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LTE 系列:帧中的物理信道和信号

概述 LTE 信息帧中的各类物理通道和信号

此前的一篇文章 中,我们详细了解 LTE 下行链路的帧结构,其中包含了各种物理信道和信号,本文将会做一个概要性的讲述,用作一个速查表。

PBCH

Physical Broadcast Channel,物理广播通道

  • 它只携带 MIB (master information block,主系统信息块)

  • 它使用的是 QPSK

  • 映射到 6 个资源块(72 个子载波),以 0 号子帧中的 DC 子载波为中心

  • 映射到不为传输参考信号、PDCCH 或 PCHICH 而保留的资源元素

  • 详情参考 Physical Layer : PBCHMatlab Toolbox : PBCH 页面(待填坑)

PCFICH

Physical Control Format Indicator Channel,物理控制格式指示通道

  • 它映射到每个下行链路子帧中的第一个 OFDM 符号

  • 它包含了携带控制信道(PDCCH 和 PHICH)的 OFDM 符号数量的信息。UE 对该信道进行解码,以找出该帧中为控制信道(PDCCH 和 PHICH)分配了多少个 OFDM 符号

  • 它是子帧的第一个 OFDM 符号的 16 个数据子载波

  • PCFICH 数据由 4 个 REG 承载,并且这 4 个 REG 均匀分布在整个频带上,与带宽无关

  • PCFICH 的确切位置由小区 ID 和带宽确定

  • 详细信息参阅 Physical Layer : PCFICHMatlab Toolbox : PCFICH 页面

PDCCH

Physical Downlink Control Channel,物理下行控制信道

  • 映射到下行链路每个子帧中前 L 个 OFDM 符号

  • PDCCH 的符号数(L)可以是 1,2 或 3

  • PDCCH 的符号数由 PCFICH 指定

  • PDCCH 承载 DCI,而 DCI 承载传输格式,资源分配,与 DL-SCH,UL-SCH 和 PCH 相关的 H-ARQ 信息以及其他取决于 DCI 格式的信息

  • PDCCH 还携带用于 UL 调度分配的 DCI 0(例如,UL 授权)

  • 可以在单个子帧中分配多个 PDCCH,并且 UE 对所有 PDCCH 进行盲解码

  • 调制方案是 QPSK

  • PDCCH 类似于 HSDPA 的 HS-SCCH、R99 的 PDCCH 和 HSUPA 的 E-AGCH/E-RGCH

  • 即使 PDCCH 具有很多功能,但并非所有功能都同时使用,因此 PDCCH 配置应灵活设置

  • 如果您对该通道中的详细信息映射感兴趣,请参阅 36.211 中的 6.8.1。简要说明如下:

物理下行链路控制信道承载调度分配和其他控制信息。物理控制信道是在一个或几个连续的控制信道元素(CCE)的聚合上发送的,其中控制信道元素对应于 9 个资源元素组。未分配给 PCFICH 或 PHICH 的资源元素组的数量为 REG N。系统中可用的 CCE 从 0 和 N_CCE-1 编号,其中 N_CCE = floor(N_REG/9)。

PHICH

Physical Hybrid ARQ Indicator Channel,物理 HARQ 指示信道

  • 对收到的 PUSCH 进行 H-ARQ 反馈

  • UE 在 UL 中传输数据后,等待 PHICH 进行 ACK

  • 类似于 HSPA 中的 E-HICH

  • 某些情况下,几个 PHICH 使用相同的资源元素构成 PHICH 组

  • 详细信息参见 Physical Layer : PHICHMatlab Toolbox : PHICH 页面

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel,物理下行共享信道

  • 携带用户特定的数据(DL 有效负载)

  • 携带随机访问响应消息

  • 它使用带有 QPSK,16 QAM,64 QAM,256 QAM 调制方案的 AMC(此调制方案由 DCI 承载的 MCS 确定)

  • 详细信息参见 Physical Layer : PDSCHMatlab Toolbox : PDSCH 页面

PRACH

Physical Random Access Channel,物理随机接入信道

  • 携带随机访问前导码

  • 它在频域中占用 72 个子载波(6 RB)的带宽

  • 在该信道内是随机访问前导,该随机访问前同步码用 Zadoff-Chu 序列 生成

  • 详细信息参见 RACHMatlab Toolbox : PRACH 页面

P-SS

Primary Synchronization Signal,主同步信号

如何从基带捕获的 IQ 数据序列中找到 PSS 的确切位置?是定时同步中最重要的部分之一;也是理解 LTE 协议中非常棘手的部分之一,需要花费很长时间进行研究。

S-SS

Secondary Synchronization Signal,副同步信号

SSS 是用于无线电帧同步的特定物理层信号,它具有以下列出的特征:

