LTE物理層規(guī)范概述

1、200801LTE物理層規(guī)范概述索士強(qiáng)，關(guān)鍵技術(shù)I室，系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)部 主要內(nèi)容 物理層規(guī)范介紹 LTE多址方式 幀結(jié)構(gòu) 物理資源概念 子幀結(jié)構(gòu) 物理信道 傳輸信道 LTE物理層規(guī)范（R8） LTE物理層規(guī)范（R8） TS 36.201: Physical Layer general description TS 36.211: Physical channels and modulation 幀結(jié)構(gòu) PUSCH, PUCCH, DMS, SRS, PRACH PDSCH, PMCH, PBCH, PCFICH, PDCCH, PHICH, RS, Sync. TS 36.212: Multipl

2、exing and channel coding RACH, UL-SCH, UCI BCH, DL-SCH, PCH, MCH, DCI, CFI, HI LTE物理層規(guī)范（R8） TS 36.213：Physical layer procedures Synchronization procedures (cell search, timing synchronization) Power control Random access procedure PDSCH related procedures UE procedure for receiving the PDSCHUE proce

3、dure for reporting CQI, PMI and rank PUSCH related procedures eNodeB procedure for receiving PUSCHUE sounding procedureUE ACK/NACK procedure PDCCH related procedures PUCCH related procedures LTE物理層規(guī)范（R8） TS 36.214: Physical layer measurements RSRP, E-UTRA Carrier RSSI, RSRQ UTRA FDD CPICH RSCP, carr

4、ier RSSI, CPICH Ec/No GSM carrier RSSI UTRA TDD carrier RSSI, P-CCPCH RSCP LTE多址方式 下行OFDM(正交頻分復(fù)用) 上行SC-FDMA（單載波頻分復(fù)用） DFTS-OFDM（傅立葉變換擴(kuò)展的正交頻分復(fù)用 ） OFDM 原理一個(gè)OFDM子載波一個(gè)OFDM符號(hào)（多個(gè)正交的子載波） OFDM 調(diào)制與解調(diào)正交性O(shè)FDM調(diào)制OFDM解調(diào) OFDM FFT實(shí)現(xiàn)IDFTIFFTOFDM調(diào)制OFDM解調(diào) ISI與ICI在時(shí)間色散信道條件下，一條徑的解調(diào)相關(guān)時(shí)間間隔將與其他徑的符號(hào)邊界重疊（導(dǎo)致ISI）；同時(shí)，在一個(gè)積分周期中，將不

5、僅包括主徑所對(duì)應(yīng)的復(fù)指數(shù)的整數(shù)周期，也包括其他徑所對(duì)應(yīng)的復(fù)指數(shù)的分?jǐn)?shù)周期，從而影響子載波間的正交性（導(dǎo)致ICI） 循環(huán)前綴（Cyclic Prefix）CP的使用會(huì)導(dǎo)致：功率損失和帶寬損失 LTE OFDM參數(shù) 子載波間隔 15kHz，用于單播（unicast）和多播（MBSFN）傳輸 7.5kHz，僅僅可以應(yīng)用于獨(dú)立載波的MBSFN傳輸 子載波數(shù)目 循環(huán)前綴長(zhǎng)度 一個(gè)時(shí)隙中不同OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴長(zhǎng)度不同 信道帶寬（MHz）1.435101520子載波數(shù)目721803006009001200 DFTS-OFDM原理 單載波特性：a) 信號(hào)具有低的峰均比b) 信號(hào)帶寬取決于M Localiz

6、ed DFTS-OFDM / Distributed DFTS-OFDM LTE中已經(jīng)不支持采用Distributed DFTS-OFDM方式進(jìn)行信號(hào)傳輸 DFTS-OFDM解調(diào) 為什么需要頻域均衡？在頻率選擇性信道情況下，DFTS-OFDM信號(hào)將被破壞，產(chǎn)生自干擾。在這種情況下，需要使用均衡器來(lái)補(bǔ)償無(wú)線信道的頻率選擇性。 頻域均衡相對(duì)于時(shí)域均衡實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單。 CP的作用如果不存在CP，采用頻域均衡存在如下兩個(gè)問(wèn)題a) 時(shí)域均衡器是一個(gè)時(shí)域卷積操作，而頻域均衡器對(duì)應(yīng)的是一個(gè)時(shí)域循環(huán)卷積操作。假設(shè)時(shí)域均衡器的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，這意味著頻域均衡器輸出的前L-1個(gè)樣點(diǎn)，與時(shí)域均衡器輸出的前L-1的樣點(diǎn)不一致需

