LTE物理层资源概念及信道
LTE-物理层介绍
下行
上行
DwPTS
GP
UpPTS
12
概述(续)——资源网格(Resource Grid)
• • • •
用来描述每个时隙中传输的信号 每个网格中有 NRBNscRB 个子载波(频域)和 Nsymb个符号(时域) NRB由传输带宽决定，并满足 6 ≤ NRB ≤ 110 资源网格中的每一个元素就叫做资源元素(Resource Element)，它是 上下行传输中的最小资源单位
one s
lot, N symb
ol 个
符号
RB N sc 个子载波, 1
E-UTRAN概述
下行信道 上行信道 硬件实现架构
• • • • • • 下行的时隙结构 同步信号 参考信号 下行物理信道的基本处理过程 各个信道的具体处理过程 OFDM基带信号的生成
15
• 三种下行参考信号
• 小区专用参考信号 • MBSFN参考信号 • UE专用参考信号
• 一个下行天线端口上只能传一个参考信号
• 小区专用参考信号，支持配置1，2，4个天线端口 • MBSFN参考信号，在天线口4上发送 • UE专用参考信号，在天线口5上发送
19
下行传输(续)——参考信号2
• 小区专用参考信号
下行传输
• 物理信号
• LTE的下行传输是基于OFDMA的
• Reference signal • Synchronization signal
• 物理信道
• Physical Downlink Shared Channel, PDSCH • Physical Broadcast Channel, PBCH • Physical Multicast Channel, PMCH
LTE_物理信道与传输信道
R0
R0
R1
R1
Two antenna ports
R0
R0
R1
R1
Not used for transmission on this antenan port
R0
R0
R1
R1
Reference symbols on this antenna port
R0
l 0
R0
l 5 l 0 l 5 l 0
主同步信号
辅同步信号
主同步信号
控制区域
数据区域
控制区域
数据区域
FS1，常规CP
FS2，常规CP
主/辅同步信号序列
主同步信号使用Zadoff-Chu序列 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。
7 symbols
7 symbols
下行Unicast/MBSFN子帧
MBSFN传输时，控制区域1~3个符号 MBSFN传输时，控制区域1～2个符号
Nc subcarriers
LTE-物理层介绍
内容提要
E-UTRAN概述
下行信道 上行信道 硬件实现架构
2
技术指标对比
概述
技术指标
传输速率(Mbit/s) 最高移动速率
LTE
下行100/上行50 75
WiMAX
WiFi
1/2/5/11 室内和移动速度较
350
120
(km/h)
带宽(Mhz) 覆盖范围(km) 费用 1.25~20 15~20 7~10，max50 无专利费用、网络 成本低
• 由频域 Zadoff-Chu 序列产生 • 和 N(2)ID 相关
• 辅同步信号序列的生成
下行
上行
DwPTS
GP
UpPTS
12
概述(续)——资源网格(Resource Grid)
• • • •
用来描述每个时隙中传输的信号 每个网格中有 NRBNscRB 个子载波(频域)和 Nsymb个符号(时域) NRB由传输带宽决定，并满足 6 ≤ NRB ≤ 110 资源网格中的每一个元素就叫做资源元素(Resource Element)，它是 上下行传输一个二维随机序列 rm,n(ns) 生成
共有504个
物理层小区id与504个不同的二维随机 序列之间存在一对一的映射
二维正交序列 共有3个 分别与三个物理层
二维伪随机序列 共有168个
小区id组对应 20
• 小区专用参考信号映射到资源元素 下行传输 (续)——参考信号3
• Type 1：适用于FDD和TDD模式 • Type 2：仅适用于TDD模式
• Type 1
One Radio Frame Tf = 307200Ts = 10ms
LTE信道详解
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: PhysicalDownlink SharedChannel(物理下行共享信道) 。
LTE物理层几个基本概念的定义和相互关系
LTE物理层⼏个基本概念的定义和相互关系传输块（transport block），码字（codeword），层映射（layer mapping），传输层（transmission layer）, 阶（rank）, 和预编码（Precoding），天线端⼝（antenna port）是LTE物理层的⼏个基本概念，搞清楚这⼏个概念的定义和相互关系才能透彻理解LTE多天线技术和调度算法。
传输块（Transport block）⼀个传输块就是包含MAC PDU的⼀个数据块，这个数据块会在⼀个TTI上传输，也是HARQ重传的单位。
LTE规定：对于每个终端⼀个TTI最多可以发送两个传输块。
码字（codeword）⼀个码字就是在⼀个TTI上发送的包含了CRC位并经过了编码（Encoding）和速率匹配（Rate matching）之后的独⽴传输块（transport block）。
LTE规定：对于每个终端⼀个TTI最多可以发送两个码字。
层映射（Layer mapping）将对⼀个或两个码字分别进⾏扰码（Scrambling）和调制（Modulation）之后得到的复数符号根据层映射矩阵映射到⼀个或多个传输层。
层映射矩阵的维数为C×R，C为码字的个数，R为阶，也就是使⽤的传输层的个数。
传输层（Transmission layer）和阶（Rank）⼀个传输层对应于⼀个⽆线发射模式。
使⽤的传输层的个数就叫阶（Rank）。
预编码（Precoding）根据预编码矩阵将传输层映射到天线端⼝。
预编码矩阵的维数为R×P，R为阶，也就是使⽤的传输层的个数；P为天线端⼝的个数。
天线端⼝（Antenna Port）⼀个天线端⼝（antenna port）可以是⼀个物理发射天线，也可以是多个物理发射天线的合并。
