LTE幀結(jié)構(gòu)和協(xié)議

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流LTE幀結(jié)構(gòu)和協(xié)議.精品文檔.一、協(xié)議知識(shí)1. LTE幀結(jié)構(gòu)及物理資源基本概念RE/RB/CCE/REG/RBG幀結(jié)構(gòu)Type1：FDD（全雙工和半雙工）(FDD上下行數(shù)據(jù)在不同的頻帶里傳輸；使用成對(duì)頻譜)每一個(gè)無(wú)線幀長(zhǎng)度為10ms，由20個(gè)時(shí)隙構(gòu)成，每一個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度為T(mén)slot = 15630 x Ts = 0.5ms。對(duì)于FDD，在每一個(gè)10ms中，有10個(gè)子幀可以用于下行傳輸，并且有10個(gè)子幀可以用于上行傳輸。上下行傳輸在頻域上進(jìn)行分開(kāi)。幀結(jié)構(gòu)Type2：TDD (TDD上下行數(shù)據(jù)可以在同一頻帶內(nèi)傳輸；可使用非成對(duì)頻譜)一個(gè)無(wú)線幀10ms

2、，每個(gè)無(wú)線幀由兩個(gè)半幀構(gòu)成，每個(gè)半幀長(zhǎng)度為5ms。每一個(gè)半幀由8個(gè)常規(guī)時(shí)隙和DwPTS、GP和UpPTS三個(gè)特殊時(shí)隙構(gòu)成，DwPTS和UpPTS的長(zhǎng)度可配置，要求DwPTS、GP以及UpPTS的總長(zhǎng)度為1ms。DwPTS: Downlink Pilot Time SlotGP: Guard Period(GP越大說(shuō)明小區(qū)覆蓋半徑越大)UpPTS: Uplink Pilot SlotTs = 1 / (15000x2048) s Frame 幀的長(zhǎng)度：Tf = 307200 x Ts = 10msSubframe 子幀的長(zhǎng)度：Tsubframe = 30720 x Ts = 1msSlot 時(shí)隙

3、的長(zhǎng)度：Tslot = 15360 x Ts = 0.5ms 1 Sub-Carrier = 15 kHz; 1 TTI = 1 ms => 1 sub-frame => 2 slots (0.5 ms *2) # for one user, min 2 RB allocation.1 RB = 12 sub-carriers during 1 slot (0.5 ms) =>12 * 15kHz = 180kHz (Bandwidth); => 12 * 7 symbols= 84 REs 1 RE = 1 sub-carrier x 1 symbol period

4、(Each symbol is QPSK, 16QAM or 64QAM modulated.)LTE支持可變帶寬：1.4MHz, 3, 5, 10, 15 和 20MHz一個(gè)小區(qū)最少使用6個(gè)RB, 即最少包含72個(gè)sub-carriers: 6 RB * 12 sub-carriers = 72 sub-carriers一個(gè)小區(qū)最多支持110個(gè)RB，相當(dāng)于1320個(gè)sub-carriers: 110 *12 =1320 sub-carriersChannel bandwidth BWChannel MHz1.435101520Transmission bandwidth configurat

5、ion NRB615255075100Special subframe configurationNormal cyclic prefix in downlinkExtended cyclic prefix in downlinkDwPTSUpPTSDwPTSUpPTSNormal cyclic prefix in uplinkExtended cyclic prefix in uplinkNormal cyclic prefix in uplinkExtended cyclic prefix in uplink01234567-8-特殊幀格式5：DwPTS:GP:UpPTS => (6

6、592Ts-16Ts) : (19744Ts-16Ts) : 4384Ts=> 3:9:2特殊幀格式7：DwPTS:GP:UpPTS => (21952Ts-32Ts) : 4384Ts : 4384Ts=> 10:2:2最小分配單位為: Configure TDD: 上下行配置（下圖） + 特殊幀格式（上圖） (e.g.: 2:7 1:7)Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU1 2:25

