【VoLTE基礎(chǔ)理論+Vo關(guān)鍵技術(shù)+LTE技術(shù)原理】VOIP及信道LTE學(xué)習積累總結(jié)

一、LTE語音相關(guān)

CS語音:在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，語音一般由電路域交換(CircuitSwitch,CS)系統(tǒng)提供，因此我

們一般也稱之為CS語音。

IMS語音：當IP多媒體子系統(tǒng)(IPMulti-mediaSubsystem,IMS)出現(xiàn)后，我們將IMS提供

的語音業(yè)務(wù)稱之為IMS語音，一般也可以稱之為PS(分組域交換，PacketSwitch)語音，這是因

為IMS需要通過分組域交換網(wǎng)絡(luò)提供的1P通道與用戶終端進行交互。一般認為，IMS語音是

LTE/EPS階段提供的標準語音服務(wù)方案。

全IP網(wǎng)絡(luò):隨著IP技術(shù)的發(fā)展，電信網(wǎng)絡(luò)逐漸廢棄了傳統(tǒng)七號信令網(wǎng)絡(luò)，而全面轉(zhuǎn)向全1P

網(wǎng)絡(luò)，以第三代伙伴項目(3GPP,3rdGenerationPartnershipProject)組織為例，LTE將采用全IP

化核心網(wǎng)，拋棄了當前2G/3G系統(tǒng)中的電路交換域，而將分組交換域進行研究，從而定義了全1P

的長期演進/演進分組系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)LTE/EPS(LongTermEvolution/EvolvedPacketSystem[1])?因此在

LTE/EPS網(wǎng)絡(luò)中CS語音將不可用。

由于語音業(yè)務(wù)對時延的要求比較高,在目前的3G及其以前的系統(tǒng)中.都通過電路域承載。利

用專用資源。

語音業(yè)務(wù)通過IP承載已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。在LTE(LongTermEvolution)系統(tǒng)中，只存在分組

域，語音業(yè)務(wù)通過VolP(VoiceoverInternetProtocol)承載。

2.LTE語音實現(xiàn)方案

LTE將采用全IP化核心網(wǎng)，從而帶來對傳統(tǒng)電路域語音業(yè)務(wù)承載的變革。

CS回退(CSFallBack)技術(shù)。使用CS回退技術(shù)可把語音業(yè)務(wù)從LTE網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移到傳統(tǒng)的2G

或3G網(wǎng)絡(luò)，通過傳統(tǒng)的電路域進行語音承載。缺點：CS回退過程中將發(fā)生inter-RAT小區(qū)選

擇或切換，因此帶來較大的呼叫建立延遲，且CS回退要求2G/3G網(wǎng)絡(luò)與E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)重疊

覆蓋，沒有傳統(tǒng)2G/3G網(wǎng)絡(luò)的新興運營商無法采用此方案。

SR-VCC方案。一般認為，IMS語音是ETE/EPS階段提供的標準語音服務(wù)方案，但是基于

IMS的VoIP技術(shù)只支持在存在分組域的網(wǎng)絡(luò)發(fā)起語音業(yè)務(wù)，無法保證用戶從E-UTRAN移動到

GERAN/UTRAN/cdma2000IX網(wǎng)絡(luò)后的語音連續(xù)性。為此3Gpp提出了基于IMS的SR-VCC

方案，此方案支持將分組域的語音業(yè)務(wù)切換到電路域，但需要運營商部署IMS系統(tǒng)。

VOLGA方案。考慮利用LTE接入網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)據(jù)包方式封裝語音數(shù)據(jù)并透明傳輸?shù)絚s域的

MSC服務(wù)器，從而實現(xiàn)在即使不存在UTRAN/GERAN/cdma2000IX等傳統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)的情況下，

利用E-UTRAN接入網(wǎng)和傳統(tǒng)的CS域核心網(wǎng)來提供CS語音業(yè)務(wù)。此方案需在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加

VOLGA接入網(wǎng)絡(luò)控制器(VANO來實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)管理。

3.VOIP

VOIP建立在IP技術(shù)上的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過語音壓縮算法對話

音進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數(shù)據(jù)按IP等相關(guān)協(xié)議進行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳

輸?shù)侥康牡?，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解碼解壓處理后，恢復(fù)成原來的語音信號，從而

達到由IP網(wǎng)絡(luò)傳送話音的目的。

表1IP電話服務(wù)與傳統(tǒng)電話服務(wù)的比較

傳統(tǒng)電話服務(wù)VoIP

電路交換技術(shù)分組交換技術(shù)

傳輸使用同步時分多址，故帶寬利用率傳輸使用非同步時分多址，故帶寬利

較低用率較高

當線路擁塞時可能無法接通，而一旦接當線路擁塞時，可能會出現(xiàn)分組丟失

通就不會斷開等現(xiàn)象，會導(dǎo)致通信質(zhì)量下降

使用G711脈沖編碼調(diào)制，無壓縮語音

通常使用語音壓縮編碼

編碼,傳送速率為64Kbps

除衛(wèi)星通信外，端到端的時延很小，并端到端的時延相對較長，并且有顯著

且抖動很有限的抖動

通信質(zhì)量受到IP網(wǎng)絡(luò)的影響很大，語

能夠保證良好的通信質(zhì)量

音質(zhì)量難以保證

通話線路是獨立的，故而難以降低通信

共享IP網(wǎng)絡(luò)資源，大大降低通信成本

成本

VoIP的基本傳輸過程

傳統(tǒng)的電話網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語音，所要求的傳輸寬帶為64kbit/s.而所謂的VoIP是以

IP分組交換網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺，對模擬的語音信號進行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以

