第五次課：多址接入與物理層信道設(shè)計

1、無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心多址接入與物理層信道設(shè)計多址接入與物理層信道設(shè)計無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TDD雙工方式雙工方式物理層信道設(shè)計物理層信道設(shè)計目錄目錄多址傳輸技術(shù)多址傳輸技術(shù)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心蜂窩移動通信雙工方式蜂窩移動通信雙工方式 TDD雙工傳輸方式雙工傳輸方式 定義：定義：采用非成對頻譜（Unpaired Spectrum）資源配置，上下行傳輸信號在同一頻帶內(nèi)，將信號調(diào)度到不同時間段，并采用非連續(xù)方式發(fā)送，通過設(shè)置一定的時間間隔方式以避免上下行信號間干擾。 FDD雙工傳

2、輸方式雙工傳輸方式 全雙工FDD（Full-Duplex FDD） 半雙工FDD（HD-FDD，Half-Duplex FDD） 定義：定義：采用成對頻譜（Paired Spectrum）資源配置，上下行傳輸信號在不同的頻帶內(nèi)，采用連續(xù)發(fā)射方式發(fā)送信號，并在上下行信號間設(shè)置一定頻帶間隔方式以避免相互間干擾。TDD雙工方式雙工方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心蜂窩移動通信發(fā)展簡史蜂窩移動通信發(fā)展簡史 第一代蜂窩移動通信第一代蜂窩移動通信-模擬調(diào)制移動通信模擬調(diào)制移動通信 1978年貝爾實驗室開發(fā)了先進移動電話業(yè)務(wù)（AMPS）是第一種具有現(xiàn)代意義的蜂窩移動通信系統(tǒng)； 美國、西德、日

3、本、英國、意大利、歐洲開發(fā)了10多種的蜂窩移動通信方式； 典型的蜂窩系統(tǒng)采用模擬調(diào)制方式傳輸； 第二代蜂窩移動通信第二代蜂窩移動通信-數(shù)字調(diào)制移動通信數(shù)字調(diào)制移動通信 1992年，歐洲開始應(yīng)用全球第一個數(shù)字調(diào)制移動通信系統(tǒng)GSM（Global System Mobile）； 1993年，美國高通和AT&T聯(lián)合推出基于CDMA的第二代數(shù)字調(diào)制蜂窩系統(tǒng)IS-95； 傳送語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主；TDD雙工方式雙工方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心 第三代蜂窩移動通信第三代蜂窩移動通信-IMT-2000系統(tǒng)系統(tǒng) 1985年ITU提出未來公共陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS）概念，

4、并于1995年更名為IMT-2000系統(tǒng)； 三大國際主流標準于1998年確定：WCDMA(FDD雙工方式，歐洲主導(dǎo))、CDMA2000(FDD雙工方式，美國主導(dǎo))、TD-SCDMA(TDD雙工方式，中國主導(dǎo))； 采用CDMA的多址方式； 第四代蜂窩移動通信第四代蜂窩移動通信-IMT-Advanced系統(tǒng)系統(tǒng) 2003年在ITU提出概念，寬帶無線移動通信系統(tǒng)，低速移動峰值速率大于1Gbps，高速峰值速率大于100Mbps； 2010年10月，ITU-R WP#5D通過了LTE-Advanced和IEEE 802.16m作為IMT-Advanced作為IMT-Advanced(4G)標準，其中LT

5、E-Advanced 包含F(xiàn)DD LTE-Advanced(FDD雙工方式)和TD-LTE-Advanced(TDD雙工方式，中國主導(dǎo))兩個標準； 采用OFDM多址方式。TDD雙工方式雙工方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TDD雙工方式的優(yōu)點：雙工方式的優(yōu)點： 頻譜配置靈活，利用率高； 靈活地上下行資源比例配置，更有效地支持非對稱的IP分組業(yè)務(wù)； 利用信道對稱性特點，提升系統(tǒng)性能； TDD雙工方式在一些先進技術(shù)的應(yīng)用方面也有著天然的優(yōu)勢。TDD雙工方式雙工方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TDD雙工方式的缺點：雙工方式的缺點： 系統(tǒng)內(nèi)干擾更為復(fù)雜； TDD雙工系

6、統(tǒng)對系統(tǒng)同步要求更為嚴格； 由于上下行信號發(fā)送通過時分方式進行區(qū)分，在信號傳輸過程中，相對于FDD系統(tǒng)，存在著一定的傳輸時延；TDD雙工方式雙工方式FDD系統(tǒng)干擾情況TDD系統(tǒng)干擾情況無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TDD雙工方式雙工方式物理層信道設(shè)計物理層信道設(shè)計目錄目錄多址傳輸技術(shù)多址傳輸技術(shù)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心多址傳輸方式概述多址傳輸方式概述： 多個子載波并行傳輸數(shù)據(jù)； 在載波間采用正交方式，提高頻譜利用率； 采用DFT進行OFDM信號的調(diào)制和解調(diào)，降低實現(xiàn)復(fù)雜度； 通過在信號前端插入循環(huán)前綴方式，確保子載波間正交性，減少子載波間干擾，簡化接收端的

