LTE下行物理層技術(shù)原理.doc

LTE下行物理層技術(shù) LTE下行物理層技術(shù)第61頁目 錄1LTE下行物理層原理與概述41.1幀結(jié)構(gòu)41.2資源映射51.2.1資源單位51.2.2REG資源的映射原則71.2.3資源塊RB分類與映射81.3物理信道和信號91.3.1信道分類91.3.2信道映射111.3.3下行基帶信號處理121.3.3.1傳輸信道處理121.3.3.2物理信道處理131.3.4下行物理信號與信道221.3.4.1下行參考信號DL RS231.3.4.2同步信號PSS和SSS291.3.4.3物理廣播信道 PBCH331.3.4.4物理下行控制信道 PDCCH361.3.4.5物理控制格式指示信道 PCFICH401.3.4.6物理HARQ指示信道 PHICH431.3.4.7物理下行共享信道 PDSCH471.3.4.8物理多播信道 PMCH481.3.4.9物理信道定時(shí)關(guān)系491.4下行相關(guān)物理層過程491.4.1開機(jī)通訊連接建立過程491.4.2小區(qū)搜索501.4.3下行HARQ過程511.4.4下行功控511.5下行MIMO技術(shù)531.5.1傳輸分集-空時(shí)/頻編碼SFTD541.5.2傳輸分集-循環(huán)延時(shí)分集CDD561.5.3開環(huán)空間復(fù)用傳輸571.5.4閉環(huán)空間復(fù)用傳輸581.5.5多用戶MIMO581.5.6總結(jié)59附錄A：LTE SI階段標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)過程錯(cuò)誤！未定義書簽。附錄B：LTE vs WiMAX錯(cuò)誤！未定義書簽。附錄C：LTE TDD vs LTE FDD錯(cuò)誤！未定義書簽。1 LTE下行物理層原理與概述1.1 幀結(jié)構(gòu) FDD圖 1 FDD LTE下行幀結(jié)構(gòu) FDD LTE上下行均采用簡單的等長時(shí)隙幀結(jié)構(gòu)，上行為DFT-S-OFDM符號，下行為OFDM符號； LTE沿用UMTS一直采用的10ms無線幀長度； 時(shí)隙劃分：LTE在數(shù)據(jù)延遲方面提出高要求（單向延遲小于5ms），因此系統(tǒng)必須采用很小的發(fā)送時(shí)間間隔（TTI），最小的TTI通常等于子幀的長度。1. 早期：考慮TTI = 0.5ms弊端：過小的TTI雖然可以支持非常靈活的調(diào)度和很小的傳輸延遲，卻會帶來過大的調(diào)度信令開銷，反而造成系統(tǒng)頻譜效率下降；2. 現(xiàn)在：TTI = 1 ms = 2 slots TDD圖 2 TDD LTE下行幀結(jié)構(gòu)LTE TDD幀結(jié)構(gòu)是基于TD-SCDMA結(jié)構(gòu)修改而成的，保留了原幀結(jié)構(gòu)中的特殊時(shí)隙：下行導(dǎo)頻時(shí)隙（DwPTS）、保護(hù)間隔（GP）和上行導(dǎo)頻時(shí)隙（UpPTS），同時(shí)采用了統(tǒng)一的1ms子幀長度。DwPTS：發(fā)送下行控制信道和數(shù)據(jù)信道；GP：下行到上行轉(zhuǎn)換的保護(hù)時(shí)間間隔；UpPTS：發(fā)送上行Sounding導(dǎo)頻，用于上行信道測量。1.2 資源映射1.2.1 資源單位資源柵格 RG 一個(gè)時(shí)隙的傳輸信號可以用一個(gè)資源柵格Resource Grid來表示： 資源粒子 RE 資源柵格中的最小單元資源塊 RB 用于描述某些物理信道（主要是數(shù)據(jù)信道）到資源粒子的映射 資源粒子組 REG 用于定義控制信道（PDCCH、PHICH、PCFICH）到資源粒子的映射 控制信道粒子CCE PDCCH的資源單位；1個(gè)CCE包括若干個(gè)REG圖 3 下行資源柵格 RB數(shù)的確定與下行傳輸帶寬有關(guān)：表 1 LTE帶寬分配與參數(shù)配置Channel BW1.4 MHz3 MHz5 MHz10 MHz15 MHz20 MHzSubcarrier spacing15 KHzNo. of resource blocks615255075100Slot duration0.5 msNo. of OFDM symbols(Normal CP)7No. of OFDM symbols(Extended CP)6FFT size128256512102415362048Sampling rate (MHz)1.923.847.6815.3623.0430.72圖 4 LTE系統(tǒng)帶寬分布 為了支持最大帶寬20MHz，協(xié)議定義了1200個(gè)子載波，即有效帶寬為 ； 850協(xié)議中定義了110RB資源，即 為了最近FFT點(diǎn)數(shù)的需要，離1200最近的，就是2048點(diǎn)，即代表了2048子載波，因此得最低采樣信號帶寬為：按照單倍采樣速率，則采樣頻率也為30.72MHz，對應(yīng)時(shí)域采樣間隔為，即一個(gè)RB的子載波數(shù)及OFDM符號數(shù)由CP長度和子載波間隔決定。