采用無連接的UDP協(xié)議進行傳輸。

為了在一個IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音信號，要求幾個元素和功能。最簡單形式的網(wǎng)絡(luò)由兩個或多個

具有VoIP功能的設(shè)備組成，這一設(shè)備通過一個IP網(wǎng)絡(luò)連接。VoIP模型的基本結(jié)構(gòu)圖如圖下圖所

示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備是如何把語音信號轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)流，并把這些數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到IP目

的地，IP目的地又把它們轉(zhuǎn)換回到語音信號。兩者之音的網(wǎng)絡(luò)必須支持IP傳輸，且可以是IP路

由器和網(wǎng)絡(luò)鏈路的任意組合。因此可以簡單地將VoIP的傳輸過程分為下列兒個階段。

1、語音-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

語音信號是模擬波形，通過】P方式來傳輸語音，不管是實時應(yīng)用業(yè)務(wù)還是非實時應(yīng)用業(yè)務(wù)，

首先要對語音信號進行模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也就是對模擬語音信號進行8位或6位的量化，然后送入

到緩沖存儲區(qū)中，緩沖器的大小可以根據(jù)延遲和編碼的要求選擇。許多低比特率的編碼器是采取

以幀為單位進行編碼。典型幀長為10~30ms.考慮傳輸過程中的代價,語音包通常由60、120或240m

s的語音數(shù)據(jù)組成。數(shù)字化可以使用各種語音編碼方案來實現(xiàn)，目前采用的語音編碼標準主要有

1TU-T.源和目的地的語音編碼器必須實現(xiàn)相同的算法，這樣目的地的語音設(shè)備幫可以還原模擬語

音信號。

2、原數(shù)據(jù)到IP轉(zhuǎn)換

一旦語音信號進行數(shù)字編碼，下一步就是對語音包以特定的幀長進行壓縮編碼。大部份的編

碼器都有特定的幀長，若一個編碼器使用15ms的幀，則把從第一來的60ms的包分成4幀，并按

順序進行編碼。每個幀合120個語音樣點（抽樣率為8kHz）。編碼后，將4個壓縮的幀合成一個

壓縮的語音包送入網(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語音添加包頭、時標和其它信息后通過網(wǎng)絡(luò)傳送到

另一端點。語音網(wǎng)絡(luò)簡單地建立通信端點之間的物理連接（一條線路），并在端點之間傳輸編碼的

信號。IP網(wǎng)絡(luò)不像電路交換網(wǎng)絡(luò)，它不形成連接，它要求把數(shù)據(jù)放在可變長的數(shù)據(jù)報或分組中，

然后給每個數(shù)據(jù)報附帶尋址和控制信息，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，一站一站地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

3、傳送

在這個通道中，全部網(wǎng)絡(luò)被看成一個從輸入端接收語音包，然后在一定時間（t）內(nèi)將其傳送

到網(wǎng)絡(luò)輸出端。t可以在某全范圍內(nèi)變化，反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸中的抖動。網(wǎng)絡(luò)中的同間節(jié)點檢查每個

IP數(shù)據(jù)附帶的尋址信息，并使用這個信息把該數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到目的地路徑上的下一站。網(wǎng)絡(luò)鏈路可

以是支持IP數(shù)據(jù)流的任何拓結(jié)構(gòu)或訪問方法。

4、1P包-數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

目的地VoIP設(shè)備接收這個IP數(shù)據(jù)并開始處理。網(wǎng)絡(luò)級提供一個可變長度的緩沖器，用來調(diào)

節(jié)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的抖動。該緩沖器可容納許多語音包，用戶可以選擇緩沖器的大小。小的緩沖器產(chǎn)生

延遲較小，但不能調(diào)節(jié)大的抖動。其次，解碼器將經(jīng)編碼的語音包解壓縮后產(chǎn)生新的語音包，這

個模塊也可以按幀進行操作，完全和解碼器的長度相同。若幀長度為15ms,,是60ms的語音包被

分成4幀，然后它們被解碼還原成60ms的語音數(shù)據(jù)流送入解碼緩沖器。在數(shù)據(jù)報的處理過程中，

去掉尋址和控制信息，保留原始的原數(shù)據(jù)，然后把這個原數(shù)據(jù)提供給解碼器。

5、數(shù)字語音轉(zhuǎn)換為模擬語音

播放驅(qū)動器將緩沖器中的語音樣點（480個）取出送入聲卡，通過揚聲器按預(yù)定的頻率（例

如8kHz）播出。簡而言之，語音信號在IP網(wǎng)絡(luò)上的傳送要經(jīng)過從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、

數(shù)字語音封裝成IP分組、IP分組通過網(wǎng)絡(luò)的傳送、1P分組的解包和數(shù)字語音還原到模擬信號等過

程。

3.2關(guān)鍵技術(shù)

語音編碼標準：1TU-TG711,數(shù)據(jù)速率為64kbit/s。

壓縮編碼標準：有ITU-T和ITU-T,以及AMR等，其中ITU-T的數(shù)據(jù)速率為或，而的數(shù)

據(jù)速率為8kbit/s。

注：G7H往往需要進一步壓縮，因此它是其它語音編碼算法的輸入源。

語音傳輸技術(shù)：先利用RTP"RCP協(xié)議進行處理，再交給UDP進行傳輸。

VoIP利用RTP實時傳輸協(xié)議傳送數(shù)據(jù)。RTP是一個基于無連接UDP的應(yīng)用協(xié)議，UDP是無

連接的，它不會對數(shù)據(jù)包的傳送提供應(yīng)答和跟蹤，這樣RTP也不會重新傳送網(wǎng)絡(luò)的丟包，這就要

求網(wǎng)絡(luò)傳輸中應(yīng)盡可能減少數(shù)據(jù)包的丟失；此外，按照TCP的應(yīng)用協(xié)議，RTP也沒有直接的碰撞

