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第5章LTE物理層概述

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述3GPP在LTE相關(guān)技術(shù)規(guī)范TS36.101和TS36.104Rel-8中定義了LTE的工作頻帶,其中頻分雙工(FDD)有15個(gè)頻帶,時(shí)分雙工(TDD)有8個(gè)頻帶。編號(hào)1~14的頻帶和編號(hào)17的頻帶用做LTE對(duì)稱頻帶,對(duì)應(yīng)FDD模式;編號(hào)33~40的頻帶用做TDD的非對(duì)稱頻帶,對(duì)應(yīng)TDD模式。這些頻帶劃分如表5.1所示。此外,3GPP在TS36.101和TS36.104Rel-12中,還將編號(hào)18~32的頻帶劃分給FDD模式,將編號(hào)41~44的頻帶劃分給TDD,在表5.1中用斜體字給出。LTE頻帶劃分

表5.13GPP定義的LTE頻帶

LTE頻帶劃分頻帶編號(hào)上行范圍(MHz)下行范圍(MHz)雙工模式11920-19802110-2170FDD21850-19101930-1990FDD31710-17851805-1880FDD41710-17552110-2155FDD5824-849869-894FDD6830-840875-885FDD72500-25702620-2690FDD8880-915925-960FDD91749.9-1784.91844.9-1879.9FDD101710-17702110-2170FDD111427.9-1452.91475.9-1500.9FDD12698-716728-746FDD13777-787746-756FDD14788-798758-768FDD15保留保留FDD16保留保留FDD17704-716734-746FDDLTE頻帶劃分18815-830860-875FDD19830-845875-890FDD20832-862791-821FDD211447.9-1462.91495.9-1510.9FDD223410-34903510-3590FDD232000-20202180-2200FDD241626.5-1660.51525-1559FDD251850-19151930-1995FDD26814-849859-894FDD27807-824852-869FDD28703-748758-803FDD29-717-728FDD*302305-23152350-2360FDD31452.5-457.5462.5-467.5FDD32-1452-1496FDD*331900-19201900-1920TDDLTE頻帶劃分342010-20252010-2025TDD351850-19101850-1910TDD361930-19901930-1990TDD371910-19301910-1930TDD382570-26202570-2620TDD391880-19201880-1920TDD402300-24002300-2400TDD412496-26902496-2690TDD423400-36003400-3600TDD433600-38003600-3800TDD44703-803703-803TDDLTE頻帶劃分

表5.1中編號(hào)29和32僅在LTE-Advanced的載波聚合情況下使用。

此外,值得注意的是,在表5.1中,有些頻帶是部分或全部重合的,這是由于國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在劃分頻帶時(shí)遇到的區(qū)域差別造成的。同時(shí),需要重合的頻帶可用來保證全球漫游。

表5.2給出了我國(guó)LTE頻帶劃分情況。LTE頻帶劃分運(yùn)營(yíng)商TDDFDD頻帶(MHz)帶寬(MHz)頻帶(MHz)帶寬(MHz)中國(guó)移動(dòng)1880-1900202320-2370502575-263560中國(guó)聯(lián)通2300-2320201955-1980252555-2575202145-217025中國(guó)電信2370-2390201755-1785302635-2655201850-188030表5.2我國(guó)LTE頻帶劃分LTE帶寬分配LTE的空中接口采用以O(shè)FDM技術(shù)為基礎(chǔ)的多址技術(shù),采用15kHz的子載波寬度,通過不同的子載波數(shù)目(72-1200)實(shí)現(xiàn)了可變的系統(tǒng)帶寬(1.4-20MHz),同時(shí),根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同(無線信道不同的時(shí)延擴(kuò)展),LTE支持兩種不同長(zhǎng)度循環(huán)前綴的系統(tǒng)配置:普通的循環(huán)前綴和擴(kuò)展的循環(huán)前綴,它們的長(zhǎng)度分別約為4.7和16.7。LTE的主要頻譜結(jié)構(gòu)是建立在含有12個(gè)子載波,總帶寬是12×15KHz=180kHz的資源塊(資源塊的詳細(xì)介紹見第5.4節(jié))上。LTE支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等幾種帶寬,對(duì)應(yīng)的資源塊數(shù)量分別為6、15、25、50、75和100。LTE帶寬分配

表5.3給出了LTERel-8中各頻帶所能支持的信道帶寬的情況。

表5.3LTERel-8各頻帶所支持的信道帶寬頻帶1.4MHz3MHz5MHz10MHz15MHz20MHz1√√√√2√√√√√*√*3√√√√√*√*4√√√√√√5√√√√*6√√*7√√√#√*#8√√√√*9√√√*√*10√√√√11√√*12√√√*√*13√*√*LTE帶寬分配

14√*√*151617√*√*33√√√√34√√√35√√√√√√36√√√√√√37√√√√38√√√#√#39√√√√40√√√√

表5.3中,√*表示用戶指定接收機(jī)靈敏度的要求,√#表示在該帶寬上,在FDD/TDD共存情況下的上行傳輸。LTE帶寬分配

LTE下行鏈路傳輸帶寬是10MHz,子載波的間隔是15kHz,抽樣頻率為15.36MHz,而子載波占用的數(shù)量是601個(gè),其中包含了直流子載波。LTE上行鏈路的這些配置與下行鏈路相同。此外,LTE上下行的其他特點(diǎn)是:10MHz帶寬系統(tǒng)中采用15kHz頻率間隔,采用1024點(diǎn)的FFT,系統(tǒng)包括666個(gè)數(shù)據(jù)子載波。1024子載波中的358個(gè)子載波已經(jīng)超出10MHz帶寬之外為不可用子載波。666個(gè)數(shù)據(jù)子載波中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖虞d波為601個(gè),其余的65個(gè)子載波為保護(hù)帶寬(33/32個(gè)子載波分別位于兩側(cè))。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述物理信道(1)上行物理信道LTE定義的上行物理信道包括物理上行共享信道(PUSCH)、物理上行控制信道(PUCCH)、物理隨機(jī)接入信道(PRACH),這些上行物理信道用于承載源于高層的信息。此外,LTE還定義了上行物理信號(hào),這些信號(hào)在物理層使用,但不承載任何來自高層信息,例如參考信號(hào)。物理隨機(jī)接入信道(PRACH)用于終端發(fā)送隨機(jī)接入信號(hào),發(fā)起隨機(jī)接入的過程。隨機(jī)信號(hào)由循環(huán)前綴、序列和保護(hù)間隔3部分組成,LTE物理層支持5種隨機(jī)接入信號(hào)格式。

