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1、LTE移动通信系统第5章 LTE物理层概述西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学 工作频带及带宽工作频带及带宽物理、逻辑与传输信道物理、逻辑与传输信道帧结构帧结构资源块及其映射资源块及其映射双工方式双工方式第第5章章 LTE物理层概述物理层概述西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学 工作频带及带宽工作频带及带宽物理、逻辑与传输信道物理、逻辑与传输信道帧结构帧结构资源块及其映射资源块及其映射双工方式双工方式第第5章章 LTE物理层概述物理层概述西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学 3GPP在LTE相关技术规范TS36
2、.101和TS36.104 Rel-8中定义了LTE的工作频带，其中频分双工(FDD)有15个频带，时分双工(TDD)有8个频带。编号114的频带和编号17的频带用做LTE 对称频带，对应FDD模式；编号3340的频带用做TDD的非对称频带，对应TDD模式。这些频带划分如表5.1所示。此外，3GPP在TS36.101和TS 36.104 Rel-12中，还将编号1832的频带划分给FDD模式，将编号4144的频带划分给TDD，在表5.1中用斜体字给出。LTE频带划分频带划分西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学 表5.1 3GPP 定义的LTE频带 LTE频带划分频带
3、划分频带编号上行范围(MHz)下行范围(MHz)双工模式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
4、-787746-756FDD14788-798758-768FDD15保留保留FDD16保留保留FDD17704-716734-746FDD西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学LTE频带划分频带划分 表5.1中编号29和32仅在LTE-Advanced的载波聚合情况下使用。此外，值得注意的是，在表5.1中，有些频带是部分或全部重合的，这是由于国际电信联盟(ITU)在划分频带时遇到的区域差别造成的。同时，需要重合的频带可用来保证全球漫游。表5
5、.2给出了我国LTE频带划分情况。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学LTE频带划分频带划分运营商TDDFDD频带(MHz)带宽(MHz)频带(MHz)带宽(MHz)中国移动1880-1900202320-2370502575-263560中国联通2300-2320201955-1980252555-2575202145-217025中国电信2370-2390201755-1785302635-2655201850-188030表5.2 我国LTE频带划分西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学LTE带宽分配带宽分配 LTE的空中接口采用以O
6、FDM技术为基础的多址技术，采用15kHz的子载波宽度，通过不同的子载波数目(72-1200)实现了可变的系统带宽(1.4-20MHz)，同时，根据应用场景的不同(无线信道不同的时延扩展)，LTE支持两种不同长度循环前缀的系统配置：普通的循环前缀和扩展的循环前缀，它们的长度分别约为4.7 和16.7。LTE的主要频谱结构是建立在含有12个子载波，总带宽是1215KHz=180kHz的资源块(资源块的详细介绍见第5.4节)上。LTE支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等几种带宽，对应的资源块数量分别为6、15、25、50、75和100。西安电子科技大学西安电子
7、科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学LTE带宽分配带宽分配 表5.3给出了LTE Rel-8中各频带所能支持的信道带宽的情况。表5.3 LTE Rel-8各频带所支持的信道带宽频带1.4MHz3 MHz5 MHz10 MHz15 MHz20 MHz12*3*45*6*7#*#8*9*1011*12*13*西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学LTE带宽分配带宽分配 14*151617*333435363738#3940 表5.3中，*表示用户指定接收机灵敏度的要求，#表示在该带宽上，在FDD/TDD共存情况下的上行传输。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技
