LTE幀結構和協(xié)議

1、【精品文檔】如有侵權，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流LTE幀結構和協(xié)議.精品文檔.一、協(xié)議知識1. LTE幀結構及物理資源基本概念RE/RB/CCE/REG/RBG幀結構Type1：FDD（全雙工和半雙工）(FDD上下行數(shù)據(jù)在不同的頻帶里傳輸；使用成對頻譜)每一個無線幀長度為10ms，由20個時隙構成，每一個時隙長度為Tslot = 15630 x Ts = 0.5ms。對于FDD，在每一個10ms中，有10個子幀可以用于下行傳輸，并且有10個子幀可以用于上行傳輸。上下行傳輸在頻域上進行分開。幀結構Type2：TDD (TDD上下行數(shù)據(jù)可以在同一頻帶內傳輸；可使用非成對頻譜)一個無線幀10ms

2、，每個無線幀由兩個半幀構成，每個半幀長度為5ms。每一個半幀由8個常規(guī)時隙和DwPTS、GP和UpPTS三個特殊時隙構成，DwPTS和UpPTS的長度可配置，要求DwPTS、GP以及UpPTS的總長度為1ms。DwPTS: Downlink Pilot Time SlotGP: Guard Period(GP越大說明小區(qū)覆蓋半徑越大)UpPTS: Uplink Pilot SlotTs = 1 / (15000x2048) s Frame 幀的長度：Tf = 307200 x Ts = 10msSubframe 子幀的長度：Tsubframe = 30720 x Ts = 1msSlot 時隙

3、的長度：Tslot = 15360 x Ts = 0.5ms 1 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 REs 1 RE = 1 sub-carrier x 1 symbol period

4、(Each symbol is QPSK, 16QAM or 64QAM modulated.)LTE支持可變帶寬：1.4MHz, 3, 5, 10, 15 和 20MHz一個小區(qū)最少使用6個RB, 即最少包含72個sub-carriers: 6 RB * 12 sub-carriers = 72 sub-carriers一個小區(qū)最多支持110個RB，相當于1320個sub-carriers: 110 *12 =1320 sub-carriersChannel bandwidth BWChannel MHz1.435101520Transmission bandwidth configurat

5、ion NRB615255075100Special subframe configurationNormal cyclic prefix in downlinkExtended cyclic prefix in downlinkDwPTSUpPTSDwPTSUpPTSNormal cyclic prefix in uplinkExtended cyclic prefix in uplinkNormal cyclic prefix in uplinkExtended cyclic prefix in uplink01234567-8-特殊幀格式5：DwPTS:GP:UpPTS => (6

6、592Ts-16Ts) : (19744Ts-16Ts) : 4384Ts=> 3:9:2特殊幀格式7：DwPTS:GP:UpPTS => (21952Ts-32Ts) : 4384Ts : 4384Ts=> 10:2:2最小分配單位為: Configure TDD: 上下行配置（下圖） + 特殊幀格式（上圖） (e.g.: 2:7 1:7)Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU1 2:25

7、msDSUUDDSUUD2 3:15 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUDTDD支持5ms和10ms的周期轉換：=> 5ms轉換周期：一個幀的上下半幀的特殊幀格式配置相同，=> 10ms轉換周期：一個幀分成上下半幀，下半幀的特殊幀為DwPTS=1ms，用于DL傳輸(如上圖3，4，5所示)RE：Resource Element，稱為資源粒子，是上下行傳輸使用的最小資源單位。1 RE = 1 subcarrier x 1 symbol periodRB：Resource B

8、lock，稱為資源塊，用于描述物理信道到資源粒子的映射。一個RB包含若干個RE。一個RB由12個在頻域上的子載波和時域上一個slot周期構成（1 RB = 12 subcarriers x 1 slot）。1個RB在頻域上對應180kHz：1 RB = 12 subcarriers x 15kHz = 180kHz1個RB在時域上對應1個時隙，1 slot =0.5ms CCE：Control Channel Element，稱為控制信道粒子，PDCCH在一個或多個CCE上傳輸，CCE對應于9個REG，每個REG包含4個RE，CCE從0開始編號。（1 CCE = 9 REGs = 9 x 4