7、要使用Overlap-and-discard方法進(jìn)行解調(diào)接收機(jī)復(fù)雜度b) 頻域?yàn)V波器的抽頭系數(shù)可以由對(duì)應(yīng)的時(shí)域?yàn)V波器沖擊響應(yīng)來(lái)決定，并通過(guò)DFT變換到頻域。但是時(shí)域?yàn)V波器的設(shè)計(jì)顯得相對(duì)復(fù)雜，特別是在L很大的情況下。 DFTS-OFDM用戶復(fù)用等帶寬分配不等帶寬分配通過(guò)調(diào)整傳輸機(jī)DFT大小，即調(diào)制符號(hào)塊的大小，DFTS-OFDM信號(hào)的帶寬可以被動(dòng)態(tài)的調(diào)整。通過(guò)將DFT的輸出映射到不同的IDFT的輸入上，信號(hào)傳輸?shù)木_頻域位置可以被調(diào)整。 DFTS-OFDM頻譜成型進(jìn)一步降低峰均比帶寬擴(kuò)展頻譜效率降低 LTE DFTS-OFDM參數(shù) 子載波間隔 15kHz，用于單播（unicast）和多播（MBS

8、FN）傳輸 子載波數(shù)目 循環(huán)前綴長(zhǎng)度 一個(gè)時(shí)隙中不同DFTS-OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴長(zhǎng)度不同 信道帶寬（MHz）1.435101520子載波數(shù)目721803006009001200 幀結(jié)構(gòu) 幀結(jié)構(gòu)類型1 適用于全雙工和半雙工的FDD模式 每一個(gè)無(wú)線幀長(zhǎng)度為10ms，由20個(gè)slot構(gòu)成，每一個(gè)slot的長(zhǎng)度為0.5ms 一個(gè)子幀定義為兩個(gè)相鄰的時(shí)隙，長(zhǎng)度為1ms 幀結(jié)構(gòu) 幀結(jié)構(gòu)類型2 適用于TDD模式 每一個(gè)無(wú)線幀由兩個(gè)半幀（half-frame）構(gòu)成，每一個(gè)半幀長(zhǎng)度為5ms。 每一個(gè)半幀包括8個(gè)slot，每一個(gè)的長(zhǎng)度為0.5ms；以及三個(gè)特殊時(shí)隙，DwPTS、GP和UpPTS。DwPTS、G

9、P以及UpPTS的總長(zhǎng)度等于1ms。 子幀1和子幀6包含DwPTS、GP以及UpPTS，所有其他子幀包含兩個(gè)相鄰的時(shí)隙。 子幀0和子幀5以及DwPTS永遠(yuǎn)預(yù)留為下行傳輸。 支持5ms和10ms的切換點(diǎn)周期。 物理資源概念 基本時(shí)間單位 天線端口 LTE使用天線端口來(lái)區(qū)分空間上的資源。天線端口的定義是從接收機(jī)的角度來(lái)定義的，即如果接收機(jī)需要區(qū)分資源在空間上的差別，就需要定義多個(gè)天線端口。天線端口與實(shí)際的物理天線端口沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 由于目前LTE上行僅支持單射頻鏈路的傳輸，不需要區(qū)分空間上的資源，所以上行還沒(méi)有引入天線端口的概念。 目前LTE下行定義了三類天線端口，分別對(duì)應(yīng)于天線端口序號(hào)05

10、。小區(qū)專用參考信號(hào)傳輸天線端口：天線端口03MBSFN參考信號(hào)傳輸天線端口：天線端口4終端專用參考信號(hào)傳輸天線端口：天線端口5 物理資源概念 資源單元 (RE) 對(duì)于每一個(gè)天線端口，一個(gè)OFDM或者SC-FDMA符號(hào)上的一個(gè)子載波對(duì)應(yīng)的一個(gè)單元叫做資源單元 物理資源塊 (PRB) 一個(gè)時(shí)隙中，頻域上連續(xù)的寬度為180kHz的物理資源稱為一個(gè)物理資源塊 資源柵格 (Resource Grid)一個(gè)時(shí)隙中傳輸?shù)男盘?hào)所占用的所有資源單元構(gòu)成一個(gè)資源柵格，它包含整數(shù)個(gè)PRB，也可以用包含的子載波個(gè)數(shù)和OFDM或者SC-FDMA符號(hào)個(gè)數(shù)來(lái)表示。 物理資源概念 PRB參數(shù) 子幀結(jié)構(gòu) 常規(guī)子幀：常規(guī)子幀由兩