配置FDD幀結(jié)構(gòu)應(yīng)用場景CP長度常規(guī)CP127160for144forfor for常規(guī)小區(qū)單播系統(tǒng)擴(kuò)展CP6512for大小區(qū)單播或MBMS系統(tǒng)2431024for獨(dú)立載波MBMS系統(tǒng)1.2.2 REG資源的映射原則圖 5 REG資源映射 資源粒子組REG：用于定義控制信道（PDCCH、PHICH、PCFICH）到資源粒子的映射； 他的劃分在RB的一個(gè)OFDM符號中進(jìn)行，即12子載波*1OFDM符號中進(jìn)行； 本質(zhì)包含4個(gè)數(shù)據(jù)塊，根據(jù)天線配置和當(dāng)前RS資源的分布，劃分REG大?。?RE或者4RE）；1.2.3 資源塊RB分類與映射 物理資源塊PRB時(shí)域上個(gè)連續(xù)的OFDM符號，及頻域上個(gè)連續(xù)的子載波。RB大小如上所述。 虛擬資源塊VRB VRB和PRB大小相同。包含集中式（Localized）和分散式（Distributed）Localized VRB (LVRB)將若干個(gè)連續(xù)子載波分配給一個(gè)用戶，系統(tǒng)可以通過頻域調(diào)度選擇較優(yōu)的子載波組進(jìn)行傳輸，且信道估計(jì)復(fù)雜度也比較低；但是頻域分集增益不大；Distributed VRB (DVRB)分配給一個(gè)用戶的子載波分散在整個(gè)帶寬，獲得頻域分集增益；但是信道估計(jì)比較復(fù)雜。 VRB映射方式由于最小TTI是1ms，而RB為0.5ms為單位，則映射的時(shí)候，VRB和PRB也是成對映射的。圖 6 下行物理資源映射方式集中式虛擬資源塊 LVRB 直接映射到物理資源塊上；分布式虛擬資源塊 DVRB 按照函數(shù)關(guān)系映射到物理資源塊上，在一個(gè)子幀中的兩個(gè)時(shí)隙上虛擬到物理資源塊的映射是不同的。一個(gè)時(shí)隙里面可以同時(shí)進(jìn)行LVRB和DVRB的傳輸。eNodeB可以分配多個(gè)VRB給一個(gè)UE。1.3 物理信道和信號1.3.1 信道分類信道分為邏輯信道、傳輸信道、物理信道。） 邏輯信道：MAC 以邏輯信道的形式向RLC層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。根據(jù)邏輯信道承載的信息類型，將邏輯信道分為控制信道與業(yè)務(wù)信道。 控制信道包括：l BCCH(Broadcast Control Channel) 廣播控制信道，下行信道；l PCCH(Paging Control Channel ) 尋呼控制信道，下行信道；l CCCH(Common Control Channel) 公共控制信道，上行、下行信道；l MCCH(Multicast Control Channel) 多播控制信道，下行信道；l DCCH(Dedicated Control Channel) 專用控制信道，上行、下行信道； 業(yè)務(wù)信道包括：l DTCH(Dedicated Traffic Channel) 專用業(yè)務(wù)信道，上行、下行信道；l MTCH(Multicast Traffic Channel) 多播業(yè)務(wù)信道，下行信道。） 傳輸信道：物理層以傳輸信道的形式向MAC層提供服務(wù)。 傳輸信道是根據(jù)無線接口上傳輸?shù)男畔⑻卣髋c傳輸方式定義的。分為： 下行傳輸信道l BCH(Broadcast Channel) 廣播信道；l PCH(Paging Channel ) 尋呼信道；l DL-SCH(Downlink Shared Channel)下行共享信道；l MCH(Multicast Channel) 組播信道。 上行傳輸信道l UL-SCH(Uplink Shared Channel) 上行共享信道；l RACH(Random Access Channel) 隨機(jī)接入信道；） 物理信道與物理信號：物理信道用于承載高層的信息；物理信號不承載高層的信息，僅供物理層使用。 上行物理信道l PUSCH（Physical Uplink Shared Channel）物理上行共享信道； l PUCCH (Physical Uplink Control Channel) 物理上行控制信道；不會與PUSCH同時(shí)傳輸。l PRACH (Physical Random Access Channel ) 物理隨機(jī)接入信道；l 上行物理信號u 上行參考信號 解調(diào)用參考信號，與PUSCH或者PUCCH傳輸有關(guān)與PUSCH或者PUCCH同時(shí)傳輸。 探測用參考信號，與PUSCH或者PUCCH傳輸無關(guān)u 物理層隨機(jī)接入前導(dǎo)（Preamble）每個(gè)小區(qū)中有64個(gè)可用的前導(dǎo)，稱為前導(dǎo)序列集合，由一個(gè)根Zadoff-Chu序列的所有循環(huán)移位組成，其根Zadoff-Chu序列對應(yīng)的邏輯序號RACH_ROOT_SEQUENCE由系統(tǒng)消息廣播。在頻域上，隨機(jī)接入前導(dǎo)占用個(gè)資源塊（72個(gè)子載波）的帶寬。 下行物理信道l PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）物理下行共享信道；l PBCH (Physical Broadcast Channel) 物理廣播信道；l PMCH (Physical Multicast Channel) 物理多播信道；l PCFICH (Physical Channel) 物理控制格式指示信道；承載一個(gè)子幀中用于PDCCH傳輸?shù)腛FDM符號的個(gè)數(shù)（1、2、3）。