CH02物理层_3
5g物理层 pdcch
5g物理层 pdcch
5G 物理层的 PDCCH（Physical Downlink Control Channel）是用于在下行链路中传输控制信息的信道。
它用于通知终端设备有关资源分配、调度信息、系统信息等重要的控制信息。
PDCCH 的主要功能包括：
1. 资源分配：PDCCH 携带了终端设备所需的资源分配信息，包括频率资源、时间资源和功率资源等。
终端设备通过解析 PDCCH 可以知道自己在何时、何地以及以何种功率进行数据传输。
2. 调度信息：PDCCH 还携带了调度信息，包括终端设备被分配的传输机会、数据传输类型（如数据或控制信息）以及传输优先级等。
这些信息有助于终端设备进行数据传输的调度和管理。
3. 系统信息：PDCCH 可以传输系统信息，如网络配置、小区标识、邻区信息等。
终端设备通过接收这些系统信息可以了解当前所处的网络环境和小区信息。
4. 其他控制信息：PDCCH 还可以携带其他控制信息，如功率控制命令、重传指示等。
PDCCH 的设计和传输方式对于 5G 网络的性能和效率至关重要。
它需要支持高速的数据传输、灵活的资源分配、低延迟和高可靠性。
为了满足这些要求，5G 物理层采用了一系列技术，如多天线技术、编码调制方案和资源映射机制等，以实现高效的 PDCCH 传输。
总的来说，PDCCH 在 5G 物理层中扮演着关键的角色，它为终端设备提供了必要的控制信息，以支持高速、灵活和可靠的数据传输。
LTE物理层资源概念及信道
特殊子帧
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
• TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子 特殊子帧
帧设计思路，由DwPTS，GP和UpPTS组成。
配置
Normal CP
DwPTS
GP
UpPTS
• TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置，用以改
0
变DwPTS，GP和UpPTS的长度。但无论如何
• TD-SCDMA的DwPTS无法传输数据，所以TD-LTE在这方面是有提高的。如果小区覆 盖距离和远距离同频干扰不构成限制因素（在这种情况下应该采用较大的GP配置）， 推荐将DwPTS配置为能够传输数据
10
UpPTS
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
• UpPTS可以发送短RACH（做随机接入用）和SRS（Sounding参考信号， 详细介绍见后）
解调出BCH
广播消息：MIB&SIB
•MIB在PBCH上传输, 包含了接入LTE系统所 需要的最基本的信息：
•下行系统带宽 •PHICH资源指示 •系统帧号(SFN） •CRC •使用mask的方式 •天线数目的信息等
问题：大家还记得PBCH信道的调 制方式吗？
• SIB在DL-SCH上传输，映射到物理信道PDSCH ，
0 1 2 3 4 5 6
TD-LTE上下行配比表
Switch-point periodicity
Subframe number 01234 5 6789
5 ms 5 ms 5 ms 10 ms 10 ms 10 ms 5 ms
D S UUU D SUUU D S UUD D SUUD D SUDD D SUDD D S UUU D DDDD D S UUD D DDDD D SUDD D DDDD D S UUU D SUUD
物理层通信技术的原理与性能评估
物理层通信技术的原理与性能评估物理层通信技术是计算机网络中的基础，主要负责将数字信号转换为模拟信号并进行传输。
本文将重点介绍物理层通信技术的原理和性能评估方法。
一、物理层通信技术的原理1. 数字信号与模拟信号的转换：物理层通信技术通过调制和解调的方式，将数字信号转换为模拟信号进行传输。
调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，常用的调制方式包括频移键控调制（FSK）、相移键控调制（PSK）和振幅键控调制（ASK）；解调则是将接收到的模拟信号转换为数字信号的过程。
2. 载波传输技术：在物理层通信过程中，常用的传输方式是通过载波来传递信号。
载波传输技术主要包括模拟调制和数字调制。
模拟调制是将数字信号转换为模拟信号，并将其叠加在载波上进行传输；数字调制是将数字信号直接调制成载波信号进行传输，更适用于数字通信。
3. 多路复用技术：多路复用是通过在相同传输介质上同时传输多个信号，提高传输效率和频谱利用率。
常用的多路复用技术包括频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）和码分多路复用（CDM）。
4. 信道编码技术：为了提高通信质量和容错能力，物理层通信技术还常常采用信道编码技术。
信道编码是对待传输的数据进行编码的过程，主要包括奇偶校验、海明码和循环冗余检测（CRC）等。
二、物理层通信技术的性能评估方法1. 传输速率：传输速率表示单位时间内传输的比特数。
在物理层通信技术中，传输速率的高低决定了网络传输的效率。
传输速率通常以比特每秒（bps）或兆比特每秒（Mbps）来表示。
2. 误码率：误码率表示传输信号中发生误码的概率。
在物理层通信技术中，误码率越低，说明传输质量越好。
常用的评估方法包括比特误码率（BER）和帧误码率（FER）。
3. 带宽：带宽表示传输媒介所能传输的频率范围。
在物理层通信技术中，带宽越高，传输速率越快。
带宽通常以赫兹（Hz）或千赫兹（KHz）表示。
4. 信噪比：信噪比表示传输信号中有用信号与噪声信号之间的比例。
LTE笔记
基础知识：下行信道：上行信道：RB由12个子载波（每个15kHz）组成，也由一个时隙组成。
一个SB由两个RB组成。
RB=12*7=84RE，SB=2*RB=168RE。
（normal cp）频点编号EARFCN中心频率=（EARFCN-EARFCN0）*0.1+起始频率1个无线帧有10个子帧组成，每个子帧时长为1ms（=1个TTI），编号0-9。
FDD中每个子帧由2个时隙组成。
LTE规范中设计的基站最大覆盖范围为100km。