物理信道

上行物理控制信道(PUCCH)傳輸上行物理層控制信息,可能承載的控制信息包括“上行調(diào)度請(qǐng)求”、“對(duì)于下行數(shù)據(jù)的ACK/NACK信息”和“信道狀態(tài)信息反饋(包括CQI/PMI/RI)”。PUCCH信道在時(shí)頻域上占用一個(gè)資源塊的物理資源,采用時(shí)隙跳頻的方式,在上行頻帶的兩邊進(jìn)行傳輸。

上行物理共享信道(PUSCH)用于上行數(shù)據(jù)的調(diào)度傳輸,是LTE物理層主要的上行數(shù)據(jù)承載信道,可以承載來自上層的不同的傳輸內(nèi)容(即不同的邏輯信道),包括控制信息、用戶業(yè)務(wù)信息和廣播業(yè)務(wù)信息。物理信道(2)下行物理信道

下行物理信道包括物理下行共享信道(PDSCH)、物理廣播信道(PBCH)、物理多播信道(PMCH)、物理控制格式指示信道(PCFICH)、物理下行控制信道(PDCCH)和物理HARQ指示信道(PHICH)。最小的下行傳輸資源粒子用RE表示,下行物理信道對(duì)應(yīng)于一系列資源粒子的集合,用于承載源于高層的信息。

除下行物理信道外,LTE還定義了下行物理信號(hào),包括參考信號(hào)、同步信號(hào)。這些下行物理信號(hào)也對(duì)應(yīng)于一系列物理層使用的資源粒子,但是它們不傳遞任何來自高層的消息。下行同步信號(hào)用于支持物理層的小區(qū)搜索,實(shí)現(xiàn)物理信道用戶終端對(duì)小區(qū)的識(shí)別和下行同步。下行參考信號(hào)用于下行信道估計(jì)和相關(guān)解調(diào)等,還可以分為不同的類型,具體見第8.6節(jié)。①物理廣播信道(PBCH)用于廣播小區(qū)基本的物理層配置信息,是一個(gè)承載傳呼和其他控制信令的信道。②下行物理共享信道(PDSCH)用于下行數(shù)據(jù)的調(diào)度傳輸,是LTE物理層主要的下行數(shù)據(jù)承載信道,可以承載來自上層的不同的傳輸內(nèi)容,包括尋呼信息、廣播信息、控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息等。③物理控制格式指示信道(PCFICH)指示物理層控制信道的格式。在LTE中,下行物理層控制信道(PDCCH)在每個(gè)子幀的前幾個(gè)OFDM符號(hào)上傳輸,PCFICH信道正是對(duì)這個(gè)數(shù)值進(jìn)行了指示。物理信道④物理HARQ指示信道(PHICH)攜帶對(duì)上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腍ARQ和ACK/NACK反饋信息。LTE物理層PHICH信道的傳輸以PHICH組的形式來組織,1個(gè)PHICH組內(nèi)的多個(gè)PHICH信道占用相同的時(shí)頻域物理資源,采用正交擴(kuò)頻序列的復(fù)用方式。一個(gè)PHICH信道由PHICH組的ID和組內(nèi)ID共同確定。⑤下行物理控制信道(PDCCH)是傳輸下行物理層控制信令的主要承載信道,承載的物理層控制信息包括上/下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度信息和上行功率控制命令的信息。PDCCH信道的傳輸以控制信道元素(CCE)的形式來組織,一個(gè)CCE由9個(gè)資源粒子組(REG)組成(即94=36個(gè)資源粒子)。根據(jù)所占用的CCE數(shù)目的不同,標(biāo)準(zhǔn)中定義了4種PDCCH格式,物理信道分別占用1、2、4、8個(gè)CCE,相應(yīng)的數(shù)值又稱為PDCCH的“AggregationLevel”。PDCCH信道需要以下所有的步驟:在編碼位進(jìn)行加擾;對(duì)加擾位進(jìn)行調(diào)制,產(chǎn)生復(fù)值調(diào)制符號(hào);把復(fù)值調(diào)制符號(hào)映射到一個(gè)或多個(gè)傳輸層;經(jīng)過空間不同層次上的預(yù)編碼后,復(fù)調(diào)制符號(hào)在不同天線端口進(jìn)行發(fā)送;實(shí)現(xiàn)每一個(gè)天線端口要發(fā)送的復(fù)值調(diào)制符號(hào)與資源粒子的映射;在每一個(gè)天線端口產(chǎn)生復(fù)時(shí)域OFDM信號(hào)。在將來,可能會(huì)需要更多的控制信令、下行調(diào)度控制、上行調(diào)度控制以及每個(gè)用戶的功率控制。一個(gè)物理控制信道可以在一個(gè)或多個(gè)控制信道單元傳輸,其中控制信道單元包括一組資源粒子,一個(gè)子幀內(nèi)可以傳輸多個(gè)PDCCH。⑥物理多播信道(PMCH)用于傳輸多媒體廣播多播業(yè)務(wù)物理信道(MBMS,MultimediaBroadcastMulticastService)。在該信道上,多個(gè)小區(qū)可能發(fā)送內(nèi)容相同的信號(hào),并由終端在接收時(shí)進(jìn)行合并。而在小區(qū)內(nèi),PMCH信道僅支持單天線端口(即port4)的發(fā)送。傳輸信道(1)下行傳輸信道