l PDCCH (Physical Downlink Control Channel) 物理下行控制信道；承載調(diào)度分配和其它控制信息。l PHICH (Physical Channel) 物理HARQ指示信道。l 下行物理信號u 下行參考信號； 小區(qū)專用的參考信號，與非MBSFN傳輸關(guān)聯(lián)；在支持非MBSFN小區(qū)的所有下行子幀中傳輸，在天線端口的03中的一個(gè)或者多個(gè)端口上傳輸。 MBSFN參考信號，與MBSFN傳輸關(guān)聯(lián)；只在分配給MBSFN傳輸?shù)淖訋袀鬏?，在天線端口4上傳輸。 終端專用的參考信號。用于支持單天線端口的PDSCH傳輸。在天線端口5上傳輸。由高層通知UE是否存在終端專用的參考信號，若存在，并且是有效的PDSCH解調(diào)相位參考，UE此時(shí)可以忽略在天線端口2和3上的傳輸。u 下行同步信號（SCH）用于同步和獲得504個(gè)物理層小區(qū)ID中的一個(gè)。注：LTE的504個(gè)小區(qū)ID，分為168個(gè)物理層小區(qū)ID組，每組包含三個(gè)小區(qū)ID，小區(qū)組ID、小區(qū)ID唯一。 主同步信號PSCH對于FDD幀結(jié)構(gòu)，僅在時(shí)隙0和時(shí)隙10傳輸。 輔同步信號SSCH。在一個(gè)子幀中，主同步信號與輔同步信號使用相同的天線端口。1.3.2 信道映射上行：圖 7 LTE上行信道映射下行：圖 8 LTE下行信道映射1.3.3 下行基帶信號處理圖 9 LTE下行基帶信號處理1.3.3.1 傳輸信道處理n CRCn 碼塊分割與碼塊級聯(lián)，主要用于下行共享信道此處先在TB塊上添加24bit CRC，然后進(jìn)行碼塊分段，再在每個(gè)CB上添加24bit CRC。雙層CRC結(jié)構(gòu)：TB塊CRC - 碼塊分段 - CB塊CRCl 接收端就可以在發(fā)現(xiàn)1個(gè)CB譯錯(cuò)，停止譯碼，馬上要求重傳，而不需要等待整個(gè)TB譯碼完畢后再反饋NACK；l 避免了無謂的功率消耗，節(jié)省了處理時(shí)間，減小了HARQ重傳延時(shí)，提高單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的吞吐量。n 信道編碼表 2 各下行信道信道編碼方式列表下行信道類型編碼類型編碼速率PDSCHTurbo coding1/3PMCHTurbo coding1/3PHICHRepetition coding1/3PCFICHBlock1/16PBCHTail biting convolutional coding1/3PDCCHTail biting convolutional coding1/3廣播信道PBCH和控制信道PDCCH，這些較低數(shù)據(jù)率的信道采用卷積碼是比較明確的，具體是碼率為1/3，約束長度為K=7。所用卷積碼的具體形式是具有最優(yōu)距離譜的無尾（Tail Biting）卷積碼。對于數(shù)據(jù)信道，兩種觀點(diǎn)：1. UMTS R6的Turbo碼已不能適應(yīng)高數(shù)據(jù)率處理方面的新需求，應(yīng)采用其他如LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)碼）；2. 沿用R6 Turbo碼，靈活性和擴(kuò)展性。綜合靈活性、BLER、復(fù)雜度以及對HARQ支持度，最終的決定為以R6 Turbo碼為母碼，改進(jìn)其交織器，使其具有類似LDPC的并行解碼特點(diǎn)。n 速率匹配 為了實(shí)現(xiàn)各種需要的碼率，對CB進(jìn)行速率匹配操作； 速率匹配模塊的輸入為Turbo編碼或卷積編碼模塊的輸出，因此在PDSCH、PMCH、PDCCH及PBCH的比特級處理中存在速率匹配模塊。 速率匹配的實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示，結(jié)構(gòu)上包含：1. 3個(gè)對三路分別處理的交織器（Interleaver）子模塊；2. 1個(gè)匯總的比特搜集（Bit Collection）子模塊；3. 1個(gè)比特選擇和裁剪（Bit Selection and Pruning）子模塊。 不同的信道編碼方式對應(yīng)的速率匹配方式也不同，區(qū)別在于各子模塊的處理。圖 10 速率匹配過程 不同的信道編碼方式對應(yīng)的速率匹配方式也不同，區(qū)別子模塊的處理； HARQ Chase合并（軟合并）和IR合并（增量冗余）1.3.3.2 物理信道處理圖 11 物理信道基帶信號處理流程下行物理信道基帶信號處理，可以分為以下幾步：1. 對將在一個(gè)物理信道上傳輸?shù)拿恳粋€(gè)碼字中的編碼比特進(jìn)行加擾；2. 對加擾后的比特進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生復(fù)值調(diào)制符號；3. 將復(fù)值調(diào)制符號映射到一個(gè)或者多個(gè)傳輸層；4. 將每層上的復(fù)值調(diào)制符號進(jìn)行與編碼，用于天線端口上的傳輸；5. 將每一個(gè)天線端口上的復(fù)值調(diào)制符號映射到資源粒子上；6. 為每一個(gè)天線端口產(chǎn)生復(fù)值的時(shí)域OFDM信號。n 碼字碼字是指來自上層的業(yè)務(wù)流進(jìn)行信道編碼之后的數(shù)據(jù)。