控制，以致于因為發(fā)送者發(fā)送太多太快的數(shù)據(jù)包，接收者將被淹沒。為了克服這個問題，RTP應(yīng)

用程序總是以固定速率發(fā)送數(shù)據(jù)包，這就要求網(wǎng)絡(luò)能夠盡量以固定的速率傳輸數(shù)據(jù)包。

RTP分組由RTP頭部和凈荷數(shù)據(jù)組成；RTP分組由UDP包來進行傳輸，通常一個UDP包僅含一

個RTP分組，若采用一定的封裝方法，也可以包含多個RTP分組；其中的RTP凈荷就是RTP傳送

的語音數(shù)據(jù)。

控制信令技術(shù)：有兩種（1）協(xié)議是一個協(xié)議族，包含RAS、、等一系列的協(xié)議，RAS協(xié)議用

于呼叫接入控制等功能，協(xié)議用于實現(xiàn)呼叫控制，而協(xié)議用于媒體信道控制（2）SIP協(xié)議采用的

是客戶機/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)，定義了各種不同的服務(wù)器和用戶代理，通過和服務(wù)器之間的請求

和響應(yīng)來完成呼叫控制。

3.3VOIP業(yè)務(wù)調(diào)度問題：

首先介紹一下LTE系統(tǒng)中的資源調(diào)度。與傳統(tǒng)3G技術(shù)不同的是，LTE系統(tǒng)采用下行

OFDMA,上行SC-FDMA的接入方式，供基站進行調(diào)度的傳輸資源由以前3GCDMA系統(tǒng)的碼

域資源變成了時頻二維資源。同時，LTE系統(tǒng)中取消了專用信道，采用共享信道的調(diào)度式資源分

配方式，eNB(基站)可以根據(jù)不同用戶的不同信道質(zhì)量、業(yè)務(wù)的QoS要求以及系統(tǒng)整體資源的

利用情況和干擾水平來進行綜合調(diào)度，從而更加有效地利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)的吞吐量，使得

無線資源可以得到最大限度的有效利用。但同時，這種調(diào)度方式帶來的開銷也是系統(tǒng)設(shè)計者必須

考慮的問題之一。

圖1LTE系統(tǒng)的資源調(diào)度示。圖

在ETE系統(tǒng)中，取消了全部電路域的語音業(yè)務(wù)，而代之以數(shù)據(jù)域的WIP業(yè)務(wù)。但由于語音

用戶的數(shù)量往往比較龐大，LTE又采用共享式調(diào)度的資源分配方式，每次傳輸都需要相關(guān)的控制

信息，所以過大控制信息開銷可能會成為LTE系統(tǒng)同時支持的用戶數(shù)能達到的系統(tǒng)吞吐量的瓶

頸。在LTE系統(tǒng)中，其帶寬所能支持的VoIP用戶數(shù)是其可調(diào)度指示用戶數(shù)的5倍左右，于是，

對于VoIP業(yè)務(wù)而言，LTE系統(tǒng)控制信息的不足將極大地限制其所同時支持的用戶數(shù)。針對這類

數(shù)據(jù)包大小比較固定，到達時間間隔滿足一定規(guī)律的實時性業(yè)務(wù)，LTE引入了一種新的調(diào)度方式

------半靜態(tài)調(diào)度技術(shù)。

LTE系統(tǒng)中，每個用戶會配置獨有的無線網(wǎng)絡(luò)標識(RNTI),eNB通過用UE的RNTI對授

權(quán)指示PD-CCH進行掩碼來區(qū)分用戶，對于同一個UE的不同類型的授權(quán)信息，可能會通過不同

的RNTI進行授權(quán)指示。如對于動態(tài)業(yè)務(wù)，eNB會用UE的小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)標識(C-RNTI)進行

掩碼，對于半靜態(tài)調(diào)度業(yè)務(wù)，使用半靜態(tài)小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)標識(SPS-C-RNTI)等。

在ETE的調(diào)度傳輸過程中，起初eNB通過PDCCH指示UE當前的調(diào)度信息，UE識別是

半靜態(tài)調(diào)度，則保存當前的調(diào)度信息，每隔固定的周期在相同的時頻資源位置上進行該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

的發(fā)送或接收。使用半靜態(tài)調(diào)度傳輸，可充分利用語音數(shù)據(jù)包周期性到達的特點，一次授權(quán)，周

期使用，可以有效地節(jié)省ETE系統(tǒng)用于調(diào)度指示的PDCCH資源，從而在不影響通話質(zhì)量和系統(tǒng)

性能的同時，支持更多的語音用戶，并且為動態(tài)調(diào)度的業(yè)務(wù)保留一定的控制信息以供使用。

以典型的VoIP業(yè)務(wù)為例，其數(shù)據(jù)包到達周期為2()ms,則eNB只要通過PDCCH給UE半

靜態(tài)調(diào)度指示，UE即按照PDCCH的指示進行本次調(diào)度數(shù)據(jù)的傳輸或接收，并且在每隔20ms,

在相同的時頻資源位置上進行新到達的VoIP數(shù)據(jù)包的傳輸或接收。如圖2所示，標記為綠色的

資源即為UE周期進行發(fā)送或接收的資源位置。

對于半靜態(tài)調(diào)度傳輸，主要有3個關(guān)鍵的步驟，即半靜態(tài)調(diào)度傳輸?shù)募せ?、半靜態(tài)調(diào)度傳輸

