LTE帧结构和协议
LTE帧结构和协议讲解
LTE帧结构和协议讲解LTE（Long Term Evolution）是第四代无线通信技术，为了支持更高的数据速率、更低的时延和更好的系统能力而发展起来的。
LTE通过改进帧结构和引入新的协议来提高系统的性能和效率。
LTE的帧结构主要由基本帧和无线帧的形成方式组成。
在LTE中，基本帧是和无线帧对称的，对称的结构可以简化系统的设计和实现。
基本帧由10个子帧组成，每个子帧的持续时间为1ms。
每个子帧可以分为两个时隙，每个时隙的持续时间为0.5ms。
基本帧中的第0个子帧（SF）被用于广播或下行控制信令，而其他9个子帧（S1~S9）用于传输用户数据。
无线帧的形成方式可以分为FDD（Frequency Division Duplexing）和TDD（Time Division Duplexing）两种。
在FDD模式下，上行和下行数据在频域上互不干扰，通过频域上的分离来实现双工通信。
而在TDD模式下，上行和下行数据共享相同的频谱，在时间上交替进行传输。
FDD和TDD模式可以根据不同的需求选择使用，TDD模式具有更快的部署速度和更灵活的频谱分配，但FDD模式可以提供更好的容量和覆盖性能。
LTE的协议主要由控制平面和用户平面组成。
控制平面负责处理系统控制信令，如寻呼、鉴权和移动性管理等；用户平面负责处理用户数据的传输。
LTE的协议是基于分组交换的IP网络，通过优化分组交换的性能和效率来提高系统的吞吐量和容量。
LTE的控制平面使用RRC（Radio Resource Control）协议进行系统控制和管理。
RRC协议负责系统的连接建立、终端的移动性管理和系统的切换等功能。
RRC协议通过不同的消息和过程来实现这些功能，如RRC连接建立过程、RRC连接重建过程和RRC连接释放过程等。
RRC协议的主要目标是优化系统控制信令的传输，减少信令的时延和系统开销。
LTE的用户平面使用PDCP（Packet Data Convergence Protocol）协议进行用户数据的传输。
LTE帧结构及物理层-讲解课件
TD-S类 似信道
PCCPCH
HS-SCCH
ADPCH N/A PRACH HS-SICH
PDSCH PUSCH
功能简介
MIB
•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 传输控制信息HI（ACK/NACK)
指示PDCCH长度的信息 用户接入请求信息
传输上行用户的控制信息，包括 CQI, ACK/NAK反馈，调度请求等。
TD-SCDMA
特殊时隙
TD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts
1ms
TD-LTE
共存要求：上下行没有交叠（图中Tb > Ta）。则 TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms（26112Ts)。 可以采用10:2:2的配置
PRACH
PUSCH
Uplink Physical channels
• 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。
下行用户数据、RRC信令、SIB、 寻呼消息
上行用户数据、用户控制信息反 馈，包括CQI,PMI,RI
物理信道配置
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
SCH配置
LTE帧结构
一、协1、UMPTb2 单板面板如下图1-1接口UMPT 面板接口含义如下表所示。
表1-1 UMPT 面板接口指示灯UMPT 面板上有3个状态指示灯，含义如下表所示。
表1-2 UMPT 状态指示灯议知识1. LTE帧结构及物理资源基本概念RE/RB/CCE/REG/RBG帧结构Type1：FDD（全双工和半双工）(FDD上下行数据在不同的频带里传输；使用成对频谱)每一个无线帧长度为10ms，由20个时隙构成，每一个时隙长度为T slot = 15630 x Ts = 0.5ms。
对于FDD，在每一个10ms中，有10个子帧可以用于下行传输，并且有10个子帧可以用于上行传输。
上下行传输在频域上进行分开。
帧结构Type2：TDD (TDD上下行数据可以在同一频带内传输；可使用非成对频谱)一个无线帧10ms，每个无线帧由两个半帧构成，每个半帧长度为5ms。
每一个半帧由8个常规时隙和DwPTS、GP和UpPTS三个特殊时隙构成，DwPTS和UpPTS的长度可配置，要求DwPTS、GP以及UpPTS的总长度为1ms。
