LTE物理层信道信号
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
LTE物理层解析---参考信号
1 (1− 2 ⋅ c(2m))+ j
2
1 (1− 2 ⋅ c(2m +1)),
2
m
=
0,1,...,2
N
mFDM 符号编号，PN 序列参数的循环移位寄存器初始值设置如下：
( ) ( ( ) ) cinit
= 210
⋅
7⋅
ns
+1
+l +1
⋅
2
⋅
N
cell ID
l
=
⎪⎧0, ⎪⎩⎨1
N
DL symb
−
3
if p ∈{0,1} if p ∈{2,3}
m
=
0,1,...,2 ⋅
N
DL RB
−1
m′
=
m
+
N
max,DL RB
−
N
DL RB
变量 v 和 vshift 定义了不同参考信号的频域位置，其中 v 由下式给出
⎧0
⎪⎪3
v
=
⎪⎪3 ⎪⎨0
⎪⎪3(ns mod 2) ⎪⎩3 + 3(ns mod 2)
解调参考信号和探测参考信号具有相同的基本序列集合。
2.3.2.2 参考信号序列产生
参考信号序列 ru(α,v) (n) 定义为一个根序列 ru,v (n) 的通过循环移位α 得到，如下：
ru(,αv) (n) = e jαnru,v (n),
0
≤
n
<
M
RS sc
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RB Frequency
PUCCH
RS
PUSCH
SRS
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物理层处理流程
lte物理层处理流程LTE（Long Term Evolution）是一种无线通信技术，它的物理层处理流程是实现无线信号的传输和接收。
本文将从物理层处理流程的角度，详细介绍LTE系统是如何处理数据的。
LTE物理层处理流程主要包括信道编码、调制和解调、信道复用和解复用、多天线技术以及功率控制等环节。
LTE系统对要传输的数据进行信道编码。
信道编码的目的是为了提高信道的可靠性和传输效率。
在信道编码过程中，数据被划分为一定的块，并添加纠错码，以便在传输过程中能够纠正误码。
纠错码的添加可以提高传输的可靠性，保证数据的完整性。
接下来，经过信道编码的数据被调制。
调制的目的是将数字信号转换为模拟信号，以便在无线信道中传输。
LTE系统采用的调制方式是正交频分复用（OFDM），它将数据分成多个子载波进行传输，提高了信道的利用率和抗干扰能力。
在调制完成后，LTE系统对信号进行解调。
解调的过程是调制的逆过程，将接收到的模拟信号转换为数字信号。
解调后的信号被送入解码器进行纠错，以还原原始数据。
解调和解码的过程是为了消除传输过程中的干扰和误差，确保数据的可靠性。
LTE系统还需要进行信道复用和解复用的操作。
信道复用是指将多个用户的数据进行合理分配，使它们能够在同一时隙中传输。
信道解复用则是将接收到的多路信号进行分离，恢复出原始的用户数据。
信道复用和解复用的过程是为了提高系统的容量和效率，使多个用户能够同时进行通信。
LTE系统还采用了多天线技术，包括发射端的空间多址技术和接收端的空间分集技术。
发射端的空间多址技术利用多个天线同时发送信号，提高了信号的传输速率和可靠性。
接收端的空间分集技术则利用多个天线接收信号，通过对多个接收信号进行合理的处理，提高了信号的抗干扰能力和覆盖范围。
LTE系统还需要进行功率控制，即根据信道的质量和用户的需求，调整发射功率，以达到最佳的传输效果。
功率控制的目的是提高系统的能效，减少干扰和功耗。
LTE物理层处理流程主要包括信道编码、调制和解调、信道复用和解复用、多天线技术以及功率控制等环节。
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
第二章 LTE物理层解析---上行物理信道
−
i)e
j
2πik
M
PUSCH sc
i=0
k
=
0,...,
M
PUSCH sc
−1
l = 0,..., M symb
M
PUSCH sc
−1
得到了一个复数符号块
z(0),..., z(M symb
−1)
。其中
M
PUSCH sc
=
M
PUSCH RB
⋅
N
RB sc
，而
M
PUSCH RB
为
eNB
分配给
UE
的
PUSCH
(k, l)
N sRcB
RB sc
N
×
UL RB
N
l=0
k =0 l = NsUymL b −1
图 3 上行资源栅格
2.5.2.2 资源粒子
资源栅格中的每个元素为一个资源粒子（RE），并且在一个时隙中被 (k,l) 唯一标识，其
中
k
=
0,...,
N
UL RB
N
RB sc
− 1 ，l
=
0,...,
N
UL symb
LTE 协议解读
subcarrier s
subcarrier s
One uplink slot Tslot
N
UL symb
SC-FDMA
symbols
k
=
N
UL RB
N
RB sc
−1
Resource
block
N
UL symb
×
N
RB sc
resource elements
LTE下行物理信道
LTE下行物理信号与信道1.下行物理信号♦下行同步信号▫主同步信号（PSS）PSS主同步信号：使用Zadoff Chu（ZC）序列产生，用于区别扇区号▫辅同步信号（SSS）SSS辅同步信号：使用伪随机序列产生，用于区别基站LTE小区、基站规划：168个基站（SSS来区分基站号），每个基站3个扇区（PSS区分扇区）。
一共504个小区（PCI－Physical Cell Identifier ），在LTE系统中进行复用。
作用：UE与系统进行同步♦下行参考信号▫小区专用参考信号（CRS）CRS:用于下行信道估计，及非beamforming模式下的解调。
调度上下行资源,用作切换测量。
