LTE物理层详解--- 基本介绍

前端之家收集整理的这篇文章主要介绍了LTE物理层详解--- 基本介绍前端之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。
1.机制的来源 ---- 哲学
    • 想出来的,协议或规定,特别是‘恰当(中庸的思想),极端就是毁灭. 就像TDD没有沿用3G的上下行随便配置的方法,但也不能只有一种配置,这样太死板,所以折中之后提取出了七种比较有意义的帧结构模型。
    • 具体问题具体分析。不能生搬硬套,要根据具体的情况订出具体的策略。后面介绍每种信道的时候就能看出来,每种信道的处理几乎都不一样,没有一种完全统一的方式。
    • 就像数学推论一样,当问一个为什么,不断问下去的时候?最后要不是规定或者设计思想;就要不是‘公理,定理’,根本没法证明。
    • 任何事情都没有完美的,有利有弊,只是看你有没有发现而已。
    • 配置出来的
    • 潜规则,这是一种规则但并没有显示表示(在代码中也有同样的。由于潜规则不容易发现而且难于理解,最好少用)

注:也许这些看起来比较空洞,但当你看完了后面的信道实现再反过来看的时候,就能很好的感觉这些思想的意义了。


2. 后面讨论的一些限制
  • 只涉及TDD-LTETDD比较复杂些,想清楚了它,FDD自然也好理解
  • 只涉及子载波是15kz的情况
  • 只讨论‘一个时隙有7symbol的情况’,也就是normal循环前缀(Normal cyclic prefix)的情况。不讨论Extended cyclic prefix的情况
  • 不讨论半静态调度,也许偶尔会涉及到
  • 不讨论MIMO的情况
  • 看的都是860的协议,分别是36211-860,36212-860,36213-860
    • 注:调制之后也产生符号,而一个资源块RB也是时域上也是有符号的概念。所以为了两者区别,‘调制符号’就是指‘调制之后也产生符号’;而正常的‘符号’就是指‘时域的符号’的概念。
3. LTE整体理解
3.1 生活交流就是LTE ----设计思想
让我们从生活的角度来简单理解下‘通讯’,自己想出来的,有些也可能不太准确,只是想表达一种意思。假设eNodebUE都是人,是一个enodeb同时和多个UE进行交流。
  • 加扰:由于enodeb和每个UE谈话的时候,都不想别人听得懂它们之间的谈话的内容。所以enodeb和每个UE谈话的时候,都用一种不同的语言,这也就相当于别的人虽然听到了,但是听不懂。相当于通讯中加扰。
  • 功控:由于enodeb和多个UE都在一个环境谈话。如果一个UE讲得太小,enodeb听不到,enodeb就会让那个UE说话声音大点;如果UE说话声音太大了,又吵着了enodeb和其他人谈话,所以太大了又会让那个UE说话小声点。就这样不停的根据环境变化说话声音的大小,这也就是‘通讯中的功控了’,当然enodeb肯定也会控制自己说话的音量的。
  • 编码率(CQI决定)enodebUE之间谈话,觉得UE说话太快了,听不清楚,就会跟UE说,你说话慢点;这样UE每一个分钟说的话也就少了,表达的意思就少了,当然这也是根据环境不断变化的;反过来也一样。这也就是通讯中‘编码率’,表达了选择到的那块资源(时间+频域)所能携带的,由CQIchannel quality indication)决定的。由于只能让听的人来决定说话是否快慢,所以:通讯中下行就是通过UE上报的CQI—channel quality indication决定下行编码率,因为UE是听者;上行enodeb自己来判断CQI—channel quality indication决定上行编码率,因为enodeb是听者。
  • ASN编码方式:就像人说话是否精练一样。同样的字数能传递的信息数是不一样的,像电报就要求比较精炼。无线侧的ASN编码就像人说话很干练;而有线侧TLVASN编码模式就相当于说话比较啰嗦。
  • 资源位置的选择(CQI决定)enodeb可以让UE站在不同的地方,看看它听enodeb说话的效果怎么样,或者让UE站在各个地方说‘事先订好大家都知道的话’。哪里enodeb听得最清楚,最后enodeb就说你就站在那里说话吧,那里说话听得最清楚。这也就是通讯中‘资源位置的选择’,就是通过‘不同资源上返回的CQI,去选择CQI最好的资源进行分配,当然这只是理想情况’。此时说话的内容都是事先订好的,这也就是通讯中的RS(参考信号的作用),RS还有个作用‘相干解调’,后面会介绍。
  • 资源数目的选择用说话不好做比喻。就用货物运送吧。UE说我有很多货要送。Enodeb说我就给你多拍几辆车来送货把。这就是资源数目的意思了。
  • 调度:一个enodeb和多个UE之间对话,每个人都有话要说,每个人可能要说好几件事,每件事重要程度也是不一样的(这也就是通讯中DRB的优先级),每件事说多少话也是不一样。而且有些UE的话重要,有些不太重要(这也就是UE的调度优先级)。但enodeb又忙不过来,它就去决定什么时候和某个UE对话,什么时候又听UE说话,分配多少时间给某个UE,分配多少车辆给UE送货(因为总的车辆数是一定的,也就是上下行带宽),最后调度就决定最后怎么去做。
  • 正交:想到一个比喻但不是太恰当。就像一盘有各种颜色的珠子混在一起,然后你用自己对应的颜色,就能从混在一起的珠子中选出你自己想要的颜色的珠子。颜色就相当于正交码;用想要的颜色去匹配的动作就是正交运算。


