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LTE(FDD)下行物理层协议解析


LTE FDD下行物理层协议解析

LTE系统部 杨卓 20080725

提纲
?

基本概念

?下行信道概述 ? ?

控制信道 业务信道

基本概念
? ? ? ? OFDM原理(略) 帧结构 物理资源 LTE的带宽

FDD帧结构
一个无线帧, Tf = 307200Ts = 10 ms 一个时隙, Tslot = 15360Ts = 0.5 ms #0 #1 #2 #3 #18 #19

一个子帧

DL RB Nsc symb

One downlink slot Tslot

物理资源 问题:什么是资源? (时间、频率、功率、 码字、空间)

DL N symb OFDM symbols

DL RB k ? N RB N sc ?1

Resource block DL RB N symb ? N sc resource elements

DL RB subcarriers N RB ? N sc

RB subcarriers N sc

Resource element (k , l )

k ?0

l?0

DL l ? N symb ?1

Configuration
Normal cyclic prefix Extended cyclic prefix

RB N sc

DL N symb

?f ? 15 kHz
12
?f ? 15 kHz

7 6 24 3

?f ? 7.5 kHz

min,DL DL max,DL N RB ? N RB ? N RB

LTE的带宽
min,DL N RB

?

DL N RB

?

max,DL N RB

min,DL N RB ?6

max,DL N RB ? 110

信道带宽 BWChannel (MHz) NRB

1.4 6

3 15

5 25

10 50

15 75

20 100

下行信道概述
LTE下行链路主要包括如下几种物理信道: – 物理控制格式指示信道(PCFICH) – 物理广播信道(PBCH) – 物理HARQ指示信道(PHICH) – 下行物理控制信道(PDCCH) – 下行物理共享信道(PDSCH) – 物理多播信道(PMCH,R8协议暂不支持) 以及两个物理层信号: – RS(导频信号) – P(S)-SCH(同步信号)

下行信道概述
固定位置的信道 ?RS ?P(S)SCH ?PBCH ?PCFICH(相对固定) 信道映射的顺序 ?固定位置信道(RS、P(S)SCH、PBCH、PCFICH) ?PHICH ?PDCCH ?PDSCH

20M传输带宽 Normal CP 映射4天线口时 每天线口#0 TTI的资源分配

20M传输带宽 Extended CP 映射4天线口时 每天线口#0 TTI的资源分配

?
l= l=5 6
时隙#0
业务信号(PDSCH) 参考信号(RS) 主同步信号(P-SCH) 辅同步信号(S-SCH) 广播信号(PBCH) 控制信号(PDCCH、 PCFICH、PHICH)

?
时隙#1 时隙#0

RB #53

RB #53

l= l=4 5

时隙#1

k = 635

k = 635

RB #52 20M传输带宽时 下行每时隙对应100个资源块: RB编号自#0至#99 下行每OFDM符号对应1200个子载波: k编号自#0至#1199

?

? ?????? ?
S S S S S S S S S S S S S S S S S S S P P P P P P P P P P P P P P P P P P P

S S S S S S S

P P P P P P P

k = 630

RB #52

?
RB #48

? ?????? ?
S S S S S S S S S S S S S S S S S S S P P P P P P P P P P P P P P P P P P P

S S S S S S S

P P P P P P P

k = 630

Normal CP时 下行每时隙对应7个OFDM符号 RB #48 1子帧14个OFDM符号: l编号自#0至#13 Extended CP时 下行每时隙对应6个OFDM符号 1子帧12个OFDM符号: l编号自#0至#11 RB #47

k = 569

RB #47

k = 569

k = 564 (首编号0) RB #46 (首编号0)

k = 564 (首编号0)

RB #46 (首编号0)

?

?