9、REs = 36 REs）PDCCH format與CCE之間的關系如下圖所示：PDCCH formatNumber of CCEsNumber of REGsNumber of PDCCH bits(QPSK)01972121814424362883872576REG：Resource Element Group，用來定義控制信道到RE的映射.（1 REG = 4 REs）RBG：Resource Block Group，RBG是連續(xù)的PRB的集合，其大小根據(jù)系統(tǒng)帶寬配置的不同而定，如下圖所示：System Bandwidth(Number of DL RBs)RBG Size (P)101

10、11 26227 6463 (e.g.: 10MHz - 50 RBs)364 110 (e.g.: 20MHz - 100 RBs)42. 下行物理信道及物理信號的功能和占用時頻碼域位置（DL：PDSCH/PDCCH/PHICH/PCFICH/PBCH/ PSS/SSS/RS）2.1 PBCH：Physical Broadcast Channel （物理廣播信道）- 主要用來傳輸MIB信息，MIB消息包含：DL帶寬信息；PHICH組號；系統(tǒng)幀號SFN- MIB: DL-Bandwidth, PHICH-Config, SFN, # of antennas.- MIB消息的重復周期為40ms，

11、起始位置為subfram#0 of SFN mod 4 = 0。每10ms傳遞一次MIB，傳遞內容一致，40ms組成一個MIB消息?？蓪崿F(xiàn)時間分集，提高UE接收MIB消息時的增益，改善接收質量2.2 PCFICH：Physical Control Format Indicator Channel （物理控制格式指示信道）- 用來指示在一個sub-frame中PDCCH傳輸?shù)腛FDM symbol數(shù)量（1, 2 or 3）- 在每個subframe(TTI)的第1個symbol上進行傳遞(symbol 0 within each TTI)- 承載CFI信息，每TTI占用16個RE資源，即4個RE

12、G2.3 PDCCH：Physical Downlink Control Channel （物理下行控制信道）- 用于承載DCI信息，包括資源調度分配和其他控制信息，如與DL-SCH和PCH相關的HARQ信息等- PDCCH在每個subframe的前3個symbol（symbol 02）中進行傳遞，占用個數(shù)由PCFICH承載的CFI消息來確定。- PDCCH的大小對應于一個或者多個CCE，如下圖所示：PDCCH formatNumber of CCEsNumber of REGsNumber of PDCCH bits01972121814424362883872576- DSS =>

13、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）- 用于承載DL-SCH信息，傳遞SIB信息（SIB消息傳遞方向：BCCH -> DL-SCH -> PDSCH）- SIB1消息的重復周期為80ms，初始位置為subframe#5 of SFN mod 8 = 0，在SFN mod 2 = 0的幀上重復.SIB System Informa

14、tion Blocks- SIB1: Cell Access Info (PLMN, TAC, CID); 小區(qū)選擇相關信息; TDD相關配置信息; 余下SIB的時域調度信息- SIB2: 公共信道的無線資源配置（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 re

15、lated 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.- SI

16、B9: Home eNB.- SIB10: ETWS primary notification. - SIB11: ETWS secondary notification.- 如果UE專用參考信號不被傳輸，使用天線端口集合P = , , or - 如果UE專用參考信號被傳輸，則使用天線端口 P = 52.5 PHICH：Physical HARQ Indicator Channel （物理HARQ指示信道）- 用于承載HARQ的ACK/NACK- 在每個subframe的第1個symbol上進行傳遞（symbol 0 of each subframe）- 一個PHICH組對應于3個REG，12

17、個RE資源2.6 PMCH：Physical Multicast Channel （物理多播信道）- 目前不支持，無需掌握§ 沒有對傳輸分集方案進行標準化§ 單天線端口傳輸，使用端口4§ 在支持PDSCH和PMCH混合傳輸?shù)妮d波上，PMCH不能再子幀0和5中傳輸下行物理層信號：對應于一系列物理層使用的RE，這些RE不傳遞任何來自高層信息注：物理信號都由ZC序列生成，每一個子載波占用一個ZC序列的符號。SSS和PSS同步信號內容固定，重復發(fā)送，不承載任何上層信息，是UE在進行小區(qū)搜索時第一個要找的信息。UE進行盲檢搜索同步信號，目前只支持Normal CP的格式。2