7、msDSUUDDSUUD2 3:15 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUDTDD支持5ms和10ms的周期轉(zhuǎn)換：=> 5ms轉(zhuǎn)換周期：一個(gè)幀的上下半幀的特殊幀格式配置相同，=> 10ms轉(zhuǎn)換周期：一個(gè)幀分成上下半幀，下半幀的特殊幀為DwPTS=1ms，用于DL傳輸(如上圖3，4，5所示)RE：Resource Element，稱為資源粒子，是上下行傳輸使用的最小資源單位。1 RE = 1 subcarrier x 1 symbol periodRB：Resource B

8、lock，稱為資源塊，用于描述物理信道到資源粒子的映射。一個(gè)RB包含若干個(gè)RE。一個(gè)RB由12個(gè)在頻域上的子載波和時(shí)域上一個(gè)slot周期構(gòu)成（1 RB = 12 subcarriers x 1 slot）。1個(gè)RB在頻域上對(duì)應(yīng)180kHz：1 RB = 12 subcarriers x 15kHz = 180kHz1個(gè)RB在時(shí)域上對(duì)應(yīng)1個(gè)時(shí)隙，1 slot =0.5ms CCE：Control Channel Element，稱為控制信道粒子，PDCCH在一個(gè)或多個(gè)CCE上傳輸，CCE對(duì)應(yīng)于9個(gè)REG，每個(gè)REG包含4個(gè)RE，CCE從0開(kāi)始編號(hào)。（1 CCE = 9 REGs = 9 x 4

9、REs = 36 REs）PDCCH format與CCE之間的關(guān)系如下圖所示：PDCCH formatNumber of CCEsNumber of REGsNumber of PDCCH bits(QPSK)01972121814424362883872576REG：Resource Element Group，用來(lái)定義控制信道到RE的映射.（1 REG = 4 REs）RBG：Resource Block Group，RBG是連續(xù)的PRB的集合，其大小根據(jù)系統(tǒng)帶寬配置的不同而定，如下圖所示：System Bandwidth(Number of DL RBs)RBG Size (P)101

10、11 26227 6463 (e.g.: 10MHz - 50 RBs)364 110 (e.g.: 20MHz - 100 RBs)42. 下行物理信道及物理信號(hào)的功能和占用時(shí)頻碼域位置（DL：PDSCH/PDCCH/PHICH/PCFICH/PBCH/ PSS/SSS/RS）2.1 PBCH：Physical Broadcast Channel （物理廣播信道）- 主要用來(lái)傳輸MIB信息，MIB消息包含：DL帶寬信息；PHICH組號(hào)；系統(tǒng)幀號(hào)SFN- MIB: DL-Bandwidth, PHICH-Config, SFN, # of antennas.- MIB消息的重復(fù)周期為40ms，

11、起始位置為subfram#0 of SFN mod 4 = 0。每10ms傳遞一次MIB，傳遞內(nèi)容一致，40ms組成一個(gè)MIB消息?？蓪?shí)現(xiàn)時(shí)間分集，提高UE接收MIB消息時(shí)的增益，改善接收質(zhì)量2.2 PCFICH：Physical Control Format Indicator Channel （物理控制格式指示信道）- 用來(lái)指示在一個(gè)sub-frame中PDCCH傳輸?shù)腛FDM symbol數(shù)量（1, 2 or 3）- 在每個(gè)subframe(TTI)的第1個(gè)symbol上進(jìn)行傳遞(symbol 0 within each TTI)- 承載CFI信息，每TTI占用16個(gè)RE資源，即4個(gè)RE

12、G2.3 PDCCH：Physical Downlink Control Channel （物理下行控制信道）- 用于承載DCI信息，包括資源調(diào)度分配和其他控制信息，如與DL-SCH和PCH相關(guān)的HARQ信息等- PDCCH在每個(gè)subframe的前3個(gè)symbol（symbol 02）中進(jìn)行傳遞，占用個(gè)數(shù)由PCFICH承載的CFI消息來(lái)確定。- PDCCH的大小對(duì)應(yīng)于一個(gè)或者多個(gè)CCE，如下圖所示：PDCCH formatNumber of CCEsNumber of REGsNumber of PDCCH bits01972121814424362883872576- DSS =>