11、個(gè)時(shí)隙組成，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度0.5ms 下行Unicast/MBSFN子幀 下行MBSFN專用載波子幀 上行常規(guī)子幀 特殊子幀：特殊子幀由三個(gè)特殊域組成，分別為DwPTS、GP和UpPTS，特殊子幀只存在幀結(jié)構(gòu)類型2中 下行Unicast/MBSFN子幀 MBSFN傳輸時(shí)，控制區(qū)域13個(gè)符號(hào) MBSFN傳輸時(shí)，控制區(qū)域12個(gè)符號(hào)下行Unicast/MBSFN子幀 當(dāng)數(shù)據(jù)區(qū)域中進(jìn)行MBSFN傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)區(qū)域只能使用擴(kuò)展CP進(jìn)行傳輸。這樣當(dāng)控制區(qū)域采用常規(guī)CP時(shí)，控制區(qū)域和MBSFN數(shù)據(jù)區(qū)域之間存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定如何使用的區(qū)域 下行數(shù)據(jù)傳輸方式 Nd=1 Nd=2 上行常規(guī)子幀 數(shù)據(jù)傳輸方式 Loc

12、alized Localized + FH 下行物理信道 PDSCH：物理下行共享信道 PMCH：物理多播信道 PDCCH：物理下行控制信道 PBCH：物理廣播信道 PCFICH：物理控制格式指示信道 PHICH：物理HARQ指示信道 下行物理信道一般處理流程 下行物理信道調(diào)制方式物理信道調(diào)制方式PDSCHQPSK, 16QAM, 64QAMPMCHQPSK, 16QAM, 64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHTBD 下行物理信道碼字?jǐn)?shù)目、層數(shù)目以及預(yù)編碼操作物理信道可支持的與編碼操作可支持的碼字?jǐn)?shù)目可支持的層數(shù)目PDSCH單天線端口傳輸11空間復(fù)用1，2

13、1，2，3，4傳輸分集12，4PMCH未規(guī)定未規(guī)定未規(guī)定PDCCHPBCHPCFICHPHICH單天線端口傳輸11傳輸分集12，4 RE映射 PDSCH、PMCH以及PBCH映射到子幀中的數(shù)據(jù)區(qū)域上； PDCCH、PCFICH以及PHICH映射到子幀中的控制區(qū)域上。 PBCH下頁(yè)所示 PBCH位置（FS1）常規(guī)CP擴(kuò)展CP 下行參考信號(hào)小區(qū)專用參考信號(hào)，與非MBSFN傳輸關(guān)聯(lián) MBSFN參考信號(hào)，與MBSFN傳輸關(guān)聯(lián) 終端專用的參考信號(hào) 小區(qū)專用參考信號(hào)常規(guī)CP 小區(qū)專用參考信號(hào)擴(kuò)展CP MBSFN參考信號(hào)擴(kuò)展CP，15kHz擴(kuò)展CP，7.5kHz參考信號(hào)序列 小區(qū)專用參考信號(hào)使用二維參考信號(hào)

14、序列，對(duì)于常規(guī)CP，該二維參考信號(hào)序列由一個(gè)二維正交序列和一個(gè)二維偽隨機(jī)序列進(jìn)行符號(hào)乘積產(chǎn)生。對(duì)于擴(kuò)展CP，該二維參考信號(hào)序列直接由一個(gè)二維偽隨機(jī)序列產(chǎn)生 其他參考信號(hào)的序列未定 主/輔同步信號(hào)FS1，常規(guī)CPFS2，常規(guī)CP 主/輔同步信號(hào)序列 主同步信號(hào)使用Zadoff-Chu序列 副同步信號(hào)使用的序列由兩個(gè)長(zhǎng)度為31的二進(jìn)制序列通過(guò)交織級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，并且使用由主同步信號(hào)序列決定的加擾序列進(jìn)行加擾，長(zhǎng)度為31的二進(jìn)制序列以及加擾序列都由m序列產(chǎn)生。 上行物理信道 PUSCH：物理上行共享信道 PUCCH：物理上行控制信道 PRACH：物理隨機(jī)接入信道 PUSCH 調(diào)制方式包括QPSK、16QA