7、復(fù)雜度。OFDMA多址傳輸方式多址傳輸方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心OFDMA的信號傳輸特點：的信號傳輸特點： 多個子載波并行傳輸數(shù)據(jù)； 在載波間采用正交方式，提高頻譜利用率； 采用DFT進行OFDM信號的調(diào)制和解調(diào)，降低實現(xiàn)復(fù)雜度； 通過在信號前端插入循環(huán)前綴方式，確保子載波間正交性，減少子載波間干擾，簡化接收端的復(fù)雜度。OFDMA多址傳輸方式多址傳輸方式OFDM符號的循環(huán)前綴（CP）生成示意圖無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心OFDMA多址傳輸方式多址傳輸方式OFDMA中子載波間保持正交性無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心OFDMA的信號收發(fā)信號

8、流程圖的信號收發(fā)信號流程圖OFDMA多址傳輸方式多址傳輸方式OFDM發(fā)射機結(jié)構(gòu)圖OFDM接受機結(jié)構(gòu)圖無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心OFDMA的技術(shù)優(yōu)勢：的技術(shù)優(yōu)勢： 頻譜效率更高； 接收信號處理更為簡單，降低了接收機的實現(xiàn)復(fù)雜度； 支持靈活的帶寬擴展性； 易于與多天線技術(shù)結(jié)合，提升系統(tǒng)性能； 易于與鏈路自適應(yīng)技術(shù)結(jié)合； 易于MBMS業(yè)務(wù)的傳輸。OFDMA多址傳輸方式多址傳輸方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TD-LTE下行多址方式：下行多址方式：（1）多址復(fù)用實現(xiàn)方式：）多址復(fù)用實現(xiàn)方式：TD-LTE下行多址方式下行多址方式 下行OFDM資源塊示意圖無無 線線

9、移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TD-LTE下行多址方式：下行多址方式：（2）下行）下行OFDM參數(shù)：參數(shù)： OFDM參數(shù)選擇應(yīng)該滿足如下參數(shù)選擇應(yīng)該滿足如下3個準則個準則 準則準則1：Tcp Td ，其中，其中TCP為為CP長度，長度，Td為時延擴展；為時延擴展； 準則準則2： ，其中，其中fdmax為最大多普勒頻移，為最大多普勒頻移， f為子載波間隔；為子載波間隔； 準則準則3： 。TD-LTE下行多址方式下行多址方式1maxffdCP1Tf 無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 基本參數(shù)基本參數(shù) n 系統(tǒng)帶寬系統(tǒng)帶寬n 1.4MHz，3MHz，5. MHz，10MHz，15

10、MHz以及以及20MHzn子載波間隔子載波間隔n 15kHz，用于單播（，用于單播（unicast）和多播（）和多播（MBSFN）傳輸）傳輸n 7.5kHz，僅僅可以應(yīng)用于獨立載波的，僅僅可以應(yīng)用于獨立載波的MBSFN傳輸傳輸n 子載波數(shù)目子載波數(shù)目n CP長度長度n一個時隙中不同OFDM符號的循環(huán)前綴長度不同信道帶寬（信道帶寬（MHz）1.435101520子載波數(shù)目子載波數(shù)目721803006009001200TD-LTE下行多址方式下行多址方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TD-LTE上行多址方式：上行多址方式： 采用具有單載波峰均比特性的DFT-s-OFDMA多址方式。

11、TD-LTE上行上行多址方式多址方式時域SC-FDMA方案頻域SC-FDMA方案無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心DFT-s-OFDMA 子載波映射方式：TD-LTE上行上行多址方式多址方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心DFT-s-OFDM的優(yōu)勢：的優(yōu)勢： 具有較低的峰均比，可以有效地發(fā)揮功率放大器的效率，增大小區(qū)覆蓋范圍。DFT-s-OFDM的劣勢：的劣勢： 子載波的連續(xù)映射，增加設(shè)計和接收信號的復(fù)雜度； 無法最有效地利用頻率調(diào)度增益，頻譜效率相對于OFDM有差距； 抗深衰落性能不好，降低性能； 在與多天線MIMO等結(jié)合，接收算法復(fù)雜度高。TD-LTE上行上行多址

