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1、2nE-UTRAN概述概述n下行信道下行信道n上行信道上行信道n硬件实现架构硬件实现架构内容提要内容提要3概述技术指标对比技术指标对比技术指标LTEWiMAXWiFi传输速率(Mbit/s)下行100/上行50751/2/5/11最高移动速率(km/h)350120室内和移动速度较低的室外带宽(Mhz)1.25201520小于WiMAX覆盖范围(km)100710，max500.10.3费用专利、网络成本高无专利费用、网络成本低无需布网线、成本低4概述 E-UTRAN的多址方式以OFDM为基础，在上行使用SC-FDMA，在下行使用OFDMA OFDM是一种特殊的多载波传输方案。多载波传输把数据
2、流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。由于各个子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率 为了克服符号间干扰，减少在接收端定时偏移的错误，一般都要在每个OFDM符号之间插入保护间隔 通常是将每个OFDM符号的后Tg 时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成前缀，在交接点没有任何间断。这种保护间隔叫做循环前缀(Cyclic Prefix, CP)。E-UTRAN中使用的就是这种循环前缀5概述 OFDM收发信机示意
3、图 SC-FDMA发射端示意图6概述 E-UTRAN系统的Transmission BW1.4 MHz3MHz5 MHz10 MHz15 MHz 20 MHzSlot duration 0.5 msSub-carrier spacing15 kHzSampling frequency (MHz)1.92 (1/2 3.84)3.84(1 3.84)7.68 (2 3.84)15.36 (4 3.84)23.04 (6 3.84)30.72 (8 3.84)FFT size128256512102415362048Number of occupied sub-carriers per slot7
4、61513016019011201OFDM symbols per slot(Short/Long CP)7/6CP length (s/samples)Short(4.69/9) 6,(5.21/10) 1(4.69/18) 6,(5.21/20) 1 (4.69/36) 6,(5.21/40) 1 (4.69/72) 6,(5.21/80) 1 (4.69/108) 6,(5.21/120) 1 (4.69/144) 6,(5.21/160) 1 Long(16.67/32)(16.67/64)(16.67/128)(16.67/256)(16.67/384)(16.67/512)7概述
5、基础时间单元 传输时间间隔 (TTI) 两种CP Normal CP Extended CPs1seconds15000 2048T 1TTI =1ms (or1subframe)8概述(续)CP9概述(续)无线帧结构10概述(续)无线帧结构nHCR-TDDnE-UTRAn10msn0.667msn0.5msn2ms12概述(续)无线帧结构13概述(续)资源网格(Resource Grid) 用来描述每个时隙中传输的信号 每个网格中有 NRBNscRB 个子载波(频域)和 Nsymb个符号(时域) NRB由传输带宽决定，并满足 6 NRB 110 资源网格中的每一个元素就叫做资源元素(Reso
6、urce Element)，它是上下行传输中的最小资源单位14概述(续)资源块(Resource Block) 由时域上Nsymb 个连续的符号和频域上 NscRB 个连续的子载波构成 包括 Nsymb NscRB个资源元素 对应于时域上一个时隙和频域上的180kHz15nE-UTRAN概述概述n下行信道下行信道n上行信道上行信道n硬件实现架构硬件实现架构内容提要内容提要16下行传输 LTE的下行传输是基于OFDMA的 物理信号 Reference signal Synchronization signal 物理信道 Physical Downlink Shared Channel, PDSC