一個(gè)碼字指一串比特流；不同的碼字區(qū)分不同的數(shù)據(jù)流，其目的是通過MIMO發(fā)送多路數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用；一個(gè)碼字對應(yīng)一個(gè)TB，一個(gè)子幀中（2個(gè)時(shí)隙）最多可以傳輸2個(gè)碼字，codeword0 and codeword1同一個(gè)TTI上可以傳輸多個(gè)UE的數(shù)據(jù)，而不同UE在同一個(gè)TTI上利用不同TB塊的不同RB pair上傳輸不同數(shù)據(jù)。n 加擾擾碼根序列為Gold序列，各個(gè)信道其中參數(shù)初始值不一樣。對于每一個(gè)碼字，比特塊表示為，其中是在一個(gè)子幀中物理信道上傳輸?shù)拇a字中的比特?cái)?shù)目，在調(diào)制之前需要按照下式進(jìn)行加擾，生成加擾的比特塊，即其中擾碼序列 ，即偽隨機(jī)序列定義為長度為31的Gold序列。擾碼序列發(fā)生器在每個(gè)子幀的開始初始化, 其中 的初值取決于傳輸信道類型，即表 3 各下行信道擾碼序列初始值n 調(diào)制表 4 各下行信道擾碼序列初始值下行信道類型支持的調(diào)制方式PDSCHQPSK, 16QAM, 64QAMPMCHQPSK, 16QAM, 64QAMPHICHBPSKPCFICHQPSKPBCHQPSKPDCCHQPSKn 層映射由于碼字?jǐn)?shù)量和發(fā)送天線數(shù)量不一致，需要將碼字流映射到不同的發(fā)送天線上，因此需要使用層與預(yù)編碼。層映射與預(yù)編碼實(shí)際上是“映射碼字到發(fā)送天線”過程的兩個(gè)的子過程。層映射首先按照一定的規(guī)則將碼字流重新映射到多個(gè)層（新的數(shù)據(jù)流）（注：層的數(shù)量小于物理信道傳輸所使用的天線端口數(shù)量P，是方程數(shù)大于等于未知數(shù)個(gè)數(shù)才有解的條件）。預(yù)編碼再將數(shù)據(jù)映射到不同的天線端口上。在各個(gè)天線端口上進(jìn)行資源映射，生成OFDM符號并發(fā)射。 單天線方式對于在單個(gè)天線端口上的傳輸，使用單層, 層數(shù)目為 1 ，即，且層映射定義為：并且。 無需預(yù)編碼處理。 空間復(fù)用方式 傳輸分集方式 表 5 各模式層映射方式分層單天線方式v = p = 1空間復(fù)用方式傳輸分集方式Layer 3Q1(2i+1)Q0(4i+3)Layer 2Q1(2i+1)Q1(2i)Q0(4i+2)Layer 1Q1Q1(2i)Q0(2i+1)Q0(2i+1)Q0(4i+1)Layer 0Q0Q0Q0Q0Q0(2i)Q0(2i)Q0(4i) n 預(yù)編碼預(yù)編碼也分單天線發(fā)射、空間復(fù)用、發(fā)射分集三種預(yù)編碼模式。 單天線方式 無需預(yù)編碼處理。 對于在一個(gè)天線端口上進(jìn)行的傳輸，預(yù)編碼定義為： 其中， 是物理信道傳輸所使用的單天線端口序號，并且, 。 空間復(fù)用方式 空間復(fù)用的預(yù)編碼僅僅與空間復(fù)用的層映射結(jié)合起來使用?？臻g復(fù)用支持 2 或者 4 天線端口，即可用的天線端口集合分別為或者。 分無延遲CDD和大延遲CDD兩種預(yù)編碼模式。 無延遲CDD 大延遲CDD 其中，是預(yù)編碼矩陣，和是支持大延遲CDD的矩陣1. 無延時(shí)CDD不使用 CDD（ 循環(huán)延時(shí)分集cyclic delay diversity），空間復(fù)用的預(yù)編碼定義為：其中，預(yù)編碼矩陣的維數(shù)為，并且, 。對于空間復(fù)用， 的取值應(yīng)在eNodeB和 UE 配置的碼本的預(yù)編碼單元表 7和表 8中選取。2. 大時(shí)延 CDD對于大時(shí)延 CDD，空間復(fù)用的預(yù)編碼定義為：其中，預(yù)編碼矩陣的維數(shù)為，并且,。維數(shù)為的對角矩陣用來支持循環(huán)延時(shí)分集，矩陣的維數(shù)為。對于不同的層數(shù)目，和的取值參見表 6。預(yù)編碼矩陣的取值應(yīng)在eNodeB和 UE 配置的碼本的預(yù)編碼單元中選取。eNodeB可以使用碼本子集限制，進(jìn)一步限制 UE 側(cè)的預(yù)編碼器在碼本中的預(yù)編碼單元的子集中進(jìn)行選擇?？膳渲玫拇a本應(yīng)從預(yù)編碼碼本表 7和表 8中選擇。 對于 2 天線端口情況下的傳輸，根據(jù) 選擇預(yù)編碼器，其中表示在預(yù)編碼碼本表 7中預(yù)編碼器序號0 對應(yīng)的預(yù)編碼矩陣。 對于 4 天線端口情況下的傳輸，UE 可以假設(shè)eNB為下述PDSCH上的不同向量循環(huán)得分配不同的預(yù)編碼器。每個(gè)向量使用一個(gè)不同的預(yù)編碼器，其中表示空間復(fù)用時(shí)的傳輸層的數(shù)目。在特殊情況下，根據(jù) 選擇預(yù)編碼器，其中預(yù)編碼器序號k由給出，在表 8中分別表示對應(yīng)預(yù)編碼器序號12、13、14和15的預(yù)編碼矩陣。表 6 大時(shí)延情況下的循環(huán)延時(shí)分集（ CDD ）層數(shù)目234預(yù)編碼碼本對于 2 天線端口上的傳輸，預(yù)編碼矩陣 應(yīng)從表8或者其子集中選擇。表 7 天線端口傳輸所使用的碼本.碼本序號層數(shù)目120123-對于4天線端口上的傳輸，預(yù)編碼矩陣應(yīng)該從表 8或者其子集中選擇。