最全面LTE物理层总结
LTE-物理层介绍
下行
上行
DwPTS
GP
UpPTS
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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
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• 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
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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物理层协议总结——LTE36系列协议总结
E-UTRA；E-UTRA继电器结构（LTE-Advanced）
36.806协议描述了E-UTRA的进一步进展；讨论了E-UTRA的继电器结构
21-Apr-2010
TR36.807
E-UTRA；用户设备（UE）无线传输和接收
36.807协议主要用于总结用户设备（UE）无线传输和接收无线电要求的研究作为Rel - 10上的一部分工作项目
主要是对MBMS的框架的总体情况介绍，包括MBMS的总体架构，用于支持MBMS业务的M1、M2、M3接口功能，以及MBMS相关协议的介绍
06-Apr-2010
TS36.441
支持E-UTRAN中MBMS的接口的层1
描述支持MBMS M1，M2，M3接口的物理层功能
18-Dec-2009
TS36.442
主要是M3接口的M3应用协议控制平面信令，包括M3AP业务、功能、过程以及消息描述
27-Sep-2010
TS36.445
M1数据传输
主要是M1接口的用户平面传输承载，用户平面协议栈及功能
14-Jun-2010
TS36.446
M1用户平面协议
未下载
TS36.455
LTE定位协议A（LPPa）
主要描述LTE定位协议A，包括：定位辅助信息的获取和传输，定位相关测量信息和位置信息的交互等
27-Sep-2010
TS36.521-1
一致性测试
描述了终端一致性射频测试中对于终端收发信号能力等的测试
22-Sep-2010
TS36.521-2
实现一致性声明
描述了终端一致性射频测试中终端为支持测试而需满足的特性条件
21-Sep-2010
TS36.521-3
LTE物理层关键技术及物理层传输方案汇总
LTE物理层关键技术及物理层传输方案汇总LTE（Long Term Evolution）是一种高速无线通信技术，它的物理层关键技术和传输方案为实现高速的无线通信提供了支持。
1. MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术：MIMO技术是LTE物理层的核心技术之一，它利用多个天线在发送和接收端同时传输和接收多个数据流，从而提高了系统的容量和数据传输速率。
LTE中使用了2x2 MIMO或4x4 MIMO技术，分别表示在发送和接收端使用2个或4个天线。
2. OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术：OFDM技术是LTE物理层的另一个重要技术，它将频域上的数据划分为多个子载波，每个子载波上都可以传输不同的数据。
这种分频复用的方式可以提高频谱效率和抗干扰能力。
3. RB（Resource Block）分配：在LTE中，物理资源被划分为一组资源块，每个资源块占据12个子载波和一个时隙。
RB分配是根据用户的需求和系统的负载情况进行动态分配，以最大化系统资源的利用效率。
4. HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）技术：HARQ技术是一种自动重传技术，用于提高数据传输的可靠性。
当接收端收到有错误的数据时，它可以向发送端发送一个重传请求，从而实现数据的可靠传输。
5. CQI（Channel Quality Indicator）反馈：CQI反馈是在LTE中用于评估信道质量的指标，它通过接收端测量信道的质量，并将评估结果发送给发送端。
根据CQI反馈，发送端可以选择适当的调制和编码方案，以最大化数据传输速率和系统容量。
6. TDD（Time Division Duplexing）和FDD（Frequency Division Duplexing）：TDD和FDD是两种不同的LTE物理层传输方案。
最全面LTE物理层总结
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物理层相关参数
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物理层相关参数
在TYPE2子帧中，一般子帧0和子帧5固定用于下 行传输，而子帧2和7用于上行，其他帧可配置上 行或下行子帧，LTE TDD支持5ms和10ms的上下 行子帧切换周期，其具体配置规定如下
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物理层相关参数
▪下行传输资源结 构
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物理层相关参数
