LTE基本概念與物理層關(guān)鍵技術(shù)1

1、技術(shù)部技術(shù)部LTE基本概念與物理層關(guān)鍵技術(shù)目目 錄錄 LTE的簡介與發(fā)展的簡介與發(fā)展 LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) LTE的物理層關(guān)鍵技術(shù)的物理層關(guān)鍵技術(shù)LTELTE簡介簡介 LTE（Long Term Evolution 長期演進(jìn)）是第三代移動通信系統(tǒng)的演進(jìn)。l 改進(jìn)并增強了3G的空中接入技術(shù)；l 采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)；l 在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率；l 改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)時延。3G3G演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化2006年，ITU-R正式將4G命名為IMT-Advanced技術(shù)目目 錄錄

2、 LTE的簡介與發(fā)展的簡介與發(fā)展 LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) LTE的物理層關(guān)鍵技術(shù)的物理層關(guān)鍵技術(shù)EPSEPS體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)EPCEPC與與E-UTRANE-UTRAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空中接口：物理層接入技術(shù)空中接口：物理層接入技術(shù)空中接口：物理層特征空中接口：物理層特征l 基站和終端采用多天線機(jī)制，即MIMO技術(shù)，可以進(jìn)一步提升速率和無線容量。l 靈活的帶寬設(shè)置，可以有從1.4MHz到20MHz的6種不同帶寬，擴(kuò)展了頻譜的利用率。l 融合的FDD和TDD概念，進(jìn)一步統(tǒng)一FDD和TDD模式。目目 錄錄 LTE的簡介與發(fā)展的簡介與發(fā)展 LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) LTE的物理層關(guān)鍵技術(shù)的物理

3、層關(guān)鍵技術(shù) -基本原理基本原理 -幀結(jié)構(gòu)及物理信道幀結(jié)構(gòu)及物理信道 -物理層過程物理層過程OFDMOFDM概念概念正交頻分復(fù)用技術(shù)，多載波調(diào)制的一種。將一個寬頻信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進(jìn)行傳輸。頻域波形f寬頻信道寬頻信道正交子信道正交子信道LTELTE多址方式：下行多址方式：下行將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源，將不同的子載波資源分配給不同的用戶實現(xiàn)多址。因為子載波相互正交，所以小區(qū)內(nèi)用戶之間沒有干擾。時域波形tpower峰均比示意圖下行多址方式下行多址方式OFDMA下行多址方式特點下行多址方式特點同相位的子載波的波形在時域上直接

4、疊加。因子載波數(shù)量多，造成峰均比(PAPR)較高，調(diào)制信號的動態(tài)范圍大，提高了對功放的要求。分布式：分配給用戶的分布式：分配給用戶的RB不連續(xù)不連續(xù)集中式：連續(xù)集中式：連續(xù)RB分給一個用戶分給一個用戶 優(yōu)點：調(diào)度開銷小 優(yōu)點：頻選調(diào)度增益較大頻率時間用戶A用戶B用戶C子載波在這個調(diào)度周期中，用戶A是分布式，用戶B是集中式LTELTE多址方式：上行多址方式：上行和OFDMA相同，將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源，將不同的子載波資源分配給不同的用戶實現(xiàn)多址。注意不同的是：任一終端使用的子載波必須連續(xù)上行多址方式上行多址方式SC-FDMA上行多址方式特點上行多址方式特點考慮到多載波帶來的高PA

5、PR會影響終端的射頻成本和電池壽命，LTE上行采用Single Carrier-FDMA （即SC-FDMA）以改善峰均比。SC-FDMA的特點是，在采用IFFT將子載波轉(zhuǎn)換為時域信號之前，先對信號進(jìn)行了FFT轉(zhuǎn)換，從而引入部分單載波特性，降低了峰均比。頻率時間用戶A用戶B用戶C子載波在任一調(diào)度周期中，一個用戶分得的子載波必須是連續(xù)的上下行資源單位上下行資源單位信道類型信道名稱資源調(diào)度單位資源位置控制信道PCFICHPCFICHREGREG占用占用4 4個個REGREG，系統(tǒng)全帶寬平均分配，系統(tǒng)全帶寬平均分配 時域：下行子幀的第一個時域：下行子幀的第一個OFDMOFDM符號符號PHICHPHI