7、H Physical Broadcast Channel, PBCH Physical Multicast Channel, PMCH Physical Control Format Indicator Channel, PCFICH Physical Downlink Control Channel, PDCCH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH17下行传输(续)时隙结构 下行的子载波间隔 f 有两种，15kHz和7.5kHz 时域上有 NDLsymb个OFDM符号，根据不同的CP和帧结构和子载波间隔，数目不同 对于多天线发送情况，每个
8、天线端口对应一个资源网格，天线端口是通过相关的参考信号来定义的 资源块有物理资源和虚拟资源块 一个时隙中物理资源块编号和资源元素之间的关系为 虚拟资源块和物理资源块大小一样 根据分集阶数的不同，虚拟资源块和物理资源块之间的映射方式不同RBscPRBNkn18下行传输(续) 对物理信道处理的目的主要是把经过加扰、调制处理后的物理信号和物理信道映射到资源网格中去，然后再对他们进行OFDM处理n在映射到资源网格的过程中，存在优先级，顺序为：参考信号同步信号PBCHPCFICHPHICHPDCCHPMCH/PDSCHn下面就按照这个顺序介绍对下行物理信道和物理信号的处理 19下行传输(续)参考信号1
9、参考信号的作用 信道质量测量 信道估计的相干解调 小区搜索信息 三种下行参考信号 小区专用参考信号 MBSFN参考信号 UE专用参考信号 一个下行天线端口上只能传一个参考信号 小区专用参考信号，支持配置1，2，4个天线端口 MBSFN参考信号，在天线口4上发送 UE专用参考信号，在天线口5上发送20下行传输(续)参考信号2 小区专用参考信号 在不发送MBSFN的小区的所有下行子帧上传输 若子帧已用于传输MBSFN，那么只有子帧的前两个OFDM符号可以用于传输小区专用参考信号 小区专用参考信号能在天线端口03中的一个或几个上传输 只在15khz间隔有定义 参考信号的生成 ( rm,n(ns) )
10、()(sPRS,OS,s,nrrnrnmnmnmu 扩展扩展CP：u由一个二维随机序列由一个二维随机序列 rm,n(ns) 生成生成u 共有共有504个个u物理层小区物理层小区id与与504个不同的二维随机个不同的二维随机序列之间存在一对一的映射序列之间存在一对一的映射u 普通普通CP：n二维正交序列二维正交序列n共有共有3个个n分别与三个物理层分别与三个物理层小区小区id组对应组对应n二维伪随机序列二维伪随机序列n共有共有168个个21下行传输(续)参考信号3 小区专用参考信号映射到资源元素 一个时隙里任何一个天线上用于传输参考信号了的资源元素在同一时隙中任何天线上都不能使用，并要设为0 下
11、图是 Cell ID为0， vshift0 时参考信号在下行天线端口的映射情况示意图22下行传输(续)参考信号4 MBSFN参考信号 在分配给MBSFN传输的子帧上传送 使用天线端口4 只在长CP情况下使用23下行传输(续)参考信号5 UE专用参考信号 支持PDSCH的单天线传输 使用天线端口5 由高层配置是否传输或是否为PDSCH解调的相位参考 如果存在UE专用参考信号并且是PDSCH解调的有效相位参考，那么UE可以忽略在天线端口2和3上的传输24下行传输(续)同步信号1 在小区搜索过程中和小区id密切相关。物理层小区id总共有504个，分成168个物理层小区id组，每组有3个id。这样物理
12、层小区id可以表示成： NcellID=3 N(1)ID + N(2)ID， N(1)ID0,1,167 ， N(2)ID0,1,2 分为主同步信号和辅同步信号 在映射到资源网格中的时候要避开已经映射了参考信号的资源元素 主同步信号序列的生成 由频域 Zadoff-Chu 序列产生 和 N(2)ID 相关 辅同步信号序列的生成序列的生成 两个长度为两个长度为31的二进制序列交错级联产生的二进制序列交错级联产生 级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰25下行传输(续)同步信号2 主同步信号映射到资源元素主同步信号映射到资源元素 帧结构1：主同步信