的HARQ過程和半靜態(tài)調(diào)度傳輸資源的釋放。

VoIP業(yè)務(wù)具有的特點，例如包比較小，為幾十個字節(jié)，包的到達間隔和包的大小基本上是固

定的。如果針對VoIP業(yè)務(wù)的這些小包采用動態(tài)調(diào)度方法，信令負荷會很大。在LTE系統(tǒng)中要達

到一定的VoIP用戶容量，需要減少開銷。因此，提出了持續(xù)調(diào)度(PersistentScheduling)的方法，即

為VoIP業(yè)務(wù)周期性的持續(xù)分配資源。如何利用VoIP業(yè)務(wù)的特點進行有效的調(diào)度，保證

QoS(QualityofService),最大程度的減少信令開銷，是需要研究的問題。

VoIP業(yè)務(wù)存在三個狀態(tài)：瞬態(tài)、激活期和靜默期。瞬態(tài)包只發(fā)生在會話開始以及會話過程中,

包的頭沒有進行頭壓縮，因此這個狀態(tài)的包比較大，包大小為97byte。激活期的包為進行了頭壓縮

的語音業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，包大小為35?49byte。在靜默期沒有語音數(shù)據(jù)傳輸，只有由于背景噪聲產(chǎn)生的

SID(SilenceDescriptor)包，包大小為10?24byte。以上包的大小值都是基于AMR(AdaptiveMulti

Rate)聲碼器，速率為。包到達間隔是固定的，在瞬態(tài)/激活期時為20ms,靜默期為160ms。從業(yè)

務(wù)模型可以看出，VoIP業(yè)務(wù)具有包比較小,包的大小比較固定，到達間隔比較固定的特點。VoIP業(yè)

務(wù)的調(diào)度方案應(yīng)當充分利用這些特點，優(yōu)化系統(tǒng)性能。

參考：LTE系統(tǒng)語音業(yè)務(wù)調(diào)度研究⑴；LTE系統(tǒng)的半靜態(tài)調(diào)度傳輸解決方案。

3.4VOIP中的QoS保障技術(shù)

主要包括抖動平滑技術(shù)、丟包處理技術(shù)、擁塞控制技術(shù)、回聲消除技術(shù)以及靜默壓縮技術(shù)等,

至于降低延時的問題，需要考慮網(wǎng)絡(luò)擁塞，并對鏈路層延時或抖動緩沖(JitterBuffer)延時進行

改善。

3.5有關(guān)QoS的3GPP標準

二、LTE知識總結(jié)

1.TDD幀結(jié)構(gòu)

TD-LTE系統(tǒng)采用3GPP定義的type2幀結(jié)構(gòu)網(wǎng)，如圖2所示。

Oneraao（nameT-30/20C77=

圖1幀結(jié)構(gòu)type2（5ms切換點周期）

幀長為10ms,每個無線幀由兩個5ms長的半幀組成。每個半幀由5個1ms長的子幀組成，

每個半幀包括8個時長0.5ms的時隙，和3個特殊時隙：DwPTS,GP和UpPTS。三者的總時

長為1ms。每個特殊時隙的長度可變。其它時隙的長度和OFDM符號的長度與FDD保持一致。

該幀結(jié)構(gòu)支持5ms和10ms切換點周期。

如果下行到上行轉(zhuǎn)換點周期為5ms,特殊子幀會存在于兩個半幀中；

如果下行到上行轉(zhuǎn)換點周期10ms,特殊子幀只存在于第一個半幀中。

子幀0和子幀5以及DwPTS總是用于下行傳輸。UpPTS和緊跟于特殊子幀后的子幀專用于

上行傳輸。

DwPTS傳什么和特殊子幀的配置有關(guān)，某些配置下的DwPTS只能傳PSS,某些配置下的

DwPTS可以同時傳下行數(shù)據(jù)，只是可用PRB數(shù)有限制，可以參考36.211和36.213

DwPTS和UpPTS的長度可配置,DwPTS的長度為3?12個OFDM符號,UpPTS的長度為1?

2個OFDM符號，相應(yīng)的GP長度為I?10個OFDM符號。

DwPTS也可用于傳輸PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH（主同步信號）等控制

信道和控制信息。其中，DwPTS時隙中下行控制信道的最大長度為兩個符號，且主同步信道固定

位于DwPTS的第三個符號。

Uplink-downlinkDowidink-to-UplinkSubframenumber

configurationSwitch-pointperiodicity01234,56789

05msDSDs基纂

15msDSUuDDs.rD

k

25msDSDDDSDD

310msDSDDDDD

410msDSDDDDDD

510msDSDDDDDDD

65msDS_y_XDSu_D_

從圖中可以看到，子幀0和5傳輸?shù)目偸窍滦凶訋Ｗ訋?傳輸?shù)目偸翘厥庾訋?。并且特?/p>

子幀后傳輸?shù)目偸巧闲凶訋?/p>

在上述的幾種配置中，0—2和6的配置，從下行到上行的轉(zhuǎn)化周期為5s,由于從下行轉(zhuǎn)換為

上行時，首先發(fā)送特殊子幀，意味著特殊子幀的出現(xiàn)周期為5秒，也就是說，子幀1和子幀6傳

輸?shù)氖翘厥庾訋?/p>

配置3,4,5中，下行到上行的轉(zhuǎn)換周期為10s。

這里經(jīng)常會有疑問，為何只有下行subframe到上行subframe之間有隔離(GP),而在上行

subframe到下行subframe之間沒有有隔離(GP)?