表示由集合指示的從矩陣中選擇的不同的列構(gòu)成的矩陣，其中I為的單位矩陣，且向量由表給出。表 8 天線端口傳輸所使用的碼本.碼本序號層數(shù)目12340123456789101112131415舉例：假設(shè)索引為14，層數(shù)為4，則查表得到對應(yīng)矩陣帶入下式：用的到矩陣，即把第1列和第3列調(diào)換，就是所要的矩陣了這樣做的好處是節(jié)省空口信令，這樣的矩陣用4個(gè)bit就可以表示出來了。 傳輸分集的預(yù)編碼傳輸分集的預(yù)編碼僅僅與傳輸分集的層映射結(jié)合起來使用。傳輸分集的預(yù)編碼操作分別對 2 天線端口和 4 天線端口進(jìn)行定義。對于 2 天線端口上的傳輸， ，預(yù)編碼操作的輸出, 定義為：其中 且。對于 4天線端口上的傳輸， ，預(yù)編碼操作的輸出, 定義為：其中 且n 資源映射向天線端口上沒有預(yù)留為其他用途的資源粒子上映射，從一個(gè)子幀中的第一個(gè)時(shí)隙開始，按照每一個(gè)維度的增序進(jìn)行，優(yōu)先考慮分配的物理資源塊上的維度 ，然后是維度。 主輔同步信號、導(dǎo)頻信號、廣播信息映射位置是固定的，控制格式指示信息的位置可以估算出，也基本上是固定的。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。 （1）確定系統(tǒng)參數(shù)； （2）參考符號的物理資源映射； （3）同步信號的物理資源映射； （4）PBCH符號的物理資源映射；（5）PCFICH符號的物理資源映射； （6）PHICH符號的物理資源映射；（7）PDCCH符號的物理資源映射；（8）PDSCH（PMCH）符號的物理資源映射。n 天線端口天線端口指用于傳輸?shù)倪壿嫸丝冢c物理天線不存在定義上的一一對應(yīng)關(guān)系。天線端口由用于該天線的參考信號來定義。等于說，使用的參考信號是某一類邏輯端口的名字。具體的說： p=0，p=0,1，p=0, 1, 2, 3指基于cell-specific參考信號的端口； p=4指基于MBSFN參考信號的端口； p=5為基于UE-specific參考信號的端口。對于p=4、5的情況，P=0,4,5都指單天線端口預(yù)編碼，即使用的發(fā)送天線為1。碼字用于區(qū)分空間復(fù)用的流；層用于重排碼字?jǐn)?shù)據(jù)；天線端口決定預(yù)編碼天線映射。碼字?jǐn)?shù) 層數(shù) 天線端口數(shù)n 注：用方程式與未知數(shù)的概念解釋層與天線端口的大小關(guān)系概念：假設(shè)映射到兩層，且兩層數(shù)據(jù)通過預(yù)編碼映射到4個(gè)天線端口上，則其中，映射到兩層上的數(shù)據(jù)為Q1,Q0，而左邊為預(yù)編碼矩陣。相當(dāng)于未知數(shù)有2個(gè)，而方程數(shù)有4個(gè)，這是確保UE能解出兩個(gè)未知數(shù)的條件。因此，層數(shù) 天線端口數(shù)；且UE側(cè)要將兩未知數(shù)解出來，則接收天線數(shù)必然要大于等于流數(shù)，即可將信道衰落矩陣與預(yù)編碼矩陣看做是一個(gè)綜合矩陣，則要使預(yù)編碼后且經(jīng)過信道后有解，要能解出兩個(gè)未知數(shù)，即此處的兩個(gè)流，則接收天線數(shù)必然要大于等于21.3.4 下行物理信號與信道物理信號 參考信號 RS，即導(dǎo)頻信號 同步信號 PSS和SSS對應(yīng)一系列物理層使用的RE，但是不傳遞任何來自高層的信息。物理信道 物理多播信道 PMCH 物理下行共享信道 PDSCH 物理廣播信道 PBCH 物理下行控制信道 PDCCH 物理控制格式指示信道 PCFICH 物理HARQ指示信道 PHICH圖 12 下行物理信號與信道1.3.4.1 下行參考信號DL RS分為三類： 小區(qū)專用的參考信號，與非MBSFN傳輸關(guān)聯(lián)，支持p=1、2和4個(gè)天線端口，即0, 0,1, 0,1,2,3； MBSFN參考信號，與MBSFN傳輸有關(guān)，在天線端口p=4上傳輸； 終端UE專用的參考信號，在天線端口p=5上傳輸。1.3.4.1.1.1 小區(qū)專用的參考信號，與非MBSFN傳輸關(guān)聯(lián)信號結(jié)構(gòu)參考信號序列 定義為其中 是一個(gè)無線幀中的時(shí)隙序號，且是一個(gè)時(shí)隙中的OFDM 符號序號。偽隨機(jī)序列定義為長度為 31 的 Gold 序列。長度為的輸出序列，其中，定義為： 其中，且第一個(gè) m 序列被初始化為 。第二個(gè) m 序列的初始化表示為，其中 為時(shí)隙序號，各時(shí)隙上導(dǎo)頻序列根據(jù)時(shí)隙變化。傳輸 僅在支持非MBSFN傳輸?shù)男^(qū)中的所有下行子幀中傳輸; 在MBSFN傳輸?shù)淖訋?，僅前2個(gè)OFDM符號用于傳輸小區(qū)專用參考信號； 僅適用于子載波間隔的情況； 天線端口使用情況：0，0,1，0,1,2,3圖 13下行參考信號映射（常規(guī)CP )圖 14下行參考信號映射（擴(kuò)展CP )一個(gè)子幀內(nèi)，天線口0,1發(fā)8個(gè)導(dǎo)頻符號；而天線口2，3發(fā)4個(gè)導(dǎo)頻符號。且各個(gè)天線口為導(dǎo)頻預(yù)留的資源位置是一樣的，對于天線端口2和3，映射后剩余的資源單元，協(xié)議中規(guī)定要保留且承載內(nèi)容為0.