10ms无线帧

频 域

P P P CHD F I C I CC CHH H

s s s s s s

p p B p C p H p p

P P P CHD F I C I CC CHH H

P P P CHD F I C I CC CHH H

P P P CHD F I C I CC CHH H

P P P CHD F I C I CC CHH H

P P P CHD F I C I CC CHH H

s s s s s s

p p p p p p

P P P CHD F I C I CC CHH H

P P P CHD F I C I CC CHH H

P P P CHD F I C I CC CHH H

P P P CHD F I C I CC CHH H

第0个时隙 第0个子帧

表示数据 控制信息 广播信息 p s 主同步信息 辅同步信息

说明:本图为了显示资源分配的效果,每个小方格表示的是一个符号的时 域长度×12个子载波的资源,不是RE也不是RB

a0 , a1 , a2 , a3 ,...,a A?1

资源的分组
为什么要分组? 分组的原则是什么? 资源分组的概念

?RE的概念 ?RB的概念 ?REG的概念 ?CCE的概念 ?RBG的概念

REG的概念
资源单元组(resource-element group)用来定义控制信道到资源单元的映射

REG的概念
REG(资源元组)示意图 1Tx or 2Tx configured l=0 l=1 l=2 k = 83
RS

4Tx configured l=0 l=1 l=2

k = 83
RS RS RS

k = 78 k = 77

RS

k = 78 k = 77

RS

RS

RS

RS RS

k = 72

RS

?

k = 72

RS

?

min, DL nPRB ? N RB ?6 k0 ? 12nPRB ? 12 ? 6 ? 72

CCE的概念
? CCE用于PDCCH的分配 ? PDCCH的分配在PCFICH和PHICH之后 ? 一个CCE对应9个REG,CCE编号从0开始累 加向上 ? CCE的总个数由PDCCH占用符号数确定

RBG的概念
? ? ? ? ? RBG用于业务信道的资源分配 一个RBG是一组RB组成 分组的大小和系统带宽有关 主要用于Type0的资源分配 用bitmap表示
System Bandwidth
DL N RB
≤10 11 – 26 27 – 63 64 – 110

RBG Size

(P)

1 2 3 4

控制信道和信号
– 下行同步信号(SCH) – 导频信号(RS) – 物理广播信道(PBCH) – 物理控制格式指示信道(PCFICH) – 物理HARQ指示信道(PHICH) – 下行物理控制信道(PDCCH)

下行同步信号(SCH)
? 下行同步信道包括P_SCH 和S_SCH,P-SCH和S-SCH的频域位置为 直流附近的72个子载波。实际上只占了62个子载波,其他10个不放同 步序列。 ? P-SCH在一个无线帧中有两个,这两个是完全一样的。时域位置 为第0个slot的倒数第一个符号;第10个slot的倒数第一个符号。 ? S-SCH在一个无线帧中也有两个,而这两个同步符号是有差别的。 时域位置为第0个slot的倒数第二符号;第10个slot的倒数第二个符号。
10ms radio frame

0

1

2

3

4

5

6

0

1

2

3

4

5

6

第10个slot
P-SCH S-SCH

第0个slot

下行同步信号(SCH)
? PSCH

下行同步信号(SCH)
? SSCH
(1) N ID

决定SSCH的码字, 共有168个
(1) (2) cell N ID ? 3N ID ? N ID

(1) N ID

小区ID

小区ID 个数=168*3=504

下行同步信道(SCH)
SCH的映射

ak ,l ? d ?n?,

n ? 0,..., 61

DL RB N RB N sc k ? n ? 31? 2

DL RB N RB N sc k ? n ? 31? 2 n ? ?5,?4,..., ?1,62,63,... 66

下行同步信道(SCH)
? SCH的作用:UE的小区搜索时域示意图

T0

5ms

10ms

15ms

T0

10ms

无线帧起始位置

?

问题:为什么主同步码的标识比副同步码的标识个数要少很多?

导频信号(RS)
? 下行定义了三种参考信号:
– 小区参考信号(Cell-specific Reference Signals),对应非MBSFN传输。 – MBSFN参考信号(MBSFN Reference Signals),对应MBSFN传输。 – UE参考信号(UE-specific Reference Signals)。

Cell参考信号产生

导频信号映射
l= l= l= l= 11 0 4 7

t

Normal CP 下单天线口 的导频图样

k=2

天线口0对应的资源网格
k=5

k=8

k = 11

f
11 0 4 7 l= l= l= l=

?
l= l= l= l= 11 0 4 7

t
k=2

t

Normal CP下 两天线口的导 频图样

k=2

天线口0对应的资源网格
k=5 k=5

天线口1对应的资源网格

k=8

k=8

k = 11

k = 11

f

?
承载天线口0发射导频符号的资源元 可用于承载数据符号的资源元

f
承载天线口1发射导频符号的资源元

?