13、号仅仅在时隙0和时隙10中最后一个符号发送 帧结构帧结构2：主同步信号在：主同步信号在DwPTS域第三个符号发送。域第三个符号发送。 辅同步信号映射到资源元素辅同步信号映射到资源元素 帧结构1：辅同步信号仅仅在时隙0和时隙10中最后第二个符号发送 帧结构帧结构2：辅同步信号在时隙：辅同步信号在时隙1和时隙和时隙11的最后一个的最后一个OFDM符号发送符号发送26下行传输(续)下行物理信道的处理过程1 基本处理过程 加扰：对将要在物理信道上传输的码字中的比特进行加扰 调制：加扰后的比特变成了复值调制符号 层映射：将复值调制符号映射到一个或者多个传输层 预编码：对将要在各个天线端口上发送的每个传输
14、层上的复制调制符号进行预编码 映射到资源元素：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上 生成OFDM信号：为每个天线端口生成复值时域的OFDM符号27下行传输(续)下行物理信道的处理过程2 加扰 加扰前后的比特数不变 利用小区专用序列加扰 调制 编码效率根据不同的调制方法而不同 QPSK: L=2；16QAM: L=4；64QAM: L=6物理信道物理信道调制方法调制方法PDSCH/ PMCHQPSK, 16QAM, 64QAMPBCH/PCFICH/PDCCHQPSKPHICHN/A28下行传输(续)下行物理信道的处理过程3 层映射码字数q，层数v，天线端口数P，每层的符号数M laye
15、rsymb输入 d(q)(0), ,d(q)( M(q)symb-1)，输出x(i)=x(0)(i),x(v-1)(i)T， i=0,1, Mlayersymb-1 单天线的层映射(v=1) x(0)(i)=d(0)(i)， Mlayersymb= M(0)symb 空间复用的层映射(q=1,2，vP)29下行传输(续)下行物理信道的处理过程4n 层映射层映射u传输分集的层映射传输分集的层映射(q=1， v= =P)30下行传输(续)下行物理信道的处理过程5 预编码层映射的输出作为输入，每个天线端口p上的输出表示为 y(p)(i)， i=0,1, Mapsymb-1 在单天线上传输的预编码(p
16、=1)y(p)(i)=x(0)(i) i=0,1, Mapsymb-1 ， Mapsymb = Mlayersymb 空间复用的预编码( p=2,4) CDD较小或等于0 CDD较大)()()()()()() 1()0() 1()0(ixixiWkDiyiyiP)()()()()()() 1()0() 1()0(ixixUiDiWiyiyP31下行传输(续)下行物理信道的处理过程6P=2的W(i)P=4的W(i)CDD较小的D(i)CDD较大的D(i)32下行传输(续)下行物理信道的处理过程7 传输分集的预编码 P=2lP=4(0)(0)(1)(1)(0)(0)(1)(1)Re( )100(2
17、 )Re( )010(2 )1010(21)2Im( )100(21)Im( )xijyixijyijyixijyixi )(Im)(Im)(Im)(Im)(Re)(Re)(Re)(Re00001000000000000010000000000000010000000000000001000000000000000000000000100000000000001000000000000001000000000000000121) 34() 34() 34() 34()24()24()24()24() 14() 14() 14() 14()4()4()4()4()3()2() 1 ()0()3(
18、)2() 1 ()0()3()2() 1 ()0()3()2() 1 ()0()3()2() 1 ()0()3()2() 1 ()0(ixixixixixixixixjjjjjjjjiyiyiyiyiyiyiyiyiyiyiyiyiyiyiyiy33下行传输(续)下行物理信道的处理过程8 层复用和预编码是成套出现的34下行传输(续)下行物理信道的处理过程9 映射到资源元素 每个天线端口处，复值符号从y(p)(0) 开始，映射到指定的虚拟传输块上 用于传输参考信号的资源块不被映射 先子载波后OFDM符号，然后按照时隙和子帧依次映射35下行传输(续)PBCH1 处理过程仅适用仅适用QPSK不使用空