DwPTS: Downlink Pilot Time SlotGP: Guard Period (GP越大说明小区覆盖半径越大)UpPTS: Uplink Pilot SlotTs = 1 / (15000x2048) sFrame 帧的长度：Tf = 307200 x Ts = 10msSubframe 子帧的长度：Tsubframe = 30720 x Ts = 1msSlot 时隙的长度：Tslot = 15360 x Ts = 0.5ms1 Sub-Carrier = 15 kHz;1 TTI = 1 ms => 1 sub-frame =>2 slots (0.5 ms *2) # for one user, min 2 RB allocation.1 RB = 12 sub-carriers during 1 slot (0.5 ms) =>12 * 15kHz = 180kHz (Bandwidth); => 12 * 7 symbols= 84 REs1RE = 1 sub-carrier x 1 symbol period (Each symbol is QPSK, 16QAM or 64QAM modulated.)LTE支持可变带宽：1.4MHz, 3, 5, 10, 15 和 20MHz一个小区最少使用6个RB, 即最少包含72个sub-carriers: 6 RB * 12 sub-carriers = 72 sub-carriers特殊帧格式7：DwPTS:GP:UpPTS => (21952Ts-32Ts) : 4384Ts : 4384Ts=> 10:2:2最小分配单位为:2192T⋅sConfigure TDD: 上下行配置（下图） + 特殊帧格式（上图） (e.g.: 2:71:7)=> 10ms转换周期：一个帧分成上下半帧，下半帧的特殊帧为DwPTS=1ms，用于DL传输(如上图3，4，5所示)RE：Resource Element，称为资源粒子，是上下行传输使用的最小资源单位。
TD-LTE移动通信技术 LTE物理层概述、帧结构及资源分配 PPT
#0 #1 #2 #3 One subframe
#18 #19
采样间隔 Ts =1/2048*15000 ≈ 0、033us(LTE中的基本时间单位) 每个slot含7个OFDM符号( 常规CP)或6个OFDM符号( 扩展CP)
常规CP: #0: [160+2048]*Ts + #1-6:[144+2048]*Ts*6 = 0、5ms
• 传输信道与物理信道之间的 速率匹配及映射
• 物理信道的功率加权
• 物理信道的调制解调 • 时间及频率同步
• 射频特性测量并向搞成提供 指示
• MIMO天线处理 • 传输分集 • 波束赋形 • 射频处理
物理层主要负责向上层提供底层的数据传输服务
物理层关键技术
无线帧结构-FDD
每个无线帧10ms,LTE系统对无线帧编号为0#~1023#, 每个无线帧包罗10个长度为1ms的子帧,这些子帧有编号0#~9#, 1个子帧1ms,包罗2个时隙,每个时隙0、5ms,这些时隙也有编号0#~19#。
无线帧结构-TDD
每个10ms无线帧包罗2个长度为5ms的半帧,每个半帧包罗4个数据子帧与1个特不 子帧,
数据子帧包罗2个长度为0、5ms的时隙, 特不子帧包罗3个特不时隙:DwPTS,GP与UpPT,总长度为1ms,特不时隙长度能够灵
活配置。
LTE 时隙结构进一步划分(课外知识拓展)
Oneradioframe,Tf=307200Ts=10ms Oneslot,Tslot=15360Ts=0.5ms
TDD LTE上下行子帧配比(课外知识拓展)
D代表下行子帧,U代表上行子帧,S代表特不子帧, 子帧传送上下行的转换周期为5ms与10ms, 尽管协议中定义了7种上、下行配置,但在实际的TD LTE系统中目前只采纳了配置1与
LTE基础原理之帧结构
LTE特殊子帧
常规CP时特殊子帧的配置
特殊子帧 配置
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Normal CP
DwPTS
GP
UpPTS
3
10
1
9
4
1
10
3
1
11
2
1
12
1
1
3
9
2
9
3
2
10
2
2
11
1
2
➢ 主同步信号PSS在DwPTS上进行传输， 位于特殊子帧的第三个OFDM符号
➢ 辅同步信号SSS在第一个子帧的第二个 slot的最后一个OFDM符号上传输；
7 symbols
Resource Grid (Example)
RB (12x7 RE)
RE
帧结构-II
TDD帧结构－上下行配置
10 ms
1ms
DL:UL=2:3
下行
5ms 周期 DL:UL=3:2
上行
DL:UL=4:1
DL:UL=5:5
10ms 周期
DL:UL=7:3 DL:UL=8:2 DL:UL=9:1
LTE帧结构
2015.2.4
TD-LTE帧结构 – 格式2
TDD帧结构 --- 帧结构类型2，适用于TDD
一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成 每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成 常规子帧：由两个长度为0.5ms的时隙构成 特殊子帧：由DwPTS、GP以及UpPTS构成 支持5ms和10ms DLUL切换点周期