8、大学西安电子科技大学LTE带宽分配带宽分配 LTE下行链路传输带宽是10MHz，子载波的间隔是15kHz，抽样频率为15.36MHz，而子载波占用的数量是601个，其中包含了直流子载波。LTE上行链路的这些配置与下行链路相同。此外，LTE上下行的其他特点是：10MHz带宽系统中采用15kHz频率间隔，采用1024点的FFT，系统包括666个数据子载波。1024子载波中的358个子载波已经超出10MHz带宽之外为不可用子载波。666个数据子载波中用于数据传输的子载波为601个，其余的65个子载波为保护带宽(33/32个子载波分别位于两侧)。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子
9、科技大学 工作频带及带宽工作频带及带宽物理、逻辑与传输信道物理、逻辑与传输信道帧结构帧结构资源块及其映射资源块及其映射双工方式双工方式第第5章章 LTE物理层概述物理层概述西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理信道物理信道(1)上行物理信道 LTE定义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)、物理随机接入信道(PRACH)，这些上行物理信道用于承载源于高层的信息。此外，LTE还定义了上行物理信号，这些信号在物理层使用，但不承载任何来自高层信息，例如参考信号。物理随机接入信道(PRACH)用于终端发送随机接入信号，发起随机接入
10、的过程。随机信号由循环前缀、序列和保护间隔3部分组成，LTE物理层支持5种随机接入信号格式。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理信道物理信道 上行物理控制信道(PUCCH)传输上行物理层控制信息，可能承载的控制信息包括“上行调度请求”、“对于下行数据的ACK/NACK信息”和“信道状态信息反馈(包括CQI/PMI/RI)”。PUCCH信道在时频域上占用一个资源块的物理资源，采用时隙跳频的方式，在上行频带的两边进行传输。上行物理共享信道(PUSCH)用于上行数据的调度传输，是LTE物理层主要的上行数据承载信道，可以承载来自上层的不同的传输内容(即不同的逻辑信道)，
11、包括控制信息、用户业务信息和广播业务信息。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理信道物理信道(2)下行物理信道 下行物理信道包括物理下行共享信道(PDSCH)、物理广播信道(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)。最小的下行传输资源粒子用RE表示，下行物理信道对应于一系列资源粒子的集合，用于承载源于高层的信息。除下行物理信道外，LTE还定义了下行物理信号，包括参考信号、同步信号。这些下行物理信号也对应于一系列物理层使用的资源粒子，但是它们不传递任何来自高层的消息
12、。下行同步信号用于支持物理层的小区搜索，实现西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理信道物理信道用户终端对小区的识别和下行同步。下行参考信号用于下行信道估计和相关解调等，还可以分为不同的类型，具体见第8.6节。物理广播信道(PBCH)用于广播小区基本的物理层配置信息，是一个承载传呼和其他控制信令的信道。下行物理共享信道(PDSCH)用于下行数据的调度传输，是LTE物理层主要的下行数据承载信道，可以承载来自上层的不同的传输内容，包括寻呼信息、广播信息、控制信息和业务数据信息等。物理控制格式指示信道(PCFICH)指示物理层控制信道的格式。在LTE中，下行物理层控制信道
13、(PDCCH)在每个子帧的前几个OFDM符号上传输，PCFICH信道正是对这个数值进行了指示。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理信道物理信道物理HARQ指示信道(PHICH)携带对上行数据传输的HARQ和ACK/NACK反馈信息。LTE物理层PHICH信道的传输以PHICH组的形式来组织，1个PHICH组内的多个PHICH信道占用相同的时频域物理资源，采用正交扩频序列的复用方式。一个PHICH信道由PHICH组的ID和组内ID共同确定。下行物理控制信道(PDCCH)是传输下行物理层控制信令的主要承载信道，承载的物理层控制信息包括上/下行数据传输的调度信息和上行