▪上行传输资源结 构
n28,n32, n36, n40, n44, n48, n52, n56 n60, spare1}； messageSizeGroupA={bit56, bit144, bit208, spare1}； messagePowerOffsetGroupB ={minusinfinity, spare1}； UE MAC层根据以上基本参数配置，确定物理层随机接入前导序列的时频资源的配
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上行共享信道PUSCH
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物理上行控制信道PUCCH
上行控制信道 PUCCH，用于传输 上行控制信息。同 一UE端不能同时在 PUSCH和PUCCH上 传输。此外PUCCH 不能在UpPTS时隙 中传输。
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物理上行控制信道PUCCH
物理上行控制信道支持多种格式传输
PUCCH format
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物理随机接入信道PRACH
➢前导序列发送功率配置参数 ➢功率爬坡步长：owerRampingStep ={dB0, dB2,dB4, dB6}； (2) 前导序列初始发送功率：preambleInitialReceivedTargetPower ={dBm-120,
dBm-118, dBm-116, dBm-114, dBm-112,dBm-110, dBm-108, dBm-106, dBm-104, dBm-102,dBm-100, dBm-98, dBm-96, dBm-94,dBm-92, dBm-90} ➢随机接入前导发送与接收随机接入响应的相关配置 (1) 随机接入前导最大发送次数：preambleTransMax= {n3, n4, n5, n6, n7, n8, n10, n20, n50,n100, n200, spare5, spare spare3,spare2, spare1}, (2) PDCCH信道检测窗：ra-ResponseWindowSize={sf2, sf3, sf4, sf5, sf6, sf7,sf8, sf10} (3) 冲突解决计数器：mac-ContentionResolutionTimer ={sf8, sf16, sf24, sf32, sf40, sf48,sf56, sf64} (4) 随机接入资源请求信息自动重传次数：maxHARQ-Msg3Tx =INTEGER (1..8)
LTE物理层总结二-2
4.3.3 其他上下行信道的调制/解调处理4.4 传输预编码Transform precoding （DFT ）将数据依次作串并转换，变成并行的PUSCHSCM 点数据，再依次送入作PUSCHSCM 点的DFT变换。
这里指的传输预编码主要是做一个 DFT 变换，将数据变成频域数据。
The block of complex-valued symbols )1(),...,0(symb -M d d is divided into PUSCHsc symb M M sets, each corresponding to one SC-FDMA symbol. Transform precoding shall be applied according to1,...,01,...,0)(1)(PUSCH sc symb PUSCHsc 12PUSCHsc PUSCHscPUSCHsc PUSCH sc sc-=-=+⋅=+⋅∑-=-M M l M k ei M l d M k M l z M i M ikjπresulting in a block of complex-valued symbols)1(),...,0(symb -M z z . Thevariable RB scPUSCH RB PUSCH sc N M M ⋅=, where PUSCHRB M represents the bandwidth of the PUSCH in terms of resource blocks, and shall fulfilULRBPU SCH RB 532532N M ≤⋅⋅=ααα where 532,,ααα is a set of non-negative integers.输入：)1(),...,0(symb -M d d ，经过复值调制后的符号序列输出：DFT 后的symb M 点数据，以PUSCHSC M 点为一个并行单元4.5 层映射层映射和接下来的与编码过程都与MIMO 有关MIMO 技术是LTE 中采用的关键技术之一，在LTE 系统中，MIMO 传输方案大致可分为两大类：发送分集和空间复用。
LTE的物理层技术-OFDM
LTE的关键物理层技术LTE的关键物理层技术主要有：正交频分的多载波传输（OFDM）、多入多出（MIMO）、高阶调制（LTE最高64QAM）。