空置的资源元(不可用于承载数据)

导频信号映射
Normal CP下四天线口的导频图样
11 l= l= l= l= l= l= l=

t
k=2

l=

11

0

4

7

0

4

7

t

k=2

天线口0对应的资源网格
k=5 k=5

天线口1对应的资源网格

k=8

k=8

k = 11 偶数索引时隙 奇数索引时隙

k = 11 偶数索引时隙 奇数索引时隙

f
0 4 l= l=

11

7

l=

l=

l=

l=

l=

l=

11

0

4

7

?

f t
k=2

?

t

k=2

天线口2对应的资源网格
k=5 k=5

天线口3对应的资源网格

k=8

k=8

k = 11 偶数索引时隙 奇数索引时隙

k = 11 偶数索引时隙 奇数索引时隙

f

?
承载天线口0发射导频符号的资源元 承载天线口2发射导频符号的资源元 可用于承载数据符号的资源元

f

?

承载天线口1发射导频符号的资源元 承载天线口3发射导频符号的资源元 空置的资源元(不可用于承载数据)

导频信号的作用
? 导频用于信道估计 ? 问题:导频为什么在时频域散布? (无线信道的频率选择性和时间选择性)

物理广播信道(PBCH)
? BCH的内容 :
? PBCH承载BCH包含的系统信息,系统信息包括下 行系统带宽、系统帧序号(SFN)、PHICH持续时间 以及资源大小指示信息

? PBCH的传输
? 4 OFDM symbols per PBCH burst in each subframe #0 ? PBCH TTI : 40ms

物理广播信道(PBCH)
一些数据传输的概念:
– TTI( transmission time interval ) – 传输块(TB) – 无线帧映射

An 0 小区加扰 CRC附加 BCH TB 信道编码 层映射 速率匹配 预编码 An P 调制映射 每个天线 口的物理 资源映射 An 1

OFDM调制

OFDM调制

OFDM调制

物理广播信道资源单元映射

PBCH数据量大小的计算举例
? 一个10ms内占用RE的个数为: 240=72×4-24-24

? 40ms内占用RE的个数为: 960=240×4 ? 加绕前数据块大小为: 1920=960×2 ? 传输块集合:TBS

物理控制格式指示信道(PCFICH)
? 每个子帧中都发射PCFICH,eNodeB通过PCFICH将一个子帧中PDCCH占用的OFDM 符号数通知给UE,这个OFDM符号数由CFI来指示 ,CFI可以取值为CFI = 1,2,3,4(4 保留)

处理过程:

CFI

信道编码

加扰

调制映射

层映射

预编码

RE映射

OFDM符号产生

PCFICH物理资源单元映射

物理HARQ指示信道(PHICH)
? PHICH承载eNodeB对上行发射信号做出的 NAK/ACK响应信息 ? 在一个子帧中,PHICH持续时间主要有两种,一 是短PHICH,另一种是长PHICH。这个持续时间 在PBCH中利用1bit来指示 ? 在下行的每个子帧中,都需要发射PHICH,而且 可以同时发射多个PHICH组。定义一个PHICH组 由多个映射到相同RE中的PHICH

PHICH的组织结构
? 组的概念
group (nPHICH seq , nPHICH

)

PHICH处理流程
ACK/NACK Repetition (RF=3) Modulation Layer Mapping Precoding RE mapping OFDM modulation