6、CHREGREG最少占用最少占用3 3個個REGREG時域：下行子幀的第一或前三個時域：下行子幀的第一或前三個OFDMOFDM符號符號PDCCHPDCCHCCECCE下行子幀中前下行子幀中前1/2/31/2/3個符號中除了個符號中除了PCFICHPCFICH、PHICHPHICH、參考信號所占用的資源參考信號所占用的資源PBCHPBCHN/AN/A頻域：頻點中間的頻域：頻點中間的1.08MHz1.08MHz，7272個子載波個子載波時域：每無線幀時域：每無線幀subframe 0subframe 0第二個第二個slotslot前前4 4個個OFDMOFDM符號符號PUCCHPUCCH位于上行子

7、幀的頻域兩邊邊帶上位于上行子幀的頻域兩邊邊帶上業(yè)務(wù)信道PDSCHPUSCHPDSCHPUSCHRBRB除了分配給控制信道及參考信號的資源除了分配給控制信道及參考信號的資源頻率CCE：Control Channel Element。CCE = 9 REGREG：RE group，資源粒子組。REG = 4 RERE：Resource Element。 LTE最小的時頻資源單位。頻域上占一個子載波（15kHz)，時域上占一個OFDM符號(1/14ms)RB：Resource Block。LTE系統(tǒng)最常見的調(diào)度單位，上下行業(yè)務(wù)信道都以RB為單位進(jìn)行調(diào)度。RB = 84RE。左圖即為一個RB。時域上占

8、7個OFDM符號，頻域上占12個子載波時間1個OFDM符號1個子載波LTE RB資源示意圖LTELTE天線技術(shù)：天線技術(shù)：分集、空間復(fù)用、波束賦形分集、空間復(fù)用、波束賦形多路信道傳輸同樣信息多路信道同時傳輸不同信息多路天線陣列賦形成單路信號傳輸包括時間分集，空間分集和頻率分集提高接收的可靠性和提高覆蓋適用于需要保證可靠性或覆蓋的環(huán)境理論上成倍提高峰值速率適合密集城區(qū)信號散射多地區(qū)，不適合有直射信號的情況最大比合并最小均方誤差或串行干擾刪除波束賦形（波束賦形（BeamformingBeamforming）發(fā)射分集發(fā)射分集 分集合并通過對信道的準(zhǔn)確估計，針對用戶形成波束，降低用戶間干擾可以提高覆蓋

9、能力，同時降低小區(qū)內(nèi)干擾，提升系統(tǒng)吞吐量空間復(fù)用空間復(fù)用LTELTE天線技術(shù)：接收分集天線技術(shù)：接收分集接收機(jī)使用來自多個信道的副本信息能比較正確的恢復(fù)出原發(fā)送信號，從而獲得分集增益。 MRC （最大比合并）（最大比合并）線性合并后的信噪比達(dá)到最大化線性合并后的信噪比達(dá)到最大化相干合并：信號相加時相位是對齊的越強的信號采用越高的權(quán)重原理 IRC（干擾抑制合并）（干擾抑制合并） 合并后的SINR達(dá)到最大化 有用信號方向得到高的增益 干擾信號方向得到低的增益接收分集的主要算法：MRC &IRC 由于IRC在最大化有用信號接收的同時能最小化干擾信號，故通常情況IRC優(yōu)于MRC 天線數(shù)越多及干

10、擾越強時，天線數(shù)越多及干擾越強時，IRC增益越大增益越大 IRC需進(jìn)行干擾估計，計算復(fù)雜度較大需進(jìn)行干擾估計，計算復(fù)雜度較大性能比較 TD-LTETD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)子幀: 1ms時隙0.5ms#0DwPTS特殊子幀: 1ms#2#3#4半幀: 5ms半幀: 5ms幀幀: 10msGPUpPTSTD-LTE幀結(jié)構(gòu)特點： 無論是正常子幀還是特殊子幀，長度均為1ms。FDD子幀長度也是1ms。 一個無線幀分為兩個5ms半幀，幀長10ms。和FDD LTE的幀長一樣。 特殊子幀 DwPTS + GP + UpPTS = 1msDL-UL ConfigurationSwitch-point per

11、iodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD610 msDSUUUDSUUD TD-LTE上下行配比表轉(zhuǎn)換周期為5ms表示每5ms有一個特殊時隙。轉(zhuǎn)換周期為10ms表示每10ms有一個特殊時隙。TD-LTETD-LTE特殊子幀特殊子幀 TD-LTE特殊子幀繼承了TD-SCDMA的特殊子幀設(shè)計思路，由DwPTS，GP和UpPTS組成。 TD-LTE的特殊子幀可以有多種配置，用以改變DwPTS