OFDM的特点正交频分传输是一种多载波传输技术，整个传输信号由很多子载波组成，各子载波之间互为正交（而传统的频分复用技术的各载波是不正交），来避免子载波之间的互相干扰。
与传统的频分复用相比，正交频分复用技术使得子载波可以排列更紧密，频谱效率更高。
（CDMA系统中的各码道之间也是互相正交的。
正交信号之间的互相干扰是可以消除的）OFDM的作用OFDM的引入主要是为了抗信道衰弱。
无线信道由于信号在传输过程中的各种反射、折射、多谱LE频移，使接收到的信号的幅度和相位产生剧烈的变化，就会产生严重的衰弱现象。
在同样的衰弱情况下，较窄的信道带宽，在整个传输带宽内，它的衰弱可能是比较一致的，称为平坦衰落（从时域的角度看，也称为慢衰落）；而较宽的信道带宽，在整个传输带宽内，它的衰弱可能是变化的，称为不平坦衰落（从时域的角度看，也称为快衰落）。
平坦衰落由于在传输信道带宽内信号变化是一致的，在产生衰落时可以用较简单的均衡技术来恢复；而不平坦衰落导致的传输失真的恢复比较困难。
由于LTE要求的传输速率相当高，它的信道带宽必然比较宽（20M，而LTE－A 可以达到100M）；并且，LTE系统需要支持这种使用环境，最高移动速度达到500公里每小时（LTE －TDD支持的最高速度是300公里）（衰落最严重的情况是市区内高速运动）。
因此，LTE系统的信道衰落比较严重（在高速率的传输系统中，OFDM已成为一种趋势）。
OFDM在抗多径衰落方面有着先天的优势。
OFDM把较宽的带宽分割成很多子载波（LTE中子载波带宽15K），因此，在每个子载波内，衰落是平坦的。
这样，就可以通过简单的均衡技术来达到较好的效果。
OFDM技术的主要特点∙1．高速数据先经过串并转换，再调制到各子载波。
这样子载波上的码速率就很低，可以有效降低码间串扰。
LTE物理层介绍_OFDM
主要参数——循环前缀
CP 符号 66.67us 4.6875us 常规CP+常规符号 用于常规小区单播系统 符号 66.67us 16.67us 扩展CP+常规符号 用于大小区单播或MBMS系统 符号 133.33us 超长扩展CP+独立载波MBMS符号 用于独立载波MBMS系统
背景知识——正交
• 以 cos 2t 乘 cos 2t 为例，相乘再在周期内积分， 相当于求下图黄色部分的面积，面积大于0。
背景知识——正交
• 以 cos 2t乘 cos 3t 为例，相乘再在周期内积分， 相当于求下图黄色部分的面积，面积为0。
背景知识——正交
• IQ调制与接调：
• 解调时，I路乘上cos再积分得到a。
主要参数——参数设计
• 4 根据预期达到的比特速率和符号长度计算一个 OFDM符号需传输的比特数： n=Rb×Ts=25×4.8=120bit。 • 5 根据一个OFDM符号需要传输的比特数和给定带宽 确定调制编码方式和子载波数： • ¾编码率、QPSK调制时，1个RE需传输1.5个比特， 传120个比特需80个子载波，占用带宽为 80×250=20MHz，超过了限定带宽18M。 • 1/2编码率、16QAM调制时，1个RE需传输2个比特， 传120个比特需60个子载波，占用带宽为 60×250=15MHz，满足限定带宽18M要求。
背景知识——频分复用
• 频分复用(Frequency Division Multiplexing)：将用于传输信 道的总带宽划分成若干个子带，每个子带传输一路信号。
LTE 物理层
注 :U表示用于上行传输时隙，S表示包含DwPTS、GP以及UpPTS的特殊子 帧，D表示用于下行传输的时隙。
下行物理信道有：
① PDSCH传输用户数据； ② PDCCH传输与特定PDSCH相关的控制和配置信息 （HARQ信令、功控命令、RB分配、AMC配置）； ③ PBCH传输小区广播信息； ④ PMCH传输多媒体广播业务； ⑤ PCFICH传输用于控制信道（PDCCH）的OFDM符号个 数； ⑥ PHICH传输HARQ ACK/NACK
由于最小TTI是1ms，而RB为0.5ms为单位，则映 射的时候，VRB和PRB也是成对映射的。
集中式虚拟资源块 LVRB –> 直接映射到物理资源 块上； 分布式虚拟资源块 DVRB –> 按照函数关系映射到 物理资源块上，在一个子帧中的两个时隙上虚拟到 物理资源块的映射是不同的。 一个时隙里面可以同时进行LVRB和DVRB的传输。 eNode B可以分配多个VRB给一个UE。
在下行方向采用基于循环前缀（Cyclic Prefix，CP） 的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM） 在上行方向上采用基于循环前缀的单载波频分多址 （Single Carrier—Frequency Division Multiplexing Access，SC-FDMA)
主讲人：蔡俊
物理层概述 帧结构 下行物理信道
E-UTRA无线接口协议结构
物理层与层2的媒体接入控制 (Media Access Control，MAC)子层和层3的无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)层具有接口。其中的圆 圈表示不同层／子层间的服务接入点(Service Access Point，SAP)。物理层向MAC层提供传输信 道(Transport Channel)。MAC提供不同的逻辑信 道给层2的无线链路控制(Radio Link Control， RLC)子层。