14、功率控制命令的信息。PDCCH信道的传输以控制信道元素(CCE)的形式来组织，一个CCE由9个资源粒子组(REG)组成(即9 4=36个资源粒子)。根据所占用的CCE数目的不同，标准中定义了4种PDCCH格式，西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理信道物理信道分别占用1、2、4、8个CCE，相应的数值又称为PDCCH的“Aggregation Level”。PDCCH信道需要以下所有的步骤：在编码位进行加扰；对加扰位进行调制，产生复值调制符号；把复值调制符号映射到一个或多个传输层；经过空间不同层次上的预编码后，复调制符号在不同天线端口进行发送；实现每一个天线端口要
15、发送的复值调制符号与资源粒子的映射；在每一个天线端口产生复时域OFDM信号。在将来，可能会需要更多的控制信令、下行调度控制、上行调度控制以及每个用户的功率控制。一个物理控制信道可以在一个或多个控制信道单元传输，其中控制信道单元包括一组资源粒子，一个子帧内可以传输多个PDCCH。物理多播信道(PMCH)用于传输多媒体广播多播业务西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理信道物理信道(MBMS，Multimedia Broadcast Multicast Service)。在该信道上，多个小区可能发送内容相同的信号，并由终端在接收时进行合并。而在小区内，PMCH信道仅支持
16、单天线端口(即port4)的发送。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学传输信道传输信道(1)下行传输信道 下行传输信道包括4种信道：广播信道(BCH)，下行共享信道(DL-SCH)，寻呼信道(PCH)和多播信道(MCH)。广播信道(BCH)：预先定义的固定传输格式，需要在整个小区的覆盖区域进行广播。下行共享信道(DL-SCH)：支持HARQ、动态链路适配(如改变调制方式，编码方式和发射功率)；可以广播给整个小区，也可以支持波束赋形技术；支持动态和半静态资源分配；支持用户不连续接收等。寻呼信道(PCH)：支持用户不连续接收(DRX)，由网络指示给终端DRX周期，需要在
17、整个小区覆盖区域内广播该信道，该信道也可以承载其他控制信道或者业务信道。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学传输信道传输信道多播信道(MCH)：需要在整个小区覆盖范围区域内广播该信道；支持多个小区多播广播多媒体业务(MBMS)发射的多播广播单频网(MBSFN，Multicast Broadcast Single Frequency Network)合并；支持半静态资源分配。(2)上行传输信道上行传输信道包括如下2种信道：上行共享信道(UL-SCH)和随机接入信道(RACH)。上行共享信道(UL-SCH)：支持HARQ；支持动态链路自适应(如改变调制方式，编码方式和发
18、射功率)；支持波束赋型技术；支持动态和半静态资源分配。随机接入信道(RACH)：承载有限的用户上行控制信息，用于初始接入和没有上行授权时的数据发送；存在碰撞冲突；使用开环功率控制。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学逻辑信道逻辑信道 与3G相比，为了提高系统效率，LTE做了很多工作来简化逻辑信道和传输信道的数量及其映射关系。传输信道是根据其在空中接口所需传输的数据特性(例如自适应调制和编码)来区分的。MAC层完成逻辑信道和传输信道之间的映射，以及不同用户终端上下行业务的调度。逻辑信道是由承载的信息内容进行区分的，LTE系统允许一个逻辑信道可以映射到几个不同的传输信道
19、中的一个，不同的逻辑信道可以复用在一起形成一个组合的传输信道。MAC层根据不同种类的数据传输承载业务，每种逻辑信道类型可以根据所承载的信息内容来定义。基本上逻辑信道分为两类：控制信道、业务信道。控制信道用于传输控制面信息，业务信道用于传输用户面信息。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学逻辑信道逻辑信道 每个小区都有一个MAC实体。MAC实体通常由几个功能块组成(如传输调度功能、每个用户的功能块、MBMS功能、MAC控制、传输块生成等)。透明传输模式仅适用于BCCH(广播控制信道)、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