➢ DwPTS上最多能传两个PDCCH OFDM符号（常规时隙能传最多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-LTE技术原理介绍
LTE上行天线技术：接收分集
关键技术
原理
接收机使用来自多个信道的副本信息能比较正确的恢复出原 发送信号，从而获得分集增益。手机受电池容量限制，因此 在上行链路中采用接收分集也可有效降低手机发射功率
帧结构
物理信道 物理层过程
接收分集的主要算法：MRC &IRC
MRC （最大比合并）
• 线性合并后的信噪比达到最大化
计算方法：TS36.213规定，特殊时隙DwPTS如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍 传输。如果采用10:2:2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此 0.75倍传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%
0.7ms
= 1.475ms 0.675ms
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
上行多址方式—SC-FDMA
关键技术 帧结构 物理信道 物理层过程
和OFDMA相同，将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，将不同的
子载波资源分配给不同的用户实现多址。注意不同的是：任一终端使用的
子载波必须连续 频率 用户A
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
LTE帧结构及资源概念
精选文档LTE 帧结构及资源概念1.1 物理资源天线端口由用于该天线的参考信号来定义。
等于说，使用的参考信号是某一类逻辑端口的名字一个时隙下有7个OFDM 符号（常规CP CP）），LTE 最基本的时间单位Ts Ts，在，在LTE 帧结构中都是基于这个基本单位的。
如一个无线帧307200Ts=10ms 307200Ts=10ms，，一个时隙153600Ts 153600Ts。
Ts 是LTE 中OFDM 符号FFT 大小为2048点的采样时间，即OFDM 时域符号持续时间是2048Ts=1/15kHz 2048Ts=1/15kHz。
下行参考信号简介及功能R9 中：CRS ：（小区特定的参考信号，也叫公共参考信号）用于除了不基于码本的波束赋形技术之外的所有下行传输技术的信道估计和相关解调。
在天线端口在天线端口{0}{0}{0}或或{0,1}{0,1}或或{0,1,2,3}{0,1,2,3}上传输。
上传输。
UE-RS （DRS ）(UE 专用参考信号)：用于不基于码本的波束赋形技术的信道估计和相关解调。
支持PDSCH 的单天线端口传输，在天线端口5或7或8上传输。
在天线端口7或8上支持空间复用。
MBSFN （多播（多播//组播单频网络）参考信号：用于MBSFN 的信道估计和相关解调。
在天线端口在天线端口{4}{4}上传输。
PRS ：主要用于定位。
在天线端口6上传输。
（是R9中新引入的参考信号）。
上行有两种参考信号：DMRS 和SRS SRS。
DMRS （解调参考信号）与PUSCH 和PUCCH 的发送相关联，用作求取信道估计矩阵，帮助这两个信道进行个信道进行解调解调。
SRS （Sounding 参考信号）独立发射，用作独立发射，用作上行信道质量的估计上行信道质量的估计与信道选择，计算上行信道的SINR SINR。
SRS只是做上行可以在整个带宽发送，SRSSRS可以在整个带宽发送，二者区别：DMRS只在分配给UE的带宽上发送，的带宽上发送，SRSDMRS才是真正用于上行等，不做信道估计和解调。
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、协议知识1. LTE帧结构及物理资源基本概念RE/RB/CCE/REG/RBG帧结构Typel : FDD （全双工和半双工）（FDD上下行数据在不同的频带里传输；使用成对频谱）每一个无线帧长度为10ms,由20个时隙构成，每一个时隙长度为Tslot = 15630 x Ts = 0.5ms 。
对于FDD在每一个10ms中，有10个子帧可以用于下行传输，并且有10个子帧可以用于上行传输。