下行傳輸信道包括4種信道:廣播信道(BCH),下行共享信道(DL-SCH),尋呼信道(PCH)和多播信道(MCH)。①廣播信道(BCH):預(yù)先定義的固定傳輸格式,需要在整個(gè)小區(qū)的覆蓋區(qū)域進(jìn)行廣播。②下行共享信道(DL-SCH):支持HARQ、動(dòng)態(tài)鏈路適配(如改變調(diào)制方式,編碼方式和發(fā)射功率);可以廣播給整個(gè)小區(qū),也可以支持波束賦形技術(shù);支持動(dòng)態(tài)和半靜態(tài)資源分配;支持用戶不連續(xù)接收等。③尋呼信道(PCH):支持用戶不連續(xù)接收(DRX),由網(wǎng)絡(luò)指示給終端DRX周期,需要在整個(gè)小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播該信道,該信道也可以承載其他控制信道或者業(yè)務(wù)信道。傳輸信道④多播信道(MCH):需要在整個(gè)小區(qū)覆蓋范圍區(qū)域內(nèi)廣播該信道;支持多個(gè)小區(qū)多播廣播多媒體業(yè)務(wù)(MBMS)發(fā)射的多播廣播單頻網(wǎng)(MBSFN,MulticastBroadcastSingleFrequencyNetwork)合并;支持半靜態(tài)資源分配。(2)上行傳輸信道上行傳輸信道包括如下2種信道:上行共享信道(UL-SCH)和隨機(jī)接入信道(RACH)。①上行共享信道(UL-SCH):支持HARQ;支持動(dòng)態(tài)鏈路自適應(yīng)(如改變調(diào)制方式,編碼方式和發(fā)射功率);支持波束賦型技術(shù);支持動(dòng)態(tài)和半靜態(tài)資源分配。②隨機(jī)接入信道(RACH):承載有限的用戶上行控制信息,用于初始接入和沒有上行授權(quán)時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送;存在碰撞沖突;使用開環(huán)功率控制。邏輯信道

與3G相比,為了提高系統(tǒng)效率,LTE做了很多工作來簡(jiǎn)化邏輯信道和傳輸信道的數(shù)量及其映射關(guān)系。傳輸信道是根據(jù)其在空中接口所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)特性(例如自適應(yīng)調(diào)制和編碼)來區(qū)分的。MAC層完成邏輯信道和傳輸信道之間的映射,以及不同用戶終端上下行業(yè)務(wù)的調(diào)度。邏輯信道是由承載的信息內(nèi)容進(jìn)行區(qū)分的,LTE系統(tǒng)允許一個(gè)邏輯信道可以映射到幾個(gè)不同的傳輸信道中的一個(gè),不同的邏輯信道可以復(fù)用在一起形成一個(gè)組合的傳輸信道。MAC層根據(jù)不同種類的數(shù)據(jù)傳輸承載業(yè)務(wù),每種邏輯信道類型可以根據(jù)所承載的信息內(nèi)容來定義?;旧线壿嬓诺婪譃閮深悾嚎刂菩诺?、業(yè)務(wù)信道。控制信道用于傳輸控制面信息,業(yè)務(wù)信道用于傳輸用戶面信息。邏輯信道

每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)MAC實(shí)體。MAC實(shí)體通常由幾個(gè)功能塊組成(如傳輸調(diào)度功能、每個(gè)用戶的功能塊、MBMS功能、MAC控制、傳輸塊生成等)。透明傳輸模式僅適用于BCCH(廣播控制信道)、CCCH(公共控制信道)和PCCH(呼叫控制信道)等信道。(1)控制信道控制信道只是被用來傳送控制層面的信息,MAC層控制信道包括如下5種信道。①廣播控制信道(BCCH,BroadcastControlChannel):下行鏈路信道,用來廣播系統(tǒng)控制信息。②呼叫控制信道(PCCH,PagingControlChannel):下行鏈路信道,網(wǎng)絡(luò)不知道用戶所在的具體小區(qū)時(shí),該信道邏輯信道用來給用戶發(fā)送尋呼消息。③公共控制信道(CCCH,CommonControlChannel):該信道用來在用戶和網(wǎng)絡(luò)之間傳送控制信息,用戶與網(wǎng)絡(luò)之間沒有RRC連接時(shí)使用該信道發(fā)送的信息。④多播控制信道(MCCH,MulticastControlChannel):點(diǎn)到多點(diǎn)的下行鏈路信道,該信道用來發(fā)射MBMS控制信息,該控制信息對(duì)應(yīng)于1個(gè)或者幾個(gè)多播業(yè)務(wù)信道(MTCH)。該信道只用于用戶接收MBMS業(yè)務(wù)。⑤專用控制信道(DCCH,DedicatedControlChannel):是一種終端和網(wǎng)絡(luò)間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向控制信道。在DCCH中,控制信息只包括無線資源控制(RRC)和非接入層(NAS)信令,不包括應(yīng)用層的控制信令。邏輯信道(2)業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道只被用來傳送用戶層面的信息,MAC層提供的業(yè)務(wù)信道包括如下兩種信道:①專用業(yè)務(wù)信道(DTCH,DedicatedTrafficChannel):點(diǎn)到點(diǎn)雙向信道,在用戶與網(wǎng)絡(luò)之間用來傳送用戶層面的專用信息。②多播業(yè)務(wù)信道(MTCH,MulticastTrafficChannel):點(diǎn)到多點(diǎn)下行鏈路信道,被用來發(fā)射MBMS的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)給用戶終端,該信道只用于用戶接收MBMS業(yè)務(wù)。信道映射關(guān)系