20、用来传送控制层面的信息，MAC层控制信道包括如下5种信道。广播控制信道(BCCH，Broadcast Control Channel)：下行链路信道，用来广播系统控制信息。呼叫控制信道(PCCH，Paging Control Channel)：下行链路信道，网络不知道用户所在的具体小区时，该信道西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学逻辑信道逻辑信道用来给用户发送寻呼消息。公共控制信道(CCCH，Common Control Channel)：该信道用来在用户和网络之间传送控制信息，用户与网络之间没有RRC连接时使用该信道发送的信息。多播控制信道(MCCH，Multic
21、ast Control Channel)：点到多点的下行链路信道，该信道用来发射MBMS控制信息，该控制信息对应于1个或者几个多播业务信道(MTCH)。该信道只用于用户接收MBMS业务。专用控制信道(DCCH，Dedicated Control Channel)：是一种终端和网络间点对点的双向控制信道。在DCCH中，控制信息只包括无线资源控制(RRC)和非接入层(NAS)信令，不包括应用层的控制信令。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学逻辑信道逻辑信道(2)业务信道业务信道只被用来传送用户层面的信息，MAC层提供的业务信道包括如下两种信道：专用业务信道(DTCH，D
22、edicated Traffic Channel)：点到点双向信道，在用户与网络之间用来传送用户层面的专用信息。多播业务信道(MTCH，Multicast Traffic Channel)：点到多点下行链路信道，被用来发射MBMS的业务数据给用户终端，该信道只用于用户接收MBMS业务。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学信道映射关系信道映射关系 上行物理信道和传输信道、逻辑信道的映射关系如图5.2所示。图5.2 上行物理信道和传输信道、逻辑信道的映射关系西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学信道映射关系信道映射关系 下行物理信道和传输信道、
23、逻辑信道的映射关系如图5.3所示。图5.3 下行物理信道和传输信道、逻辑信道的映射关系西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学信道映射关系信道映射关系 PCCH和BCCH逻辑信道有着特殊的传输和物理特征，因此它们的传输信道和物理信道的映射也很特殊。BCCH映射到BCH和DL-SCH，这是因为系统信息由两部分构成：固定格式的重要系统信息，需要周期性地更新，这些信息映射到PBCH。动态的系统信息，其重要性不如固定格式系统信息，带宽和重复周期比较灵活，这些信息映射到DL-SCH。另外，一些逻辑信道映射到传输信道时可以有多种选择。通常，在多小区MBMS业务中，MCCH和MTCH
24、映射到MCH，而当MBMS业务只为单个小区服务时，MCCH和MTCH映射到DL-SCH。其他的物理信道(PUCCH、PDCCH、PCFICH和PHICH)并不携带来自上层的数据(如RRC信令或用户西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学信道映射关系信道映射关系数据)。这些信道只用于物理层传输和物理资源块有关的或是与HARQ有关的信息。因此，这些信道没有映射到任何一个传输信道。RACH也是一种特殊的传输信道，没有对应的逻辑信道。因为RACH只传输RACH前导信息。一旦网络允许终端接入并且为其分配了上行资源链路，就不再使用RACH。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科
25、技大学西安电子科技大学 工作频带及带宽工作频带及带宽物理、逻辑与传输信道物理、逻辑与传输信道帧结构帧结构资源块及其映射资源块及其映射双工方式双工方式第第5章章 LTE物理层概述物理层概述西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型1 帧结构类型1适用于全双工和半双工的FDD模式。如图5.4所示，每个无线帧长，一个无线帧包括20个时隙，序号为0到19，每个时隙长。一个子帧定义为两个连续时隙，即子帧包括时隙和。对FDD，在每10ms的间隔内，10个子帧可用于下行链路传输也可用于上行链路传输。上下行传输按频域隔离。半双工FDD操作中，用户不能同时发送和接收，而