S是特殊子帧，由DwPTS（Downlink Pilot Time Slot,下行导频时隙）、GP（Guard Period，保护间隔）和UpPTS（上行导频时隙）组成。
一般情况下一个特殊子帧可以容纳14个OFDM符号（一个帧大小，如果采用external CP的话是12个），前面若干个Dw，最后1-2个用于Up，中间的用于GP。
增大Gp可以增加小区的覆盖半径。
PLMN（Public Lands Mobile Network, 移动通信网络），标识氛围MCC（国家代码）和MNC（移动网络代码）。
中国国家标识460，移动00、02、07；联通01、06；电信03、05。
R8小区选择用S算法。
R9小区选择也用S算法，补充增加S qual=Q qualmeas-(Q qualmin+Q qualnoffset)>=0(RSRP+RSRQ一起判断)小区重选过程中过滤采用S准则，排序采用R准则。
启动同频测量条件S服务小区<=S intrasearch启动异频测量条件S服务小区<= S nonintrasearchR准则（可以避免乒乓重选）：针对服务小区R s=Q meas,s+Q Hyst针对邻区R n=Qmeans,s-Q offset候选邻区的信号在T reselectionEUTRA时间内持续成为，终端才能重选到候选邻区。
LTE为主同步信号定义了25、29、34三种ZC序列。
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。
nr物理层基础知识简介
nr物理层基础知识简介物理层是计算机网络的基础，负责传输原始的比特流。
在物理层中，信息以电流、电压或电磁波的形式在通信媒介中传输。
本文将对物理层的基础知识进行简要介绍。
1. 物理层的作用物理层负责将比特流转换为适合传输的信号，并控制信号在通信媒介中的传输。
它定义了电缆的连接方式、传输速率、电压等细节。
物理层还负责处理数据的同步、时钟信号以及物理接口的规范。
2. 物理层的通信媒介物理层使用不同的通信媒介进行数据传输，常见的媒介包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线信道。
不同的媒介具有不同的传输特性和传输距离，选择合适的媒介对于网络性能至关重要。
3. 物理层的信号编码为了提高数据传输的可靠性和效率，物理层使用各种信号编码方式对原始比特流进行编码。
常见的编码方式包括不归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
这些编码方式可以提高数据的抗干扰能力和传输速率。
4. 物理层的调制与解调调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，而解调则是相反的过程。
调制方式包括振幅调制、频率调制和相位调制等。
调制技术使得数字信号能够通过模拟信号传输，从而实现远距离的数据传输。
5. 物理层的传输模式物理层的传输模式可以分为单工、半双工和全双工三种。
单工模式只允许数据在一个方向上进行传输，如广播电视。
半双工模式允许数据在两个方向上交替传输，但不能同时进行，如对讲机。
全双工模式允许数据在两个方向上同时传输，如电话通信。
6. 物理层的传输速率物理层的传输速率是指单位时间内传输的比特数。
常见的传输速率有bps（比特每秒）、Kbps（千比特每秒）、Mbps（兆比特每秒）和Gbps（千兆比特每秒）等。
传输速率越高，数据传输的效率越高。
7. 物理层的传输距离物理层的传输距离取决于通信媒介的特性和信号衰减情况。
双绞线和同轴电缆的传输距离较短，光纤的传输距离较长。
为了扩大传输距离，物理层常常使用中继器、集线器和光纤放大器等设备来增强信号。
8. 物理层的错误检测与纠正物理层使用校验码来检测和纠正传输过程中的错误。
LTE PRACH培训
LTE PRCH的时域资源分配：采用ZC序列通过循环移位实现时域资源的分配 LTE PRCH的频域资源分配：采用OFDM技术通过子载波分配实现频域资源的分配 LTE PRCH的时频域资源分配原则：根据用户数量和信道条件动态调整时频域资源分配 LTE PRCH的时频域资源分配算法：采用最优化算法实现时频域资源的最优分配
信号生成：通过Zdoff-Chu序列生成 信号传输：通过上行链路传输 信号接收：通过基站接收 信号处理：通过基站处理信号提取有用信息
Prt Four
前 导 码 长 度 ： 根 据 LT E 标 准 前 导 码 长 度 通 常 为 4 . 6 8 7 5 m s 前导码格式：包括Zdoff-Chu序列、Frnk序列等 前导码生成：通过伪随机序列生成器生成 前导码选择：根据信道条件选择合适的前导码类型和长度
技术升级：LTE PRCH技术将不 断升级提高性能 和稳定性
应用领域：LTE PRCH将在物联 网、车联网等领 域得到更广泛的 应用
标准制定：LTE PRCH标准将不 断完善以满足不 同场景的需求
市场竞争：LTE PRCH市场竞争 将更加激烈需要 不断创新和优化 产品
汇报人：
Prt Five
带宽：LTE PRCH支持 的带宽范围
功率控制：LTE PRCH 支持的功率控制方式
重复次数：LTE PRCH 支持的重复次数范围
干扰抑制：LTE PRCH 支持的干扰抑制方式
接入控制：LTE PRCH 支持的接入控制方式
频段：LTE PRCH支持 的频段范围
子帧配置：LTE PRCH 支持的子帧配置方式
Prt Seven
案例一：某运营商在LTE网络中应 用PRCH成功提高了网络覆盖范围 和信号质量
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不能通过
0
能通过 W (Hz)
不能通过
频率(Hz)
每赫带宽的理想带通信道的最高码元传输速 率是每秒 1 个码元。
结论：
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的， 否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码 元的判决（即识别）成为不可能。
