03-LTE理论培训-LTE物理层
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学习笔记：物理层过程 二
转LTE学习笔记：物理层过程二2019年06月05日10:37:14 Zimri阅读数476.测量过程物理层的测量过程一般是由高层配置和控制的，物理层只是提供测量的能力而已。
根据测量性质的不同，测量可分为同频测量、异频测量、异系统测量；根据测量的物理量不同，可分为电平大小测量、信道质量测量、负荷大小测量等。
根据测量报告的汇报方式，可分为周期性测量、事件测量等。
协议中一般根据测量的位置不同，将测量分为UE侧的测量、eUTRAN侧的测量。
6.1 手机侧测量UE侧的测量有连接状态的测量和空闲状态的测量。
手机处于连接状态的时候，eUTRAN给UE发送RRC连接重配置消息，这个消息相当于eUTRAN对UE进行测量控制命令。
这个命令包括：要求UE进行的测量类型及ID，建立、修改、还是释放一个测量的命令，测量对象、测量数量、测量报告的数量和触发报告的方式（周期性报告、事件性汇报）等。
手机处于空闲状态的时候，eUTRAN的测量控制命令是用系统消息（System Information）广播给UE的。
UE侧测量的参考位置是在UE的天线连接口处。
UE可以测量的物理量包括：RSRP（Reference Signal Received Power，参考信号接收电平）：一定频带内，特定小区参考信号RS的多个RE的有用信号的平均接收功率（同一个RB内的RE平均功率）。
RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示）：系统在一定频带内，数个RB内的OFDM符号的总接收功率的平均值，包含有用信号、循环前缀干扰、噪声在内的所有功率。
eUTRAN内的RSSI主要用于干扰测量。
RSRQ（Reference Signal Received Quality，参考信号接收质量）：是一种信噪比，即RSRP 和RSSI的比值RSRP一般是单个RB的功率，RSSI可能是N个RB的功率，所以RSRQ=（N*RSRP）/RSSI。
LTE物理层是如何工作的(必读)
LTE工作过程一、LTE开机及工作过程如下图所示：二、小区搜索及同步过程整个小区搜索及同步过程的示意图及流程图如下：1)UE开机，在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收信号（PSS），以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区，如果UE保存了上次关机时的频点和运营商信息，则开机后会先在上次驻留的小区上尝试；如果没有，就要在划分给LTE系统的频带范围内做全频段扫描，发现信号较强的频点去尝试；2)然后在这个中心频点周围收PSS（主同步信号），它占用了中心频带的6RB，因此可以兼容所有的系统带宽，信号以5ms为周期重复，在子帧#0发送，并且是ZC序列，具有很强的相关性，因此可以直接检测并接收到，据此可以得到小区组里小区ID，同时确定5ms的时隙边界，同时通过检查这个信号就可以知道循环前缀的长度以及采用的是FDD还是TDD（因为TDD的PSS是放在特殊子帧里面，位置有所不同，基于此来做判断）由于它是5ms 重复，因为在这一步它还无法获得帧同步；3)5ms时隙同步后，在PSS基础上向前搜索SSS，SSS由两个端随机序列组成，前后半帧的映射正好相反，因此只要接收到两个SSS就可以确定10ms的边界，达到了帧同步的目的。
由于SSS信号携带了小区组ID，跟PSS结合就可以获得物理层ID（CELL ID），这样就可以进一步得到下行参考信号的结构信息。
4)在获得帧同步以后就可以读取PBCH了，通过上面两步获得了下行参考信号结构，通过解调参考信号可以进一步的精确时隙与频率同步，同时可以为解调PBCH做信道估计了。
PBCH在子帧#0的slot #1上发送，就是紧靠PSS，通过解调PBCH，可以得到系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置以及天线配置。
系统帧号以及天线数设计相对比较巧妙: SFN（系统帧数）位长为10bit，也就是取值从0-1023循环。
在PBCH的MIB（master information block）广播中只广播前8位，剩下的两位根据该帧在PBCH 40ms周期窗口的位置确定，第一个10ms帧为00，第二帧为01，第三帧为10，第四帧为11。
LTE PHY
1.关于物理层的基础知识1.1物理层位于OSI参考模型的最底层，却是整个开放系统的基础。
物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
它直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即通信通道），物理层的传输单位为比特（bit），即一个二进制位（―0‖或―1‖）。