26、全双工FDD中没有这种限制。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型1 图5.4 帧结构类型1西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型1 在FDD上行帧结构中，每个上行PUSCH子帧中存在PUSCH信道和PUCCH信道以及2种参考信号：探测参考信号与解调参考信号。探测参考信号，位于相隔时隙的符号0上(即每个子帧发送一次探测参考信号)，用来作为频率选择性调度的参考；解调参考信号位于每个时隙的符号3上，其作用是用于上行PUSCH解调中的信道估计。上行链路帧长度为10ms,包含20个时隙。每个时隙发射信号包含 个
27、SC-FDMA符号，序号从0到，普通的循环前缀情况下，的取值为7。每个SC-FDMA符号承载多个复值调制符号 数据，即资源粒子 上的信息内容。其中 为SC-FDMA符号 的时间索引。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型1 LTE还定义了传输时间间隔(TTI，Transmission Time Interval)。基本TTI周期是时隙周期的2倍，即1ms，包括14个OFDM符号。对于下行链路来说，几个子帧可以合并成一个更长的TTI，这样有可能降低高层协议开销(IP分组分段，RLC-MAC头等)。这种TTI周期可以通过高层信令用半静态的方式动态调整，
28、或是由基站以更为动态的方式控制，例如改进HARQ过程。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型2 帧结构类型2适用于TDD模式。如图5.5所示，每个无线帧长，由两个长为 的半帧组成。每个半帧由五个长为 的子帧组成。也可以说每个无线帧分为8个长度为 的子帧以及2个包含DwPTS(下行链路导频时隙)、GP(保护间隔)和UpPTS(上行导频时隙)的特殊子帧。下行链路导频时隙、保护间隔和上行导频时隙的长度也为。子帧1和6都包含下行链路导频时隙、保护间隔和上行导频时隙，其他子帧则由2个时隙构成。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧
29、结构类型帧结构类型2图5.5 帧结构类型2西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型2 支持的上下行配置见表5.4，对一个无线帧中的每个子帧，“D”表示专用于下行传输的子帧，“U”表示专用于上行传输的子帧，“S”表示用于DwPTS,GP和UpPTS这三个域的特殊子帧。表中常规循环前缀和扩展循环前缀的说明见表5.6。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型2表5.4 DwPTS/GP/UpPTS的长度特殊子帧配置常规循环前缀，下行常规循环前缀，上行DwPTSUpPTSDwPTSUpPTS常规循环前缀，上行扩展循
30、环前缀，上行常规循环前缀，上行扩展循环前缀，上行01234567-8-西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型2 DwPTS和UpPTS的长度见表5.5，DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，但是DwPTS、GP和UpPTS总的长度为1ms，每个子帧 由2个时隙和表示，每个时隙长为 。表5.5 上下行子帧切换点设置上行-下行配置下行-上行转换点周期子帧号012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDD
31、DDDD65 msDSUUUDSUUD西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型2 LTE TDD支持5ms和10ms的上下行切换周期。如果下行到上行转换点周期为5ms，特殊子帧在子帧1和子帧6的两个半帧中都存在；如果下行到上行转换点周期10ms，特殊子帧只存在于第一个半帧中，子帧6只是一个普通的下行子帧。子帧0和子帧5以及DwPTS总是用于下行传输。UpPTS和紧跟于特殊子帧后的子帧专用于上行传输。每帧对应的上下行链路子帧分配方式如下：在5ms切换周期情况下：1DL(下行链路)：3UL(上行链路)；2DL：2UL；3DL：1UL。在10ms切换周期情
32、况下：6DL：3UL；7DL：2UL；3DL：5UL。在5ms切换周期情况下，UpPTS、子帧2和子帧7预留为上行传输。在10ms切换周期情况下，DwPTS在两个半帧中都存在，但是GP以及UpPTS只在第一个半帧中存在，在第二个半帧中的DwPTS长度为1ms。UpPTS和子帧2预留为上行传输，子帧5到子帧9预留为下行传输。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型2特殊时隙DwPTS和UpPTS传输的具体内容如下所示：(1)下行链路导频时隙类似于正常下行链路子帧，下行链路控制信令总是在DwPTS中，PDCCH在DwPTS上占用1到2个OFDM符号。下行