在36.211,Section8里面提到，上行發(fā)送的時間是:

TA+TAoffset,TAoffset固定為624個Ts,前面是基站進行上行同步用的，后面這個就是上行提前

了發(fā)送的時間了，也就是可以理解為上行到下行的時間間隔。

特殊子幀包含三個部分：DwPTS(downlinkpilottimeslot),GP(guardperiod),UpPTS(uplinkpilot

timeslot)oDwPTS傳輸?shù)氖窍滦械膮⒖夹盘?，也可以傳輸一些控制信息。UpPTS上可以傳輸一些

短的RACH和SRS的信息。GP是上下行之間的保護時間。

同其他的子幀相同，特殊子幀的長度也是ISo但其中各個部分的長度是不同的，是可以通過

高層信令配置的。如下圖所示：

SpecialExtendedcyclicprefi)lengthinNormalcyclicprefixlengthin

subframe0FDMsymboIs0FDMsymboIs

configurationDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS

038310

18394

1

2921031

3101112

437121

582239

69193

2

7---102

8---111

相對而言，UpPTS的長度比較固定，只支持一個符號、兩個符號兩種長度，以避免過多的選

項，簡化系統(tǒng)設(shè)計，GP和DwPTS具有很大的靈活性，這主要是為了實現(xiàn)可變的GP長度和GP

位置，以支持各種尺寸的小區(qū)半徑。

表4.2-1:特殊子幀配置(DwPTS/GP/UpPTS長度)

特殊子幀常規(guī)循環(huán)前綴，下行常規(guī)循環(huán)前綴，上行

配置DwPTSUpPTSDwPTSUpPTS

常規(guī)循環(huán)前擴展循環(huán)前常規(guī)循環(huán)前擴展循環(huán)前綴，上

綴，上行綴，上行綴，上行行

06592-7；7680-7；

119760-7；20480-7；2192-7

；

2192-7；2560-7

221952-7；2560-7；23040-7；

324144-7；25600-7；

426336乜7680-7；4384-7;5120-7；

56592420480-7；

619760-7；23040-7；

4384-7；5120-7；

721952-7；---

824144-7；---

2.OFDM

(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)

即交頻分復(fù)用技術(shù)，實際上OFDM是多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正

交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。正交

信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾

ICI(Inter-ChannelInterference)o每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上

的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶

寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。

OFDM的循環(huán)前綴CP：循環(huán)前綴為單個的OFDM符號創(chuàng)建一個保護帶，在信噪比邊緣損耗

中被丟掉，以極大地減少符號間干擾。信道有多徑時延，如果沒有CP,時間上，OFDM符號之間

就會因為信道多徑影響而相互干擾，從而破壞了子載波之間的正交性，大大降低性能。加了CP

之后，就是避免OFDM符號之間相互干擾，因此CP的長度是有講究的，一定要大于最大多徑時

延。OFDM的循環(huán)前綴(CP)可以使接收OFDM呈現(xiàn)循環(huán)卷積。循環(huán)卷積就可進行FFT計算，

FFT變換就是正交載波調(diào)制的。特點：1它必須是OFDM符號最后一段時間的重復(fù)2cp時間必

須大于時延擴展，否則不能完全消除子載波間干擾(ICI)o

OFDM包絡(luò)的不恒定性可以用PAPR來表示。PAPR(PeaktoAveragePowerRatio)是峰值功率與

平均功率之比。PAPR越大，系統(tǒng)的包絡(luò)的不恒定性越大。因此要改善系統(tǒng)性能，就是要設(shè)法減

小PAPRo

3.物理層處理細節(jié)

功率因子

對于負責向高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的LTE物理層，它可以通過MAC子層并使用傳輸信道來

接入這些服務(wù)。為了支持成對的和不成對的頻譜，支持頻分雙工(FrequencyDivisionDuplex.FDD)

模式和時分雙工(TimeDivisionDuplex.TDD)模式。

物理層是基于資源塊以帶寬不可知的方式進行定義的，從而允許LTE物理層適用于不同的頻

譜分配。一個資源塊在頻域上或者占用12個帶寬為15KHz的子載波，或者占用24個寬度為

7.5KHZ的子載波，在時域上持續(xù)時間為。

在每個無線幀中，又引入RE(ResourceElement)的概念，通過上層調(diào)度進行資源分配，同

時將數(shù)據(jù)映射到相應(yīng)的RE上并通過無線幀傳輸將數(shù)據(jù)和控制信令發(fā)出。

在具體的實現(xiàn)過程中，系統(tǒng)的發(fā)送側(cè)和接收側(cè)需要區(qū)分比特級和符號級進行處理。以發(fā)送側(cè)

為例，比特級處理是數(shù)據(jù)處理的前端，主要是將二進制數(shù)據(jù)進行添加CRC校驗位、信道編碼、

速率匹配以及加擾的處理之后發(fā)送至下一級處理；符號級處理則是將加擾之后數(shù)據(jù)進行調(diào)制、層

映射、傳輸預(yù)編碼、資源塊映射并經(jīng)過天線將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

3.1UE側(cè)編碼原理

首先以數(shù)據(jù)信道為例來簡單研究下發(fā)送側(cè)的編碼原理。

首先對輸入的TB塊進行CRC添加和碼塊分割以及后繼的CRCCB塊添加。這里需要注意

的是，TB塊CRC和CB塊CRC雖然同為24比特，但是生成多項式卻是不同的。

采用CRC校驗時，發(fā)送方和接收方用同一個生成多項式g(x)。CRC校驗時，以計算的校

正結(jié)果是否為0為據(jù)，判斷數(shù)據(jù)幀是否出錯。這樣做主要是實現(xiàn)接收側(cè)CRC的雙重校驗，TB塊

的校驗可以檢出CB塊未校驗出的錯誤，保證校驗的準確性。

特別需要注意的是，Turbo編碼只適用于下行的PDSCH編碼，對于PBCH和PDCCH都

需要用咬尾卷積編碼，其輸出至速率匹配的三部信號分為對應(yīng)于三個不同的轉(zhuǎn)移函數(shù)，其中OdkGO

=133(octal),11171()kdG-octal,22165()kdG=octal?