上行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關(guān)系如圖5.2所示。圖5.2上行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關(guān)系信道映射關(guān)系

下行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關(guān)系如圖5.3所示。圖5.3下行物理信道和傳輸信道、邏輯信道的映射關(guān)系信道映射關(guān)系PCCH和BCCH邏輯信道有著特殊的傳輸和物理特征,因此它們的傳輸信道和物理信道的映射也很特殊。BCCH映射到BCH和DL-SCH,這是因?yàn)橄到y(tǒng)信息由兩部分構(gòu)成:①固定格式的重要系統(tǒng)信息,需要周期性地更新,這些信息映射到PBCH。②動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)信息,其重要性不如固定格式系統(tǒng)信息,帶寬和重復(fù)周期比較靈活,這些信息映射到DL-SCH。

另外,一些邏輯信道映射到傳輸信道時(shí)可以有多種選擇。通常,在多小區(qū)MBMS業(yè)務(wù)中,MCCH和MTCH映射到MCH,而當(dāng)MBMS業(yè)務(wù)只為單個(gè)小區(qū)服務(wù)時(shí),MCCH和MTCH映射到DL-SCH。

其他的物理信道(PUCCH、PDCCH、PCFICH和PHICH)并不攜帶來自上層的數(shù)據(jù)(如RRC信令或用戶信道映射關(guān)系數(shù)據(jù))。這些信道只用于物理層傳輸和物理資源塊有關(guān)的或是與HARQ有關(guān)的信息。因此,這些信道沒有映射到任何一個(gè)傳輸信道。RACH也是一種特殊的傳輸信道,沒有對(duì)應(yīng)的邏輯信道。因?yàn)镽ACH只傳輸RACH前導(dǎo)信息。一旦網(wǎng)絡(luò)允許終端接入并且為其分配了上行資源鏈路,就不再使用RACH。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述幀結(jié)構(gòu)類型1

幀結(jié)構(gòu)類型1適用于全雙工和半雙工的FDD模式。如圖5.4所示,每個(gè)無線幀長(zhǎng)

,一個(gè)無線幀包括20個(gè)時(shí)隙,序號(hào)為0到19,每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)

。一個(gè)子幀定義為兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙,即子幀包括時(shí)隙和

對(duì)FDD,在每10ms的間隔內(nèi),10個(gè)子幀可用于下行鏈路傳輸也可用于上行鏈路傳輸。上下行傳輸按頻域隔離。半雙工FDD操作中,用戶不能同時(shí)發(fā)送和接收,而全雙工FDD中沒有這種限制。幀結(jié)構(gòu)類型1

圖5.4幀結(jié)構(gòu)類型1幀結(jié)構(gòu)類型1

在FDD上行幀結(jié)構(gòu)中,每個(gè)上行PUSCH子幀中存在PUSCH信道和PUCCH信道以及2種參考信號(hào):探測(cè)參考信號(hào)與解調(diào)參考信號(hào)。探測(cè)參考信號(hào),位于相隔時(shí)隙的符號(hào)0上(即每個(gè)子幀發(fā)送一次探測(cè)參考信號(hào)),用來作為頻率選擇性調(diào)度的參考;解調(diào)參考信號(hào)位于每個(gè)時(shí)隙的符號(hào)3上,其作用是用于上行PUSCH解調(diào)中的信道估計(jì)。上行鏈路幀長(zhǎng)度為10ms,包含20個(gè)時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)包含

個(gè)SC-FDMA符號(hào),序號(hào)從0到

,普通的循環(huán)前綴情況下,

的取值為7。每個(gè)SC-FDMA符號(hào)承載多個(gè)復(fù)值調(diào)制符號(hào)

數(shù)據(jù),即資源粒子

上的信息內(nèi)容。其中

為SC-FDMA符號(hào)

的時(shí)間索引。幀結(jié)構(gòu)類型1LTE還定義了傳輸時(shí)間間隔(TTI,TransmissionTimeInterval)?;綯TI周期是時(shí)隙周期的2倍,即1ms,包括14個(gè)OFDM符號(hào)。對(duì)于下行鏈路來說,幾個(gè)子幀可以合并成一個(gè)更長(zhǎng)的TTI,這樣有可能降低高層協(xié)議開銷(IP分組分段,RLC-MAC頭等)。這種TTI周期可以通過高層信令用半靜態(tài)的方式動(dòng)態(tài)調(diào)整,或是由基站以更為動(dòng)態(tài)的方式控制,例如改進(jìn)HARQ過程。幀結(jié)構(gòu)類型2

幀結(jié)構(gòu)類型2適用于TDD模式。如圖5.5所示,每個(gè)無線幀長(zhǎng)

,由兩個(gè)長(zhǎng)為

的半幀組成。每個(gè)半幀由五個(gè)長(zhǎng)為

的子幀組成。也可以說每個(gè)無線幀分為8個(gè)長(zhǎng)度為

的子幀以及2個(gè)包含DwPTS(下行鏈路導(dǎo)頻時(shí)隙)、GP(保護(hù)間隔)和UpPTS(上行導(dǎo)頻時(shí)隙)的特殊子幀。下行鏈路導(dǎo)頻時(shí)隙、保護(hù)間隔和上行導(dǎo)頻時(shí)隙的長(zhǎng)度也為