  • 映射到 72 个活动子载波(6 个资源块),以 FDD 中的时隙 0(子帧 0)和时隙 10(子帧 5)的 DC 子载波为中心

  • 子帧 0 中的 SSS 序列与子帧 5 中的 SSS 序列互不相同

  • 由 62 个加扰序列(基于 m 序列)组成

  • 奇偶索引的资源元素的值由不同方程生成

  • 用于下行帧同步

  • 决定 物理小区 ID 的关键因素之一

  • 详细信息参见 Physical Layer : SSSMatlab Toolbox : SSS

RS

Reference Signal,参考信号

大多数信道(例如,PDSCH,PDCCH,PBCH 等)都用于承载特殊信息(比特序列),它们与更高层的信道相连,但是参考信号是仅存在于 PHY 层的特殊信号,不用于传递任何特定信息。参考信号的目的是为下行链路功率提供参考点。

当 UE 尝试计算 DL 功率(即,来自 eNode-B 的信号的功率)时,它将测量参考信号的功率并将其作为下行链路小区功率。

这些参考信号由每个时隙中的多个特定资源元素承载,并且资源元素的具体位置由天线配置确定。

RS - Cell Specific

在下图中,红色/蓝色/绿色/黄色是承载参考信号的部分,灰色标记的资源元素是为参考信号保留的部分,但未承载该特定天线的参考信号。(插图基于 36.211 的图 6.10.1.2-1: 下行链路参考信号的映射(正常循环前缀))

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小区特定参考信号

以下是 4 天线情况下物理信道配置和 RE(资源元素)映射的示例。测量结果来自 LTE 信号分析仪,它测量从 LTE 网络模拟器传出的 LTE 信号。它仅显示 20 Mhz 系统带宽中的一个 RB(RB0)(总共 100 个 RB),并且分别在 LTE 网络发送 MIB/SIB 和 UE 未连接时在天线端口 0、1、2、3 处捕获。你会注意到,每个天线的参考信号位置都不同。 由于此参考信号位置的差异,REG 分组可能由 PCFICH 的不同位置中略有不同。

https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE-PCS/ReferenceSignal_4Antenna_01.png
各天线小区特定参考信号

有两种不同类型的参考信号:小区特定参考信号和 UE 特定参考信号

小区特定参考信号(CRS):该参考信号在每个子帧处被发送,并且跨越整个工作带宽,通过天线端口 0、1、2、3 发送。

UE 特定参考信号:此参考信号在仅分配给特定 UE 的资源块中传输,并通过天线端口 5 传输。

特定于小区的参考信号的资源元素是否固定?

否,位置会根据物理小区 ID 进行更改,如下所述:

  • 参考信号的时域索引(l)= 固定(l = [0,4])

  • 参考信号的频域索引 k 根据 36.211 6.10.1.2 映射到资源元素中指定的物理小区 ID 而变化。

    主要规则是:$k = 6m + (v + v_{shift})mod 6$,其中 v_shift=物理小区 ID mod6。详细信息参阅 36.211 6.10.1.2

下行参考信号携带什么样的值?

该值是 36.211 6.10.1.1 序列生成中定义算法生成的伪随机序列。该序列的确定值之一是物理小区 ID,这意味着物理小区 ID 也影响参考信号的值。

CRS 是否以任何子帧类型(类型 1、2、3)传输?

对于帧结构类型 1,在所有下行链路子帧中发送 CRS。 对于帧结构类型 2,在所有下行链路子帧和 DwPTS 中发送 CRS 对于帧结构类型 3,CRS 在非空子帧中传输

RS - MBSFN

下图基于 36.211 的图 6.10.2.2-1:MBSFN 参考信号的映射(扩展循环前缀,Δf= 15 kHz)

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Reference Signal - MBSFN

RS - UE Specific

下图基于 36.211 的图 6.10.3.2-1:特定于 UE 的参考信号,天线端口 5(正常循环前缀)的映射

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Reference Signal - UE Specific - Antenna Port 5
https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE-PCS/ReferenceSignal_R7_10_03.png
Reference Signal - UE Specific - Antenna Port 5

RS - Positioning

下图基于 36.211 的图 6.10.4.2-1:定位参考信号的映射(正常循环前缀)

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Reference Signal - Positioning - Antenna Port 6

RS - CSI

下图基于 36.211 的图 6.10.5.2-1:CSI 参考信号的映射(CSI 配置 0,常规循环前缀)

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Reference Signal - CSI - Antenna Port 15,16,17,18,19,20,21,22

全帧快照

下图展示了上述提及的所有物理信道在整个框架上的整体图像:

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Full Frame

通信过程中的物理信道

下图显示了上行/下行数据传输的总体顺序:

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数据传输序列图

附加图

https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE-PCS/DL_Spectrogram_01.png
Spectrogram - LTE FDD DL - Radio Frame
https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE-PCS/DL_Spectrogram_02.png
Spectrogram - LTE FDD DL - PBCH
https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE-PCS/DL_Spectrogram_03.png
Spectrogram - LTE FDD DL - PSS/SSS
https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE-PCS/LTE_DL_Idle_RF_Profile.png
Spectrogram - LTE FDD DL - Each Symbol

另见

LTE 系列:物理信号

LTE 系列:物理信道

参考