19、间复用模式不使用空间复用模式P=1，2，4n在在4个连续的无线帧内传输个连续的无线帧内传输n 先先k，再，再l，然后，然后slot的顺序映射的顺序映射nl 从指定表中取值，从指定表中取值，k满足满足352362RBscDLRBRBscDLRBNNkNN36下行传输(续)PBCH2 映射示意图 37下行传输(续)PCFICH1 指示在一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM符号数(1,2,or 3) 处理方法一个码字中一个码字中32比特比特仅适用仅适用QPSK不使用空间复用模式不使用空间复用模式P=1，2，4使用的天线集合和使用的天线集合和PBCH一样一样0DLRB0RBscDLRB0RBsc(
20、0),., (3)are mapped to REs starting with(4),., (7)are mapped to REs starting with4(8),., (11)are mapped to REs starting with24(12),., (15)are mapyykkyykkNNyykkNNyyDLRB0RBscped to REs starting with34kkNN DLRBcellIDRBsc02mod2NNNk38下行传输(续)PCFICH2 映射示意图 39下行传输(续)PHICHn 承载承载HARQ ACK/NACKn 处理方法处理方法当当P=1，2
21、时，加扰后时，加扰后的比特首先要与一个的比特首先要与一个正交序列逐比特相乘，正交序列逐比特相乘，然后再进行调制然后再进行调制不使用空间复用模式不使用空间复用模式P=1，2，4使用的天线集合与使用的天线集合与 PBCH一样一样n首先要把一个首先要把一个PHICH组中同一个天线端口上各个组中同一个天线端口上各个PHICH相同位置的符号叠加起来相同位置的符号叠加起来n映射到没有被参考信号、同步信号和映射到没有被参考信号、同步信号和 PCFICH使用的资使用的资源元素上，并且这些物理资源元素每源元素上，并且这些物理资源元素每4个连续的分成一个连续的分成一组共分成组共分成3组组nPHICH在一个子帧中占
22、用的在一个子帧中占用的OFDM符号数由高层配置符号数由高层配置)()()()(nynypip40下行传输(续)PDCCH 承载调度指令和其它控制信息 PDCCH在一个或者几个控制信道元素(CCEs)的集合中被发送。一个CCE和一组资源元素相关。多个PDCCHs可以在一个子帧中被发送。 PDCCH支持多种传输格式 处理方法一个子帧中要传输的多个一个子帧中要传输的多个PDCCHs级联后一起处理级联后一起处理仅适用仅适用QPSK不使用空间复用模式不使用空间复用模式P=1，2，4使用的天线集合和使用的天线集合和PBCH一样一样n首先，首先，4个相邻符号构成一组，并进行块内交织个相邻符号构成一组，并进行
23、块内交织 n然后，对交织后的符号进行循环移位然后，对交织后的符号进行循环移位n同时，定义四个频域上连续，并且没有被参考信同时，定义四个频域上连续，并且没有被参考信号、号、PCFICH和和PHICH占用的资源元为一个资源占用的资源元为一个资源元素四元素组元素四元素组n最后，把符号映射到四元数组上最后，把符号映射到四元数组上41下行传输(续)PDSCH 处理过程 没有传UE专用参考信号：P=1，2，4 传输了UE专用信号：p=5 映射时 ，按照先k，再l，然后时隙，最后是子帧的顺序，将经过处理的符号映射到没有被前面的信号和信道使用过的资源元素上42下行传输(续)PMCH 处理过程 不使用传输分级模