速率匹配部分主要作用是將1/3碼率輸出的編碼數(shù)據(jù)進行速率整合，以使其適合HARQ重傳

的需求。首先三路信道會分別經(jīng)過信道交織。此交織為典型的分組交織，行讀入，列讀出。循環(huán)

緩沖區(qū)將之前的三路信號順序全部讀入到相應(yīng)位置，讀出時根據(jù)RV值計算出CB塊的起點位置

將數(shù)據(jù)依次讀出。需要注意的是，之前信道交織中有可能添加進來的填充比特在讀出過程中需要

丟掉。再經(jīng)過碼塊級聯(lián)，即完成發(fā)送側(cè)的數(shù)據(jù)信道編碼。為基于CB塊的速率匹配結(jié)構(gòu)圖。

對于控制信道的(包括PDCCH和PBCH)速率匹配，首先由上層根據(jù)UE報告的寬帶CQI值

確定PDCCH的格式(即PDCCH占用的CCE的個數(shù))，然后根據(jù)占用的CCE的個數(shù)進行速率

匹配。信道條件好，信道碼率可以提高，即可以占用較少的CCE；信道條件差，信道碼率可以降

低，即可以用較多的CCE進行控制信息的傳輸。算法實現(xiàn)上，在接收到循環(huán)卷積編碼后的三路數(shù)

據(jù)之后，經(jīng)過與PDSCH原理大致相同的交織處理過程。只是在比特收集和篩選過程中，是將數(shù)

據(jù)收集到循環(huán)緩沖區(qū)之后直接按CB塊輸出，而無需通過RV值選擇輸出數(shù)據(jù)的起點接收側(cè)，三

條信道的譯碼過程主要是發(fā)送端編碼的逆過程。但是由于每條信道的各自特性，過程又稍有不同。

3.2LTE下行比特級譯碼實現(xiàn)設(shè)計

3GGP下行主要包括PBCH(PhysicalBroadcastingChannel)sPDCCH(PhysicalDownlinkControl

Channel)、PDSCH(PhysicalDownlinkSharedChannel)、PHICH(PhysicalHARQIndicatorChannel

PCFICH(PhysicalControlFormatIndicatorChannel)五個傳輸信道。其中,PHICH和PCFICH在解調(diào)

的時候就將其檢出并將數(shù)據(jù)反饋給高層，故而在比特級并不對其做處理。下行譯碼過程主要涉及

到PDSCH,PDCCH和PBCH三條信道。這三條信道的譯碼過程如所示。

3.2.1PBCH信道譯碼過程

PBCH作為廣播信道，主要用于UE初始化接入網(wǎng)絡(luò)和小區(qū)初始化建立時對整個小區(qū)系統(tǒng)配

置消息進行廣播。LTE3GPP中指出在發(fā)送側(cè)PBCH的原始MIB(theMasterInformationBlock)

信息為24比特，對其進行16比特CRC添加后進行編碼以及后續(xù)處理。

在接收側(cè)，由于PBCH信道在物理層配置是完全靜態(tài)的并且不支持任何自適應(yīng)調(diào)度和重傳，

因此，為了保證PBCH信道的可靠性傳輸，鑒于它碼率非常低((24+16)/1920=0.0204),因此在解

調(diào)、解速率匹配時需要將解擾后的軟比特塊進行多次重復(fù)的軟合并，解速率匹配后的序列被送往

信道譯碼模塊；由于PBCH信道傳輸數(shù)據(jù)量較小，故PBCH采用Viterbi算法進行譯碼。譯碼器

輸出比特序列還需要用相應(yīng)天線數(shù)對應(yīng)的天線mask擾碼進行解擾，進行CRC校驗，最終完成子

幀的檢測。

鑒于其他過程的通用性，這里只對PBCH的子幀檢測的是是實現(xiàn)過程進行著重研究。

在子幀自解碼的過程中，接收到的子幀內(nèi)比特分別與4個擾碼子塊進行解擾、譯碼處理，如

果信道條件足夠好的話，在同某一個擾碼子塊處理過程中可以實現(xiàn)子幀的自解碼，從而可以判斷

出無線幀的序號，也就是當前無線幀在PBCH的TTI中的位置。

如果利用一個子幀中的接收數(shù)據(jù)不能實現(xiàn)自解碼，則可以連續(xù)接收第二個無線幀中的PBCH

傳輸塊，并且利用兩個無線幀的數(shù)據(jù)一起進行檢測，在解擾過程中也將兩個連續(xù)的CB塊一起操

作，從而提高檢測概率。依此類推，直至實現(xiàn)PBCH的正確接收.