Spreading & scrambling

ACK/NACK 11

重复

调制

扩频加扰

层映射

预编码

第 组

ACK/NACK 12

重复

调制

扩频加扰

层映射

预编码

ACK/NACK 1N

重复

调制

扩频加扰

层映射

预编码

上 的 符组 号内 合每 并个 天 线 口

1 PHICH
An 0 每 个 天 线 口 上 的 映 射 OFDM调制 An 1 OFDM调制

RE

ACK/NACK m1

重复

调制

扩频加扰

层映射

预编码

第 组

ACK/NACK m2

重复

调制

扩频加扰

层映射

预编码

ACK/NACK mN

重复

调制

扩频加扰

层映射

预编码

上 的 符组 号内 合每 并个 天 线 口

m PHICH

An P

OFDM调制

物理下行控制信道(PDCCH)
? PDCCH承载调度以及其他控制信息,具体包含传输格式、 资源分配、上行调度许可、功率控制以及与上行传输相关 的ACK/NACK等信息。这些信息可以组成多种控制信息 (DCI)格式,被映射到每个子帧的最先的前n(n? 4)个 OFDM符号中,n的具体取值由PCFICH信道中的CFI来指 示。 ? 在一个子帧中,可以同时传输多个PDCCH,一个UE可以 监听一组PDCCH。每个PDCCH在一个或者多个控制信道 单元(CCE)中发射,通过集成不同数目的CCE可以实现不 同的PDCCH编码码率。 ? PDCCH支持4种物理层格式,分别占用1、2、4、8个 CCE

PDCCH
? DCI格式和内容 ? Format 0 : for the scheduling of PUSCH ? Format 1 :for the scheduling of one PDSCH codeword. ? Format 1A : for scheduling PDSCH to UEs configured in any transmission mode ? Format 1C:for very compact assignments of DL-SCH assignments ? Format 2: for scheduling PDSCH to UEs configured in spatial multiplexing mode ? Format 3: for the transmission of TPC commands for PUCCH and PUSCH with 2-bit power adjustments ? Format 3A : for the transmission of TPC commands for PUCCH and PUSCH with single bit power adjustments. PDCCH格式

?

PDCCH
DCI处理流程图

DCI 1

CRC附加

用户加扰

信道编码

速率匹配 小区加扰

An 0

OFDM调制

DCI 2

CRC附加

用户加扰

信道编码

速率匹配

小区内的 PDCCH 信道合并

调制映射

层映射

每个天线 An 1 口的物理 资源映射

OFDM调制

DCI nPDCCH
CRC附加 用户加扰 信道编码 速率匹配

预编码

An P

OFDM调制

DCI Format0

DCI format1

DCI的使用
UE的传输模式 ? Single-antenna port; port 0 ? Transmit diversity ? Open-loop spatial multiplexing ? Closed-loop spatial multiplexing ? Multi-user MIMO ? Closed-loop Rank=1 precoding ? Single-antenna port; port 5

DCI使用

PDSCH处理流程
eNodeB基带 — 业务信道处理链
符号流 第1个数据 流产生 CRC 附加 码块 分割 Turbo编码 速率匹配 码块 码字流 资源元 映射
功率因子

OFDM信号 产生

天线口 0

?

Turbo编码

?

速率匹配

? 级联

加扰

调制映射 层映射 预编码

?
第M个数 据流产生 CRC 附加 码块 分割 Turbo编码 速率匹配

?
?
Turbo编码

?

速率匹配

? 级联

码块

码字流

1.单天线 2.复用 3.分集

?

1.单天线 2.复用 3.分集 符号流

?
资源元 映射

?
OFDM信号 产生
功率因子

?
天线口 P

加扰

调制映射

PDSCH资源分配
RBG 1 RBG 2 RBG 3 RBG 4 RBG 5 RBG 6 RBG 12 RBG 13

Resource allocation type 0

PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB PRB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

PRB PRB PRB PRB 23 24 25 26

System Bandwidth
DL N RB
≤10 11 – 26 27 – 63 64 – 110

RBG Size

(P)

1 2 3 4

多天线
? 发射分集

发射分集层映射
发射分集的codeword为1 层数等于天线数

发射分集预编码
两天线:

发射分集预编码4天线

空间复用
空间复用Codeword个数等于1或者2 层数小于等于天线数

空间复用层映射

空间复用预编码
Precoding without CDD
? y (0) (i ) ? ? x (0) (i) ? ? ? ? ? ? ? ? ? W (i ) ? ? ? ? y ( P ?1) (i)? ? x (? ?1) (i )? ? ? ? ?

Precoding for large delay CDD
? y (0) (i ) ? ? x (0) (i ) ? ? ? ? ? ? ? W ( i ) D ( i ) U ? ? ? ? ? ? y ( P ?1) (i )? ? x (? ?1) (i )? ? ? ? ?

空间复用预编码
2天线预编码:

空间复用预编码
? 4天线


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