3.2 一些设计基本原则----设计思想
  • 为了防止小区间干扰,通常通用的会通过PCIphysical cell id)进行偏移计算或者‘参与加扰计算’来防止干扰;如果和时间(时隙0~19)的变化相关,还加上‘时间’参与加扰。
  • 为了防止小区内不同UE的干扰或者决定UE的资源分配位置,通过一个与无线侧UE相关的唯一标识--RNTI’进行加扰或者定位资源分配的位置。考虑到,如果资源分配的位置还有冲突,可能还会加入一个系统内相对的子帧号(0~9)或者时隙号(0~19)来解决这种资源冲突,让这种冲突再下一个时间点能得到解决,也就是资源分配的位置由RNTI和子帧号/时隙号共同决定。当然也会加上PCI来区分不同小区之间的不同UE
  • 为了‘离散化’数据,一般喜欢‘横放列取’的方法
  • 由于‘空口最大的一个缺陷就是资源少’,所以为了尽量节省资源,产生了很多潜规则,而且也有时会‘1bit2bit用,就是说不同的外部条件下,该1bit代表不同的意思’。这样虽然节省了资源,但这样的不利就是‘算法和限制条件太多了太烦了’。
  • 要是‘没有了TDD’,也许思路该清净/清晰很多了。看物理层协议,TDD由于上下行配置的多样性和不对称性,产生了非常多的额外的处理问题,特别是HARQ ACK/NACK的处理。



3.3 基准时间单位-----规定
Ts = 1/30,720,000 S
这个的意思就是说‘每1秒,每个天线端口都会发送出30 720 000个‘调制符号’出去’。


3.4 FDDTDD的帧结构-- 规定
3.4.1FDD帧的结构
FDD的配置,对称的(上下行不同的频点)

系统帧,子帧,时隙,符号(symbol)与时间单位的关系

T frame ( 307 200 * Ts=10ms)à 10* T subframe ( 30 720* Ts=1ms) à
2* T
slot(15 360* Ts = 0.5ms)à 7/6 symbol(2048*Ts = 66.7us) .

3.4.2 TDD帧的结构
3.4.2.1 思想

TDD
的几种配置,可以不对称

  • 思想(折中):就像TDD没有沿用3G的上下行随便配置的方法,但也不能只有一种配置,这样太死板,所以折中之后提取出了七种比较有意义的帧结构模型。
  • 参看:36211Table 4.2-2

  • 05这两个子帧都必须是下行,2必须是上行。
  • 05这两个子帧都必须是下行,2必须是上行。
  • 帧结构的配置可以改变,但不能改变得太快,不能每个系统帧都变一下
  • 为了防止小区间干扰,相邻小区的上下行配置最好一样
  • 特殊子帧只有下行转换到上行之间才有
  • 帧结构和特殊指针的DWPTS/GP/UPPTS的时长都是由系统信息通知手机
  • 使用那种时隙结构,是基于每个子帧都可以变化的。一般扩展的CP’就是给MBMS子帧用的。

  • 后面就能知道由于‘一个帧内的上下行子帧的数目不一样’这种不对称的配置,最后导致很多特殊的处理出来。也许现在还不太了解,看完后面的说明应该就了解了。
    • 3.4.2.2 配置
  • RRC::SystemInformationBlockType1 à TDD-Config à subframeAssignment

3.4.3 TDD特殊子帧的结构
  • RRC::SystemInformationBlockType1 àTDD-Config à specialSubframePatterns决定特殊子帧的配置。

3.4.3-1.jpg (62.58 KB)
2012-2-20 16:05

  • 注意上表的红色部分,对应到的符号symbol数,因为PDCCH要占用1~3normal)符合,所以‘也就会明白,后面提到的为什么特殊子帧配置为0,5的时候,为什么不能传输下行数据了,因为如果PDCCH3个符号就没有资源给PDSCH用了(设计的人也是以PDCCH占最大情况来考虑的,一刀切。没有根据PCFICH来判断,如果根据PCFICH来判断算法会复杂。两种方法各有利弊)’

3.4.4 问题
3.4.4.1 问题1 既然说GP是为了上下行转换提供空余时间减少干扰,那为什么说上行到下行转换得地方都没有GP呢?