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9 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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物理层相关参数
子帧格式：LTE支持两种基本的工作模式，即频分双工（FDD）和时分双工（TDD）； 支持两种不同的无线帧结构，即Type1和Type2帧结构，帧长均为10ms。前者适用于 FDD工作模式，后者适用于TDD
TS 36．213――随机接入等物理层的工作过程 TS 36．214――物理层的测量技术 TS 36．302――物理层向高层提供的数据传输服务
4 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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信道状态 信息等
传输块
HARQ
ACK/NACK ACK/NACK HARQ信息
HARQ
信道解码
调制方式
编码
解调 数据调制 IDFT
调制方式
M A C 调
天线方式映射
信号检测 信道估计
DFT
上 行 发
资源/功率分配
资源/功率分配
送 控
度
RE解映射 FFT 去CP 数字 下变频 ADC
……
RE映射 IFFT 加CP 数字上变频 DAC 制
物理信道结构
16 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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上行共享信道PUSCH 信道功能：物理上行共享信道，即主要传输UE的数据和控制信息的物理信道， 既可以传输数据也可复用传输控制信息包括(CQI and/or PMI), HARQ-ACK 和 RI(rank indication)秩信息 PUSCH系统结构 信道编码：加循环校验冗余CRC、码块分段、加CRC校验、turbo编码、速率 匹配、码块级联、复用、信道交织过程 基带SC-FDMA处理：加扰、调制映射、传输与编码（DFT）、RE映射、SCFDMA信号产生
物理信道的种类
下行物理信道 PDSCH：下行物理共享信道，承载下行数据传输、SIB和寻呼信息 PBCH：物理广播信道，传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽、天线数目和小区 ID等 PMCH：物理多播信道，传递MBMS（单频网多播和广播）相关的数据 PCFICH：物理控制格式指示信道，表示一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号的数量 PHICH：物理HARQ指示信道， 用于eNodB向UE反馈和PUSCH相关的ACK/NACK信息
参考信号和信道估计功能
LTE物理层过程
2 | UMTS_Transeserved © Alcatel-Lucent 2007, #####
LTE的需求指标 支持1.4MHz-20MHz带宽 峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps。频谱效率达到3GPP R6的2-4倍
随机接入信道 RACH
上行控制信息 UCI
物理随机接入信道PRACH
PUCCH、PUSCH
7 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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物理层相关参数
基本传输和多址技术：上行单载波频分多址SC-FDMA，下行正交频分多址OFDMA 双工方式：TDD，FDD（全双工和半双工FDD）
3 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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与LTE物理层相关的协议编号及内容 TS 36．201――ＬＴＥ物理层―总体描述 TS 36．211――物理信道、参考信号、帧结构
TS 36．212――信道编码、交织、速率匹配、复用
19 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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物理上行控制信道PUCCH
物理上行控制信道支持多种格式传输
PUCCH format
Modulation Scheme
N/A
Number of Bits per Subframe
物理层相关参数 下行传输资源结构
14 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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物理层相关参数 上行传输资源结构