接收端的PBCH檢測過程的具體過程是這樣的：

(1)從相應(yīng)的時頻位置獲得PBCH信號；

(2)根據(jù)發(fā)射、接收天線數(shù)，采用相應(yīng)的算法對PBCH信號進行均衡；

(3)進行QPSK符號解調(diào)，得到軟比特信息；

(4)利用CB0解擾碼序列進行解擾處理；

(5)從序列的起始位置提取編碼比特，并且將編碼序列送入譯碼器進行譯碼了；

(6)根據(jù)發(fā)射天線數(shù)利用相應(yīng)的天線掩碼對譯碼序列進行解擾處理；

(7)對解擾的序列進行CRC校驗，如果正確，則檢測成功，從而可以判斷當前接收到的無

線幀的序號；如果錯誤，則分別利用CB1、CB2、CB3重復(fù)步驟4—7,在步驟5讀取碼字序列；

(8)如果上述過程仍不能正確檢測出PBCH信息，終端順序接收下一個無線幀的PBCH信

息，利用兩個無線幀的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合譯碼處理。

這里需要注意的是，由于PBCH內(nèi)傳輸子幀序號信息，因此每個TTI內(nèi)的PBCH信息是不

一樣的，因此不同TTI內(nèi)的PBCH子塊聯(lián)合檢測會導(dǎo)致檢測失敗。在上述的檢測過程中，如果利

用一個接收子幀內(nèi)的數(shù)據(jù)檢測失敗，會聯(lián)合下一個無線幀內(nèi)的PBCH子塊進行聯(lián)合檢測，而此時

如果這兩個子塊位于同一個PBCHTTI內(nèi)，會提高檢測概率，而如果兩個子塊屬于不同的TTI,

則會導(dǎo)致檢測失敗，此時可以順序接收下面的PBCH子塊，如果利用連續(xù)的四個子塊仍不能成功

檢測，再接收下一個子塊，同時將第一個子塊數(shù)據(jù)丟棄，利用最后接收到的連續(xù)四個子塊進行聯(lián)

合檢測，如此重復(fù)，直至檢測成功為止。該檢測過程的流程所示。

3.2.2PDCCH信道譯碼過程

PDCCH信道主要攜帶調(diào)度分配和其他的控制信息，所有的信息都包含在DCI(Downlink

ControlInformation)中。主要是根據(jù)調(diào)度的不同需要，DCI所采取的格式和其中的信息也有所差

別，但是實現(xiàn)方式基本一致。DCI的原始比特長度根據(jù)格式的不同有所差別(format。，IA,3長度

為31比特(format0和1A是通過DCI信息中的FLAG標志位；format3則是通過被common

identity,ratherthanUE-specificidentity加擾進行區(qū)分);format1長度為42比特；formatIB長度為

33比特;format2長度為54比特;format2A長度為51比特，該統(tǒng)計均是在上下行帶寬20MHz,

天線個數(shù)1?2的簡化需求下計算得到的，僅作為舉例)。至于采用哪種格式的DCI,則由高層根據(jù)

調(diào)度請求的不同進行配置后發(fā)給物理層。

當盲檢測過程從搜索空間中將候選PDCCH的控制信息提取出來后，根據(jù)需要檢測的DCI信

息長度為n,從PDCCH對應(yīng)的CCE中經(jīng)解調(diào)解擾提取出f(n)個軟比特信息。按照需要檢測的

DCI信息長度為n進行軟合并；然后送往咬尾比特卷積碼譯碼器做信道譯碼；當盲檢DCIformat

0且UE被高層配置天線選擇時，用相應(yīng)RNTI和天線選擇掩碼解擾CRC校驗比特部分并進行

CRC校驗；否則用相應(yīng)RNTI解擾CRC校驗比特部分并進行CRC校驗；輸出CRC校驗結(jié)果,

如果校驗正確，輸出DCI復(fù)用信息比特以及可能的天線選擇信息。

這里，對于UE側(cè)的一個問題就是：由于在發(fā)送端eNodeB會針對多個UE同時發(fā)送PDCCHs,

在接收端如何實現(xiàn)對這多個PDCCHs的檢測以保證UE接收到相應(yīng)的控制信息，同時又不會為系

統(tǒng)帶來多余信令的消耗。

在實現(xiàn)上，這點也體現(xiàn)了PDCCH信道與其他信道譯碼最大的不同，即在CRC校驗之后需

要對DCI數(shù)據(jù)進行解包盲檢測。為了保證eNodeB側(cè)發(fā)送的多個PDCCH能夠被正確的UE接收

到，需要設(shè)定一個DCI的搜索空間，同時針對不同的傳輸過程，需要檢測DCI的不同格式和被

加擾RNTI并解出DCI中包含相應(yīng)的信道控制的信息并反饋給高層。因此，為了防止提高檢測效

率，針對不同的調(diào)度和傳輸情況，設(shè)定了特定搜索空間(specificsearchspace)和公共搜索空間

(commonsearchspace)=

在CRC校驗部分，除了完成正常的去校驗位并得到DCI數(shù)據(jù)的基本功能外，還需要對搜索

空間進行檢測，得到目前該DCI是處在特定搜索空間還是公共搜索空間的指示，并且檢測出當前

RNTI和DCI類型。在得到這些檢測基本信息之后，將數(shù)據(jù)傳向unpack部分，進行DCI解包分

析。

2.3PDSCH信道譯碼過程

PDSCH信道主要用來攜帶下行鏈路的數(shù)據(jù)信息，也承載一部分PBCH信道中沒有承載的廣

播消息(SIB,SystemInformationBlock,包含一部分小區(qū)選擇和調(diào)度信息)。數(shù)據(jù)在PDSCH上以

TransportBlock(以下簡稱TB塊)的形式進行傳輸，這些TB塊對應(yīng)于MAC層的PDU(Protocol

DataUnit)。每一個TTLTB塊都從MAC層傳到物理層，在接收側(cè)經(jīng)過符號級(接收側(cè)解調(diào)之前)