注：1. 第1、第2導(dǎo)頻在頻域上交錯(cuò)放置，密度均為6個(gè)子載波, 信道估計(jì)和RS開銷間的折中； 2. 在一個(gè)小區(qū)內(nèi)，多天線之間主要采用FDM（頻分復(fù)用）方式的正交導(dǎo)頻；3. 在不同的小區(qū)之間，正交導(dǎo)頻在碼域?qū)崿F(xiàn)（CDM），即不同。4. 單天線（p=0）發(fā)送的情況下，控制區(qū)域需預(yù)留天線（p=1）的RS位置，因?yàn)镽EG本來即以6個(gè)RE為單位，即4個(gè)數(shù)據(jù)RE；而數(shù)據(jù)區(qū)域則不需預(yù)留，數(shù)據(jù)分配時(shí)只需跳過天線0的RS位置即可。1.3.4.1.1.2 MBSFN參考信號，與MBSFN傳輸有關(guān)信號結(jié)構(gòu)MBSFN參考信號序列定義為：其中， 是一個(gè)無線幀中的時(shí)隙序號， 是這個(gè)時(shí)隙中的OFDM 符號序號。偽隨機(jī)序列 定義見7.2節(jié)。偽隨機(jī)序列發(fā)生器在每個(gè)OFDM符號的開始采用進(jìn)行初始化。序列定義與小區(qū)專用的參考信號一致，僅隨機(jī)序列的初始值不一樣。傳輸 只在分配給MBSFN傳輸?shù)淖訋袀鬏?，且參與MBSFN合并的多個(gè)小區(qū)采用相同的參考信號； 天線端口使用情況：4； 僅僅定義了采用擴(kuò)展 CP 情況下的MBSFN 參考信號圖 15 下行MBSFN參考信號時(shí)頻分布（擴(kuò)展CP，頻率間隔15kHz）圖 16 下行MBSFN參考信號時(shí)頻分布（擴(kuò)展CP，頻率間隔7.5kHz）MBSFN： 相互同步的多個(gè)小區(qū)共同發(fā)送MBMS信號，然后在空中自然形成多小區(qū)信號的合并，這種合并因?yàn)榘l(fā)生在同一個(gè)頻率上，因此又稱為單頻網(wǎng)合并MBSFN； 接收端無需增加任何額外復(fù)雜度，按照接收單播信號方法接收即可； 但此時(shí)多個(gè)小區(qū)的eNode B發(fā)送的信號均被看做有用信號，這種情況下CP需要覆蓋多個(gè)小區(qū)信號的時(shí)延擴(kuò)展，需要更長的CP（擴(kuò)展CP或是超長擴(kuò)展CP）。1.3.4.1.1.3 終端UE專用的參考信號信號結(jié)構(gòu)UE專用參考信號序列 定義為：其中表示PDSCH傳輸對應(yīng)的資源塊的傳輸帶寬（資源塊個(gè)數(shù)）。偽隨機(jī)序列 由7.2節(jié)給出。偽隨機(jī)序列在每個(gè)子幀的開始采用 進(jìn)行初始化，其中 對應(yīng)PDSCH傳輸?shù)腞NTI值，例如C-RNTI、SPS C-RNTI等。 UE ID根序列，是長度為31的Gold序列； 在UE ID根信號基礎(chǔ)上，由UE專用的RNTI信號，小區(qū)ID，OFDM符號序號和時(shí)隙號決定。RNTI信號：調(diào)度信息的指示信號。在LTE中上下行的資源調(diào)度信息（MCS, Resource allocation等等的信息）都在PDCCH上發(fā)，所以要在PDCCH上區(qū)分到底這個(gè)調(diào)度信息是關(guān)于PCH，BCH，還是DL-SCH或者UL-SCH,就需要這些RNTI來指示。一般來講，這些RNTI都隱含在PDCCH的CRC校驗(yàn)位里，即PDCCH做完16位的CRCAttach以后，就把這些校驗(yàn)位同RNTI進(jìn)行異或運(yùn)算。那UE收PDCCH時(shí)就把RNTI和CRC進(jìn)行demask，解出來這個(gè)PDCCH到底是給PCH，BCH還是其他。所以P-RNTI，對應(yīng)PCH；SI-RNTI,對應(yīng)BCH，C-RNTI對應(yīng)DL-SCH和UL-SCH。功能： 用于支持單天線端口的PDSCH傳輸，做信道估計(jì)用；通常適應(yīng)于TDD系統(tǒng)，采用BF發(fā)射； 可在天線端口5,7,8上傳輸，其中端口7,8是R9中新定義的； Port 5：支持R8 UE的PDSCH單流BF; Port 7或Port 8，Port 7和Port 8：支持R9 UE的PDSCH單流BF，或者雙流BF； 高層會通知終端是否有終端專用參考信號，以及是否是一個(gè)有效的相位參考。如果高層通知了，則UE可以忽略任何在天線端口2和3上的傳輸； 終端專用參考信號僅僅在PDSCH對應(yīng)的資源庫中傳輸。圖 17下行UE專用參考信號時(shí)頻分布（常規(guī)CP）圖 18下行UE專用參考信號時(shí)頻分布（擴(kuò)展CP）1.3.4.2 同步信號PSS和SSS1. 主同步信號 PSS由頻域Zadoff-Chu序列按照下式產(chǎn)生，長度為62位，即： 其中Zadoff-Chu根序列序號由下給出。表 9 主同步信號根序號.1.2. 根序號3. 04. 255. 16. 297. 28. 342. 輔同步信號SSS用于輔同步信號的序列是由兩個(gè)長度為 31 的二進(jìn)制序列交織級聯(lián)產(chǎn)生。級聯(lián)的序列使用擾碼序列進(jìn)行加擾，擾碼序列由主同步信號給出。兩個(gè)長度為 31的序列組合按照下式定義了子幀0和子幀 5 （即前半幀與后半幀）之間不同的輔同步信號，即：其中。S序列兩個(gè)序列和按照下式定義為m序列的兩個(gè)不同的循環(huán)移位，即：其中, , 定義為：且初始條件為。