33、参考信号也总是在DwPTS中。下行数据可以在DwPTS内传送，DwPTS中发射的用户数据和其他下行链路子帧无关。(2)上行链路导频时隙当UpPTS长度为2个OFDM符号时，该UpPTS时隙用来作为短随机接入信号或者是探测参考信号。当UpPTS长度为1个OFDM符号时，该UpPTS时隙用来作为探测参考信号，支持下述3种探测参考信号(SRS)发射情况：西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学帧结构类型帧结构类型2()用户设备在第一个符号上发射探测参考信号(UpPTS=1或2)；()用户设别在第二个符号上发射探测参考信号(UpPTS=2)；()两个符号都被一个用户设备用来发射
34、探测参考信号(UpPTS=2)。在UpPTS时隙内不进行上行控制信令和数据的传输。根据系统配置可分别独立激活或者关闭短随机接入和探测参考信号。用户设备只能使用UpPTS来发射探测参考信号或RACH信号。随机接入需要UpPTS具备2个OFDM符号长度。当UpPTS时隙可以只分配一个OFDM符号时，只能传送参考信号。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学 工作频带及带宽工作频带及带宽物理、逻辑与传输信道物理、逻辑与传输信道帧结构帧结构资源块及其映射资源块及其映射双工方式双工方式第第5章章 LTE物理层概述物理层概述西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科
35、技大学下行链路的时隙结构下行链路的时隙结构 在每个时隙发送的信号由 个子载波和 个OFDM符号的资源格组成。图5.6给出了时频资源格的构成。的 数目由该小区的下行传输带宽决定，应满足 ，其中 ，分别对应下行传输的最小和最大带宽。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行链路的时隙结构下行链路的时隙结构图5.6 下行链路资源格西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行链路的时隙结构下行链路的时隙结构 一个时隙中的OFDM符号个数取决于循环前缀长度和子载波间隔。具体的对应关系见表5.6.表5.6 不同循环前缀对应的物理资源块参数配置 普通循环前缀
36、127扩展循环前缀6243西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行链路的时隙结构下行链路的时隙结构 在多天线的传输情况下，每一个天线端口定义一个资源格。天线端口实际上可由单路物理天线端口和多路物理天线端口的组合来实现，并是由相关的参考信号进行定义，即所支持的天线端口取决于小区的参考信号配置：小区制定参考信号，与非移动广播单频网络发送有关，支持1、2或4天线配置，即需要分别实现序号 ，和 的情况。多播广播单频网(MBSFN)参考信号与MBSFN发送相关，在天线端口 发送。仅支持帧结构类型2的用户指定参考信号，在天线端口 发送。天线端口 上的资源格，资源格中的最小单元称
37、为资源粒子西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行链路的时隙结构下行链路的时隙结构(RE，Resource Element)，它在时域上为一个符号、在频域上为一个子载波，在一个时隙中由 唯一标识，分别是频域和时域的索引，资源粒子 对应一个复调制符号 ，天线端口p的资源粒子 的值用复数 来表示。在一个时隙的物理信道或物理信号中不用于发送信息的资源粒子其对应的复数值 将需要置为0。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理资源块和虚拟资源块物理资源块和虚拟资源块 资源块(RB，Resource Block)为空中接口物理资源分配单位，用于描述物
38、理信道到资源粒子的映射。LTE定义了两种资源块：物理资源块PRB和虚拟资源块VRB。物理资源块是时域为 个连续的OFDM符号，频域为 个连续的子载波，由 个资源粒子组成。对于15kHz子载波间隔和普通循环前缀的情况，1个RB的大小为频域上连续的12子载波和时域上连续的7个OFDM符号，即频域宽度为180kHz，时域长度为0.5ms，相当于一个时隙。一个时隙中资源粒子 在频域的物理资源块编号为：。值得注意的是，基站是以1个传输时间间隔西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理资源块和虚拟资源块物理资源块和虚拟资源块TTI即2个PRB作为调度的最小单位。下行物理资源块共包