。子幀1和6都包含下行鏈路導(dǎo)頻時(shí)隙、保護(hù)間隔和上行導(dǎo)頻時(shí)隙,其他子幀則由2個(gè)時(shí)隙構(gòu)成。幀結(jié)構(gòu)類型2圖5.5幀結(jié)構(gòu)類型2幀結(jié)構(gòu)類型2

支持的上下行配置見表5.4,對(duì)一個(gè)無線幀中的每個(gè)子幀,“D”表示專用于下行傳輸?shù)淖訋癠”表示專用于上行傳輸?shù)淖訋?,“S”表示用于DwPTS,GP和UpPTS這三個(gè)域的特殊子幀。表中常規(guī)循環(huán)前綴和擴(kuò)展循環(huán)前綴的說明見表5.6。幀結(jié)構(gòu)類型2表5.4DwPTS/GP/UpPTS的長(zhǎng)度特殊子幀配置常規(guī)循環(huán)前綴,下行常規(guī)循環(huán)前綴,上行DwPTSUpPTSDwPTSUpPTS常規(guī)循環(huán)前綴,上行擴(kuò)展循環(huán)前綴,上行常規(guī)循環(huán)前綴,上行擴(kuò)展循環(huán)前綴,上行01234567---8---幀結(jié)構(gòu)類型2DwPTS和UpPTS的長(zhǎng)度見表5.5,DwPTS和UpPTS的長(zhǎng)度是可配置的,但是DwPTS、GP和UpPTS總的長(zhǎng)度為1ms,每個(gè)子幀

由2個(gè)時(shí)隙和表示,每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)為

。表5.5上下行子幀切換點(diǎn)設(shè)置上行-下行配置下行-上行轉(zhuǎn)換點(diǎn)周期子幀號(hào)012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD幀結(jié)構(gòu)類型2LTETDD支持5ms和10ms的上下行切換周期。

如果下行到上行轉(zhuǎn)換點(diǎn)周期為5ms,特殊子幀在子幀1和子幀6的兩個(gè)半幀中都存在;

如果下行到上行轉(zhuǎn)換點(diǎn)周期10ms,特殊子幀只存在于第一個(gè)半幀中,子幀6只是一個(gè)普通的下行子幀。

子幀0和子幀5以及DwPTS總是用于下行傳輸。UpPTS和緊跟于特殊子幀后的子幀專用于上行傳輸。

每幀對(duì)應(yīng)的上下行鏈路子幀分配方式如下:

在5ms切換周期情況下:1DL(下行鏈路):3UL(上行鏈路);2DL:2UL;3DL:1UL。

在10ms切換周期情況下:6DL:3UL;7DL:2UL;3DL:5UL。

在5ms切換周期情況下,UpPTS、子幀2和子幀7預(yù)留為上行傳輸。

在10ms切換周期情況下,DwPTS在兩個(gè)半幀中都存在,但是GP以及UpPTS只在第一個(gè)半幀中存在,在第二個(gè)半幀中的DwPTS長(zhǎng)度為1ms。UpPTS和子幀2預(yù)留為上行傳輸,子幀5到子幀9預(yù)留為下行傳輸。幀結(jié)構(gòu)類型2特殊時(shí)隙DwPTS和UpPTS傳輸?shù)木唧w內(nèi)容如下所示:(1)下行鏈路導(dǎo)頻時(shí)隙①類似于正常下行鏈路子幀,下行鏈路控制信令總是在DwPTS中,PDCCH在DwPTS上占用1到2個(gè)OFDM符號(hào)。②下行參考信號(hào)也總是在DwPTS中。③下行數(shù)據(jù)可以在DwPTS內(nèi)傳送,DwPTS中發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)和其他下行鏈路子幀無關(guān)。(2)上行鏈路導(dǎo)頻時(shí)隙①當(dāng)UpPTS長(zhǎng)度為2個(gè)OFDM符號(hào)時(shí),該UpPTS時(shí)隙用來作為短隨機(jī)接入信號(hào)或者是探測(cè)參考信號(hào)。②當(dāng)UpPTS長(zhǎng)度為1個(gè)OFDM符號(hào)時(shí),該UpPTS時(shí)隙用來作為探測(cè)參考信號(hào),支持下述3種探測(cè)參考信號(hào)(SRS)發(fā)射情況:幀結(jié)構(gòu)類型2(ⅰ)用戶設(shè)備在第一個(gè)符號(hào)上發(fā)射探測(cè)參考信號(hào)(UpPTS=1或2);(ⅱ)用戶設(shè)別在第二個(gè)符號(hào)上發(fā)射探測(cè)參考信號(hào)(UpPTS=2);(ⅲ)兩個(gè)符號(hào)都被一個(gè)用戶設(shè)備用來發(fā)射探測(cè)參考信號(hào)(UpPTS=2)。③在UpPTS時(shí)隙內(nèi)不進(jìn)行上行控制信令和數(shù)據(jù)的傳輸。④根據(jù)系統(tǒng)配置可分別獨(dú)立激活或者關(guān)閉短隨機(jī)接入和探測(cè)參考信號(hào)。用戶設(shè)備只能使用UpPTS來發(fā)射探測(cè)參考信號(hào)或RACH信號(hào)。隨機(jī)接入需要UpPTS具備2個(gè)OFDM符號(hào)長(zhǎng)度。當(dāng)UpPTS時(shí)隙可以只分配一個(gè)OFDM符號(hào)時(shí),只能傳送參考信號(hào)。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述下行鏈路的時(shí)隙結(jié)構(gòu)

在每個(gè)時(shí)隙發(fā)送的信號(hào)由

個(gè)子載波和

個(gè)OFDM符號(hào)的資源格組成。圖5.6給出了時(shí)頻資源格的構(gòu)成。

數(shù)目由該小區(qū)的下行傳輸帶寬決定,應(yīng)滿足

,其中

,分別對(duì)應(yīng)下行傳輸?shù)淖钚『妥畲髱挕O滦墟溌返臅r(shí)隙結(jié)構(gòu)圖5.6下行鏈路資源格下行鏈路的時(shí)隙結(jié)構(gòu)