实际的比特传输必须依赖于传输设备和物理媒体，但是，物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理媒体，而是指在物理媒体之上为上一层（数据链路层）提供一个传输原始比特流的物理连接。
1.2⑴为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而成.一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接.所谓激活,就是不管有多少物理媒体参与,都要在通信的两个数据终端设备间连接起来,形成一条通路.⑵传输数据.物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务.一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信道上的拥塞.传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行,半双工或全双工，同步或异步传输的需要.⑶完成物理层的一些管理工作.1.3物理层必须解决好与比特流的物理传输有关的一系列问题，包括：传输介质、信号类型、数据与信号之间的转换、信号传输中的衰减和噪声、设备之间的物理接口等。
2.LTE PHY概述2.13GPP长期演进技术（LTE）是移动技术的一个重大进步。
LTE旨在满足运营商对高速数据和媒体传送以及高容量语音支持的需求，以帮助它们在下一个十年中赢得商机。
它包含高速数据、多媒本单播和多媒体广播业务。
LTE PHY是在增强型基站（eNodeB）和多动用户设备之间承载数据和控制信息的一种高效的手段。
LTE PHY采用了一些对移动应用来说非常先进的技术。
这些技术包括正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）数据传输。
LTE物理层培训--OFDM基本原理
5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30
ai s(t i )
i 0
L 1
R( f ) ai S ( f ) exp( j 2f i )
i 0
L 1
S ( f ) ai exp( j 2f i )
i 0
L 1
0
100
200
300 Frequency
发送信号表达式：
X (t ) (an cos nt bn sin nt )
n 0 N 1
在接收端对其进行相关解调时，下面的式子可以保证子载波之 间的正交性：
1 Ts 1 Ts
T0 Ts
T0 T0 Ts
cos(2f i t ) sin(2f j t )dt 0, i, j cos(2f i t ) cos(2f j t )dt 0, i j
OFDM关键技术 OFDM的变形技术：DFT-S-OFDM OFDMA
OFDM技术的优点
频谱利用率高 抗多径干扰 抗频率选择性衰落 信道估计与均衡实现简单
OFDM系统的频谱利用率高
下图给出了单载波和正交多载波系统的频谱示意图，由于OFDM系统中 只预留少部分保护子载波，不象传统的多载波系统那样需要较大的保护 频带，因而频谱利用率有一定程度的提高
如果在每个 OFDM符号前面或后面插入一个保护间隔，则可以 进一步降低多径延迟所引起的符号间干扰，当保护间隔的长度 大于最大多径时延时，可以完全避免符号间干扰
GI和CP的区别
每个OFDM符号前所加的保护间隔可以有两种不同的形式：一 种是不发射信号的Guard Interval；另一种是将OFDM符号周期 内的后面一部分拷贝到前面去，形成循环前缀Cyclic Prefix
LTE物理层关键技术及物理层传输方案汇总
LTE物理层关键技术及物理层传输方案汇总LTE（Long Term Evolution）是一种高速无线通信技术，它的物理层关键技术和传输方案为实现高速的无线通信提供了支持。
1. MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术：MIMO技术是LTE物理层的核心技术之一，它利用多个天线在发送和接收端同时传输和接收多个数据流，从而提高了系统的容量和数据传输速率。
LTE中使用了2x2 MIMO或4x4 MIMO技术，分别表示在发送和接收端使用2个或4个天线。
2. OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术：OFDM技术是LTE物理层的另一个重要技术，它将频域上的数据划分为多个子载波，每个子载波上都可以传输不同的数据。
这种分频复用的方式可以提高频谱效率和抗干扰能力。
3. RB（Resource Block）分配：在LTE中，物理资源被划分为一组资源块，每个资源块占据12个子载波和一个时隙。
RB分配是根据用户的需求和系统的负载情况进行动态分配，以最大化系统资源的利用效率。
4. HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）技术：HARQ技术是一种自动重传技术，用于提高数据传输的可靠性。
当接收端收到有错误的数据时，它可以向发送端发送一个重传请求，从而实现数据的可靠传输。
5. CQI（Channel Quality Indicator）反馈：CQI反馈是在LTE中用于评估信道质量的指标，它通过接收端测量信道的质量，并将评估结果发送给发送端。
根据CQI反馈，发送端可以选择适当的调制和编码方案，以最大化数据传输速率和系统容量。
6. TDD（Time Division Duplexing）和FDD（Frequency Division Duplexing）：TDD和FDD是两种不同的LTE物理层传输方案。
LTE网络优化-物理层
优先级配置单位是频点，相同载频的不同小区具有相同的优先级；
合理设置该参数，可均衡网络负荷、提升资源利用率，保障UE信号质量。
小区重选
• 重选启动准则
重选优先级高于服务小区的载频，UE始终对其测量； 重选优先级等于或者低于服务小区的载频：
• • 同频： 当服务小区Srxlev > Sintrasearch时，UE可以不进行同频测量； 当服务小区Srxlev <= Sintrasearch或系统消息中Sintrasearch未出现时 ，UE必须进行同 频测量。
且保持一段时间(Treselection-EUTRA)。
小区重选
• 小区重选判决
小区重选
• 小区重选判决
准则2：同频小区及同优先级异频小区重选判决准则
UE在当前小区驻留超过1s； 邻小区Srx,neighbourcell>0； 满足R准则； 且保持一段时间(Treselection)。
小区重选
• 小区重选判决
准则2：同频小区及同优先级异频小区重选判决准则 R准则：
Rn > Rs 其中， Rs = Qmeas,s + Qhyst； Rn = Qmeas,t – Qoffset；
Qoffset = Qoffsets,n + Qoffsetfrequency 。
小区重选
• 小区重选判决
课程内容
特殊子帧由DwPTS、GP、UpPTS时隙构成 TDD帧结构支持5ms和10ms两种上下行转换点周期
物理层概述
• 物理层的资源
无线帧 子帧 时隙 子载波 OFDM符号
协议规定，通常情况下子载波间隔15khz，Normal CP(Cyclic Prefix)情况下，每个子载波一个 slot有7个symbol；Extend CP情况下，每个子载波一个slot有6个symbol。上图给出的是常规 CP情况下的时频结构，从竖的的来看，每一个方格对应就是频率上一个子载波。 RB(Resource Block)：频率上连续12个子载波，时域上一个slot，称为1个RB。如下图左侧橙 色框内就是一个RB。根据一个子载波带宽是15k可以得出1个RB的带宽为180kHz。 RE(Resource Element)：频率上一个子载波及时域上一个symbol，称为一个RE，如上图所示。 REG（Resource Element Group）：一个REG包括4个连续未被占用的RE。REG主要针对 PCFICH和PHICH速率很小的控制信道资源分配，提高资源的利用效率和分配灵活性。 CCE（Control Channel Element）：每个CCE由9个REG组成，之所以定义相对于REG较大的 CCE，是为了用于数据量相对较大的PDCCH的资源分配。每个用户的PDCCH只能占用1，2， 4，8个CCE，称为聚合级别。
LTE的物理层技术-OFDM
LTE的关键物理层技术LTE的关键物理层技术主要有：正交频分的多载波传输（OFDM）、多入多出（MIMO）、高阶调制（LTE最高64QAM）。
OFDM的特点正交频分传输是一种多载波传输技术，整个传输信号由很多子载波组成，各子载波之间互为正交（而传统的频分复用技术的各载波是不正交），来避免子载波之间的互相干扰。
与传统的频分复用相比，正交频分复用技术使得子载波可以排列更紧密，频谱效率更高。
（CDMA系统中的各码道之间也是互相正交的。
正交信号之间的互相干扰是可以消除的）OFDM的作用OFDM的引入主要是为了抗信道衰弱。
无线信道由于信号在传输过程中的各种反射、折射、多谱LE频移，使接收到的信号的幅度和相位产生剧烈的变化，就会产生严重的衰弱现象。
在同样的衰弱情况下，较窄的信道带宽，在整个传输带宽内，它的衰弱可能是比较一致的，称为平坦衰落（从时域的角度看，也称为慢衰落）；而较宽的信道带宽，在整个传输带宽内，它的衰弱可能是变化的，称为不平坦衰落（从时域的角度看，也称为快衰落）。
平坦衰落由于在传输信道带宽内信号变化是一致的，在产生衰落时可以用较简单的均衡技术来恢复；而不平坦衰落导致的传输失真的恢复比较困难。