在这两种情况下，终端（UE）的接收机（Receiver）都不会去分解来⾃⼀个天线端⼝的信号，因为从终端的⾓度来看，不管信道是由单个物理发射天线形成的，还是由多个物理发射天线合并⽽成的，这个天线端⼝对应的参考信号（Reference Signal）就定义了这个天线端⼝，终端都可以根据这个参考信号得到这个天线端⼝的信道估计。
(完整版)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: PhysicalDownlink SharedChannel(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。
LTE入门篇-7：LTE的信道
LTE⼊门篇-7：LTE的信道信道是不同类型的信息，按照不同传输格式、⽤不同的物理资源承载的信息通道。
根据信息类型的不同、处理过程的不同可将信道分为多种类型。
重点介绍LTE的逻辑信道、传输信道、物理信道等常见的信道类型，并和3G相应的信道类型作了⽐较，通过⽐较可以加深LTE信道结构的理解。
最后给出LTE从逻辑信道到传输信道，再到物理信道的映射关系。
依据不同的货物类型，采⽤不同的处理⼯艺，选择相应的运送过程，最后保证接收⽅及时正确地接受货物。
1.信道结构1.1 信道的含义信道就是信息的通道。
不同的信息类型需要经过不同的处理过程。
⼴义地讲，发射端信源信息经过层三、层⼆、物理层处理，在通过⽆线环境到接收端，经过物理层、层⼆、层三的处理被⽤户⾼层所识别的全部环节，就是信道。
信道就是信息处理的流⽔线。
上⼀道⼯序和下⼀道⼯序是相互配合、相互⽀撑的关系。
上⼀道⼯序把⾃⼰处理完的信息交给下⼀道⼯序时，要有⼀个双⽅都认可的标准，这个标准就是业务接⼊点（Service Access Point，SAP）。
协议的层与层之间要有许多这样的业务接⼊点，以便接收不同类别的信息。
狭义的讲，不同协议之间的SAP就是信道。
1.2 三类信道LTE采⽤UMTS相同的三种信道：逻辑信道、传输信道和物理信道。
从协议栈⾓度来看，逻辑信道是MAC层和RLC层之间的，传输信道是物理层和MAC层之间的，物理信道是物理层的，如图所⽰。
逻辑信道关注的是传输什么内容，什么类别的信息。
信息⾸先要被分为两种类型：控制消息（控制平⾯的信令，如⼴播类消息、寻呼类消息）和业务消息（业务平⾯的消息，承载着⾼层传来的实际数据）。
逻辑信道是⾼层信息传到MAC层的SAP。
传输信道关注的是怎样传？形成怎样的传输块（TB）？不同类型的传输信道对应的是空中接⼝上不同信号的基带处理⽅式，如调制编码⽅式、交织⽅式、冗余校验⽅式、空间复⽤⽅式等内容。
根据对资源占有的程度不同，传输信道还可以分为共享信道和专⽤信道。
LTE E-UTRAN物理层介绍
LTE物理资源结构
One downlink slot Tslot
RE（Resource Element）为最小的资源单
位，时域上为一个符号，频域上为一个子 载波。
DL N symb OFDM symbols
DL RB k N RB N sc 1
RB（Resource Block）为业务信道资源分
LTE物理层概述
复用与信道编码
LTE中传输块的信道编码方案为Turbo编码，编码速率为R=1/3，它由两个8状 态子编码器和一个Turbo码内部交织器构成。 在Turbo编码中使用栅格终止（Trellis Termination）方案。在Turbo编码 之前，传输块被分割成多个段，每段的大小要与最大信息块大小6144bit保 持一致。使用24bit长的循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check,CRC）来 支持错误检测。
REG（资源元组）示意图 1Tx or 2Tx configured l=0 l=1 l=2 k = 83
RS
REG
RBG用于业务信道的资源分配
4Tx configured l=0 l=1 l=2
一个RBG是一组RB组成
分组的大小和系统带宽有关 System Bandwidth
DL N RB
One slot, Tslot=15360Ts
30720Ts
Subframe #0 One subframe, 30720Ts DwPTS GP
Subframe #2
Subframe #3
Subframe #4
Subframe #5
Subframe #7
Subframe #8
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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
• 根据系统配置，是否发送短RACH或者SRS都可以用独立的开关控制
• 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
11
逻辑、传输、物理信道
下行信道映射关系
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH
Downlink Logical channels
问题：为什么TDD 需要特殊子帧
7
TD-LTE帧结构
子帧: 1ms 特殊子帧: 1ms
#0
时隙 0.5ms
DwPTS
#2
GP UpPTS
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
#3
#4
问题：GP的作用？GP与 基站覆盖距离有关系吗？
半帧: 5ms
帧: 10ms
半帧: 5ms
问题：在右下角的表 格你看出了什么规律
9
DwPTS
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
• 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（参照上页特殊子帧配
置）
• TD-SCDMA的DwPTS承载下行同步信道DwPCH，采用规定功率覆盖整个小区，UE从 DwPTS上获得与小区的同步
PCFICH(物理层控制格式指示信道)
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
