LTE基本原理+物理层.docx

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LTE基本原理+物理层

通信基础：

通信的目的：

传递消息中所包含的信息

度量信息量的方法

◆事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述：

◆消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。

☐设：

P（x）－消息发生的概率，

I－消息中所含的信息量，

☐则P（x）和I之间应该有如下关系：

ØI是P（x）的函数：

I＝I[P（x）]

ØP（x），I；P（x），I；

P（x）=1时，I＝0；P（x）=0时，I＝；

因此满足条件的

若a=2，信息量的单位称为比特（bit），对于64QAM就相当于是64进制调制，

000000-111111等概出现,均为1/64

bit

LTE系统模型图

1：

串并转换：

将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，设N为载波数，并行码率降低为串行码率的1/N，好处：

可以有效地对抗多径干扰

发送信号经过两条路径到达接收端，路径二码元1对路径一码元2的干扰，就是码间干扰。

OFDM扩大码元周期的好处：

码元虽然被干扰，但是距离抽样时刻还有一段时间，因此造成的码间干扰将会减小很多。

2：

QPSK调制：

说QPSK调制前先说什么叫正交调制

先说调制过程：

我们在I和Q路分别输入a数据和b数据，a数据与

相乘，b数据与

相乘，输出信号s（t）=a

-b

。

解调过程：

接收端分为两路，一路乘以

再积分就得到数据a，另一路乘以

得到数据b。

正交调制满足的条件：

1，正弦波和余弦波的乘积在一个基波周期内的积分等于0。

即：

2，自身乘积的积分在一个基波周期内的积分大于0

OFDM正是利用了

QPSK调制：

用四个相位分别表示00、01、11、10

比如输入00，

输入01，

前面说到增加码元周期可以减小码间串扰，但不能从根本上解决问题，

这里就说到为什么要插入含循环前缀的保护间隔了。

保护间隔大于最大多径时延即可实现无码间串扰。

但是却带来的问题是破坏了正交性：

之前正交的波形：

可以看出来在一个周期内积分为0

插入保护间隔后，解决了码间干扰ISI，带来了载频干扰ICI：

明显看到周期内积分不为0。

解决方法：

加循环前缀：

可以明显的看到加了循环前缀后，解决了载频干扰ICI

最后我们把加完含循环前缀的保护间隔的OFDM码串到一起通过载波调制，搬移到高频发射出去~~

LTE测试中主要关注：

1.PCI（物理小区标识）、

2.RSRP（ReferenceSignalReceivingPower参考信号接收功率）、

RSSI（ReceivedSignalStrengthIndicator，指的是UE接收到的信号总功率，包括有用信号、干扰和底噪）、

RSRQ（ReferenceSignalReceivingQuality参考信号的接收质量）、

3.PUSCHPower（UE的发射功率）、PrachPower、PUCCHPower

4.SINR（S/（I+N），

信噪比）、

5.TransmissionMode（传输模式）、

6.ULThroughput,DLThroughput（上下行吞吐率）、

7.RankIndicator（简称RI，Rank指示，表示秩）、

8.RxChCorFactor（天线相关性）、

9.PUCCHULGrantCount，PDCCHDLGrantCount（上下行子帧调度数）

PUSCHRBNumber,PDSCHRBNumber（上下行共享信道RB调度数）

10.EARFCN（频点）

11.掉线率、连接成功率、切换成功率

物理层

1.1物理层概述

物理层位于最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体。

1.1.1物理层时域构成

帧：

（时域）数据在网络中传输的单位，帧由几部分组成，不同的部分执行不同的功能

FDD帧结构：

在不同的频段划分上下行。

一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；

每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙构成；

FDD中所有子帧全部做下行，或者全部做上行。

TDD帧结构：

在时间上划分上下行。

一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成

每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成

⏹常规子帧：

1ms，由两个长度为0.5ms的时隙构成，常规CP每个时隙由7个OFDM符号组成（扩展6个）

⏹特殊子帧：

1ms，由DwPTS、GP以及UpPTS构成

支持5ms和10msDLUL切换点周期

特殊时隙功能：

DwPTS：

最多12个symbol，最少3个symbol，DwPTS

可用于传送下行数据和信令

UpPTS:

UpPTS上不发任何控制信令或数据，UpPTS长度为2个或1个symbol,2个符号时用于短RACH或SoundingRS,1个符号时只用于sounding

GP:

a）保证距离天线远近不同的UE的上行信号在eNB的天线空口对齐

b）提供上下行转化时间（eNB的上行到下行的转换时间，约20us）

c）GP大小决定了支持小区半径的大小，LTETDD最大可以支持100km

假设X为覆盖半径，GP长度为9个OFDM符号，不考虑上下行转换时间

d）避免相邻基站间上下行干扰

下面来看一下TDD中的上下行子帧配比（7种）和特殊子帧配比（9种）

测试中PUCCHULGrantCount，PDCCHDLGrantCount（上下行子帧调度数）即是根据上图配比算的。

1，无锡现网F频段采用2:

5配比（上下行配比为2，特殊子帧配比为5）

由上图上下行配比2可以看出一个无线帧10ms用作上行子帧（U）有2个，用作上行子帧（D）有6个；再由上图特殊子帧配比5，DwPTS=3，不满足条件DwPTS

可用于传送下行数据和信令，因此特殊子帧不用做下行数据传输。

扩大到1s的时间，有100个无线帧，因此可得时域上每秒的调度数：

PUCCHULGrantCount为200，PDCCHDLGrantCount为600,

2，若是采用2:

6配比，上下行配比不变，特殊子帧中DwPTS=9,满足条件DwPTS

可用于传送下行数据和信令，特殊子帧S可看做是下行子帧D，因此可得时域上每秒的调度数：

PUCCHULGrantCount为200，PDCCHDLGrantCount为800,

3，类比2:

7，可得时域上下行调度为200和800

4，常用的配比为1：

5；1:

6；1:

7；2:

5；2:

6；2:

7。

上下行调度自行计算熟记。

1.1.2物理层频域构成

LTE支持的信道带宽（ChannelBandwidth）

1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz，20MHz

现网系统带宽用的是20MHz，其中18MHz用于数据传输，2MHz是保护带宽，用作邻频干扰保护带宽和滤波滚降系统。

⏹资源单元（RE）

物理层资源的最小粒子

时域：

1个OFDM符号，频域：

1个子载波

⏹资源块（RB）

最小资源调度单位

时域为一个时隙（0.5ms），频域上连续的宽度为180kHz的物理资源称为一个资源块

⏹TTI

发送时间间隔，时域=1ms，2时隙，即LTE调度周期为1ms

⏹CCE（ControlChannelElement）

控制信道资源单位，1CCE=9REGs=36REs

⏹REG（REgroup）

=4RE

⏹RBG（RBgroup）

在20MHz系统带宽配置下，1RBG=4RB

18MHz传输带宽中RB个数的计算：

1个RB频域上占用12个子载波，每个子载波占15kHz，因此一个RB=12*15=180kHz

因此18MHz传输带宽中共有

个RB

如下图便是每个时隙调度的RB=98，时隙=0.5ms，对应1s下行的数据信道RB调度数就是2

PDCCHDLGrantCount

PDSCHRBNumber

16w（1s下行子帧800个，每个子帧2个时隙），但是Probe软件统计对应子帧单时隙，只有一半。

由LTE时频结构我们就可以算出来TDD-LTE峰值速率：

以F频段2:

5配比，64QAM调制，双流为例：

1s=600下行子帧，一个子帧=2个时隙=14个OFDM符号，64QAM调制

，18MHz传输带宽共有1200子载波，考虑开销25%

下行吞吐率=

1.2物理信道

物理信道（physicalchannel）：

在通信系统中，由物理实体构成的信道

1.2.1下行物理信道及其功能

物理下行控制信道（PDCCH）

用于指示PDSCH相关的传输格式，资源分配，HARQ信息等

物理下行共享信道（PDSCH）

传输下行数据和信令

物理广播信道（PBCH）

传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽，天线数目等

物理控制格式指示信道（PCFICH）

一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目

物理HARQ指示信道（PHICH）

用于NodB向UE反馈和PUSCH相关的ACK/NACK信息

物理多播信道（PMCH）

传递MBMS相关的数据

1.2.2上行物理信道及其功能

物理上行控制信道（PUCCH）

当没有PUSCH时，UE用PUCCH发送ACK/NAK，CQI，调度请求（SR，RI）信息。

当有PUSCH时，在PUSCH上发送这些信息

物理上行共享信道（PUSCH）

承载上行数据

物理随机接入信道（PRACH）

用于随机接入，发送随机接入需要的信息，preamble等,PRACH共有5种结构（0~4），目前支持Format0,1&4。

LTE随机接入的作用是实现UE和网络的同步,解决冲突,分配资源（RNTI）和上行通信资源的分配，分为竞争随机接入和非竞争随机接入。

竞争随机接入：

1，UE端通过在特定的时频资源上，发送可以标识其身份的preamble序列，进行上行同步

2,基站端在对应的时频资源对preamble序列进行检测，完成序列检测后，发送随机接入响应。

3，UE进行上行传输的资源调度信息，并发出RRC连接请求。

4，eMB确认收到请求并返回该UE的IMSI（TMSI）以解决竞争问题，并发出RRC建立。

触发竞争随机接入的事件：

初始开机接入（只能竞争）；

重建立（只能竞争）；

切换（两者均可，大多数是非竞争）；

下行数据到达（两者均可）；

上行数据到达（只能竞争）。

非竞争随机接入：

1，基站根据此时的业务需求，给UE分配一个特定的preamble序列。

（该序列不是基站在广播信息中广播的随机接入序列组）

2，UE接收到信令指示后，在特定的时频资源发送指定的preamble序列。

3，基站接收到随机接入preamble序列后，发送随机接入响应。

进行后续的信令交互和数据传输。

触发非竞争随机接入的事件：

切换；

下行数据到达；

UE定位（只能非竞争）。

如下是用CDS路测的时候的事件列表，不同的事件对应不同的随机接入方式。

1.3物理信号

1.3.1下行物理信号

1，

确定唯一的物理小区标识PCI，信道校准，估计…

LTE是用PCI（PhysicalCellID）来区分小区，LTE共有504个PCI：

UE开机后要进行小区选择和随机接入，UE通过获取三个物理信号完成小区搜索。

这三个信号是PSS信号、SSS信号和下行参考信号（导频）

一个同步信道由一个PSS和一个SSS组成。

PSS信号有3种组合（0

2），与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识对应。

SSS信号有168种组合（0

167），与168个物理层小区标识组对应。

因此由下图可知PCI的范围为0

167*3+2即0

503共504个。

●小区初搜基本流程

●1）通过PSS获得5ms定时，并通过序列相关得到小区ID号N_ID

（2）

●2）通过SSS获得10ms定时，并通过序列相关得到小区ID组号N_ID

（1）

●3）按照以上两步的结果经过计算得到CELL_ID=3*N_ID

（1）+N_ID

（2）

●4）在固定的时频位置上接收并解码PBCH，得到MIB（主信息块）

●5）在下行子帧使用PCFICH指示PDCCH格式，PDCCH指示PDSCH调度SIB（系统信息块）

2，

CRS分布如下所示：

PCI模三干扰：

把2个天线端口CRS合在一起就能够看出来mod3干扰的原因了：

在每个RB上CRS在频域上只有3个位置可以选择，位置与PSS携带的小区标识（0

2）有关，PCI=3*SSS+PSS,PCImod3=PSS。

由于CRS是用于小区信道估计，如果在同一时间在同一个频率位置出现2个或以上的CRS信号，则他们之间将互相干扰。

RSRP=CRSRSRP参考信号的接收功率，是在某个Symbol内承载参考信号的所有RE上接收到的信号功率的平均值；

RSSI（ReceivedSignalStrengthIndicator）则是在这个Symbol内接收到的所有信号（包括导频信号和数据信号，邻区干扰信号，噪音信号等）功率的平均值。