13、Dedicated Search Space (for only one UE) & CSS => Common Search Space (for several UEs)2.4 PDSCH：Physical Downlink Shared Channel （物理下行共享信道）- 用于承載DL-SCH信息，傳遞SIB信息（SIB消息傳遞方向：BCCH -> DL-SCH -> PDSCH）- SIB1消息的重復(fù)周期為80ms，初始位置為subframe#5 of SFN mod 8 = 0，在SFN mod 2 = 0的幀上重復(fù).SIB System Informa

14、tion Blocks- SIB1: Cell Access Info (PLMN, TAC, CID); 小區(qū)選擇相關(guān)信息; TDD相關(guān)配置信息; 余下SIB的時(shí)域調(diào)度信息- SIB2: 公共信道的無(wú)線資源配置（PCCH, RACH); freqInfo (ul-carrierFreq, ul-bandwidth); defaultPagingCycle- SIB3: Cell re-selection information. (Intra/Inter frequency or/and Inter-RAT cell re-selection)- SIB4: Neighbor cell re

15、lated info only for Intra-frequency cell re-selection information.- SIB5: E-UTRAN Inter-frequency cell re-selection information.- SIB6: UTRAN frequencies and neighboring cell re-selection.- SIB7: GERAN frequencies cell re-selection.- SIB8: CDMA2000 frequencies and neighbouring cell re-selection.- SI

16、B9: Home eNB.- SIB10: ETWS primary notification. - SIB11: ETWS secondary notification.- 如果UE專用參考信號(hào)不被傳輸，使用天線端口集合P = , , or - 如果UE專用參考信號(hào)被傳輸，則使用天線端口 P = 52.5 PHICH：Physical HARQ Indicator Channel （物理HARQ指示信道）- 用于承載HARQ的ACK/NACK- 在每個(gè)subframe的第1個(gè)symbol上進(jìn)行傳遞（symbol 0 of each subframe）- 一個(gè)PHICH組對(duì)應(yīng)于3個(gè)REG，12

17、個(gè)RE資源2.6 PMCH：Physical Multicast Channel （物理多播信道）- 目前不支持，無(wú)需掌握§ 沒(méi)有對(duì)傳輸分集方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化§ 單天線端口傳輸，使用端口4§ 在支持PDSCH和PMCH混合傳輸?shù)妮d波上，PMCH不能再子幀0和5中傳輸下行物理層信號(hào)：對(duì)應(yīng)于一系列物理層使用的RE，這些RE不傳遞任何來(lái)自高層信息注：物理信號(hào)都由ZC序列生成，每一個(gè)子載波占用一個(gè)ZC序列的符號(hào)。SSS和PSS同步信號(hào)內(nèi)容固定，重復(fù)發(fā)送，不承載任何上層信息，是UE在進(jìn)行小區(qū)搜索時(shí)第一個(gè)要找的信息。UE進(jìn)行盲檢搜索同步信號(hào)，目前只支持Normal CP的格式。2

18、.7 PSS：Primary Synchronization Signal （主同步信號(hào)）- 頻域上占系統(tǒng)帶寬中間的6個(gè)RB，即72sc- 在第2個(gè)subframe的第3個(gè)symbol中進(jìn)行傳遞（subframe 1 or 6, symbol 2）- 指示一個(gè)物理小區(qū)組內(nèi)的id：Physical-layer id：0, 1, 2 (3個(gè))2.8 SSS：Secondary Synchronization Signal（輔同步信號(hào)）- 頻域上占系統(tǒng)帶寬中間的6個(gè)RB，即72sc- 在第1個(gè)subframe的最后1個(gè)symbol中進(jìn)行傳遞（subframe 0 or 5, symbol 6）在su

19、bframe 0和5中的SSS結(jié)構(gòu)相同，但是在頻域上錯(cuò)開(kāi)，以區(qū)別前5ms或后5ms的半幀。- 指示物理小區(qū)組號(hào)：Physical-layer cell-id group：0167（168個(gè)）- Total cell IDs: 168 x 3 = 504 cell IDs. (0503)RS：Reference Signal （參考信號(hào)）（every slot, symbol 0&4）用于下行信道估計(jì)，信道質(zhì)量測(cè)量以及相關(guān)解調(diào)，對(duì)UE來(lái)說(shuō)是已知信號(hào)（RS信號(hào)與小區(qū)physical id有關(guān)，這個(gè)在小區(qū)搜索過(guò)程中的同步信號(hào)中獲得）頻域上：每6個(gè)子載波分配一個(gè)RS時(shí)域上：每個(gè)slot的sym