18、.7 PSS：Primary Synchronization Signal （主同步信號）- 頻域上占系統(tǒng)帶寬中間的6個RB，即72sc- 在第2個subframe的第3個symbol中進行傳遞（subframe 1 or 6, symbol 2）- 指示一個物理小區(qū)組內的id：Physical-layer id：0, 1, 2 (3個)2.8 SSS：Secondary Synchronization Signal（輔同步信號）- 頻域上占系統(tǒng)帶寬中間的6個RB，即72sc- 在第1個subframe的最后1個symbol中進行傳遞（subframe 0 or 5, symbol 6）在su

19、bframe 0和5中的SSS結構相同，但是在頻域上錯開，以區(qū)別前5ms或后5ms的半幀。- 指示物理小區(qū)組號：Physical-layer cell-id group：0167（168個）- Total cell IDs: 168 x 3 = 504 cell IDs. (0503)RS：Reference Signal （參考信號）（every slot, symbol 0&4）用于下行信道估計，信道質量測量以及相關解調，對UE來說是已知信號（RS信號與小區(qū)physical id有關，這個在小區(qū)搜索過程中的同步信號中獲得）頻域上：每6個子載波分配一個RS時域上：每個slot的sym

20、bol 0&4 用來傳遞RS，symbol 0和4之間有3個SC的間差，用于時頻域分集。多天線傳輸情況下，天線端口集合與參考信號配置之間的關系：Cell-specific RS, non-MBSFN transmission => P = , , or MBSFN RS, associated with MBSFN transmission => P = 4UE-specific RS. => P = 5 (用于BF技術)3. 上行物理信道及物理信號的功能和占用時頻碼域位置（UL：PUSCH/PUCCH/PRACH/SRS/DMRS）PUSCH：Physical Up

21、link Shared Channel （物理上行共享信道）Carries the user data from UL-SCH.Carries L1/L2 control information：ACK/NACK, CQI, PMI, RI (Rank Indicator)PUCCH：Physical Uplink Control Channel （物理上行控制信道）PUCCH承載上行控制信息（UCI），不與PUSCH同時傳輸，處于上行帶寬的邊緣，在TDD中不在UpPTS域上傳輸UCI信息包括以下4部分：Scheduling Request (SR). CQI and Scheduling R

22、equests are provided to Layer 2.HARQ ACK/NACK for DL transmission;CQI reports.PMI reports. - PUCCH具有6種格式，1系列承載SR和ACK/NACK信息，2系列承載CQI/PMI信息，如下圖所示：PUCCH formatModulation schemeNumber of bits per subframe, Type of information1N/AN/AScheduling Request (SR)1aBPSK1ACK/ NACK1bQPSK2ACK/ NACK2QPSK20CQI/PMI/R

23、I2aQPSK+BPSK21CQI/PMI + 1 bit ACK/ NACK2bQPSK+QPSK22CQI/PMI + 2 bits ACK/ NACK3.1 PRACH：Physical Random Access Channel （物理隨機接入信道）- Carries the random access preamble.PRACH Preamble：- 頻域：6 RB x 180kHz = 1.08 MHz- 時域：1ms / 2ms / 2 symbols（UpPTS）- 隨機接入前導由具有零相關區(qū)的ZC（Zadoff-Chu）序列產(chǎn)生，有一個或多個根ZC序列產(chǎn)生。每個小區(qū)中包含6

24、4個可用的前導。- PRACH共有5種結構（04），目前支持Format 0, 1 & 4：RACH：- FDD需要額外配置一個GP（Guard Period）以適應RTD（Round Trip Delay），在TDD的特殊幀中已包含這個GP- FDD在一個子幀中只能分配一個RACH資源，而TDD可以分配多于一個的隨機接入資源- TDD模式下，在UpPTS中，可以調度Short RACH（S-RACH），與GP結合使用，最多可配置6個RACH。 隨機接入過程：- 基于競爭的隨機接入過程：如UE初始接入上行物理層信號：指物理層使用的但是不承載任何來自高層信息的信號，如參考信號。3.2 D