12、方式多址方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TDD雙工方式雙工方式物理層信道設(shè)計物理層信道設(shè)計目錄目錄多址傳輸技術(shù)多址傳輸技術(shù)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)TDD幀結(jié)構(gòu)原理圖（下行傳輸+上行傳輸+保護間隔）無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p TDD保護間隔保護間隔n TDU傳輸時延與終端接收/發(fā)送轉(zhuǎn)換：TDU RTT + TUE,Rx-Tx 避免基站間的干擾：TDU RTTa/2 +RTTb/2 TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p TDD保護間隔保護間隔n TUD一般情況下，幀結(jié)構(gòu)中需要保

13、留上行與下行之間的保護間隔，用于基站的接收與發(fā)送轉(zhuǎn)換TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p TDD保護間隔保護間隔n TUDLTE TDD系統(tǒng)中的TUD，通過定時提前來創(chuàng)造 TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)n TDD幀結(jié)構(gòu) - 幀結(jié)構(gòu)類型2，適用于TDDn 一個長度為10ms的無線幀由2個長度為5ms的半幀構(gòu)成n 每個半幀由5個長度為1ms的子幀構(gòu)成n 常規(guī)子幀：由兩個長度為0.5ms的時隙構(gòu)成n 特殊子幀：由DwPTS、GP以及UpPTS構(gòu)成n 支持5ms和10ms DLUL切換點周期n 5ms DLUL

14、切換周期：特殊子幀在兩個半幀中都存在n 10ms DLUL切換周期：特殊子幀只在第一個半幀中存在n 子幀0，子幀5以及DwPTS永遠是下行n UpPTS以及UpPTS之后的第一個子幀永遠為上行TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)n TDD幀結(jié)構(gòu)n 上下行配置TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心對于對于5ms周期的幀結(jié)構(gòu)，即兩個半幀時隙比例一致，包括以下周期的幀結(jié)構(gòu)，即兩個半幀時隙比例一致，包括以下4種配置種配置 配置0：1DL+DwPTS +3UL； 配置1：2DL+DwPTS+ 2UL； 配置2：3DL+Dw

15、PTS+ 1UL； 配置6：3DL+2DwPTS+5UL。對于對于10ms周期的幀結(jié)構(gòu)，即兩個半幀時隙比例不一致，包括以下周期的幀結(jié)構(gòu)，即兩個半幀時隙比例不一致，包括以下3種種配置配置 配置3：6DL+DwPTS+ 3UL； 配置4：7DL+DwPTS +2UL； 配置5：8DL+DwPTS +1UL。TD-LTE上行上行多址方式多址方式無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)n TDD幀結(jié)構(gòu)n 特殊子幀配置特殊子幀配置特殊子幀配置常規(guī)常規(guī)CP擴展擴展CPDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101381194832103923112101412137253

16、9282693917102-8111-TD-LTE幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 物理資源概念物理資源概念n 基本時間單位基本時間單位n 天線端口天線端口n LTE使用天線端口來區(qū)分空間上的資源。天線端口的定義是從接收機的角度來定義的，即如果接收機需要區(qū)分資源在空間上的差別，就需要定義多個天線端口。天線端口與實際的物理天線端口沒有一一對應(yīng)的關(guān)系。n 目前LTE下行定義了三類天線端口，分別對應(yīng)于天線端口序號05。秒2048150001sT小區(qū)專用參考信號傳輸天線端口：天線端口03MBSFN參考信號傳輸天線端口：天線端口4終端專用參考信號傳輸天線端口：天線端口5物理層

17、資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 物理資源概念物理資源概念n 資源單元資源單元 (RE)n 對于每一個天線端口，一個OFDM或者SC-FDMA符號上的一個子載波對應(yīng)的一個單元叫做資源單元n 資源塊資源塊 (RB)n 一個時隙中，頻域上連續(xù)的寬度為180kHz的物理資源稱為一個資源塊物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 物理資源概念物理資源概念n 資源單元組資源單元組 (REG)n 控制區(qū)域中控制區(qū)域中RE集合，用于映射下行控制信道集合，用于映射下行控制信道 n 每個每個REG中包含中包含4個數(shù)據(jù)個數(shù)據(jù)REn控制信道單

18、元（控制信道單元（CCE）n36RE，9REG組成組成物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 下行物理信道下行物理信道 PBCH（物理廣播信道）：（物理廣播信道）：用于承載重要的系統(tǒng)信息，例如系統(tǒng)下行帶寬、系統(tǒng)幀號等。 PDSCH（物理下行共享信道）：（物理下行共享信道）：可以簡單理解為用于承載數(shù)據(jù)的信道，此數(shù)據(jù)包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，也包括高層信令等信息。 PMCH（物理多播信道）：（物理多播信道）：用于承載多播業(yè)務(wù)信息。 PDCCH（物理下行控制信道）：（物理下行控制信道）：用于承載下行控制信息，例如調(diào)度信令。 PCFICH（物理控制格式指示信道）：（物理控制格