如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号 高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送 码元而不出现码间串扰。
发送 设备
(发送端)
信道 噪声源
接收 设备
受信者
(接收端)
互联网
H2 路由器 网络 主机 H1
H3
H4 H6
H5
常用术语
数据 (data) —— 运送消息的实体。 信号 (signal) —— 数据的电气的或电磁的表现。 模拟信号 (analogous signal) —— 代表消息的参数的
数字信号通过实际的信道
有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
失真大，无法识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
2.2.3 信道的极限容量
从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率 的因素有以下两个： 信道能够通过的频率范围 信噪比
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流 模拟信号
PC
调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流
显示 汉字
调制解调器
PC
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器 发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
(数字的或
息
据
模拟的)
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
(数字的或
数
信
模拟的)
据
息
数据通信系统的模型
通信系统的一般模型
信息源
例1： EIA-232-E 接口标准
数字终端设备和数据电路终端设备间使用串行二进制 数据交换的接口 Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange
注意：
实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显 地低于奈氏准则给出上限数值。
波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。
波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。 码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速 率。
位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定 义。 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都 有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边 界没有跳变代表 1。
(1) 常用编码方式
比特流 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 不归零制
归零制
曼彻斯特
差分 曼彻斯特
数字信号常用的编码方式
(1) 常用编码方式
计算机
虚调制解调器
插头 计算机
DB-9与DB-25
Signal 载波检测DCD 接收数据RxD 发送数据TxD DTE就绪DTR 信号地GND DCE就绪DSR 请求发送RTS 允许发送CTS
RI
DB-9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
DB-25 8 3 2 20 7 6 4 5 22
例2：V.35接口标准
第 2 章 物理层
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数数据据链链路路层层 1 物理层
应用层 (application layer) 运输层 (transport layer) 网络层 (network layer) 数据链路层 (data link layer) 物理层 (physical layer)
物理层的主要任务
主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性。
机械特性 ：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线 数目和排列、固定和锁定装置等。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的 范围。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示 何种意义。
过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现 顺序。
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有 直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分 量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制 (modulation)。
2.2.2 有关信道的几个基本概念
调制分为两大类：
基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够 与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。 把这种过程称为编码 (coding)。
W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
能通过
0
W (Hz)
不能通过
频率(Hz)
每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速 率是每秒 2 个码元。