由于LTE要求的传输速率相当高，它的信道带宽必然比较宽（20M，而LTE－A 可以达到100M）；并且，LTE系统需要支持这种使用环境，最高移动速度达到500公里每小时（LTE －TDD支持的最高速度是300公里）（衰落最严重的情况是市区内高速运动）。
因此，LTE系统的信道衰落比较严重（在高速率的传输系统中，OFDM已成为一种趋势）。
OFDM在抗多径衰落方面有着先天的优势。
OFDM把较宽的带宽分割成很多子载波（LTE中子载波带宽15K），因此，在每个子载波内，衰落是平坦的。
这样，就可以通过简单的均衡技术来达到较好的效果。
OFDM技术的主要特点∙1．高速数据先经过串并转换，再调制到各子载波。
这样子载波上的码速率就很低，可以有效降低码间串扰。
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PHICH(物理HARQ指示信道)
• 指示上行传输数据是否正确收到 • 采用BPSK调制
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PDCCH配置
PDCCH(物理下行控制信道)
• • • •
频域：所有子载波 时域：每个子帧的前n 个OFDM符号，n<=3 用于发送上/下行调度信息、功控命令等 通过下行控制信息块DCI下发命令。不同用户使用不同的DCI
射频协议规定：相邻RE间功率差需要小于10dB 链路预算结果：根据链路预算，不考虑其他信道受限，PDCCH功率提升3dB，覆 盖距离可增大20%左右；
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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
PDCCH链路自适应/PCFICH功控-技术原理
原理介绍
PDCCH受到诸多因素影响：CCE聚合度、DCI Format、邻小区干扰、天线数及 发送方式等 PDCCH/PCFICH功控：由于PDCCH/PCFICH采用QPSK调制方式进行发送，因 此可对PDCCH/PCFICH进行下行功控；针对边缘用户的PDCCH/PCFICH信息发送， 可通过借用中心用户控制信道的功率，增大边缘户用下行功率的方式，从而扩大覆 盖范围 引入分析 PDCCH链路自适应：将PDCCH自适应与功率控制结合起来保证在恶劣无线条件 下的PDCCH性能，以SINR作为触发门限，即当SINR低于一定门限，PDCCH会采 用8CCE+power boosting PCFICH功控：同PDCCH功控，可以有效提升在恶劣无线条件下的PCFICH性能 以上功能TD-LTE/LTE-FDD设备均可使用
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PDCCH链路自适应/PCFICH功控-性能增益
理论分析
最大发射功率受到用户数、基站总功率及射频协议的限制 如果基站发射功率为40W时，PDCCH /PCFICH单天线平均发射功率为：
37dBm-10log(1200）=6.2dBm
DC carrier (downlink only)
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LTE的双工方式 FDD:
上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；
TDD:
上行传输和下行传输在相同的载波频段上进行； 基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送 ；
1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHz
LTE系统上下行的信道带宽可以不同
下行信道带宽大小通过主广播信息（MIB）进行广播
上行信道带宽大小通过系统信息（SIB）进行广播
Channel Bandwidth [MHz]
信道带宽与传输带宽配置有如下对应关系：
• 系统带宽 • 系统帧号(SFN） • PHICH配置
• SIB承载在PDSCH ，携带信息和TD-S的类 似，例如： • PLMN SIB 1 • Track area code • 小区ID • UE公共的无线资源配置信息 SIB 2 • 同、异频或不同技术网络的 SIB 3~8 小区重选参数、切换参数
LTE基础理论
--物理层
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帧结构
物理信道 物理层过程
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LTE信道带宽
支持的信道带宽（Channel Bandwidth）
TDD-LTE RB的概念
RB（Physical Resource Block，即“资源块”），是LTE系统中调度用户的最小单位； 一个RB由频域上连续12个子载波（子载波宽度15kHz），时域上连续7 个OFDM符号构成； 每子帧包含的RB资源数由系统带宽决定。20M带宽的系统，每子帧包含100对RB；