•指示PDCCH的长度信息（1、2或3），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。 •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。
1、物理资源 2、帧结构 3、物理信道
问题1：RE、REG、CCE、RBG概念
上下行资源单位
频率
问题2：20M、15M、10M、5M 、3M、1.4M分别对应的RB个数
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
RE：Resource Element。 LTE最小的时频资源单位。频域上 占一个子载波（15kHz)，时域上占一个OFDM符号(1/14ms)
子帧: 1ms 子帧: 1ms 特殊子帧: 1ms
TD-LTE帧结构
#0
DwPTS
#2
#3
#4
时隙 0.5ms
GP UpPTS
半帧: 5ms
半帧: 5ms
帧: 10ms
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
度请求等。
RRC相关信令、SIB、paging PDSCH 消息、下行用户数据
上行用户数据，用户控制信 PUSCH 息反馈，包括CQI,PMI,RI
问：HARQ过程 13
SCH配置
SCH(同步信道)
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
•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，部分Cell ID检测,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.
TD-S类 似信道
帧结构 物理信道 物理层过程
功能简介
PCCPCH MIB
HS-SCCH
•传输上下行数据调度信令 •上行功控命令 •寻呼消息调度授权信令 •RACH响应调度授权信令
E-SICH 传输控制信息HI（ACK/NACK)
N/A 指示PDCCH长度的信息
PRACH 用户接入请求信息
传输上行用户的控制信息， HS-SICH 包括CQI, ACK/NAK反馈，调
信道类型
控制 信道
业务信道
信道名称 PCFICH
PHICH
PDCCH
PBCH PUCCH PDSCH\PUSCH
资源调度单位 REG REG CCE
N/A RB
资源位置
占用4个REG，系统全带宽平均分配 时域：下行子帧的第一个OFDM符号 最少占用3个REG 时域：下行子帧的第一或前三个OFDM符号 下行子帧中前1/2/3个符号中除了PCFICH、PHICH、参 考信号所占用的资源 频域：频点中间的72个子载波 时域：每无线帧subframe 0第二个slot 位于上行子帧的频域两边边带上 除了分配给控制信道及参考信号的资源
0
1
2
3
4
5
6
采用常规CP的时隙结构
扩展CP
下行OFDM符号； 上行DFT-S-OFDM块
0
1
2
3
4
5
采用扩展CP的时隙结构
问题：CP的作用是什么？
CP长度有哪几种？
6
LTE帧结构
FDD LTE帧结构
关键技术
帧结构 物理信道 物理层过程
帧: 10ms
时隙
பைடு நூலகம்0.5ms
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 ······ #19
PHICH(物理HARQ指示信道)
• PHICH的传输以PHICH组的形式，PHICH组的个 数由PBCH指示。
• Ng={1/6,1/2,1,2} PHICH组数=Ng*(100/8)（整数，取上限）
上行信道映射关系
CCCH
DCCH
DTCH
Uplink Logical channels
PCH
BCH
DL- SCH
Downlink Transport channels
MCH
-
RACH
UL - SCH
Uplink Transport channels
PDCCH PBCH
PDSCH
PMCH
Downlink Physical channels PUCCH
•小区搜索需要支持可扩展的系统带宽：
1.4/3/5/10/20MHz
• SCH (P/S-SCH)占用的72子载波位于 系统带宽中心位置
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PCI概述
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
基本概念
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。
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PBCH配置
PBCH(广播信道)
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
• 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 • 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
3
子载波间隔 15kHz，用于单播（unicast）和多播（MBSFN）传输 7.5kHz，仅仅可以应用于独立载波的MBSFN传输
子载波数目
信道带宽（MHz） 1.4 3
5 10 15 20
子载波数目
72 180 300 600 900 1200
LTE系统中，利用NFFT=2048的采样周期定义基本时间单元：Ts = 1/Fs = 1/(15000x2048) 秒
转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时 隙。这类配置因为10ms有两个上下行转 换点，所以HARQ的反馈较为及时。适用 于对时延要求较高的场景
转换周期为10ms表示每10ms有一个特殊 时隙。这种配置对时延的保证略差一些， 但是好处是10ms只有一个特殊时隙，所 以系统损失的容量相对较小
DL-UL Configuration
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。