25、RS/DMRS：Demodulation Reference Signal （解調用參考信號）- 與上行數(shù)據(jù)傳輸有關，both PUSCH and PUCCH。- 用于信道評估，對PUSCH和PUCCH信道的連續(xù)檢測和解調，上行功率控制，時間評估等？- DRS在時域上的分配：o PUSCH: 每個slot的第4th個symbol（symbol 3 in every slot）o PUCCH: DRS由PUCCH的格式來決定（1/1a/1b 或者 2/2a/2b）- DRS在頻域上的分配：o PUSCH: DRS與終端的上行傳輸具有同樣的帶寬。o PUCCH: 如下圖所示3.3 SRS：Soun

26、ding Reference Signal （探測用參考信號）=> 與PUSCH和PUCCH無關與上行數(shù)據(jù)傳輸無關，可用于評估上行信道質量，實現(xiàn)以下功能：初始化MCS（Modulation and Coding Scheme）選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓β士刂芓A（Timing Advance）UL頻率的獨立調度（Frequency dependent scheduling for the UL）SRS transmitted in the last SC-FDMA symbol in the configured subframes.在TDD模式中，UpPTS也可用作傳遞SRS。4. 邏輯信道、傳

27、輸信道與物理信道的映射關系：4.1 邏輯信道（7）5. MIMO technology- Two kinds of MIMO techniques for DL transmission：o Transmit diversity use multiple channels to send the same information stream ð Improve coverage and robustness of data transmission o Spatial multiplexing use multiple channels to send multiple infor

28、mation streamsð Increase throughputð SU-MIMO/ MU-MIMO6. PDSCH下行資源分配方式（Type0/1/2）； Type 0: PDCCH DCI formats 1, 2 and 2ARBs are grouped to RBG. RBGs are selected.System Bandwidth(Number of DL RBs)RBG Size (P)10111 - 26227 6463 (e.g.: 10MHz - 50 RBs)364 110 (e.g.: 20MHz - 100 RBs)4Type 1: PD

29、CCH DCI formats 1, 2 and 2ARBs are grouped to RBG subset. First select one RBG subset, then select the RBs in the RBG subset.RBG subset的值（P）與Type0中RBG的定義一致。RBG subsets：Log2(P) RB assignment：Type 2: PDCCH with DCI format 1A, 1B, 1C and 1DStart RB and width is assigned.7. DCI Format DCI: Downlink Cont

30、rol Information (ref. 36.212) => Carriered by PDCCH一個DCI傳遞上下行調度信息，或者針對一個RNTI的上行功率控制命令DCI FormatUse scopeDCI 0For the scheduling of PUSCH (For Uplink only)DCI 1For the scheduling of one PDSCH codeword, TM1, 2 and 7 (Type0, 1)DCI 1AFor the compact scheduling of one PDSCH codeword and random access

31、procedure initiated by a PDCCH order, TM17 (Type 2)DCI 1CFor very compact scheduling of one PDSCH codeword (Type 2) DCI 2For MIMO (e.g.: CL MIMO), TM4 (Type0, 1)For the scheduling of one/two PDSCH codewordTPC command for PUCCH DCI 2AFor MIMO (e.g.: OL MIMO), TM3 (Type0, 1)For the scheduling of one/t

32、wo PDSCH codewordTPC command for PUCCH · Format 0: 用于上行傳輸，PUSCH的調度- Flag for format0/format1A differentiation - 1 bit, 0=>format 0 and 1=>format 1A- Resource block assignment and hoping resource allocation- Modulation and coding scheme- HARQ information and redundancy version- TPC command

33、 for scheduled PUSCH 2 bits- CQI request 1bit· Format 1:用于傳輸分集，單碼字PDSCH的調度 (Used for the scheduling of single codeword PDSCH) (TM1, 2, and 7-not support)- Resource allocation type, e.g.: type 0 / type 1 1bit- Resource block assignment- Modulation and coding scheme 5 bits - HARQ process number 4