一個(gè)時(shí)隙中的OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)取決于循環(huán)前綴長(zhǎng)度和子載波間隔。具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表5.6.表5.6不同循環(huán)前綴對(duì)應(yīng)的物理資源塊參數(shù)配置

普通循環(huán)前綴127擴(kuò)展循環(huán)前綴6243下行鏈路的時(shí)隙結(jié)構(gòu)

在多天線的傳輸情況下,每一個(gè)天線端口定義一個(gè)資源格。天線端口實(shí)際上可由單路物理天線端口和多路物理天線端口的組合來實(shí)現(xiàn),并是由相關(guān)的參考信號(hào)進(jìn)行定義,即所支持的天線端口取決于小區(qū)的參考信號(hào)配置:①小區(qū)制定參考信號(hào),與非移動(dòng)廣播單頻網(wǎng)絡(luò)發(fā)送有關(guān),支持1、2或4天線配置,即需要分別實(shí)現(xiàn)序號(hào)

,

的情況。②多播廣播單頻網(wǎng)(MBSFN)參考信號(hào)與MBSFN發(fā)送相關(guān),在天線端口

發(fā)送。③僅支持幀結(jié)構(gòu)類型2的用戶指定參考信號(hào),在天線端口

發(fā)送。天線端口

上的資源格,資源格中的最小單元稱為資源粒子下行鏈路的時(shí)隙結(jié)構(gòu)(RE,ResourceElement),它在時(shí)域上為一個(gè)符號(hào)、在頻域上為一個(gè)子載波,在一個(gè)時(shí)隙中由

唯一標(biāo)識(shí),

,

分別是頻域和時(shí)域的索引,資源粒子

對(duì)應(yīng)一個(gè)復(fù)調(diào)制符號(hào)

,天線端口p的資源粒子

的值用復(fù)數(shù)

來表示。在一個(gè)時(shí)隙的物理信道或物理信號(hào)中不用于發(fā)送信息的資源粒子其對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)值

將需要置為0。物理資源塊和虛擬資源塊

資源塊(RB,ResourceBlock)為空中接口物理資源分配單位,用于描述物理信道到資源粒子的映射。LTE定義了兩種資源塊:物理資源塊PRB和虛擬資源塊VRB。

物理資源塊是時(shí)域?yàn)?/p>

個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào),頻域?yàn)?/p>

個(gè)連續(xù)的子載波,由

個(gè)資源粒子組成。對(duì)于15kHz子載波間隔和普通循環(huán)前綴的情況,1個(gè)RB的大小為頻域上連續(xù)的12子載波和時(shí)域上連續(xù)的7個(gè)OFDM符號(hào),即頻域?qū)挾葹?80kHz,時(shí)域長(zhǎng)度為0.5ms,相當(dāng)于一個(gè)時(shí)隙。一個(gè)時(shí)隙中資源粒子

在頻域的物理資源塊編號(hào)為:

。值得注意的是,基站是以1個(gè)傳輸時(shí)間間隔物理資源塊和虛擬資源塊TTI即2個(gè)PRB作為調(diào)度的最小單位。下行物理資源塊共包括168個(gè)資源粒子(RE),其中16個(gè)RE預(yù)留給參考信號(hào)使用,20個(gè)RE預(yù)留給PDCCH使用,132個(gè)RE可以被用來傳輸數(shù)據(jù)。

為了方便物理信道向空中接口時(shí)域物理信道的映射,在物理資源塊之外還定義了虛擬資源塊,虛擬資源塊的大小與物理資源塊相同,且虛擬資源塊與物理資源塊具有相同的數(shù)目,但虛擬資源塊和物理資源塊分別對(duì)應(yīng)有各自的資源塊序號(hào)。其中,物理資源塊的序號(hào)按照頻域的物理位置進(jìn)行順序編號(hào),而虛擬資源塊的序號(hào)是系統(tǒng)進(jìn)行資源分物理資源塊和虛擬資源塊配時(shí)所指示的邏輯序號(hào),通過它與物理資源塊的之間的映射關(guān)系來進(jìn)一步地確定實(shí)際物理資源的位置。如圖5.7所示。虛擬資源塊主要定義了資源的分配方式,長(zhǎng)度為1個(gè)子幀的虛擬資源塊是物理資源分配信令的指示單元。圖5.7基于虛擬資源塊的資源分配物理資源塊和虛擬資源塊

此外,協(xié)議規(guī)定了2種類型的虛擬資源塊,分為集中式和分布式。對(duì)兩種類型的虛擬資源塊,一個(gè)子幀中的兩個(gè)時(shí)隙上的成對(duì)虛擬資源塊共同分配到一個(gè)獨(dú)立虛擬資源塊號(hào):

。

集中式VRB直接映射到PRB上,即資源塊按照VRB進(jìn)行分配并映射到PRB上,對(duì)應(yīng)PRB的序號(hào)等于VRB序號(hào),一個(gè)子幀中兩個(gè)時(shí)隙的VRB將映射到相同頻域位置的兩個(gè)PRB上即占用若干相鄰的PRB;而分布式VRB采用分布式的映射方式,即一個(gè)子幀中兩個(gè)時(shí)隙的VRB將映射到不同頻域位置的兩個(gè)PRB上即占用若干分散的PRB,并且1個(gè)子幀內(nèi)的2個(gè)時(shí)隙也有著不同的映射關(guān)系,即具有相同邏輯序號(hào)的分布式VRB對(duì)將映射到兩個(gè)時(shí)隙不同的PRB上,通過這樣的機(jī)制實(shí)現(xiàn)“分布式”的資源分配。物理資源塊和虛擬資源塊