24、式 在使用单天线传输时，使用的天线端口是 p=4 传输PMCH使用的子帧时，最多只有前面两个OFDM符号保留用来实现non-MBSFN 在支持PDSCH和PMCH混合发送的载波上，不能在子帧0和5传PMCH 映射时 ，按照先k，再l，然后时隙，最后是子帧的顺序，将经过处理的符号映射到没有被前面的信号和信道使用过的资源元素上43下行传输(续)OFDM基带信号的生成 一个时隙内的OFDM符号以 l 的升序方式发送 2/12)(,12/2)(,)(RBscDLRBs,CP)(RBscDLRBs,CP)(NNkTNtfkjplkNNkTNtfkjplkpllleaeatsn时间连续信号时间连续信号np
25、是天线端口号是天线端口号nl是是OFDM符号序号符号序号2RBscDLRB)(NNkk12RBscDLRB)(NNkk44nE-UTRAN概述概述n下行信道下行信道n上行信道上行信道n硬件实现架构硬件实现架构内容提要内容提要45上行传输 LTE的上行传输是基于SC-FDMA的 物理信号 Reference signal（由相同的基本序列产生） 解调参考信号（与PUSCH或PUCCH有关） Sounding参考信号（与PUSCH或PUCCH无关） 物理信道 Physical Uplink Shared Channel, PUSCH Physical Uplink Control Channel,
26、 PUCCH Physical Random Access Channel, PRACH46上行传输(续)时隙结构 上行的子载波间隔 f 只有一只有一种，15kHz 时域上为 NULsymb 个SC-FDMA符号，根据不同的CP和帧结构，数目不同 资源块编号与资源元素之间的关系RBscPRBNkn47上行传输(续)参考信号1 两类 上行参考信号 解调参考信号：与PUSCH或PUCCH的传输相关 Sounding参考信号：与PUSCH和PUCCH的传输无关 两类参考信号由不同的循环因子a与同一个基本序列生成RSsc,)(,0),()(Mnnrenrvunjvun基本序列按长度基本序列按长度3RB
27、3RB为界分为两种不同的产生方法为界分为两种不同的产生方法n基本序列分为基本序列分为3030组，组，u u为组号，为组号，v v为组内序列号，每组根据序列长为组内序列号，每组根据序列长度不同包含一个或两个序列。度不同包含一个或两个序列。v=0(v=0(信号长度为信号长度为15RB)15RB)，v=0/1(v=0/1(信信号长度为号长度为6110RB)6110RB)48上行传输(续)基本序列的生成 基本序列长度=3RB时RSscRSZC,0),mod)()(MnNnxnrqvu 10,RSZC) 1(RSZCNmemxNmqmjqn 基本序列长度=1RB/2RB时，查表5.5.1.2-1/5.5
28、.1.2-210,)(RSsc4)(,MnenrnjvuRSscRSZCMN31) 1() 1(21RSZC2uNqvqqq49上行传输(续)各信号处理流程50上行传输(续)参考信号2 PUCCH的解调参考信号(rPUCCH() 参考信号序列的产生 不同的不同的PUCCH格式，每个时隙中使用的参考信号数格式，每个时隙中使用的参考信号数NRSPUCCH和和w(n) 不同不同 不同时隙采用不同的不同时隙采用不同的w(n),不同的符号位置采用不同的循环位移不同的符号位置采用不同的循环位移 PUCCH解调参考信号长度为解调参考信号长度为12子载波子载波 映射到资源元素 参考信号序列先乘以幅度因子PUC
29、CH 先按k的升序，然后是的升序，然后是l 的升序，最后是时隙号的升序，最后是时隙号 k的取值范围与用于的取值范围与用于PUCCH传输的集合一样传输的集合一样 帧结构类型不同选用的帧结构类型不同选用的l不同不同 nrmwnMmMNmrvu)(,RSscRSscPUCCHRSPUCCH)(PUCCH PUCCH FormatFormatl值Normal Normal CPCPExtended Extended CPCP02, 3, 42, 3121, 5351上行传输(续)参考信号3n PUSCH的解调参考信号的解调参考信号(rPUSCH()u参考信号序列生成参考信号序列生成 l跳频模式一个时隙