因为下行到上行转换时,UE根本不知道和enodeb之间的距离,如果提前量太早了,UE发送上行数据而enodeb还在发送下行数据,就会发生干扰,所以需要GAP。当上行到下行的转换的时候,如果UE没有TA(时间提前量),它肯定是在PRACH上发送,premable占用的时间比较短,不会完全占满上行子帧,所以后面还是留了点时间,不会发送上下行冲突;而当UE已经有TA的时候,时间已经对齐了,即使发送有点误差也是落在了cyclic prefix(每个时域上symbol前面的空白)里面了,所以不会发生上下行干扰。


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》也进一步推出:为什么PRACH的资源在时域上,为什么在特殊子帧上要以‘特殊子帧’的尾部进行对齐,而在正常的上行子帧上,要以‘正常上行子帧的’开头对齐了。因为特殊子帧后面肯定是上行子帧,所以要向后对齐;而正常的上行子帧后面可能是下行子帧,所以要向前对齐。

3.4.4.2 问题2:为什么要有扩展的CP
  • 覆盖范围大的小区,可以解决延迟长的问题
  • MBMS广播,对于多个小区同时广播一套节目给终端,必须考虑不同小区到终端的时间延迟不同,所以用扩展的长的CP比较好。




3.5一些基本概念--规定
3.5.1公式--拉斯变换

  • 变换的目的就是:让乘法变得很简单了。

3.5.2 资源块的描述--规定

  • 1 个资源块(RB = 12 subcarrier * 1 slot(正常7个符号)
  • 1 subcarrier = 15khz à 也就是说一秒钟的发射载波频率是15k
  • RE = (频域)15KZ * 1 symbol(时域),就是上面的一个‘最小的方框’。
  • REG = 4个频域挨着的但不一定连续的,时域上相同的RE的集合。

注意: CCE 只是一个逻辑上的概念,也就是说它物理上只是等于 9 REG, 并没有实际的对应关系。为了 PDCCH 盲检测用的。它和 REG 的顺序不一样,它的顺序是先时域,再频域的。


3.5.2.1 问题1:为什么CCE要先时域后频域?
因为这样可以获得时域分集(就是把一组完整的数据分在不连续的时间上发送),跟后面提到的交织一样,都是为了错误随机化。因为‘射频单元’会以(1/ Ts = 30 720 000 S)的频率‘按照先频域后时域发送‘调制符号’。

3.5.3 调度的单位--规定(个人觉得也是一种恰当不极端的思想
  • 时间上:一个TTI(1ms),即2个TS调度一次
  • 频域上:调度的最小资源单位却是由一个subframe中的两个资源块为最小调度单位(一个时隙一个RB,但这两个RB可能载频不一样),也就是所谓的时隙间跳频,跳即‘变化,不同的’意思。


3.5.3.1 问题 1 :为什么要不同时隙间的使用的载频可能不一样?

这样应该是为了获得良好的接收效果。如果在某个频点的信号不好,而1TTI内上下时隙的频点不一样,这样另外一个频点对应的信息还是能很好的解出来。


一个很特别的例子就是PUCCH资源回应HARQ ACK/NACK的时候:它对应的上下时隙的频点就不一样,但是它们传输的数据是有关联的,只要一个时隙能解出来就行了,所以某个频点的信号不好也不会受影响。具体我们后面谈到PUCCH的时候再解释。

3.5.4 符号和真实的BIT数据的对应关系
  • 我们可以简单的把符号理解成电磁波,接收端接收到的电磁波然后根据不同的相位可以认为代表不同的BIT.

记住:记住接收是指接收一个时间段的波形,而不是一个时间点的波形。

例如QPSK1个符号代表2bit的情况。

  • 参考362117.1。注意:64QAM有些手机是不支持的,所以要从UE的信息中获取是否支持,才能决定是否对该手机使用64QAMRRC::UE-EUTRA-Capability->
    ue-Category能查到


3.5.5 时域延迟等同于频率相位偏移如何理解

  • T1时间点应该发送波形,推迟到T2点发送,所以相对于接收端它不知道推迟,所以它还是在T1时间点进行接收,接收到的就是T2时间点的波形。所以相位不一样,就相当于偏移。

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