19、式指示信道）：用于指示每個子幀控制區(qū)域占用的符號數(shù)。 PHICH（物理（物理HARQ指示信道）：指示信道）：用于承載針對上行業(yè)務(wù)是否正確接收的ACK/NACK反饋信息。 R-PDCCH（中繼下行控制信道）：（中繼下行控制信道）：用于承載發(fā)送給中繼的控制信息。下行物理信道一般處理流程 物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 下行物理信道調(diào)制方式下行物理信道調(diào)制方式物理信道物理信道調(diào)制方式調(diào)制方式PDSCHQPSK, 16QAM, 64QAMPMCHQPSK, 16QAM, 64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSK物理

20、層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 下行物理信道碼字數(shù)目、層數(shù)目以及預(yù)編碼操作下行物理信道碼字數(shù)目、層數(shù)目以及預(yù)編碼操作物理信道物理信道可支持的預(yù)編碼操作可支持的預(yù)編碼操作可支持的碼字數(shù)目可支持的碼字數(shù)目可支持的層數(shù)目可支持的層數(shù)目PDSCH單天線端口傳輸11空間復(fù)用1，21，2，3，4傳輸分集12，4PDCCHPBCHPCFICHPHICH單天線端口傳輸11傳輸分集12，4物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 下行物理信道的下行物理信道的RE映射映射n 控制區(qū)域與數(shù)據(jù)區(qū)域控制區(qū)域與數(shù)據(jù)區(qū)域TDM；nPCFICH、P

21、DCCH、PHICH映射在控制區(qū)域；映射在控制區(qū)域；n PDSCH、PMCH、PBCH映射到數(shù)據(jù)區(qū)域；映射到數(shù)據(jù)區(qū)域；常規(guī)CP擴展CP無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p 上行物理信道上行物理信道n PRACH（物理隨機接入信道）：（物理隨機接入信道）：用于UE上行接入同步或上行數(shù)據(jù)到達時的資源請求。n PUSCH（物理上行共享信道）：（物理上行共享信道）：用于承載上行數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和高層信令等。n PUCCH（物理上行控制信道）：（物理上行控制信道）：用于承載上行控制信息，主要包括CQI和ACK等。物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p

22、PUSCH 調(diào)制方式包括QPSK、16QAM以及64QAM傳輸預(yù)編碼即DFT操作，為了簡化DFT實現(xiàn)，要求DFT操作的點數(shù)必須為2、3、5的倍數(shù)。在RE映射時，PUSCH映射到子幀中的數(shù)據(jù)區(qū)域上。 PUSCH處理流程物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p PUCCH 格式格式 PUCCH格式格式用途用途調(diào)制方式調(diào)制方式比特數(shù)比特數(shù)1SRN/AN/A1aACK/NACKBPSK11bACK/NACKQPSK22CQIQPSK202aCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK212bCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK22物理層資源概念物理層資源概念無無

23、 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p PUCCH format 1/1a/1b結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 常規(guī)CP擴展CP物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p PUCCH format 1/1a/1b RE映射映射n 1比特SR信息經(jīng)過序列擴展和正交復(fù)用，形成96個比特，映射到PUCCH format 1中的數(shù)據(jù)部分n 1比特ACK/NACK信息，經(jīng)過BPSK調(diào)制，序列擴展和正交復(fù)用，形成96個符號，映射到PUCCH format 1a中的數(shù)據(jù)部分n 2比特ACK/NACK信息，經(jīng)過 QPSK調(diào)制，序列擴展和正交復(fù)用，形成96個符號，映射到PUCCH format

24、 1b中的數(shù)據(jù)部分n 參考信號序列經(jīng)過正交復(fù)用后，映射到PUCCH format 1/1a/1b中的參考信號部分 PUCCH format 1/1a/1b的具體映射RB位置與其序號， PUCCH帶寬以及時隙位置有關(guān)物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p PUCCH format 2/2a/2b 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)常規(guī)CP擴展CP物理層資源概念物理層資源概念無無 線線 移移 動動 創(chuàng)創(chuàng) 新新 中中 心心p PUCCH format 2/2a/2b RE映射映射n 20比特CQI信息經(jīng)過QPSK調(diào)制，形成10個符號，經(jīng)過序列擴展之后形成120個符號，映射到PUCCH format 2/2a/2b中的數(shù)據(jù)部分n 1比特ACK/NACK信息，經(jīng)過BPSK調(diào)制，形成1個符號，經(jīng)過與參考信號相乘之后形成為12個符號，映射到PUCCH format 2a中每個時隙中的第二個RS上n 2比特ACK/NACK信息