程。
2.1 下行物理层过程
2.1.1 小区搜索过程
UE使用小区搜索过程识别并获得小区下行同步，从而可以读取小区广播信息。
此过程在初始接入和切换中都会用到。
为了简化小区搜索过程，同步信道总是占用可用频谱的中间63个子载波。
不论小区分配了多少带宽，UE 只需处理这63个子载波。
UE通过获取三个物理信号完成小区搜索。
这三个信号是P-SCH信号、S-SCH信号和下行参考信号（导频）。
一个同步信道由一个P-SCH信号和一个S-SCH信号组成。
同步信道每个帧发送两次。
规范定义了3个P-SCH信号，使用长度为62的频域Zadoff-Chu序列。
每个P-SCH信号与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识对应。
S-SCH信号有168种组合，与168个物理层小区标识组对应。
故在获得了P-SCH和S-SCH信号后UE可以确定当前小区标识。
下行参考信号用于更精确的时间同步和频率同步。
完成小区搜索后UE可获得时间/频率同步，小区ID识别，CP长度检测。
2.1.2 下行功率控制
下行功率控制适用于数据信道（PDSCH）和控制信道（PBCH、PDCCH、PCFICH和PHICH）。
2.1.2.1 eNodeB RNTP 限制
系统通过定义"RNTP (Relative Narrowband TX Power) "来支持可能进行的下行功率协调，该消息通过X2接口在基站间交换。
- nPRB PRB 数目
- EA：不包含参考符号的OFDM符号中的数据子载波的发射功率
- EB：包含参考符号的OFDM符号中的数据子载波的发射功率
2.1.3 寻呼 - 物理层面
寻呼用于网络发起的呼叫建立过程。
有效的寻呼过程可以允许UE在多数时间处于休眠状态，只在预定时间醒来监听网络的寻呼信息。
在WCDMA 中，UE 在预定时刻监听物理层寻呼指示信道（PICH） ，此信道指示UE是否去接收寻呼信息。
因为寻呼指示信息时长比寻呼信息时长短得多，这种方法可以延长UE休眠的时间。
在LTE中寻呼依靠PDCCH。
UE依照特定的DRX周期在预定时刻监听PDCCH。
因为PDCCH传输时间很短，引入PICH节省的能量很有限，所以LTE中没有使用物理层寻呼指示信道。
如果在PDCCH 上检测到自己的寻呼组标识，UE 将解读PDSCH并将解码的数据通过寻呼传输信道（PCH）传到MAC层。
PCH 传输块中包含被寻呼的UE的标识。
未在PCH上找到自己标识的UE 会丢弃这个信息并依照DRX周期进入休眠。
2.2 上行物理层过程
2.2.1 随机接入过程
层一的随机接入过程包括随机接入preamble 的发送和随机接入响应。
其余的消息不属于层一的随机接入过程。
2.2.1.1 物理非同步随机接入过程
层一的随机接入过程包括如下步骤：
1. 高层的 preamble 发送请求触发L1随机接入过程；
2. 随机接入所需的 preamble index，目标 preamble 接收功率(PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER)，相应的 RA-RNTI 和 PRACH 资源作为请求的一部分由高层指示；
4.UE 尝试在高层定义的接受窗口内使用 RA-RNTI 检测 PDCCH。
如果检测到，相应的 PDSCH 传输块被传输到高层。
高层解读传输块并使用 20 比特 UL-SCH grant指示物理层。
2.2.1.2 随机接入响应准许
高层使用20 比特 UL-SCH grant指示物理层，这被称为物理层随机接入响应准许。
20 比特 UL-SCH grant 的内容包括：
- 跳频标识 - 1 bit
- 固定尺寸RB指派 - 10 bits
- 截短的MCS - 4 bits
- PUSCH 的TPC 命令 - 3 bits
- UL 迟延 - 1 bit
- CQI 请求 - 1 bit
2.2.2 CQI/PMI/RI的报告
UE 用来报告CQI（Channel Quality Indication）、PMI （Precoding Matrix Indicator）和 RI（Rank Indication）的时频资源由eNB 控制。
报告方式有周期性和非周期性两种。
UE可以使用PUCCH进行周期性报告，使用PUSCH进行非周期性报告。
CQI或PMI的最小计算和反馈单位为subband（约为2～8个RB，若系统带宽小于8个RB，不定义Subband），见表2.2.2-1。
CQI的计算与报告分为wideband CQI、UE selected（subband CQI）和High layer configured（subband CQI）三种。
基站根据终端反馈的CQI 和预测算法，选择数据传输的MCS，见表2.2.2.-2。
对于空间复用，UE 需要确定一个RI 值，对应有效的传输层数。
对于发射分集，RI等于一。
2.2.3 上行功率控制
上行功率控制用来控制不同上行物理信道的发射功率。
这些物理信道包括物理上行共享信道（PUSCH）、物理上行控制信道（PUCCH）和Sounding参考符号。
2.2.
3.1 物理上行共享信道
物理上行共享信道PUSCH在子帧 i的发送功率由下式确定：
2.2.
3.2 物理上行控制信道
物理上行控制信道PUCCH在子帧 i的发射功率由下式确定：
2.2.
3.3 Sounding参考符号
Sounding参考符号在子帧 i的发射功率由下式确定：
2.2.4 UE PUSCH跳频
如果PDCCH （DCI 格式 0）中的FH域设置为1，UE 会进行PUSCH跳频。
PUSCH跳频意味着一个子帧中的两个时隙上行传输所用的物理资源不占用相同的频段。
进行PUSCH跳频的UE需要确定它的子帧的第一个时隙的PUSCH资源分配，其中包含PRB索引号。
- 当上行PUSCH hopping关闭，或者通过UL grant实现hopping时，PUSCH PRB索引号等于UL grant中分配的索引号；
- 当上行hooping开启时，PUSCH PRB索引号由UL grant中分配的索引号和一个预定义的、与cell ID相关的hopping pattern来共同决定。
2.3 Semi-Persistent调度
LTE中的动态调度提供了很大的灵活性但同时也产生了较高的信令负荷。
对于较规则的低速业务，这种信令开销尤为明显。
为了降低此类业务的信令负荷，3GPP定义了一个新的概念：semi-persistent 调度。
这种调度概念的思想是对于较规则的低速业务（例如VoIP），对较长时间内的资源使用进行分配，而无需每次传输时都进行动态分配，以节省信令开销。
所有HARQ 重传使用动态调度。
图2.3-1 显示了semi-persistent 调度的概念和HARQ 重传。
下行方向规范允许基于盲检测的semi-persistent 调度，即事先预配置少数几种格式（编码、调制和物理资源的组合），在配置的子帧中可以使用任何预配置的格式。
UE 需要进行盲检测来确定子帧中使用的是哪一个预配置的格式。
但上行方向规范只允许一个格式，即不允许盲检测。
(赵 铁 爱立信（中国）通信有限公司)。