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每天学习总结—TDD-LTE帧结构详解
LTE帧结构图解帧结构总图：1、同步信号（下行）1-1、PSS（主同步信号）P-SCH (主同步信道）：UE可根据P-SCH获得符号同步和半帧同步。
PSS位于DwPTS 的第三个符号。
占频域中心6个RB。
1-2、SSS（辅同步信号）S-SCH（辅同步信道）：UE根据S-SCH最终获得帧同步，消除5ms模糊度。
SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号。
也占频域中心6个RB，72个子载波，2、参考信号2-2、下行2-1-1、CRS（公共参考信号）时域(端口0和1的CRS位于每个slot第1和倒数第3个符号,端口2和3位于每个slot 第2个符号)频域(每隔6个子载波插入1个)位置：分布于下行子帧全带宽上作用：下行信道估计，调度下行资源，切换测量2-1-2、DRS（专用参考信号）位置：分布于用户所用PDSCH带宽上作用：下行信道估计，调度下行资源，切换测量2-2、上行2-2-1、DMRS（解调参考信号）在PUCCH、PUSCH上传输，用于PUCCH和PUSCH的相关解调，可能映射到以下几个位置：1、PUSCH 每个slot(0.5ms) 一个RS，第四个OFDM symbol2、PUCCH－ACK 每个slot中间三个OFDM symbol为RS3、PUCCH－CQI 每个slot两个参考信号2-2-2、SRS（探测参考信号）可以在普通上行子帧上传输，也可以在UpPTS上传输，位于上行子帧的最后一个SC-FDMA符号，eNB配置UE在某个时频资源上发送sounding以及发送sounding的长度。
、Sounding作用：上行信道估计，选择MCS和上行频率选择性调度TDD系统中，估计上行信道矩阵H，用于下行波束赋形Sounding周期：由高层通过RRC 信令触发UE 发送SRS，包括一次性的SRS 和周期性SRS 两种方式周期性SRS 支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八种周期TDD系统中，5ms最多发两次3、下行物理信道3-1、PBCH（物理广播信道）频域：对于不同的系统带宽，都占用中间的1.08MHz （72个子载波）时域：映射在每5ms 无线帧的subframe0的第二个slot的前4个OFDM符号上周期：40ms。
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一、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和三个特殊时隙构成，DwPTS和UpPTSUpPTS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。
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，PDCCH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）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）2.1 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-Bandwidth, PHICH-Config, SFN, # of antennas.- 占用中间的6个RB（72sc），在第2个slot的前4个symbol上传递（slot 1, symbol 0~3）- 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道）- 用来指示在一个sub-frame中PDCCH传输的OFDM symbol数量（1, 2 or 3）- 在每个subframe(TTI)的第1个symbol上进行传递(symbol 0 within each TTI)- 承载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）- 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HARQ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。
- PDCCH的大小对应于一个或者多个CCE，如下图所示：- DSS => Dedicated Search Space (for only one UE) & CSS => Common Search Space (for several UEs)2.4 PDSCH：Physical Downlink Shared Channel （物理下行共享信道）- 用于承载DL-SCH信息，传递SIB信息（SIB消息传递方向：BCCH -> DL-SCH -> PDSCH）- SIB1消息的重复周期为80ms，初始位置为subframe#5 of SFN mod 8 = 0，在SFN mod 2 = 0的帧上重复. SIB – System Information Blocks- SIB1: Cell Access Info (PLMN, TAC, CID…); 小区选择相关信息; TDD相关配置信息; 余下SIB的时域调度信息- SIB2: 公共信道的无线资源配置（PCCH, RACH); freqInfo (ul-carrierFreq, ul-bandwidth); defaultPagingCycle - SIB3: Cell re-selection information. (Intra/Inter frequency or/and Inter-RAT cell re-selection)- SIB4: Neighbor cell related info only for Intra-frequency cell re-selection information.- SIB5: E-UTRAN Inter-frequency cell re-selection information.- SIB6: UTRAN frequencies and neighboring cell re-selection.- SIB7: GERAN frequencies cell re-selection.- SIB8: CDMA2000 frequencies and neighbouring cell re-selection.- SIB9: Home eNB.- SIB10: ETWS primary notification.- SIB11: ETWS secondary notification.- 如果UE专用参考信号不被传输，使用天线端口集合P = {}0, {}1,0, or {}3,2,1,0- 如果UE专用参考信号被传输，则使用天线端口P = 52.5 PHICH：Physical HARQ Indicator Channel （物理HARQ指示信道）- 用于承载HARQ的ACK/NACK- 在每个subframe的第1个symbol上进行传递（symbol 0 of each subframe）- 一个PHICH组对应于3个REG，12个RE资源2.6 PMCH：Physical Multicast Channel （物理多播信道）- 目前不支持，无需掌握▪没有对传输分集方案进行标准化▪单天线端口传输，使用端口4▪在支持PDSCH和PMCH混合传输的载波上，PMCH不能再子帧0和5中传输下行物理层信号：对应于一系列物理层使用的RE，这些RE不传递任何来自高层信息注：物理信号都由ZC序列生成，每一个子载波占用一个ZC序列的符号。
SSS和PSS同步信号内容固定，重复发送，不承载任何上层信息，是UE在进行小区搜索时第一个要找的信息。
UE进行盲检搜索同步信号，目前只支持Normal CP的格式。
2.7 PSS：Primary Synchronization Signal （主同步信号）- 频域上占系统带宽中间的6个RB，即72sc- 在第2个subframe的第3个symbol中进行传递（subframe 1 or 6, symbol 2）- 指示一个物理小区组内的id：Physical-layer id：0, 1, 2 (3个)2.8 SSS：Secondary Synchronization Signal（辅同步信号）- 频域上占系统带宽中间的6个RB，即72sc- 在第1个subframe的最后1个symbol中进行传递（subframe 0 or 5, symbol 6）在subframe 0和5中的SSS结构相同，但是在频域上错开，以区别前5ms或后5ms的半帧。
- 指示物理小区组号：Physical-layer cell-id group：0~167（168个）- Total cell IDs: 168 x 3 = 504 cell IDs. (0~503)2.9 RS：Reference Signal （参考信号）（every slot, symbol 0&4）- 用于下行信道估计，信道质量测量以及相关解调，对UE来说是已知信号（RS信号与小区physical id有关，这个在小区搜索过程中的同步信号中获得）- 频域上：每6个子载波分配一个RS- 时域上：每个slot的symbol 0&4用来传递RS，symbol 0和4之间有3个SC的间差，用于时频域分集。