34、 bits- TPC command for PUCCH 2 bits· Format 1A: 用于下行傳輸，單碼字PDSCH調度，下行數(shù)據(jù)觸發(fā)隨機接入過程，適用所有TM傳輸模式。=> Compact scheduling of one PDSCH codeword and random access procedure initiated by a PDCCH order (為UE分配一個非競爭隨機接入的特定preamble).- Flag for format0/format1A differentiation - 1 bit, 0=>format 0 and 1=&

35、gt;format 1A- Resource block assignment - Modulation and coding scheme 5 bits- HARQ information 4 bits- TPC command for PUCCH 2 bits· Format 1B: Compact scheduling of one PDSCH codeword with precoding information. Closed loop precoding with rank-1 transmission. (TM6, 目前不支持，不需要掌握)· Format 1

36、C: Very compact scheduling of single codeword PDSCH. (Paging, SIB, 系統(tǒng)廣播信息 ? )- Resource block assignment - Modulation and coding scheme- Redundancy version· Format 1D: Compact scheduling of one PDSCH codeword with precoding and power offset information. (using Multi-user MIMO, TM5,目前不支持)·

37、Format 2: For MIMO (Closed-Loop)，兩碼字，下行PDSCH調度 (閉環(huán)模式，TM4，需要上報PMI信息)· Format 2A: For MIMO (Open-Loop)，兩碼字，下行PDSCH調度（開環(huán)模式，TM3）· Format 3/3A: Transmission of TPC commands for PUCCH and PUSCH with 2-bit or 1-bit power adjustments8. LTE相關接口的控制面和用戶面協(xié)議棧Radio interfaceUser Plane:Control Plane:PHY:

38、 L1協(xié)議，§ Data Transfer via Transport Channels.§ Error Detection. Hybrid ARQ Combining.§ Channel Coding and Rate Matching.§ Modulation and Demodulation.§ Measurements.§ MIMO（多進多出）, Transmit Diversity（發(fā)送分集）, Beamforming（波速成型）.§ RF Processing.MAC: L2協(xié)議，主要實現(xiàn)與調度和HARQ相關的功

39、能§ Data Transfer via Logical Channels.§ 邏輯信道和傳輸信道之間的映射§ UE之間以及一個UE在不同邏輯信道之間的資源分配和調度§ 傳輸格式選擇§ HARQ糾錯功能RLC: L2協(xié)議，主要實現(xiàn)與ARQ相關的功能，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?#167; 上層PDU數(shù)據(jù)傳輸: TM（透明模式）, UM（非確認模式）, AM（確認模式）數(shù)據(jù)傳輸§ ARQ糾錯功能（CRC檢驗由物理層完成）§ 串聯(lián)，分段及重分段功能§ 順序傳送上層數(shù)據(jù)以及重復檢測功能PDCP: L2協(xié)議，提供ROHC可靠頭壓

40、縮功能，以及加密和完整性保護功能RRC: L3協(xié)議，提供廣播、尋呼、RRC連接管理、無線承載控制、移動性、UE測量上報和控制功能等功能NAS: 非接入層控制協(xié)議，主要實現(xiàn)以下功能:§ SAE承載管理§ 鑒權§ LTE-IDLE狀態(tài)下的移動性管理§ 產(chǎn)生LTE_IDLE狀態(tài)下的尋呼消息§ 安全控制S1 interfacesUser Plane (eNB-S-GW):Control Plane (eNB-MME):X2 interfacesUser Plane (eNB-eNB):Control Plane:9. LTE相關流程9.1 Call S

41、etup 呼叫流程9.2 Cell Selection 小區(qū)搜索過程9.3 Random Access 隨機接入過程-Initial access from RRC_IDLE;-RRC Connection Re-establishment procedure;-Handover;-DL data arrival during RRC_CONNECTED requiring random access procedure;-E.g. when UL synchronisation status is “non-synchronised”;-UL data arrival during RRC_CONNECTED requiring random access procedure;-E.g. when UL synchronisation status is "non-synchronised" or there are no PUCCH resources for SR available.Contention based (applicable to all five events):Non-contention based (Handover &