12、，GP和UpPTS的長度。特殊子特殊子幀配置幀配置Normal CPDwPTSGPUpPTS0310119412103131121412115392693271022811121msGPDwPTSUpPTS1msGPDwPTSUpPTSDwPTSDwPTSv主同步信號主同步信號PSSPSS在在DwPTSDwPTS上進(jìn)行傳輸上進(jìn)行傳輸vDwPTSDwPTS上最多能傳兩個上最多能傳兩個PDCCH OFDMPDCCH OFDM符號（正常時隙能傳最多符號（正常時隙能傳最多3 3個）個）v只要只要DwPTSDwPTS的符號數(shù)大于等于的符號數(shù)大于等于6 6，就能傳輸數(shù)據(jù)，就能傳輸數(shù)據(jù)TD-SCDMATD-

13、SCDMA的的DwPTSDwPTS承載下行同步信道承載下行同步信道DwPCHDwPCH，采用規(guī)定功率覆蓋整個小區(qū)，采用規(guī)定功率覆蓋整個小區(qū)，UEUE從從DwPTSDwPTS上獲得與小區(qū)的同步上獲得與小區(qū)的同步TD-SCDMATD-SCDMA的的DwPTSDwPTS無法傳輸數(shù)據(jù)，所以無法傳輸數(shù)據(jù)，所以TD-LTETD-LTE在這方面是有提高的。如果小區(qū)覆蓋距在這方面是有提高的。如果小區(qū)覆蓋距離和遠(yuǎn)距離同頻干擾不構(gòu)成限制因素（在這種情況下應(yīng)該采用較大的離和遠(yuǎn)距離同頻干擾不構(gòu)成限制因素（在這種情況下應(yīng)該采用較大的GPGP配置），推薦配置），推薦將將DwPTSDwPTS配置為能夠傳輸數(shù)據(jù)配置為能夠傳輸

14、數(shù)據(jù)UpPTSUpPTSvUpPTSUpPTS可以發(fā)送短可以發(fā)送短RACHRACH（做隨機(jī)接入用）和（做隨機(jī)接入用）和SRSSRS（SoundingSounding參考信號，詳細(xì)介紹見后）參考信號，詳細(xì)介紹見后）根據(jù)系統(tǒng)配置，是否發(fā)送短根據(jù)系統(tǒng)配置，是否發(fā)送短RACHRACH或者或者SRSSRS都可以用獨立的開關(guān)控制都可以用獨立的開關(guān)控制v因為資源有限（最多僅占兩個因為資源有限（最多僅占兩個OFDMOFDM符號），符號），UpPTSUpPTS不能傳輸上行信令或數(shù)據(jù)不能傳輸上行信令或數(shù)據(jù)vTD-SCDMATD-SCDMA的的UpPTSUpPTS承載承載UppchUppch，用來進(jìn)行隨機(jī)接入，用來

15、進(jìn)行隨機(jī)接入物理信道簡介物理信道簡介SCHSCH配置配置 同步信號用來確保小區(qū)內(nèi)UE獲得下行同步。同時，同步信號也用來表示小區(qū)物理ID（PCI,0503），區(qū)分不同的小區(qū) P-SCH P-SCH (主同步信道）：UE可根據(jù)P-SCH獲得符號同步 S-SCHS-SCH（輔同步信道）：UE根據(jù)S-SCH最終獲得幀同步時域結(jié)構(gòu)時域結(jié)構(gòu)頻域結(jié)構(gòu)頻域結(jié)構(gòu) PSSPSS位于位于DwPTSDwPTS的第三個符號的第三個符號 SSSSSS位于位于5ms5ms第一個子幀的最后一個符第一個子幀的最后一個符號號 SCH (P/S-SCH)SCH (P/S-SCH)占用的占用的7272子載波位子載波位于系統(tǒng)帶寬于系統(tǒng)

16、帶寬(1.08M)(1.08M)中心位置中心位置 SCH(同步信道同步信道)小區(qū)物理小區(qū)物理IDID（PCIPCI）LTE系統(tǒng)提供504個物理層小區(qū)ID(即PCI)，和TD-SCDMA系統(tǒng)的128個擾碼概念類似。網(wǎng)管配置時，為小區(qū)配置0503之間的一個號碼即可基本概念基本概念小區(qū)小區(qū)IDID獲取方式獲取方式v 在TD-SCDMA系統(tǒng)中，UE解出小區(qū)擾碼序列（共有128種可能性），即可獲得該小區(qū)物理IDv LTE的方式類似，UE需要解出兩個序列：主同步序列（PSS，即主同步信道P-SCH中傳播的序列，共有3種可能性）輔同步序列（SSS，即輔同步信道S-SCH中傳播的序列，共有168種可能性）v