集中式的RB連續(xù)占用N個(gè)子載波,占用連續(xù)的頻譜;分布式RB包含N個(gè)分散的等間距的子載波。主要是通過子載波映射來決定哪部分的頻譜被用來發(fā)射數(shù)據(jù),并在上端及(或)下端插入恰當(dāng)數(shù)量的零比特。在每個(gè)DFT輸出樣本之間,有L-1個(gè)零值被插入。L=1的映射被稱為集中式,也就是DFT輸出數(shù)據(jù)流被映射到一段連續(xù)分布的子載波上,在這種方式下,系統(tǒng)可以通過頻域調(diào)度獲得多用戶增益但是在頻率選擇分集方面會(huì)有一定的缺陷,為了彌補(bǔ)集中式分配方式的缺陷通常采用跳頻的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,即在某一時(shí)刻只占用一部分連續(xù)頻譜,下一時(shí)刻再占用另一部分頻譜。通過跳頻發(fā)送方式有效地改善了頻率選擇性和干擾隨機(jī)性;L>1的映射被稱為分布式,這種方式相對(duì)于前者可獲得額外的頻率分集增益,但是同時(shí)會(huì)導(dǎo)致同步誤差以及多普勒頻移等問題。下行物理信道資源塊映射

對(duì)于每一個(gè)用于下行物理信道發(fā)送的天線端口,復(fù)符號(hào)塊

應(yīng)該從

開始以序列的形式映射到分配的虛擬資源塊(VRB),從子幀的第一個(gè)時(shí)隙開始,按

依次遞增的順序映射到天線端口

上沒有保留用作其他目的的資源粒子

。同時(shí)還需要按照下列的標(biāo)準(zhǔn)映射到資源粒子

以FDD系統(tǒng)為例,由于主輔同步信號(hào)、導(dǎo)頻信號(hào)、廣播信息映射位置是固定的,控制格式指示信息的位置也基本是固定的,一般來說,先映射以上固定信息;再按照廣播信息規(guī)定的混合自動(dòng)請(qǐng)求重傳(HARQ)指示信息位置,映射HARQ指示信息;然后在相應(yīng)的控制符號(hào)內(nèi)其他的RE上,映射控制信息;最后把業(yè)務(wù)信息映射到剩余的RE上。所涉及的信道的物理資源映射如下:下行物理信道資源塊映射①參考符號(hào)的物理資源映射;②同步信號(hào)的物理資源映射;③PBCH符號(hào)的物理資源映射;④PCFICH符號(hào)的物理資源映射;⑤PHICH符號(hào)的物理資源映射;⑥PDCCH符號(hào)的物理資源映射;⑦PDSCH(PMCH)符號(hào)的物理資源映射。下行物理信道資源塊映射PDSCH、PDCCH、PBCH的映射都通過天線端口進(jìn)行分層映射,分層映射的操作是一種在某個(gè)時(shí)刻實(shí)現(xiàn)符號(hào)子載波映射的中間步驟,把調(diào)制符號(hào)映射到給定天線上。PDSCH按照上面通用資源粒子映射的方法映射到資源粒子,以下情況除外:

①如果不發(fā)送用戶指定的參考信號(hào),則PDSCH使用天線端口集合{0}、{0,1}或{0、1、2、4}進(jìn)行發(fā)送;

②如果發(fā)送用戶指定的參考信號(hào),則PDSCH使用天線端口{5}進(jìn)行發(fā)送。PDCCH映射方法是每一天線端口上發(fā)送復(fù)符號(hào)塊,以4個(gè)為一組進(jìn)行置換。復(fù)符號(hào)塊循環(huán)偏移并生成序列。復(fù)符號(hào)塊生成的序列從頭開始依次映射到對(duì)應(yīng)的物理控制信道下行物理信道資源塊映射的資源粒子。天線端口上未被保留的資源粒子

的映射按照先

的順序依次遞增。在PDCCH僅適用天線端口0發(fā)送的情況下,映射假定參考信號(hào)可在天線端口0和天線端口1發(fā)送;其他情況下,假定參考信號(hào)可在PDCCH實(shí)際可用的天線端口發(fā)送。PBCH的映射是每一天線端口復(fù)符號(hào)塊從4個(gè)連續(xù)的無線幀開始映射到物理資源塊。不留作參考信號(hào)的發(fā)送資源粒子

按照

、

順序,無線幀號(hào)逐一遞增,對(duì)于第2類幀結(jié)構(gòu),只有無線幀的前半幀中的子幀0能夠用于PBCH發(fā)送。上行時(shí)隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射

上行鏈路與下行鏈路類似,也采用資源格來描述其時(shí)頻資源。資源格是由時(shí)域上連續(xù)的

個(gè)SC-FDMA符號(hào)和頻域上連續(xù)的

個(gè)子載波組成。

的值也是根據(jù)小區(qū)內(nèi)上行鏈路的發(fā)送帶寬配置來確定的,應(yīng)滿足

。

時(shí)域中連續(xù)的

個(gè)SC-FDMA符號(hào)和頻域中連續(xù)的

個(gè)子載波被定義為一個(gè)物理資源塊,其相關(guān)的資源塊參數(shù)將在表5.7中給出。上行鏈路中的一個(gè)物理資源塊由

個(gè)資源粒子組成,對(duì)應(yīng)時(shí)域的1個(gè)時(shí)隙和頻域的180kHz。假定TTI是1ms,基本上行鏈路資源粒子為:

①頻域資源:12個(gè)子載波=180kHz;