Baud 是波特，是码元传输速率的单位，1 波特为每秒传送 1 个码元。
另一种形式的奈氏准则
理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W Baud W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz)
从信号波形中可以看出，曼彻斯特 (Manchester) 编码和差分曼彻斯特编码产生的 信号频率比不归零制高。
从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形 本身中提取信号时钟频率（这叫作没有自同步 能力），而曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 具有自同步能力。
(2) 基本的带通调制方法
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有 直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分 量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对 基带信号进行调制 (modulation)。
本章重点
物理层的四个特性 各种网络传输介质的主要特点 五种信道复用技术 三种宽带接入技术
2.1 物理层的基本概念
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的 传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的 传输媒体。
物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒 体和通信手段的差异。
用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。
正交振幅调制 QAM
(Quadrature Amplitude Modulation)
举例
(r, )
r
为了达到更高的信息传输速率，必须采 用技术上更为复杂的多元制的振幅相位 混合调制方法。
例如： 可供选择的相位有 12 种，而对于每一种相
位有 1 或 2 种振幅可供选择。总共有 16 种 组合，即 16 个码元。 由于 4 bit 编码共有 16 种不同的组合，因此 这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的 编码。数据传输率可提高 4 倍。
功能：透明地传送比特流 数据单位：比特 物理媒体不属于物理层
计算机网络与通信网络的关系
软件 硬件
通信网络
软件 硬件
第 2 章 物理层
2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 物理层下面的传输媒体 2.4 信道复用技术 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术
思考题：
物理层的四个特性与协议三要素的关系？
2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量
2.2.1 数据通信系统的模型
一个数据通信系统包括三大部分：源系统（或发送端、发送方）、 传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。
带通调制：使用载波 (carrier)进行调制，把基带信号 的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号， 这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频 率范围内能够通过信道） 。
带通信号 ：经过载波调制后的信号。
(1) 常用编码方式
不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。 归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。 曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，
DTE-A
DCE-A
网络
DCE-B
DTE-B
EIA-232/ V.24 接口
调制解调器
调制解调器
EIA-232/ V.24 接口
例1： EIA-232-E 接口标准
机械特性：ISO 2110 ，DB-25 电气特性： V.28，负逻辑（+3V：“0”、“接
通”，-3V：“1”、断开），≤15m，≤20kb/s 功能特性：V.24，各引脚信号含义 规程特性：V.24 ，事件的合法序列 EIA还规定了插头应装在DTE上,插座应装在
DCE上
EIA-232（RS-232）功能特性
EIA-232/V.24 的信号定义
DTE
计算机 或 终端
(1) 保护地 (2) 发送数据 (3) 接收数据 (4) 请求发送 (5) 允许发送 (6) DCE 就绪 (7) 信号地 (8) 载波检测 (20) DTE 就绪 (22) 振铃指示
DCE 调制解调器
利用虚调制解调器与两台计算机相连
插头
插座
（1）保护地 （2）发送 （3）接收 （4）请求发送 （5）允许发送 （6）DCE 就绪 （7）信号地 （8）载波检测 （20）DTE 就绪 （22）振铃指示
插座
（1）保护地 （2）发送 （3）接收 （4）请求发送 （5）允许发送 （6）DCE 就绪 （7）信号地 （8）载波检测 （20）DTE 就绪 （22）振铃指示
(1) 信道能够通过的频率范围
具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。 信号中的许多高频分量往往不能通过信道。
1924年，奈奎斯特 (Nyquist) 就推导出了著名 的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下， 为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。