20、bol 0&4 用來(lái)傳遞RS，symbol 0和4之間有3個(gè)SC的間差，用于時(shí)頻域分集。多天線傳輸情況下，天線端口集合與參考信號(hào)配置之間的關(guān)系：Cell-specific RS, non-MBSFN transmission => P = , , or MBSFN RS, associated with MBSFN transmission => P = 4UE-specific RS. => P = 5 (用于BF技術(shù))3. 上行物理信道及物理信號(hào)的功能和占用時(shí)頻碼域位置（UL：PUSCH/PUCCH/PRACH/SRS/DMRS）PUSCH：Physical Up

21、link Shared Channel （物理上行共享信道）Carries the user data from UL-SCH.Carries L1/L2 control information：ACK/NACK, CQI, PMI, RI (Rank Indicator)PUCCH：Physical Uplink Control Channel （物理上行控制信道）PUCCH承載上行控制信息（UCI），不與PUSCH同時(shí)傳輸，處于上行帶寬的邊緣，在TDD中不在UpPTS域上傳輸U(kuò)CI信息包括以下4部分：Scheduling Request (SR). CQI and Scheduling R

22、equests are provided to Layer 2.HARQ ACK/NACK for DL transmission;CQI reports.PMI reports. - PUCCH具有6種格式，1系列承載SR和ACK/NACK信息，2系列承載CQI/PMI信息，如下圖所示：PUCCH formatModulation schemeNumber of bits per subframe, Type of information1N/AN/AScheduling Request (SR)1aBPSK1ACK/ NACK1bQPSK2ACK/ NACK2QPSK20CQI/PMI/R

23、I2aQPSK+BPSK21CQI/PMI + 1 bit ACK/ NACK2bQPSK+QPSK22CQI/PMI + 2 bits ACK/ NACK3.1 PRACH：Physical Random Access Channel （物理隨機(jī)接入信道）- Carries the random access preamble.PRACH Preamble：- 頻域：6 RB x 180kHz = 1.08 MHz- 時(shí)域：1ms / 2ms / 2 symbols（UpPTS）- 隨機(jī)接入前導(dǎo)由具有零相關(guān)區(qū)的ZC（Zadoff-Chu）序列產(chǎn)生，有一個(gè)或多個(gè)根ZC序列產(chǎn)生。每個(gè)小區(qū)中包含6

24、4個(gè)可用的前導(dǎo)。- PRACH共有5種結(jié)構(gòu)（04），目前支持Format 0, 1 & 4：RACH：- FDD需要額外配置一個(gè)GP（Guard Period）以適應(yīng)RTD（Round Trip Delay），在TDD的特殊幀中已包含這個(gè)GP- FDD在一個(gè)子幀中只能分配一個(gè)RACH資源，而TDD可以分配多于一個(gè)的隨機(jī)接入資源- TDD模式下，在UpPTS中，可以調(diào)度Short RACH（S-RACH），與GP結(jié)合使用，最多可配置6個(gè)RACH。 隨機(jī)接入過(guò)程：- 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過(guò)程：如UE初始接入上行物理層信號(hào)：指物理層使用的但是不承載任何來(lái)自高層信息的信號(hào)，如參考信號(hào)。3.2 D

25、RS/DMRS：Demodulation Reference Signal （解調(diào)用參考信號(hào)）- 與上行數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)，both PUSCH and PUCCH。- 用于信道評(píng)估，對(duì)PUSCH和PUCCH信道的連續(xù)檢測(cè)和解調(diào)，上行功率控制，時(shí)間評(píng)估等？- DRS在時(shí)域上的分配：o PUSCH: 每個(gè)slot的第4th個(gè)symbol（symbol 3 in every slot）o PUCCH: DRS由PUCCH的格式來(lái)決定（1/1a/1b 或者 2/2a/2b）- DRS在頻域上的分配：o PUSCH: DRS與終端的上行傳輸具有同樣的帶寬。o PUCCH: 如下圖所示3.3 SRS：Soun