39、括168个资源粒子(RE)，其中16个RE预留给参考信号使用，20个RE预留给PDCCH使用，132个RE可以被用来传输数据。为了方便物理信道向空中接口时域物理信道的映射，在物理资源块之外还定义了虚拟资源块，虚拟资源块的大小与物理资源块相同，且虚拟资源块与物理资源块具有相同的数目，但虚拟资源块和物理资源块分别对应有各自的资源块序号。其中，物理资源块的序号按照频域的物理位置进行顺序编号，而虚拟资源块的序号是系统进行资源分西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理资源块和虚拟资源块物理资源块和虚拟资源块配时所指示的逻辑序号，通过它与物理资源块的之间的映射关系来进一步地确定
40、实际物理资源的位置。如图5.7所示。虚拟资源块主要定义了资源的分配方式，长度为1个子帧的虚拟资源块是物理资源分配信令的指示单元。图5.7 基于虚拟资源块的资源分配西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理资源块和虚拟资源块物理资源块和虚拟资源块 此外，协议规定了2种类型的虚拟资源块，分为集中式和分布式。对两种类型的虚拟资源块，一个子帧中的两个时隙上的成对虚拟资源块共同分配到一个独立虚拟资源块号：。集中式VRB直接映射到PRB上，即资源块按照VRB进行分配并映射到PRB上，对应PRB的序号等于VRB序号，一个子帧中两个时隙的VRB将映射到相同频域位置的两个PRB上即占用
41、若干相邻的PRB；而分布式VRB采用分布式的映射方式，即一个子帧中两个时隙的VRB将映射到不同频域位置的两个PRB上即占用若干分散的PRB，并且1个子帧内的2个时隙也有着不同的映射关系，即具有相同逻辑序号的分布式VRB对将映射到两个时隙不同的PRB上，通过这样的机制实现“分布式”的资源分配。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学物理资源块和虚拟资源块物理资源块和虚拟资源块 集中式的RB连续占用N个子载波，占用连续的频谱；分布式RB包含N个分散的等间距的子载波。主要是通过子载波映射来决定哪部分的频谱被用来发射数据，并在上端及(或)下端插入恰当数量的零比特。在每个DFT输
42、出样本之间，有L-1个零值被插入。L=1的映射被称为集中式，也就是DFT输出数据流被映射到一段连续分布的子载波上，在这种方式下，系统可以通过频域调度获得多用户增益但是在频率选择分集方面会有一定的缺陷，为了弥补集中式分配方式的缺陷通常采用跳频的方式进行数据发送，即在某一时刻只占用一部分连续频谱，下一时刻再占用另一部分频谱。通过跳频发送方式有效地改善了频率选择性和干扰随机性；L1的映射被称为分布式，这种方式相对于前者可获得额外的频率分集增益，但是同时会导致同步误差以及多普勒频移等问题。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行物理信道资源块映射下行物理信道资源块映射 对于
43、每一个用于下行物理信道发送的天线端口，复符号块 应该从 开始以序列的形式映射到分配的虚拟资源块(VRB)，从子帧的第一个时隙开始，按 和 依次递增的顺序映射到天线端口 上没有保留用作其他目的的资源粒子 。同时还需要按照下列的标准映射到资源粒子 ：以FDD系统为例，由于主辅同步信号、导频信号、广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，一般来说，先映射以上固定信息；再按照广播信息规定的混合自动请求重传(HARQ)指示信息位置，映射HARQ指示信息；然后在相应的控制符号内其他的RE上，映射控制信息；最后把业务信息映射到剩余的RE上。所涉及的信道的物理资源映射如下：西安电子科技大
44、学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行物理信道资源块映射下行物理信道资源块映射参考符号的物理资源映射；同步信号的物理资源映射；PBCH符号的物理资源映射；PCFICH符号的物理资源映射；PHICH符号的物理资源映射；PDCCH符号的物理资源映射；PDSCH(PMCH)符号的物理资源映射。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行物理信道资源块映射下行物理信道资源块映射 PDSCH、PDCCH、PBCH的映射都通过天线端口进行分层映射，分层映射的操作是一种在某个时刻实现符号子载波映射的中间步骤，把调制符号映射到给定天线上。PDSCH按照上面通用资源粒子映
