TD-LTE 物理层协议介绍

TD-LTE物理层协议介绍彭德义2012-7-25CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS主要内容1.协议结构2.帧结构以及资源栅格介绍3.物理下行信道流程介绍4.物理上行信道流程介绍5.物理层过程6.物理层关键技术介绍CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS1.协议结构物理层规范主要在TS36.200系列述，协议栈规范在TS36.300系列中描述.物理层与MAC(MediaAccessControl)和RRC(RadioResourceControl)之间具有接口。图一物理层周围的无线接口协议结构CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONSRadioResourceControl(RRC)MediumAccessControl(MAC)TransportchannelsPhysicallayerControl/MeasurementsLayer3LogicalchannelsLayer2Layer11.1物理层主要参看以下协议：1.TS36.211介绍信道和调制2.TS36.212信道编码和交织3.TS36.213物理层的相关过程4.TS36.214物理层的测量5.TS36.101用户无线传输和接收6.TS36.104基站无线传输和接收7.王映民孙韶辉等TD-LTE技术原理与系统设计8.马霓邬钢等LTE-UMTS长期演进理论与实践具体参见网址：帧结构以及资源栅格的介绍一个无线帧包含十个子帧，一个子帧包含两个时隙；一个无线帧包含两个特殊子帧，即子帧1与子帧6；特殊子帧里放置的是DwPTS;GP;UpPTS;CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS#0#1#2#3#19#18Oneradioframe,Tf=307200Ts=10msOneslot,Tslot=15360Ts=0.5msOnesubframe2.3资源栅格无论是上行传输还是下行传输，使用的最小资源单位为资源粒子（RE),上下行物理信道对应于一系列RE的集合，用于承载高层的信息；上、下行物理信号是指物理层使用但不承载任何来自高层的信号。物理信号与物理信道的处理方式不同。一个时隙中传输的信号可以用一个资源栅格来描述，以上行资源栅格来举例,大小为个子载波和个SC-FDMA符号，的大小取决于小区中的上下行传输带宽的配置。并且满足,一个时隙中SC-FDMA符号个数取决于高层配置的循环前缀长度。资源栅格中的最小单元为RE,它用唯一的序号对(k,l）来进行定义，其中在一个时隙中没有用于物理信道或者物理信号传输的资源粒子被设置为0.一个资源块(RB)由个在时域上连续的SC-FDMA符号，以及个在频域上连续的子载波，一个上行资源块包含个RE.CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONSRBscULRBNNULsymbNULRBNmin,max,ULULULRBRBRBNNN0,,1;0,,1,ULRBULRBscsymbkNNlNULsymbNRBscNULRBsymbscNN图四上行资源栅格CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONSULsymbNSC-FDMAsymbolsOneuplinkslotslotT0l1ULsymbNlRBscULRBNNsubcarriersRBscNsubcarriersRBscULsymbNNResourceblockresourceelementsResourceelement),(lk0k1RBscULRBNNk根据传输带宽配置得到的CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONSChannelbandwidthBWChannel[MHz]1.435101520TransmissionbandwidthconfigurationNRB615255075100RBNRBN3物理下行信道流程3.1物理下行信道包含主要包含下几种1.PBCH(物理广播信道）主要承载主信息块MIB.MIB信息主要用于初始小区接入；2.PDCCH(物理下行控制信道）主要承载下行链路控制信息(DCI),分为格式0,1,1A,1B,1C,1D,2,2A,3,3A,每种格式里具体承载的信息以及用途见协议212.5.3.33.PCFICH(物理控制格式指示信道）承载控制格式指示（CFI)即每个子帧中PDCCH传输的OFDM符号数。4.PHICH(物理混合自动重复请求信道）携带HARQACK/NACK,指示基站是否正确接收到上行共享信道的传输。5.PDSCH(物理下行共享信道）承载主要数据信息，包括系统消息块SIB,以及寻呼消息，在LTE系统中没有专门的寻呼信道。6.PMCH(物理多播信道）CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS3.2物理信号：1.参考信号:在下行链路中，主要分为三类：小区专用参考信号，UE专用参考信号，MBSFN专用参考信号；参考信号主要用于信道估计，计算信噪比等，参考信号序列的生成以及映射具体见协议2112.主同步信号和辅同步信号：主同步信号序列是由长度为62的频域ZC序列组成，辅同步信号序列是基于M序列的最大长度序列，序列的生成映射的具体位置见协议211.6.11，UE接入到LTE小区，首先进行小区搜索过程，包括一系列同步过程主、辅同步信号的检测不仅使时间和频率同步，而且提供UE物理层小区标识和循环前缀长度。CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS3.3物理下行共享信道处理流程图图五下行共享信道发送、接收处理流程图CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS添加CRC信道编码速率匹配加扰调制层映射预编码资源映射资源映射OFDM基带信号的形成OFDM基带信号的形成去除CRC解信道编码解速率匹配解加扰解调解层映射预编码解资源映射解OFDM基带信号解OFDM基带信号解资源映射3.3.1模块的介绍1.添加循环冗余校验CRC,为了完成信号传输过程中的误码检测，获得正确无误的传输数据，在LTE系统中针对不同的数据传输，采用多种格式的循环冗余码，具体见协议212.5.1.12.码块分割：根据该码块传输的最大比特超过6144，需要进行此操作。下行信道中只有PDSCH信道采用用此模块，具体见协议212.5.123.信道编码：Turbo编码；咬尾卷积编码；PDSCH采用Turbo编码，PBCH、PDCCH都采用咬尾卷积编码；PCFICH,PHICH采用特殊的编码方式；见协议2124.速率匹配：分为针对Turbo编码和咬尾卷积编码的两种速率匹配。主要是根据编码后的信息，首先进行子块交织，然后比特收集、选择、修剪。见协议212.5.码块级联：如果前面进行码块分割，需要进行码块级联。即依次级联不同码块的速率匹配输出。见协议212.5.1.56.加扰：根据伪随机序列对传输的信息序列进行扰码。伪随机序列的生成公式见协议212.7.2。加扰过程见协议211.6.3.1CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS7.调制：将传输的比特序列调制为复值符号，具体有以下四种：BPSK,QPSK,16QAM,64QAM,具体调制过程见协议211.78.层映射和预编码：分为两类：第一传输分集的层映射和预编码，每根天线传输的信息本质是相同，采用这种方式主要是提高传输的可靠性，从而改善接收信号的信噪比；第二是空间复用层映射和预编码，利用在多根天线传输不同的数据流从而提高传输的速率。具体见协议211.6.3-211.6.49.资源映射：在子帧映射下行信道时，参考信号的位置是固定的，然后其他信道的顺序为PCFICH,PHICH,PDCCH,PDSCH,在映射其他信号不能覆盖参考信号。每个信道具体的映射方式和映射的位置具体见协议211。10.OFDM基带信号的形成。其公式如下：需要经过变化后成为标准的IFFT用FPGA进行处理.具体见协议211.6.12CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS2/12)(,12/2)(,)(RBscDLRBs,CP)(RBscDLRBs,CP)(NNkTNtfkjplkNNkTNtfkjplkpllleaeats4物理上行信道流程介绍4.1物理上行信道包含主要包含下几种1.PUSCH(物理上行共享信道）主要承载控制信息如信道质量指示(CQI),预编码指示(PMI)、混合自适应重复请求(HARQACK/NACK)、秩指示(RI)以及PUSCH上的数据信息。处理流程见协议212.5.2.2.PUCCH(物理上行信道）主要承载上行链路控制信息(DCI),分为格式1,1a,1b,2,2a,2b每种格式里具体承载的信息以及处理流程见协议212.5.23.PRACH(物理随机接入信道）PRACH不携带任何用户数据，用于为那些还未得到或者已经失去上行同步的用户实现上行定时同步。LTE随机接入过程有两种模式，即允许“基于竞争”的接入，和“非竞争”接入。具体随机接入过程见协议211.5.7。CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS4.2上行物理信号1.DMRS(解调参考信号)分为PUCCHDMRS(PUCCH解调参考信号)和PUSCHDMRS(PUSCH调参考信号）用于相干解调的信道估计。序列的生成和映射见协议211.5.2。2.SRS(探测参考信号）主要用于信道质量估计，从而在上行链路中能进行频率选择性调度。序列的生成和映射见协议211.5.3CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS4.3物理上行共享信道处理流程图图六上行共享信道发送处理流程图CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONSCRC添加数据和控制信息的信道编码速率匹配数据和控制信息复用和交织加扰调制传输预编码资源映射IFFT变换加CP和Guard输入数据SC-FDMA形成DMRS生成4.3.1模块的介绍1.信道编码：PUSCH的数据信息采用Turbo编码，CQI,超过2比特长的ACK/NACK采用RM编码，RI，1、2比特ACK/NACK采用特殊的编码方式，引入占位符。见协议36.212.5.22.信道交织：交织的原理打乱原始传输比特的序列，防止突发性错误，降低错误率，PUSCH上传输几路信息需要经过信道交织。具体见协议212.5.2.2.83.加扰：由于上行信道编码后引入占位符，扰码过程根据伪随机序列对传输的信息序列进行加扰。其处理过程与下行扰码有所不同，见协议211.5.3.1CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS4.传输预编码：经过调制后的复值符号块被分为多个子集，每一个对应一个SC-FDMA符号，传输预编码公式见协议211.5.3.3：是非负整数，从上式可以看出是一个非基2的DFT，具体用FPGA进行实现。是非负整数，从上式可以看出是一个非基2的DFT，具体用FPGA进行实现。CHONGQINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS1,...,01,...,0)(1)