▫MBSFN参考信号▫UE专用参考信号（DRS）DRS:仅出现于波束赋型模式，用于UE解调。
▫PRS：主要用于定位下行参考信号特点作用1：由上述特点，参考信号可以用来测量下行信道的质量作用2：位置是固定的，当一个参考信号发送时候，不能有任何其他信号发射；作用3：识别天线；2.下行物理信道（1）功能概述:物理下行控制信道(PDCCH）：承载下行调度信息,用于指示PDSCH相关的传输格式，资源分配，HARQ信息等；物理下行共享信道(PDSCH)：承载下行业务数据 ;物理广播信道(PBCH)：承载广播信息 ,传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽，天线数目等；物理控制格式指示信道(PCFICH)：一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目；物理HARQ指示信道(PHICH)：用于NodB向UE 反馈和PUSCH相关的ACK/NACK信息,承载HARQ信息；物理多播信道(PMCH)：传递MBMS相关的数据,在支持MBMS业务时，用于承载多小区的广播信息。
（2）下行信道的映射（3）下行物理信道的处理过程.1、下行物理信道一般处理流程具体如下：1）加扰：对将在一个物理信道上传输的每一个码字中的编码比特进行加扰；上行链路物理信道加扰的作用是区分用户，下行链路加扰可以区分小区和信道。
最新LTE传输信道、逻辑信道、物理信道
1传输、逻辑、物理信道之间关系：21、逻辑信道32、MAC层在逻辑信道上提供数据传送业务，逻辑信道类型集合是为MAC层提4供的不同类型的数据传输业务而定义的。
逻辑信道通常可以分为两类：控制信5道和业务信道。
控制信道用于传输控制平面信息，而业务信道用于传输用户平6面信息。
73、其中，控制信道包括：84、广播控制信道(BCCH)：广播系统控制信息的下行链路信道。
95、寻呼控制信道(PCCH)：传输寻呼信息的下行链路信道。
106、专用控制信道（DCCH）：在UE和RNC之间发送专用控制信息的点对11点双向信道，该信道在RRC连接建立过程期间建立。
127、公共控制信道（CCCH）：在网络和UE之间发送控制信息的双向信13道，这个逻辑信道总是映射到RACH/FACH传输信道。
148、业务信道包括：159、专用业务信道（DTCH）：专用业务信道是为传输用户信息的专用于16一个UE的点对点信道。
该信道在上行链路和下行链路都存在。
1710、公共业务信道（CTCH）：向全部或者一组特定UE传输专用用户信18息的点到多点下行链路。
1911、2、传输信道2012、传输信道定义了在空中接口上数据传输的方式和特性。
一般分为两类：121专用信道和公共信道。
专用信道使用UE的内在寻址方式；公共信道如果需要寻22址，必须使用明确的UE寻址方式。
2313、其中，仅存在一种类型的专用信道，即专用传输信道(DCH)。
它是一个上24行或下行传输信道。
DCH在整个小区或小区内的某一部分使用波束赋形的天线进25行发射。
2614、另外，UTRA定义了六类公共传输信道：BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH和27DSCH。
2815、广播信道(BCH)：是一个下行传输信道，用于广播系统或小区特29定的信息。
BCH总是在整个小区内发射，并且有一个单独的传送格式。
3016、前向接入信道(FACH)：是一个下行传输信道。
FACH在整个小区31或小区内某一部分使用波束赋形的天线进行发射。
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S
S S S S S S
U
U U U U U U
U
U D U U D U
U
D D U D D U
D
D D D D D D
S
S S D D D S
U
U U D D D U
U
U D D D D
U
D D D D D
转换周期为10ms表示每10ms有一个特 殊时隙。
4 5 6
U 3D
TD-LTE帧结构和TD-SCDMA帧结构对比
9
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3，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
LTE系统的信道与信号
1
内容：
• 帧结构 • 物理信道和信号 • FDD LTE和TD-LTE的对比
2
TD-LTE帧结构
子帧: 1ms 特殊子帧: 1ms DwPTS
#0
时隙 0.5m s
#2
#3
#4
GP UpPTS
半帧: 5ms
帧: 10ms
半帧: 5ms
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 TD-LTE上下行配比表
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%
= 1.475ms 0.7ms
DL-UL Configurati on Switch-point periodicity 5 ms
5 ms 5 ms 10 ms 10 ms 10 ms 5 ms
Subframe number
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊 时隙。
0
1 2 3
D
D D D D D D
• 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 • TD-SCDMA的UpPTS承载Uppch，用来进行随机接入
11
逻辑、传输、物理信道
下行信道映射关系
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH
0.675ms
TD-SCDMA TDLTE
1ms
TD-LTE 子帧= 1ms = 30720Ts 10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts 3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts
共存要求：上下行没有交叠（图中Tb > Ta） 。 则TD-LTE的DwPTS必须小于 0.525ms（16128Ts)，只能采用3:9:2的配置 TD-SCDMA
15
小区物理ID（PCI）
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 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 可获得该小区物理ID • LTE的方式类似，UE需要解出两个序列：
-
PDCCH
PBCH
PDSCH
PMCH
Downlink Physical channels
PUCCH
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。
物理信道配置
关键技术
帧结构 物理信道
物理层过程
14
SCH配置
SCH(同步信道)
• 同步信号用来确保小区内UE获得下行同步。同时，同步信号也用来表示小区物理ID （PCI），区分不同的小区 • P-SCH (主同步信道）：UE可根据P-SCH获得符号同步 • S-SCH（辅同步信道）：UE根据S-SCH最终获得帧同步
16
PBCH配置
PBCH(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：每5ms 无线帧的subframe0的第二个slot的前4个OFDM符号上 • 周期：40ms。每10ms重复发送一次，终端可以通过4次中的任一次接收解调出BCH
广播消息
• MIB在PBCH上传输,包含了接入 LTE系统所需要的最基本的信息：
TD-SCDMA 时隙 = 675us DwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125us 5
TDLTE
TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存（2）
TD-S = 4:2 TD-LTE = 3:1 + 3:9:2
根据计算，此时TD-LTE下行扇区吞吐量为28Mbps左右 （为避免干扰，特殊时隙只能采用3:9:2，无法用来传输业务。经计算，为和TD-SCDMA时 隙对齐引起的容量损失约为20% ）
DwPTS上获得与小区的同步
• 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
• 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）
增加新的特殊时隙配比需要修改标准，目前已经将该要求写入R11版本， 后续将考虑如何在R9版本中引入该要求。
7
内容：
• 帧结构 • 物理信道和信号 • FDD LTE和TD-LTE的对比
8
特殊子帧
• TD-LTE特殊子帧继承了TD-SCDMA的特殊子 帧设计思路，由DwPTS，GP和UpPTS组成。 • TD-LTE的特殊子帧可以有多种配置，用以改 变DwPTS，GP和UpPTS的长度。但无论如何 改变，DwPTS + GP + UpPTS永远等于1ms
13
PDCCH（下行物理控制信道)
HS-SCCH ADPCH N/A PRACH HS-SICH
控制信道
PHICH(HARQ指示信道） PCFICH（控制格式指示信道） PRACH（随机接入信道） PUCCH（上行物理控制信道）
业务信道
PDSCH（下行物理共享信道）
PUSCH（上行物理共享信道）
PDSCH PUSCH
17
PCFICH & PHICH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
时隙 = 675us DwPTS = 75us GP = 75us
UpPTS = 125us 6
TD-LTE和TD-SCDMA邻频共存（3）
• TD-SCDMA与TD-LTE邻频共存时，需要严格时隙对齐，当TD-SCDMA配置为2UL:4DL时， TD-LTE需用配置1UL:3DL，特殊时隙3:9:2或3:10:1与其匹配 • DwPTS均仅占用3个符号，无法传输业务信道，为了提高业务信道的容量，又满足邻频共存 时两个TDD系统的GP对齐，建议增加DWPTS的符号数，在短CP情况下，增加新的特殊时隙 配比6:6:2；在长CP下情况下，增加新的特殊时隙配比5:5:2
1ms
特殊子帧 配置
0 1 2
Normal CP DwPTS 3 9 10 GP 10 4 3 UpPTS 1 1 1
3
4 5 6 7
DwPT S GP UpPTS
1ms
11
12 3 9 10 11
2
1 9 3 2 1
1
1 2 2 2 2
8
DwPT S
GP UpPTS
• TD-LTE的特殊子帧配置和上下行时隙配置没有制约 关系，可以相对独立的进行配置 • 目前厂家支持10:2:2（以提高下行吞吐量为目的）和 3:9:2（以避免远距离同频干扰或某些TD-S配置引起 的干扰为目的），随着产品的成熟，更多的特殊子帧 配置会得到支持
12
物理信道简介
信道类型 信道名称
PBCH(物理广播信道）
TD-S类 似信道
PCCPCH MIB
功能简介
•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。 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
4
特殊时隙总长: 0.275ms