的處理，在解擾后到達比特級譯碼部分。在發(fā)送端，為了滿足Turbo編碼的需求，需要將一個大

的TB塊分成若干CodeBlock(以下簡稱CB塊)，大小從40到6144比特不等。在接收端，在

Turbo譯碼之后，也需要先經(jīng)過碼塊級聯(lián)再進行CRC校驗，最后將傳輸數(shù)據(jù)反饋給高層。

4.HARQ

允許接收端將錯誤的數(shù)據(jù)包儲存起來，并將當前接收到的重復(fù)數(shù)據(jù)流與緩存中先前未能正確

譯碼的數(shù)據(jù)流相對應(yīng)并按照信噪比加權(quán)合并后譯碼，相當于起到了分集的作用?？梢苑譃橄辔缓?/p>

并(ChaseCombination,CC)HARQ和增量冗余(IncrementalRedundancy,IR)HARQ兩種。在

CCHARQ中，各次重傳分組相同，接收端通過最大比合并各次重傳數(shù)據(jù)流，從而獲得分集增益

改善鏈路質(zhì)量。在IRHARQ中，各次重傳分別按照不同的冗余版本，將各次重傳數(shù)據(jù)流合并后,

接收端將獲得一個冗余更多碼率更低的碼字，從而提高碼字被正確譯碼的概率，改善鏈路質(zhì)量。

HARQ主要是由速率匹配這個模塊進行實現(xiàn)的。UE接收到NAK信息后向eNodeB重傳同

一個TTI的數(shù)據(jù)包，接收端將解速率匹配模塊輸出的數(shù)據(jù)流與收端緩存中的數(shù)據(jù)流進行軟合并，

然后進行Turbo譯碼和CRC校驗。如此重復(fù)直到傳輸正確或者重傳次數(shù)達到預(yù)定的最大重傳次

數(shù)為止，UE接著再發(fā)送下一個TTI的數(shù)據(jù)塊。在進行重傳時，若采用CCHARQ,速率匹配時

冗余版本號為0；若采用IRHARQ時，速率匹配時冗余版本號則為0,l,U,rmax(maxr為最大重

傳次數(shù))。對于CC方式，重傳的子數(shù)據(jù)包與第一次傳輸?shù)淖訑?shù)據(jù)包完全相同，即data"：對于IR

方式，重傳的子數(shù)據(jù)包中包含額外的校驗位(datal2.datal3),增強了合并后的數(shù)據(jù)包的糾錯能力。

多

存

住

正

圖1LTE上行鏈路仿真模型

物理信道、邏輯信道、傳輸信道之別。這個問題不是LTE特有的，在3G中已經(jīng)引入了RLC

和MAC來承載邏輯和傳輸信道。至于原因有多方面的，我們知道物理信道只是最后傳輸?shù)妮d體,

但是在物理信道上傳什么樣的信息，以及怎樣傳信息是需要上層來確定的，因此就有了邏輯信道

（傳什么樣的信息），以及傳輸信道（怎樣傳信息）。另外對于這些不同類型的信道的加密方式也

是需要定義的，這就是為什么需要引入RLC層的原因。同理，對于傳輸信道的傳輸格式選擇以及

優(yōu)先級隊列的調(diào)度也是需要的，因此也就有了MAC。所以這樣做的目的就是更加高效地多資源進

行調(diào)度、分配和管理，盡可能提高系統(tǒng)的處理效率。

LTE的邏輯信道，傳輸信道，物理信道功能介紹

邏輯信道

介于MAC層和RLC層之間。

邏輯信道按照消息的類別不同，將業(yè)務(wù)和信令消息進行分類，獲得相應(yīng)的信道稱為邏輯信道,

這種信道的定義只是邏輯上人為的定義。

按內(nèi)容本身區(qū)分,MAC通過邏輯信道為上層提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù),MAC支持的邏輯信道:

控制信

邏輯信道名縮寫業(yè)務(wù)信道

道

BroadcastControlChannel廣播控制信道BCCHX

PagingControlChannel呼叫控制信道PCCHX

CommonControlChannel通用控制信道CCCHX

DedicatedControlChannel專用控制信道DCCHX

DedicatedTrafficChannel專用數(shù)據(jù)信道DTCHX

BCCH:下行廣播控制信息

PCCH:下行尋呼信息

CCCH:在RRC連接建立前UE與網(wǎng)絡(luò)之間的雙向控制信息。

MCCH:控制一個或者多個MTCH的控制信息，只有支持MBMS才有該信道

DCCH:RRC連接建立后UE到網(wǎng)絡(luò)之間的雙向控制信息

DTCH:點到點的雙向業(yè)務(wù)信息.

傳輸信道

介于物理層和MAC層之間。

傳輸信道對應(yīng)的是空中接口上不同信號的基帶處理方式，根據(jù)不同的處理方式來描述信道的

特性參數(shù)，構(gòu)成了傳輸信道的概念，具體來說，就是信號的信道編碼、選擇的交織方式（交織周

期、塊內(nèi)塊間交織方式等）、CRC冗余校驗的選擇以及塊的分段等過程的不同，而定義了不同類

別的傳輸信道；簡單的說就是會定義MCS,編碼，等方式，也就是告訴物理層如何去傳遞這些消

息。

按怎樣傳，傳什么特征的數(shù)據(jù)區(qū)分，物理層通過傳輸信道為上層提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。物理層

支持的傳輸信道：

傳輸信道名縮寫下行上行

BroadcastChannel廣播信道BCHX

DownlinkSharedChannel下行共享信道DL-SCHX

PagingChannel呼叫信道PCHX

UplinkSharedChannel上行共享信道UL-SCHX

RandomAccessChannel隨機接入信道RACHX

BCH:固定MCS,廣播

PCH:支持DRX（UE省電），廣播

MCH:廣播，支持SFN合并，支持半靜態(tài)資源分配（如分配長CP幀）

RACH:（隨機接入信道）是一種上行信道，用于PAG