15、M以及64QAM傳輸預(yù)編碼即DFT操作，為了簡(jiǎn)化DFT實(shí)現(xiàn)，要求DFT操作的點(diǎn)數(shù)必須為2、3、5的倍數(shù)。在RE映射時(shí)，PUSCH映射到子幀中的數(shù)據(jù)區(qū)域上。 PUSCH處理流程 PUCCH PUCCH格式用途調(diào)制方式每用戶對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)支持的用戶數(shù)常規(guī)CP擴(kuò)展CP0ACK/NACKBPSK11881ACK/NACKQPSK21882CQIQPSK20643?N/AN/A? PUCCH format 0/1 常規(guī)CP擴(kuò)展CP PUCCH format 2常規(guī)CP擴(kuò)展CP PRACH (Preamble前同步信號(hào))參數(shù)Preamble格式4在幀結(jié)構(gòu)2中的UpPTS域中傳輸 Preamble序列 Pre

16、amble使用Zadoff-Chu序列產(chǎn)生 一個(gè)小區(qū)需要支持64個(gè)Preamble 一個(gè)小區(qū)的premable由一個(gè)Zadoff-Chu根序列通過(guò)進(jìn)行不同的循環(huán)移位產(chǎn)生，如果這種方式不能提供足夠的Preamble數(shù)目，可以使用邏輯序號(hào)與其相鄰的Zadoff-Chu根序列產(chǎn)生。 對(duì)于Preamble格式03，存在838個(gè)根序列； 對(duì)于Preamble格式4，存在138個(gè)根序列。 Preamble基帶參數(shù) Preamble信號(hào)與上行其他物理信道中的信號(hào)都是單載波信號(hào)，但是它不是通過(guò)DFTS-OFDM產(chǎn)生，并且其子載波間隔/符號(hào)長(zhǎng)度也不同 上行參考信號(hào) 解調(diào)用參考信號(hào)（DRS) 探測(cè)用參考信號(hào)（SR

17、S） 上行參考信號(hào)序列通過(guò)一個(gè)基序列進(jìn)行不同的循環(huán)移位產(chǎn)生。基序列被分為30組，每組包含長(zhǎng)度小于等于60的基序列各一個(gè)（共5個(gè)），包含長(zhǎng)度大于72、小于等于1320的基序列各兩個(gè)（共206個(gè)）。對(duì)于長(zhǎng)度大于或者等于36的基序列，由Zadoff-Chu序列產(chǎn)生；對(duì)于長(zhǎng)度小于36的基序列，其序列由計(jì)算機(jī)搜索產(chǎn)生，目前規(guī)范中已經(jīng)給出具體值。 PUSCH 解調(diào)用參考信號(hào)常規(guī)CP擴(kuò)展CP 探測(cè)用參考信號(hào) 時(shí)域參數(shù)： 子幀位置：原則上可以在任何一個(gè)上行子幀內(nèi)傳輸，系統(tǒng)通過(guò)D-BCH來(lái)廣播哪一個(gè)子幀中存在SRS，并通過(guò)子幀偏移值來(lái)指示具體的位置 符號(hào)位置：可以放置在上行子幀的第一個(gè)SC-FDMA符號(hào)或者最后

18、一個(gè)SC-FDMA符號(hào) 持續(xù)時(shí)間（Duration）：一次性的或者無(wú)限期的 周期（Period）：即在一個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)闹芷?，支?、5、10、20、40、80、160ms 序列參數(shù)： 循環(huán)移位（Cyclic Shift）：SRS使用與DRS相同的序列產(chǎn)生方法，不同用戶可以使用不同的循環(huán)移位進(jìn)行區(qū)分 探測(cè)用參考信號(hào) 頻域參數(shù)： 傳輸帶寬：包括窄帶（Narrowband SRS）和寬帶（Wideband SRS）兩種，SRS不能在PUCCH區(qū)域傳輸。對(duì)于N-SRS，在系統(tǒng)帶寬為6RB情況下，SRS的傳輸帶寬為2RB；在系統(tǒng)帶寬大于6RB情況下，SRS的傳輸帶寬可以為2、4、6RB。對(duì)于W-SRS，即出PUCCH之外的整個(gè)可用帶寬。 Comb：SRS采用頻域distributed方式進(jìn)行傳輸，頻域間隔為兩個(gè)子載波，如下圖所示。在一個(gè)傳輸帶寬內(nèi)，不同用戶可以使用不同的co