RSRQ（ReferenceSignalReceivingQuality）则是RSRP和RSSI的比值，当然因为两者测量所基于的带宽可能不同，会用一个系数来调整，也就是RSRQ=

RSRP/RSSI，以下为例：

下面说一下导频功率设置：

对于RS功率的配置，为了保证上下链路平衡，基站的发射功率能够用完，所以TypeA和TypeB符号上的功率尽量相等。

系统定义了如下参数以达到这个要求：

符号

含义

TypeA符号

无RS的OFDM符号

TypeB符号

有RS的OFDM符号

ρa

无RS的符号上的PDSCH的RE功率与RS功率的比值

ρb

有RS的符号上的PDSCH的RE功率与RS功率的比值

PA

当非4天线分集时，ρa＝PA；当4天线分集时，ρa=PA+10lg2

PB

ρb/ρa，即有RS和没有RS的符号的PDSCH的子载波功率的比值

对于PB的映射关系如下所示：

现网配置的PA=-3，PB=1应该如何理解呢

首先ρa=PA=-3=

因此

PB=1，ρb/ρa=1,表示

令

得到右边的图

同理，PA=PB=0也这么理解。

首先ρa=PA=0=

因此

PB=0，ρb/ρa=5/4表示

令

得到右边的图

有了以上的铺垫就很好理解。

CRS功率计算方式：

实际上的意义就是把单通道的功率分配到1200个子载波上，得到无RS的PDSCH_RE功率，再通过RS功率与无RS的PDSCH_RE功率的映射关系得到RS功率。

SINR=S/（I+N）参考信号的功率与干扰噪声功率和的比值，与RSRQ一样用于反映信号的质量。

UE测算SINR，上报RI及CQI索引给eNodeB，eNodeB根据UE反馈的RI及CQI索引进行TM和MCS调度；将4bits的CQI映射为5bits的MCS。

LTE中支持两种形式的CQI，PMI和RI上报：

周期性的和非周期性的上报。

周期性的CQI上报通常是通过PUCCH来进行的。

如果UE在发送周期性CQI的子帧上，同时被调度有数据需要发送，那么，周期性的CQI上报将通过PUSCH来进行。

此时，UE将在PUSCH中采用和PUCCH中同样的CQI/PMI/RI格式，而相应的PUCCH上的CQI上报资源将会闲置不用。

 eNodeB还可以触发UE进行非周期性的上报。

非周期性的上报是通过PUSCH来进行的。

这些上报可以在PUSCH上单独地或者和其他数据一起进行发送。

在周期性CQI上报和非周期性CQI上报子帧同时存在的子帧，UE只会上报非周期性的CQI上报而丢弃周期性的上报

1.4物理信道和参考信号的具体位置

关于频点的计算:

EARFCN=NOffs-DL+10（FDL-FDL_low）

OperatingBand

FDL_low

NOffs-DL

RangeofNDL

38

2570

37750

37750–38249

39

1880

38250

38250–38649

40

2300

38650

38650–39649

TD-LTE使用的频段如下：

38：

D频段（2570MHz-2620MHz）TD-LTE使用2575-2595和2595-2615。

其中2575-2595对应EARFCN=37750+10*（2585-2570）=37900

其中2595-2615对应EARFCN=37750+10*（2605-2570）=38100

39：

F频段（1880MHz-1915MHz）TD-LTE使用1880-1900，频点38350。

40：

E频段（2300MHz-2400MHz）TD-LTE使用2320-2340，频点39250和2350-2370，频点39250。