序號m序號和由物理層小區(qū) ID 組按照下式得到，即： 擾碼序列c兩個(gè)擾碼序列和取決于主同步信號，且按照下式定義為m序列的兩個(gè)不同的循環(huán)移位，即：其中 是物理層小區(qū) ID 組 內(nèi)的物理層小區(qū) ID，且, ,定義為：且初始條件為。擾碼序列z擾碼序列和按照下式定義為m序列的循環(huán)移位，即：其中和由表 6.11.2.1-1獲得 ，且, , 定義為：且初始條件為。3. 資源映射時(shí)域：圖19 主輔同步信號在FDD幀的位置圖20 主輔同步信號在TDD幀的位置資源映射：Type1 FDD 時(shí)域：主同步信號和輔同步信號，映射到相同的天線口，而且只在每個(gè)無線幀的時(shí)隙0和時(shí)隙10中最后一個(gè)OFDM符號的RE上傳輸；Type 2 TDD 時(shí)域：主同步信號在DwPTS的第3個(gè)OFDM符號中傳輸。輔同步信號在slot0和slot11的最后一個(gè)OFDM符號中傳輸。FDD&TDD 頻域：序列 將按照下式映射到資源粒子上，即：注： 首先，上述PSS和SSS的位置差異，正好可以用來識別系統(tǒng)是TDD的還是FDD的； 關(guān)于用SSS檢測CP：在確認(rèn)PSS情況下，可以計(jì)算出兩種CP情況下SSS的理論位置，則可以做個(gè)SSS自相關(guān)檢測，確認(rèn)兩個(gè)理論位置上的SSS序列哪個(gè)才是真正的SSS，則也就知道了CP是normal還是extend了 另外，UpPTS可以用來專門放置物理隨機(jī)接入信道PRACH，這是TDD LTE特有的一種“短RACH”結(jié)構(gòu)（只有1-2個(gè)符號長），相對而言，F(xiàn)DD的PRACH不短于1ms。短RACH是一種對半徑較小的小區(qū)的優(yōu)化，可以在不占用正常時(shí)隙的情況下，利用很少的資源承載PRACH信道； TDD下完全可以在常規(guī)子幀中采用1ms以上的PRACH信道，與FDD一樣支持大半徑小區(qū)能力。頻域：中間1.08MHz （6RBs）；圖21 主輔同步信號映射 主輔同步信號在頻域6RB中，只占62個(gè)子載波，剩下10個(gè)子載波資源被預(yù)留且不用于主輔同步信號傳輸。一共504個(gè)物理層小區(qū)ID。這些小區(qū)ID被分為168個(gè)ID組，每個(gè)組包含3個(gè)組內(nèi)ID。一個(gè)物理層小區(qū) ID：（范圍是0 167）表示物理層小區(qū) ID 組的編號；（由SSS信號檢測得到） （范圍是0 2）表示物理層小區(qū) ID 組中的物理層小區(qū) ID的編號。（由PSS信號檢測得到）1.3.4.3 物理廣播信道 PBCH廣播信息分為兩塊：Master Information Block（MIB），包含了非常少的系統(tǒng)參數(shù)，并且發(fā)送的頻率非常頻繁，承載在PBCH上；System Information Blocks (SIBs), 這些信息復(fù)用到一塊，在物理層使用下行共享信道發(fā)送?；拘蛄斜忍貕K，其中是物理廣播信道上傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)目，對于常規(guī) CP ，其數(shù)目為1920；對于擴(kuò)展 CP ，其數(shù)目為1728。圖 22 傳輸層-物理層信號處理過程功能： 系統(tǒng)帶寬；系統(tǒng)幀序列；天線信息（隱藏在CRC的校驗(yàn)位上）; 對可靠性要求最高，其支持的物理功能最少。采取可靠的調(diào)制（QPSK），編碼和多天線分集發(fā)送； 物理層配置完全是靜態(tài)的，不需要支持任何自適應(yīng)功能。保證可靠性接收： PBCH在40ms里面重復(fù)4次，速率匹配時(shí)產(chǎn)生了用于4個(gè)無線幀的PBCH的編碼塊，然后統(tǒng)一加擾調(diào)制。但是4段編碼塊所用的擾碼段不同，即采用不同的擾碼，實(shí)現(xiàn)干擾隨機(jī)化； 每一次都是自解碼，也可以合并解碼，因此在40ms里面都丟失的可能性比較低。層映射和預(yù)編碼單天線端口和傳輸分集的模式；用于cell-specific參考信號的天線端口數(shù)目。資源粒子映射每一個(gè)天線端口對應(yīng)的復(fù)值符號塊在每個(gè)滿足的無線幀開始，采用4 個(gè)連續(xù)的無線幀進(jìn)行傳輸，并且將從開始依序映射到資源粒子上。向沒有用于傳輸參考信號的資源粒子上映射，按照每一個(gè)維度的增序進(jìn)行，優(yōu)先考慮維度，然后是子幀0時(shí)隙1中的維度，最后是無線幀序號。資源粒子序號由下式給出： 其中，用于參考信號傳輸?shù)馁Y源粒子排除在外。在映射時(shí)假設(shè)天線端口 0 3 上的cell-specific參考信號都存在，而不管實(shí)際的配置。在映射操作中假設(shè)被預(yù)留給參考信號的，而實(shí)際上并沒有用于傳輸參考信號的資源粒子，UE會假設(shè)這些資源粒子不可用于PDSCH傳輸。UE對這些資源粒子將不會作任何其他假設(shè)。圖 23 物理廣播信道信號映射1.3.4.4 物理下行控制信道 PDCCH物理下行控制信道承載：調(diào)度分配和其他控制信息，包括資源映射，上下行調(diào)制解調(diào)方案，空分復(fù)用相關(guān)的控制信息，上行功控信息；一個(gè)物理控制信道在一個(gè)或者多個(gè)連續(xù)的控制信道粒子(control channel elements， CCEs) 的一個(gè)集合上傳輸，其中一個(gè)CCE相當(dāng)于9個(gè)REG。