26、ding Reference Signal （探測(cè)用參考信號(hào)）=> 與PUSCH和PUCCH無(wú)關(guān)與上行數(shù)據(jù)傳輸無(wú)關(guān)，可用于評(píng)估上行信道質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)以下功能：初始化MCS（Modulation and Coding Scheme）選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓β士刂芓A（Timing Advance）UL頻率的獨(dú)立調(diào)度（Frequency dependent scheduling for the UL）SRS transmitted in the last SC-FDMA symbol in the configured subframes.在TDD模式中，UpPTS也可用作傳遞SRS。4. 邏輯信道、傳

27、輸信道與物理信道的映射關(guān)系：4.1 邏輯信道（7）5. MIMO technology- Two kinds of MIMO techniques for DL transmission：o Transmit diversity use multiple channels to send the same information stream ð Improve coverage and robustness of data transmission o Spatial multiplexing use multiple channels to send multiple infor

28、mation streamsð Increase throughputð SU-MIMO/ MU-MIMO6. PDSCH下行資源分配方式（Type0/1/2）； Type 0: PDCCH DCI formats 1, 2 and 2ARBs are grouped to RBG. RBGs are selected.System Bandwidth(Number of DL RBs)RBG Size (P)10111 - 26227 6463 (e.g.: 10MHz - 50 RBs)364 110 (e.g.: 20MHz - 100 RBs)4Type 1: PD

29、CCH DCI formats 1, 2 and 2ARBs are grouped to RBG subset. First select one RBG subset, then select the RBs in the RBG subset.RBG subset的值（P）與Type0中RBG的定義一致。RBG subsets：Log2(P) RB assignment：Type 2: PDCCH with DCI format 1A, 1B, 1C and 1DStart RB and width is assigned.7. DCI Format DCI: Downlink Cont

30、rol Information (ref. 36.212) => Carriered by PDCCH一個(gè)DCI傳遞上下行調(diào)度信息，或者針對(duì)一個(gè)RNTI的上行功率控制命令DCI FormatUse scopeDCI 0For the scheduling of PUSCH (For Uplink only)DCI 1For the scheduling of one PDSCH codeword, TM1, 2 and 7 (Type0, 1)DCI 1AFor the compact scheduling of one PDSCH codeword and random access

31、procedure initiated by a PDCCH order, TM17 (Type 2)DCI 1CFor very compact scheduling of one PDSCH codeword (Type 2) DCI 2For MIMO (e.g.: CL MIMO), TM4 (Type0, 1)For the scheduling of one/two PDSCH codewordTPC command for PUCCH DCI 2AFor MIMO (e.g.: OL MIMO), TM3 (Type0, 1)For the scheduling of one/t

32、wo PDSCH codewordTPC command for PUCCH · Format 0: 用于上行傳輸，PUSCH的調(diào)度- Flag for format0/format1A differentiation - 1 bit, 0=>format 0 and 1=>format 1A- Resource block assignment and hoping resource allocation- Modulation and coding scheme- HARQ information and redundancy version- TPC command

33、 for scheduled PUSCH 2 bits- CQI request 1bit· Format 1:用于傳輸分集，單碼字PDSCH的調(diào)度 (Used for the scheduling of single codeword PDSCH) (TM1, 2, and 7-not support)- Resource allocation type, e.g.: type 0 / type 1 1bit- Resource block assignment- Modulation and coding scheme 5 bits - HARQ process number 4

34、 bits- TPC command for PUCCH 2 bits· Format 1A: 用于下行傳輸，單碼字PDSCH調(diào)度，下行數(shù)據(jù)觸發(fā)隨機(jī)接入過(guò)程，適用所有TM傳輸模式。=> Compact scheduling of one PDSCH codeword and random access procedure initiated by a PDCCH order (為UE分配一個(gè)非競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入的特定preamble).- Flag for format0/format1A differentiation - 1 bit, 0=>format 0 and 1=&