RS
REG n+1
REG n+2
RS
REG nG n+1
RS
REG n+1
RS
REG n
REG n
RS
REG n
REG n
RS
RS
第一个OFDM符号
第二个OFDM符号 (1/2个公共天线端口)
第二个OFDM符号 (4个公共天线端口)
第三个OFDM符号
控制信道单元（CCE）
FDD
fDL fUL fDL fUL
half-duplex FDD
fDL/UL
TDD
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TDD-LTE帧结构
TD-LTE帧结构特点： 无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。 一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。和FDD LTE的帧长一样。 特殊子帧 DwPTS + GP + UpPTS = 1ms
TDD-L /TD-S 帧结构对比
TD-LTE和TD-SCDMA帧结构主要区别： 1. 时隙长度不同。TD-LTE的子帧（相当 于TD-S的时隙概念）长度和FDD LTE保
持一致，有利于产品实现以及借助FDD
的产业链。
2. TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式， DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度，以适 应覆盖、容量、干扰等不同场景的需要。
Channel edge
Transmission Bandwidth Configuration [RB] Transmission Bandwidth [RB]
Channel edge
信道带宽
1.4
3
5
10
15
20
Resource block
传输带宽配置 （RB数目）
6
15
25
50
75
100
Active Resource Blocks
H-FDD:
上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行； 基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送 ； H-FDD与FDD的差别在于终端不允许同时进行信号的发送与接收，即H-FDD基站与 FDD基站相同，但是H-FDD终端相对FDD终端可以简化，只保留一套收发信机并节省 双工器的成本。
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TDD-LTE子帧配置
TDD-LTE特殊子帧
•DwPTS
–主同步信号PSS在DwPTS上进行传输 –DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号（正常时隙能传最多3个） –只要DwPTS的符号数大于等于9，就能传输数据（R11新引入了6:6:2配置） •UpPTS –可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS（Sounding参考信号） –因为资源有限（最多仅占两个OFDM符号），UpPTS不能传输上行信令或数据
Nc subcarriers 12 subcarriers
RB (12x7 RE)
RE
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REG的概念 资源单元组 (REG)
控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道
每个REG中包含4个数据RE
帧结构
物理层信道 物理层的过程
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物理信道的映射
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物理信道介绍
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PCFICH&PHICH的配置
PCFICH(物理层控制格式指示信道)
• 指示PDCCH的占几个symbol(1、2或3)，在每子帧的第一个OFDM符号上发送 • 采用QPSK调制 • 随物理小区ID(PCI)不同而在频域位移不同位置，以便随机化干扰
特殊子帧-UPPTS
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特殊子帧-DWPTS
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