沒分配給PCFICH 或 PHICH的REG的數(shù)目是。系統(tǒng)中的CCEs從 0 開始編號到，其中。PDCCH支持下表所列的多種格式。在個(gè)連續(xù)CCEs上傳輸?shù)囊粋€(gè)PDCCH只可能在滿足的一個(gè)CCE上開始，其中 是 CCE 序號 。多個(gè)PDCCHs能在一個(gè)子幀中傳輸。表 10 支持的PDCCH 格式9. PDCCH 格式10. CCEs數(shù)目11. REG數(shù)目12. PDCCH比特?cái)?shù)目13. 0 14. 115. 916. 7217. 118. 219. 1820. 14421. 222. 423. 3624. 28825. 326. 827. 7228. 576PDCCH上承載的信息是DCI。DCI格式： Format 0 UL調(diào)度； Format 1 DL調(diào)度； Format 1A 緊湊型調(diào)度，無空間復(fù)用； Format 1B 用于單碼字PDSCH傳輸，閉環(huán)SU-MIMO； Format 1C 尋呼、隨機(jī)接入、系統(tǒng)信息等； Format 1D MU-MIMO所用的PDSCH資源； Format 2 用于雙碼字PDSCH傳輸，閉環(huán)SU-MIMO； Format 2 A用于雙碼字PDSCH傳輸，開環(huán)SU-MIMO； Format 3/3A 用于傳輸PUCCH 和PUSCH 的傳輸功率控制（TPC）命令，采用2/1bit表示功率調(diào)整；PDCCH格式和DCI格式?jīng)]有直接的關(guān)系；DCI格式0、1A、3和 3A 具有相同的負(fù)荷大小。圖 24 傳輸層-物理層信號處理過程所有的PDCCH數(shù)據(jù)信道編碼速率匹配之后，復(fù)用時(shí)個(gè)編碼后比特串接在一起，然后統(tǒng)一進(jìn)行加擾。注：此處有一個(gè)與CCE大小匹配的過程：1個(gè)CCE的大小為72bits，因此在加擾前有需要的話會插入來調(diào)整序列長度為72的倍數(shù)，以與CCE大小對齊。實(shí)際此處串接的PDCCH已經(jīng)為符號序列，資源映射時(shí)需要將其以4個(gè)符號為單位進(jìn)行分組，但其實(shí)在這之前，加擾時(shí)，已經(jīng)通過插入保證比特序列先映射到CCE上，所以可以認(rèn)為4個(gè)符號的單元組，是先映射到CCE上的。資源映射圖 25 PDCCH資源映射示意圖1. 首先CCE是一個(gè)邏輯資源塊，并沒有跟物理的REG或者RE形成某種對應(yīng)關(guān)系；2. 復(fù)數(shù)符號以4個(gè)符號為一組進(jìn)行分組，先映射到CCE上，然后形成一個(gè)PDCCH，同樣PDCCH還是一個(gè)邏輯上的資源；3. 所有PDCCH對應(yīng)的符號會串接起來，做統(tǒng)一的交織與循環(huán)移位；4. 按照上述資源映射步驟，先頻域后時(shí)域的順序進(jìn)行映射，每一次映射是以REG為單位的；5. 接收端，首先必須把所有的物理上的資源粒子組上映射符號解碼出來，然后根據(jù)前面的逆過程，變成在CCE這樣的邏輯資源上的符號，參照協(xié)議檢出自己的信息。圖 26 物理下行控制信道信號映射根據(jù)一個(gè)PDCCH占用的CCE個(gè)數(shù)8、4、2、1，分為4級。PDCCH盲檢測：即不知道PDCCH所占用的CCE數(shù)UE一般不知道當(dāng)前DCI傳送的是什么format的信息，也不知道自己需要的信息在哪個(gè)位置。但是UE知道自己當(dāng)前在期待什么信息，例如在Idle態(tài)UE期待的信息是paging, SI；發(fā)起Random Access后期待的是RACH Response；在有上行數(shù)據(jù)等待發(fā)送的時(shí)候期待UL Grant等。P-RNTI for PCCH;SI-RNTI for BCCH;RA-RNTI for Random Access Response;這些RNTI信息隱含在PDCCH的CRC校驗(yàn)位上。對于不同的期望信息UE用相應(yīng)的X-RNTI去和CCE信息做CRC校驗(yàn)，如果CRC校驗(yàn)成功，那么UE就知道這個(gè)信息是自己需要的，也知道相應(yīng)的DCI format，調(diào)制方式，從而進(jìn)一步解出DCI內(nèi)容。這就是所謂的“盲檢”過程。那么UE是不是從第一個(gè)CCE開始，一個(gè)接一個(gè)的盲檢過去呢？這也未免太沒效率了。所以協(xié)議首先劃分了CCE公共搜索空間（Common Search Space）和UE特定搜索空間（UE-Specific Search Space），對于不同的信息在不同的空間里搜索。另外對于某些format的信息，一個(gè)CCE是不夠承載的，可能需要多個(gè)CCE，因此協(xié)議規(guī)定了所謂的CCE Aggregation Level取值為1，2，4，8。例如對于位于公共空間里的信息Aggregation Level只有4，8兩種取值，那么UE搜索的時(shí)候就先按4 CCE為粒度搜索一遍，再按8 CCE為粒度搜索一遍就可以了. 公共搜索空間：起點(diǎn)為Index 0，搜索空間為4或者8個(gè)CCE； 假設(shè)收到如下20個(gè)CCE，將其解循環(huán)、解交織后 UE專用搜