45、射的方法映射到资源粒子，以下情况除外：如果不发送用户指定的参考信号，则PDSCH使用天线端口集合0、0,1或0、1、2、4进行发送；如果发送用户指定的参考信号，则PDSCH使用天线端口5进行发送。PDCCH映射方法是每一天线端口上发送复符号块，以4个为一组进行置换。复符号块循环偏移并生成序列。复符号块生成的序列从头开始依次映射到对应的物理控制信道西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学下行物理信道资源块映射下行物理信道资源块映射的资源粒子。天线端口上未被保留的资源粒子 的映射按照先 后 的顺序依次递增。在PDCCH仅适用天线端口0发送的情况下，映射假定参考信号可在天线端
46、口0和天线端口1发送；其他情况下，假定参考信号可在PDCCH实际可用的天线端口发送。PBCH的映射是每一天线端口复符号块从4个连续的无线帧开始映射到物理资源块。不留作参考信号的发送资源粒子 按照 、顺序，无线帧号逐一递增，对于第2类帧结构，只有无线帧的前半帧中的子帧0能够用于PBCH发送。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学上行时隙结构和物理资源映射上行时隙结构和物理资源映射 上行链路与下行链路类似，也采用资源格来描述其时频资源。资源格是由时域上连续的 个SC-FDMA符号和频域上连续的 个子载波组成。的值也是根据小区内上行链路的发送带宽配置来确定的，应满足 。时域
47、中连续的 个SC-FDMA符号和频域中连续的 个子载波被定义为一个物理资源块，其相关的资源块参数将在表5.7中给出。上行链路中的一个物理资源块由 个资源粒子组成，对应时域的1个时隙和频域的180kHz。假定TTI是1ms，基本上行链路资源粒子为：频域资源：12个子载波=180kHz；符号：1ms 180kHz=14个OFDM符号 12个子载波=168个调制符号。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学上行时隙结构和物理资源映射上行时隙结构和物理资源映射 与下行链路相反，由于基于DFT的预编码把PARP的影响扩展到了M个调制符号上，具有较低的PARP，所以没有定义不被使用
48、的子载波。表5.7 物理资源块参数配置 普通循环前缀12第一类帧结构第二类帧结构79扩展循环前缀1268西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学上行时隙结构和物理资源映射上行时隙结构和物理资源映射 下面将对上行物理信道的映射进行描述：PUSCH映射是将复值符号块 乘以一个幅值因子 ，然后从 开始依次映射到分配给PUSCH的物理资源块上。映射到分配的物理资源块的资源粒子 上，映射从一个子帧的第一个时隙开始，按顺序先增加 然后再增加 。用于传输PUSCH的资源粒子不能再用于传输参考信号，也不预留给探测参考信号传输。如果不使能上行跳频，则用于传输的资源块 ，其中 是上行调度授
49、权的资源。如果上行跳频被激活并且使用预定义的跳频模式，则在特定时隙中用于传输的物理资源块需要按照给定的规则给出。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学上行时隙结构和物理资源映射上行时隙结构和物理资源映射 PUCCH的映射则是将复值符号块 从 开始映射到分配到PUCCH发送的资源粒子，不用于发送参考信号的资源粒子 的映射应该是从一个子帧中的一个时隙开始，第一个子帧和第二个子帧的k序号值应该不同，因为要在时隙边界产生跳频。西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学 工作频带及带宽工作频带及带宽物理、逻辑与传输信道物理、逻辑与传输信道帧结构帧结构资源块
50、及其映射资源块及其映射双工方式双工方式第第5章章 LTE物理层概述物理层概述西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学双工方式双工方式 时分双工(TDD)与频分双工(FDD)是两种不同的双工方式。时分双工(TDD)采用时间来分离发送信道和接收信道，在时间上它的单方向资源是不连续的。因为在TDD的通信系统中，同一个频率载波在不同时隙下进行发送和接收，彼此之间需要利用一定的保护时间对不同时隙进行分离。频分双工(FDD)则采用两个相对称的分离频率信道进行信号的接收与发送，这两个信道之间存在保护频段，用作保护间隔，确保分离发送和接收信道。与TDD不同的是，在时间上它的单方向资源是