17、由兩個序列的序號組合，即可獲取該小區(qū)ID配置原則配置原則因為PCI和小區(qū)同步序列關(guān)聯(lián)，并且多個物理信道的加擾方式也和PCI相關(guān)，所以相鄰小區(qū)的PCI不能相同以避免干擾。LTELTE終端測量量終端測量量LTE終端需要報告以下標(biāo)準(zhǔn)化測量量：RSRP 表示信號強度，類比于TD-SCDMA的RSCPRSRQ 表示信號質(zhì)量。TD-SCDMA里沒有對應(yīng)測量量小區(qū)選擇小區(qū)選擇 基于RSRP值小區(qū)重選小區(qū)重選 基于RSRP值切換切換 基于RSRP或RSRQ測量量測量量使用場景使用場景Release 9對小區(qū)選擇/重選進(jìn)行了優(yōu)化，小區(qū)選擇/重選也可基于RSRQ切換可以基于RSRQ，避免了TD-SCDMA中切換只

18、能基于RSCP帶來的信道質(zhì)量未知的問題上行參考信號上行參考信號可以在普通上行子幀上傳輸，也可以在UpPTS上傳輸，位于上行子幀的最后一個SC-FDMA符號，eNB配置UE在某個時頻資源上發(fā)送sounding以及發(fā)送sounding的長度。DMRS（解調(diào)參考信號）（解調(diào)參考信號）在在PUCCH、PUSCH上傳輸，用于上傳輸，用于PUCCH和和PUSCH的相關(guān)解調(diào)的相關(guān)解調(diào)For PUSCH 每個每個slot(0.5ms) 一個一個RS，第，第四個四個OFDM symbol For PUCCHACK 每個每個slot中間三個中間三個OFDM symbol為為RS For PUCCHCQI 每個每個

19、slot兩個參考信號兩個參考信號SRS（探測參考信號）（探測參考信號） Sounding作用作用 上行信道估計，選擇上行信道估計，選擇MCS和和 上行頻率選擇性調(diào)度上行頻率選擇性調(diào)度 TDD系統(tǒng)中，估計上行信道系統(tǒng)中，估計上行信道矩陣矩陣H，用于下行波束賦形，用于下行波束賦形 Sounding周期周期 由高層通過由高層通過RRC 信令觸發(fā)信令觸發(fā)UE 發(fā)送發(fā)送SRS，包括一次性，包括一次性的的SRS 和周期性和周期性SRS 兩種方式兩種方式 周期性周期性SRS 支持支持2ms,5ms,10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms, 320ms 八種周期八種周期 TDD系統(tǒng)中，系統(tǒng)

20、中，5ms最多發(fā)兩次最多發(fā)兩次Slot structure for ACK/NAK and its RS DMRS1 slot DMRS DMRSSlot structure for PUSCH and its RS1 slot DMRSSlot structure for CQI and its RS1 slot DMRS DMRS物理層過程：下行同步物理層過程：下行同步 第一步：第一步：UE用3個已知的主同步序列和接收信號做相關(guān)，找到最大相關(guān)峰值，從而獲得該小區(qū)的主同步序列以及主同步信道位置（PSC，即上圖的紫色位置），達(dá)到OFDM符號同步。PSC每5ms發(fā)射一次，所以UE此時還不能確定哪

21、里是整個幀的開頭。另外，小區(qū)的主同步序列是構(gòu)成小區(qū)ID的一部分。 第二步：第二步：UE用168個已知的輔同步序列在特定位置（上圖中的藍(lán)色位置，即SSC）和接收信號做相關(guān)，找到該小區(qū)的輔同步序列。SSC每5ms發(fā)射一次，但一幀里的兩次SSC發(fā)射不同的序列。UE據(jù)此特性獲得幀同步。輔同步序列也是構(gòu)成小區(qū)ID的一部分。 第三步：第三步：到此，下行同步完成。同時UE已經(jīng)獲取了該小區(qū)的小區(qū)IDS1核心網(wǎng)下行同步下行同步子幀0(下行)特殊子幀#2子幀2(上行)PSC(Primary Synchronization Channel)SSC(Secondary Synchronization Channel)下行同步是UE進(jìn)入小區(qū)后要完成的第一步，只有完成下行同步，才能開始接收其他信道（如廣播信道）并進(jìn)行其他活動。TD-SCDMA中主要依靠中主要依靠Sync_DL進(jìn)行下行同步進(jìn)行下行同步UE在DwPTS上粗搜SYNC_DL位置（與TD-LTE相同每5ms幀發(fā)送一次），與可能的32個sync_DL做相關(guān)，確定SYNC_DL的碼型（每個Sync_DL對應(yīng)4個midamble碼和擾碼序列）獲取SYNC_DL之后，在TS0