上下行传输--- Sub-frame ■>我One radio frame = 10ms帧结构Type2 : TDD （TDD上下行数据可以在同一频带内传输；可使用非成对频谱）一个无线帧10ms，每个无线帧由两个半帧构成，每个半帧长度为5ms每一个半帧由8个常规时隙和DwPTS GP和UpPTSE个特殊时隙构成，DwPTS和UpPTS的长度可配置，要求DwPTS GP以及UpPTS的总长度为1ms = One radio frame =10 ms 亠—— One half frame =5 ms -—— ?F [ V- 1 r~ 1 1 1 -1# 0 1 11# 2 # 3 # 4 # 5 ! # 7 # 8 # 91 i i B 1 1 1 i卡一尸DwPTS: Dow nlink Pilot Time SlotGP: Guard Period (GP越大说明小区覆盖半径越大)DwPTS GP UpPTSUpPTS: Uplink Pilot SlotTs = 1 / (15000x2048) sFrame 帧的长度：Tf = 307200 x Ts = 10msSubframe 子帧的长度：Tsubframe = 30720 x Ts = 1msSlot 时隙的长度：Tslot = 15360 x Ts = 0.5ms1 Sub-Carrier = 15 kH z;1 TTI = 1 ms => 1 sub-frame =>2 slots (0.5 ms *2) # for one user, min 2 RB allocati on.1 RB = 12 sub-carriers duri ng 1 slot (0.5 ms) =>12 * 15kHz = 180kHz (Ba ndwidth); => 12 * 7 symbols= 84 REs#0 #1 #2 #18 #19在频域上进行分开。
< slot 41 RE = 1 sub-carrier x 1 symbol period ( Each symbol is QPSK, 16QAM or 64QAM modulated. )LTE 支持可变带宽：1.4MH z, 3, 5, 10, 15 和20MHz一个小区最少使用 6 个RB,即最少包含72 个sub-carriers: 6 RB * 12 sub-carriers = 72 sub-carriers 一个小区最多支持110 个RB,相当于1320 个sub-carriers: 110 *12 =1320 sub-carriers特殊帧格式 5: DwPTS:GP:UpPTS => ( 6592Ts -16Ts) : ( 19744Ts ・16Ts) ： 4384TS => 3:9:2 特殊帧格式 7: DwPTS:G 巳UpFTS" ( 21952TS -32Ts): 4384TS : 4384TS => 10:2:2最小分配单位为：2192 TCon figure TDD: 上下行配置（下图） +特殊帧格式（上图） （e.g.: 2:7 1:7 TDD 支持5ms => 5ms 转换周期：一个帧的上下半帧的特殊帧格式配置相同, => 10ms 转换周期：一个帧分成上下半帧，下半帧的特殊帧为DwPTS=1ms 用于DL 传输（如上图3, 4，5所示）RE: Resource Eleme nt ，称为资源粒子，是上下行传输使用的最小资源单位。
1 RE = 1 subcarrier x 1 symbol periodRB : Resource Block ，称为资源块，用于描述物理信道到资源粒子的映射。
一个RB包含若干个RE 一个RB由12个在频域上的子载波和时域上一个slot周期构成(1 RB = 12 subcarriers x 1 slot ) 。
1 个RB 在频域上对应180kHz : 1 RB = 12 subcarriers x 15kHz = 180kHz1个RB在时域上对应1个时隙，1 slot =0.5msCCE : Control Channel Element ，称为控制信道粒子，PDCC在一个或多个CCE上传输，CCE对应于9个REG每个REG 包含 4 个RE，CCE从0 开始编号。
(1 CCE = 9 REGs = 9 x 4 REs = 36 REs )PDCCH format与CCE之间的关系如下图所示：REG : Resource Element Group ，用来定义控制信道到RE 的映射.(1 REG = 4 REs )2.下行物理信道及物理信号的功能和占用时频码域位置(DL : PDSCH/PDCCH/PHICH/PCFICH/PBCH/PSS/SSS/RS )Location of PBCH for FS2 (normal CP, extededSanchar GmbHPage 722.1 PBCH : Physical Broadcast Channel （物理广播信道）-主要用来传输MIB 信息，MIB 消息包含：DL 带宽信息；PHICH组号；系统帧号SFN-MIB: DL-Ba ndwidth, PHICH-C on fig, SFN, # of an te nn as.-MIB消息的重复周期为40ms,起始位置为subfram#0 of SFN mod 4 = 0 。