30、中的跳频模式一个时隙中的u根据跳频序列的不同而不同根据跳频序列的不同而不同l非跳频模式非跳频模式u值固定，值固定，v值基于时隙变化值基于时隙变化l一个子帧中不同的时隙可以使用不同的一个子帧中不同的时隙可以使用不同的l信号长度与信号长度与PUSCH的长度相同的长度相同u映射到资源元素映射到资源元素l参考信号序列先乘以幅度因子参考信号序列先乘以幅度因子PUSCHl仅使用仅使用l=3，k 按照升序进行映射按照升序进行映射 nrnMmrvu)(,RSscPUSCH52上行传输(续)参考信号4 Sounding参考信号 信号的生成rSRS() 使用的序列序号从PUCCH使用的序列序号得到 映射到物理资源
31、元素 先乘以幅度因子SRS 按照下述公式映射到资源块(k,l)上 otherwise01,.,1 , 0)(RSscSRSSRS,20Mkkralkksounding 参考信号的频域起始位置参考信号的频域起始位置 sounding参考信号的序列长度参考信号的序列长度 53上行传输(续)PUCCH 承载上行控制信息，不和PUSCH同时传输 支持多种格式，格式不同调制方法和每个子帧中的比特数不同 处理过程 加扰 调制：加扰后的比特变成了复值符号 映射到资源元素：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上 生成SC-FDMA信号：为每个天线端口生成复值时域的SC-FDMA符号n根据不同的格式进行调
32、制根据不同的格式进行调制nFormat 0 and 1：用于：用于ACK/NAK传输传输nFormat 2：用于：用于CQI传输传输nFormat 3n先乘以幅度因子先乘以幅度因子n两个相邻时隙间出现跳频两个相邻时隙间出现跳频PUCCH54上行传输(续)PUSCH 处理过程 加扰 调制：加扰后的比特变成了复值符号 变换预编码(Transform precoding)：生成复值调制符号 映射到资源元素：把每个天线端口的复值调制符号映射到资源元素上 生成SC-FDMA信号：为每个天线端口生成复值时域的SC-FDMA符号UE专用扰码加扰专用扰码加扰可采用可采用QPSK，16QAM和和64QAMn先将
33、输入的符号分成先将输入的符号分成 集合，集合，每个集合对应一个每个集合对应一个SC-FDMA符号符号n再对它们使用变换预编码再对它们使用变换预编码PUSCHscsymbMMn先乘以幅度因子先乘以幅度因子n再按先再按先k，再，再l，最后，最后slot映射到可以使用的资源元素上映射到可以使用的资源元素上nk的变化由跳频图样和高层调度决定的变化由跳频图样和高层调度决定PUSCH1,.,PUSCHschop0hop0Mfkfkk55上行传输(续)SC-FDMA基带信号的生成 与随机接入基带信号的生成方法不同与随机接入基带信号的生成方法不同 按按 l 的升序处理的升序处理 12/2/212,RBscUL
34、RBRBscULRBs,CP)(NNNNkTNtfkjlklleats上行时隙中第上行时隙中第 l 个个SC-FDMA符号符号2)(RBscULRBNNkk56上行传输(续)PRACH 1 时间和频率结构 不同的无线帧结构不同CPTSEQTs3168 Ts24576 Ts21024 Ts24576 Ts6240 Ts245762Ts21024 Ts448 Ts4096 TPreamble format01234(frame structure type 2 only)s245762TSEQ57上行传输(续)PRACH 2不同配置情况下PREAMBLE发送情况示意图58上行传输(续)PRACH
35、3 前缀序列的生成 由零相关区Zadoff-Chu (ZC-ZCZ)序列生成 10,ZC) 1(ZCNnenxNnunju)mod)()(ZCCS,NvNnxnxuvu59上行传输(续)PRACH 4 基带信号的产生 102102,PRACHZCCPRA210ZCZC)(NkTtfkKkjNnNnkjvueenxts幅度因子幅度因子Zadoff-Chu序列的长度序列的长度2RBscULRBRBscRA0NNNkkkRA 控制在频域中的位置，表控制在频域中的位置，表示为示为RB的数目，高层配置的数目，高层配置RAffK随机接入前缀随机接入前缀的子载波间隔的子载波间隔决定随机接入决定随机接入在在RB中位置中位置的固定偏移的固定偏移60nE-UTRAN概述概述n下行信道下行信道n上行信道上行信道n硬件实现架构硬件实现架构内容提要内容提要硬件实现架构eNodeB发送61硬件实现架构eNodeB接收62硬件实现架构终端63