②符號(hào):1ms180kHz=14個(gè)OFDM符號(hào)12個(gè)子載波=168個(gè)調(diào)制符號(hào)。

上行時(shí)隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射

與下行鏈路相反,由于基于DFT的預(yù)編碼把PARP的影響擴(kuò)展到了M個(gè)調(diào)制符號(hào)上,具有較低的PARP,所以沒有定義不被使用的子載波。表5.7物理資源塊參數(shù)配置

普通循環(huán)前綴12第一類幀結(jié)構(gòu)第二類幀結(jié)構(gòu)79擴(kuò)展循環(huán)前綴1268上行時(shí)隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射

下面將對(duì)上行物理信道的映射進(jìn)行描述:PUSCH映射是將復(fù)值符號(hào)塊

乘以一個(gè)幅值因子

,然后從

開始依次映射到分配給PUSCH的物理資源塊上。映射到分配的物理資源塊的資源粒子

上,映射從一個(gè)子幀的第一個(gè)時(shí)隙開始,按順序先增加

然后再增加

。用于傳輸PUSCH的資源粒子不能再用于傳輸參考信號(hào),也不預(yù)留給探測(cè)參考信號(hào)傳輸。

如果不使能上行跳頻,則用于傳輸?shù)馁Y源塊

,其中

是上行調(diào)度授權(quán)的資源。如果上行跳頻被激活并且使用預(yù)定義的跳頻模式,則在特定時(shí)隙中用于傳輸?shù)奈锢碣Y源塊需要按照給定的規(guī)則給出。上行時(shí)隙結(jié)構(gòu)和物理資源映射PUCCH的映射則是將復(fù)值符號(hào)塊

開始映射到分配到PUCCH發(fā)送的資源粒子,不用于發(fā)送參考信號(hào)的資源粒子

的映射應(yīng)該是從一個(gè)子幀中的一個(gè)時(shí)隙開始,第一個(gè)子幀和第二個(gè)子幀的k序號(hào)值應(yīng)該不同,因?yàn)橐跁r(shí)隙邊界產(chǎn)生跳頻。

工作頻帶及帶寬物理、邏輯與傳輸信道幀結(jié)構(gòu)資源塊及其映射雙工方式第5章LTE物理層概述雙工方式

時(shí)分雙工(TDD)與頻分雙工(FDD)是兩種不同的雙工方式。時(shí)分雙工(TDD)采用時(shí)間來分離發(fā)送信道和接收信道,在時(shí)間上它的單方向資源是不連續(xù)的。因?yàn)樵赥DD的通信系統(tǒng)中,同一個(gè)頻率載波在不同時(shí)隙下進(jìn)行發(fā)送和接收,彼此之間需要利用一定的保護(hù)時(shí)間對(duì)不同時(shí)隙進(jìn)行分離。頻分雙工(FDD)則采用兩個(gè)相對(duì)稱的分離頻率信道進(jìn)行信號(hào)的接收與發(fā)送,這兩個(gè)信道之間存在保護(hù)頻段,用作保護(hù)間隔,確保分離發(fā)送和接收信道。與TDD不同的是,在時(shí)間上它的單方向資源是連續(xù)的,因?yàn)樗捎玫念l率是對(duì)稱成對(duì)存在的,依靠頻率對(duì)上下行鏈路進(jìn)行分離。時(shí)分雙工方式

時(shí)分雙工方式中,發(fā)送和接收信號(hào)在相同的頻帶內(nèi),上下行信號(hào)通過在時(shí)間軸上不同的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送進(jìn)行區(qū)分,如圖5.8所示。圖5.8時(shí)分雙工方式時(shí)分雙工方式

時(shí)分雙工方式信號(hào)可以在非成對(duì)頻段內(nèi)發(fā)送,不需要像頻分雙工方式所需的成對(duì)頻段,具有配置靈活的特點(diǎn)。同時(shí),由于上下行信號(hào)占用的無線信道資源可以通過調(diào)整上下行時(shí)隙的比例靈活配置,非常適合于3G和后3G(B3G)等以IP分組業(yè)務(wù)為主要特征的移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)。時(shí)分雙工系統(tǒng)的上下行信號(hào)在相同的頻段內(nèi)發(fā)送,可以充分利用信道的對(duì)稱性。這對(duì)于時(shí)分雙工系統(tǒng)的信道估計(jì)、信號(hào)測(cè)量以及多天線技術(shù)的應(yīng)用會(huì)帶來明顯的好處。近幾年隨著TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的不斷完善以及時(shí)分雙工設(shè)備的成熟,同時(shí)考慮到為了滿足日益豐富的業(yè)務(wù)需求,在后3G中對(duì)系統(tǒng)帶寬要求更高,而滿足要求的成對(duì)頻譜越來越少,蜂窩移動(dòng)通信領(lǐng)域加大了對(duì)時(shí)分雙工系統(tǒng)的研究力度,時(shí)分雙工方式將在后續(xù)的系統(tǒng)演進(jìn)中扮演更為重要的角色。頻分雙工方式

頻分雙工方式指的是蜂窩系統(tǒng)中上行和下行信號(hào)分別在兩個(gè)頻帶上發(fā)送,上下行頻帶間留有一定的頻段保護(hù)間隔,避免上下行信號(hào)間的干擾,如圖5.9所示。圖5.9頻分雙工方式頻分雙工方式

頻分雙工使用上下行成對(duì)頻段。信號(hào)的發(fā)送和接收可以同時(shí)進(jìn)行,減少了上下行信號(hào)間的反饋時(shí)延。頻分雙工的發(fā)送信號(hào)特性使得其在功率控制、鏈路自適應(yīng)、信道和干擾反饋等方面具有天然的優(yōu)勢(shì)。雙工技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

與FDD(頻分雙工)相比,TDD(時(shí)分雙工)具有許

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