每10ms传递一次MIB，传递内容一致，40ms组成一个MIB 消息。
可实现时间分集，提高UE接收MIB消息时的增益，改善接收质量2.2 PCFICH : Physical Control Format Indicator Channel （物理控制格式指示信-用来指示在一个sub-frame中PDCC传输的OFDM symbol 道）-在每个subframe（TTI）的第1个symbol上进行传递（symbol 0 -承载数量（1, 2 or 3）CFI信息，每TTI占用16个RE资源，即4个REG2.3 PDCCH : Physical Downlink Control Channel （物理下行控制信道）CP):TDD:PDSCHSymbols11scfi11Subframe #0PDSCHPHICHSlot #0PCFICHNormal CPSlot #0xtended CPcaseSubframe #0subframesssSlot #1 DwPTS UpPTSCentral 6 RElsSpecial subframeUpPTSGPCentra) 6 RB ESlot #1 DwPTS-用于承载DCI信息，包括资源调度分配和其他控制信息，如与DL-SCH和PCH相关的HAR（信息等-PDCCH在每个subframe的前3个symbol （ symbol 0~2 ）中进行传递，占用个数由PCFICH承载的CFI消息来确定。
-PDCC啲大小对应于一个或者多个CCE如下图所示：PDCCH formatNumber of CCEsNumber of REGsNumber of PDCCH bits0 1 9 72 1 2 18 144 2 4 36 288 3872576-DSS => Dedicated Search Space (for only one UE) & CSS => Com mon Search Space (for several UEs)kFPDCCH decodi ng (4/4)2.4 PDSCH : Physical Downlink Shared Channel(物理下行共享信道)2 candidates having S-用于承载DL-SCH 信息，传递SIB 信息(SIB 消息传递方向： BCCH -> DL-SCH -> FCCCH^ch-SIB1 消息的重复周期为 80ms 初始位置为 subframe#5 of SFNmod 8 = 0，在 SFNmod2 = 0 的帧上重复.SIB - System In formationBlocks-SIB1 : Cell Access Info (PLMN, TAC, CID …);小区选择相关信息；TDD 相关配置信息； -SIB2 :公共信道的 无线资源配置 (PCCH, RACH); freqInfo (ul-carrierFreq, ul-bandwidth);freque ncy or/a nd In ter-RAT cell re-selectio n -SIB4 : Neighbor cell related info only for In tra-freque ncy cell re-selectio n in formatio n. -SIB5 : E-UTRAN In ter-freque ncycell re-selectio n in formatio n.PDCCH foniiatNo. of CCEsUE 1No. ofcan didates in com mon search spaceNo. of can didates in i3 8 2 2 — 24 4212 ■ 61■6PDCCH formatNo. of CCEsUE 2N D . ofcamdidate& in com mon search spisceNo. ofcan diclates in aedieated search space3 8 2 2 24 42 12 ■ 6 01■6d search space余下SIB 的时域调度信息defaultPag in gCycle-SIB3 Cell re-selectio n in formati on.(In tra/I n ter-SIB6 : UTRAN freque ncies and n eighbori ng cell re-selecti on.-SIB7 : GERAN freque ncies cell re-selecti on.-SIB8 : CDMA2000 freque ncies and n eighbouri ng cell re-selectio n.Dedicated search space(UE2)-SIB9 : Home eNB.-SIB10 : ETWS primary notification. -SIB11 : ETWS sec on dary notificati on.。