35、gt;format 1A- Resource block assignment - Modulation and coding scheme 5 bits- HARQ information 4 bits- TPC command for PUCCH 2 bits· Format 1B: Compact scheduling of one PDSCH codeword with precoding information. Closed loop precoding with rank-1 transmission. (TM6, 目前不支持，不需要掌握)· Format 1

36、C: Very compact scheduling of single codeword PDSCH. (Paging, SIB, 系統(tǒng)廣播信息 ? )- Resource block assignment - Modulation and coding scheme- Redundancy version· Format 1D: Compact scheduling of one PDSCH codeword with precoding and power offset information. (using Multi-user MIMO, TM5,目前不支持)·

37、Format 2: For MIMO (Closed-Loop)，兩碼字，下行PDSCH調(diào)度 (閉環(huán)模式，TM4，需要上報(bào)PMI信息)· Format 2A: For MIMO (Open-Loop)，兩碼字，下行PDSCH調(diào)度（開(kāi)環(huán)模式，TM3）· Format 3/3A: Transmission of TPC commands for PUCCH and PUSCH with 2-bit or 1-bit power adjustments8. LTE相關(guān)接口的控制面和用戶面協(xié)議棧Radio interfaceUser Plane:Control Plane:PHY:

38、 L1協(xié)議，§ Data Transfer via Transport Channels.§ Error Detection. Hybrid ARQ Combining.§ Channel Coding and Rate Matching.§ Modulation and Demodulation.§ Measurements.§ MIMO（多進(jìn)多出）, Transmit Diversity（發(fā)送分集）, Beamforming（波速成型）.§ RF Processing.MAC: L2協(xié)議，主要實(shí)現(xiàn)與調(diào)度和HARQ相關(guān)的功

39、能§ Data Transfer via Logical Channels.§ 邏輯信道和傳輸信道之間的映射§ UE之間以及一個(gè)UE在不同邏輯信道之間的資源分配和調(diào)度§ 傳輸格式選擇§ HARQ糾錯(cuò)功能RLC: L2協(xié)議，主要實(shí)現(xiàn)與ARQ相關(guān)的功能，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?#167; 上層PDU數(shù)據(jù)傳輸: TM（透明模式）, UM（非確認(rèn)模式）, AM（確認(rèn)模式）數(shù)據(jù)傳輸§ ARQ糾錯(cuò)功能（CRC檢驗(yàn)由物理層完成）§ 串聯(lián)，分段及重分段功能§ 順序傳送上層數(shù)據(jù)以及重復(fù)檢測(cè)功能PDCP: L2協(xié)議，提供ROHC可靠頭壓

40、縮功能，以及加密和完整性保護(hù)功能RRC: L3協(xié)議，提供廣播、尋呼、RRC連接管理、無(wú)線承載控制、移動(dòng)性、UE測(cè)量上報(bào)和控制功能等功能NAS: 非接入層控制協(xié)議，主要實(shí)現(xiàn)以下功能:§ SAE承載管理§ 鑒權(quán)§ LTE-IDLE狀態(tài)下的移動(dòng)性管理§ 產(chǎn)生LTE_IDLE狀態(tài)下的尋呼消息§ 安全控制S1 interfacesUser Plane (eNB-S-GW):Control Plane (eNB-MME):X2 interfacesUser Plane (eNB-eNB):Control Plane:9. LTE相關(guān)流程9.1 Call S

41、etup 呼叫流程9.2 Cell Selection 小區(qū)搜索過(guò)程9.3 Random Access 隨機(jī)接入過(guò)程-Initial access from RRC_IDLE;-RRC Connection Re-establishment procedure;-Handover;-DL data arrival during RRC_CONNECTED requiring random access procedure;-E.g. when UL synchronisation status is “non-synchronised”;-UL data arrival during RRC_CONNECTED requiring random access procedure;-E.g. when UL synchronisation status is "non-synchronised" or there are no PUCCH resources for SR available.Contention based (applicable to all five events):Non-contention based (Handover &