15 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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HARQ信息
HARQ
CRC 校验 信道解码 解交织解复用
调制方式
CRC 添加
编码 速率匹配 数据复用 ,交织 加扰 上 数据调制 行 DFT RE映射 控 IFFT 加CP 数字上变频
D/A
解调，解扰 IDFT
M A
天线方式映射
C 调 度
资源/功率分配
信道估计 信号检测
发 送
RE 逆映射 FFT 去CP 数字 下变频
Physical Layer Introduction
Zhu Xiaoqiang 2011.3.7
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目录 LTE的性能需求指标 与LTE物理层相关的协议编号及内容
物理信道的种类
传输信道与物理信道的映射 物理层相关参数 物理信道结构
8 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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物理层相关参数
CP的长度是由所要求的系统容量、信道相关时间和FFT复杂度（限制OFDM符号周期）共同 决定的。 常规小区的单播系统采用 CP 4.6875us和６６.６７ｕｓ的符号，在一个子帧的７个符 号中，前６个符号的ＣＰ均为4.6875us，最后一个符号的ＣＰ为５.２０８ｕｓ 大小区的单播系统或单播／ＭＢＭＳ混合载波的E-MBMS系统采用扩展CP 16.67us和符 号６６.７５ｕｓ ＤＣ－ＭＢＭＳ系统采用３３.３３ＣＰ和１３３.３３ｕｓ的符号 调制方式及AMC 下行 BPSK QPSK 16QAM 64QAM, 上行 QPSK,16QAM,64QAM 信道编码：Turbo 、卷积码 多天线技术 下行 预编码SU-MIMO、预编码MU-MIMO、波束赋形、发射分集 上行 MU-MIMO、天线选择
6 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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传输信道与物理信道的映射
上行传输信道与物理层信道的映射关系
传信道信道/ 控制信息 上行共享信道 UL-SCH
物理信道 物理上行共享信道 PUSCH
物理层相关参数
在TYPE2子帧中，一般子帧0和子帧5固定用于下行传输，而子帧2和7用于上行，其他帧 可配置上行或下行子帧，LTE TDD支持5ms和10ms的上下行子帧切换周期，其具体配置 规定如下
13 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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10 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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物理层相关参数
TDD模式下，每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1 个特殊子帧组成。特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms 。下行导频时隙保护间隔DwPTS用于下行传输同步符号，UpPTS也用于传输上行同步 符号，不用于传输上行数据，而GP为保护间隔，防止上下行间的干扰。上行导频时隙 DwPTS和UpPTS的长度可配置，DwPTS的长度为3～12个OFDM符号，UpPTS的长度 为1～2个OFDM符号，相应的GP长度为1～10个OFDM符号
17 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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上行共享信道PUSCH
eNodeB
传输块 信道状态 信息等 ACK/NACK 传输块 多种尺寸 ACK/NACK HARQ信息
UE
HARQ
5 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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传输信道与物理信道的映射
下行传输信道与物理层信道的映射关系 传输信道 下行共享信道 DL-SCH 寻呼信道PCH 广播信道 BCH 多播信道MCH 控制信息 控制格式指示CFI HARQ指示 HI 下行控制信息 DCI 物理信道 物理下行共享信道PDSCH 物理下行共享信道PDSCH 物理广播信道PBCH 物理多播信道PMCH 物理信道 物理控制格式指示信道PCFICH 物理HARQ指示信道 PHICH 物理下行控制信息信道PDCCH
A/D
……
制
18 | UMTS_Trans_Intro | Oct 2007
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