LTE下行物理信道處理過(guò)程

1、1.物理層的基本概念1.1 LTE系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)在空中接口上，LTE系統(tǒng)定義了無(wú)線偵來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，1個(gè)無(wú)線幀的長(zhǎng)度為10ms。LTE支持兩種幀結(jié)構(gòu)FDD和TDD。在FDD幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)長(zhǎng)度為10ms的無(wú)線幀由10個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀構(gòu)成，每個(gè)子幀由兩個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的時(shí)隙構(gòu)成?；緯r(shí)間單位在TDD幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)長(zhǎng)度為10ms的無(wú)線幀由2個(gè)長(zhǎng)度為5ms的半幀構(gòu)成，每個(gè)半幀由5個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀構(gòu)成，其中包括4個(gè)普通子幀和1個(gè)特殊子幀。普通子幀由兩個(gè)0.5ms的時(shí)隙組成，而特殊子幀由3個(gè)特殊時(shí)隙（DwPTS、GP和UpPTS）組成。1.2LTE下行時(shí)隙結(jié)構(gòu)和物理資源LTE系統(tǒng)中的物理資源均被分

2、配到物理資源網(wǎng)格中傳輸，也就是說(shuō)在每個(gè)slot中傳輸?shù)男盘?hào)由一個(gè)資源網(wǎng)格描述。一個(gè)資源網(wǎng)格是由 個(gè)下行物理資源塊（Physical Resource Block，記為RB）組成，而每個(gè)RB又由個(gè)資源元素（resource element，記為RE）構(gòu)成。一個(gè)RB在時(shí)域上包含個(gè)OFDM符號(hào),在頻域上包含個(gè)子載波。RE是資源網(wǎng)的基本單位，一個(gè)資源網(wǎng)包含 個(gè)資源元。在一個(gè)slot中資源元素由索引對(duì)（k,l）唯一定義，其中k=0, -1，l=0, -1分別為頻域和時(shí)域的索引。LTE下行資源網(wǎng)格圖具體如圖由圖可知，一個(gè)資源網(wǎng)格由頻域索引坐標(biāo)上個(gè)子載波和時(shí)域索引坐標(biāo)上個(gè)OFDM符號(hào)交錯(cuò)分割而成。其中，是R

3、B個(gè)數(shù)，它由下行傳輸帶寬決定，為每RB分配的子載波個(gè)數(shù)，1個(gè)RB在頻域上對(duì)應(yīng)12個(gè)子載波，子載波間隔為15kHZ， 180KHz=15 KHz x 12(normal CP)。和的個(gè)數(shù)由CP（Cyclic Prefix，CP）類(lèi)型和子載波間隔決定。物理資源塊參數(shù)與CP長(zhǎng)度關(guān)系如表所示子載波間隔OFDM符號(hào)數(shù)(一個(gè)時(shí)隙)RB占用子載波數(shù)RB對(duì)應(yīng)的RE數(shù)常規(guī)CP15KHz71284擴(kuò)展CP15KHz612727.5KHz324721.3 資源元素組物理資源元素組（Resource-element Groups，記為REG）是用來(lái)定義控制信道到資源元素的映射的。控制信息的映射，需要把物理資源首先定義

4、為資源組，然后再映射。對(duì)不同的天線口配置，不同的OFDM符號(hào)，資源組的定義略有不同：1、每個(gè)子幀的第零個(gè)時(shí)隙的第零個(gè)OFDM符號(hào)，一個(gè)物理RB包括兩個(gè)資源組，每組包括6個(gè)RE；2、每個(gè)子幀的第零個(gè)時(shí)隙的第一個(gè)OFDM符號(hào)，如果是非四天線的配置，一個(gè)物理 RB包括三個(gè)資源組，每組包括4個(gè)RE；3、每個(gè)子幀的第零個(gè)時(shí)隙的第一個(gè)OFDM符號(hào)，如果是四天線的配置，一個(gè)物理RB 包括兩個(gè)資源組，每組包括6個(gè)RE；4、每個(gè)子幀的第零個(gè)時(shí)隙的第二個(gè)OFDM符號(hào)，一個(gè)物理RB包括三個(gè)資源組，每組包括4個(gè)RE；5、每個(gè)子幀的第零個(gè)時(shí)隙的第三個(gè)OFDM符號(hào)，一個(gè)物理RB包括三個(gè)資源組，每組包括4個(gè)RE；1.4LT

5、E下行物理資源分配LTE下行鏈路主要包括如下幾種信道處理：物理下行業(yè)務(wù)信道（PDSCH）、物理多播信道（PMCH）、物理廣播信道（PBCH）、物理控制類(lèi)型指示信道（PCFICH）、物理HARQ指示信道（PHICH）、物理下行控制信道（PDCCH）以及主/輔同步信道（P/S-SCH）。可分為業(yè)務(wù)信道、控制信道、同步信道三類(lèi)，其中PDSCH是業(yè)務(wù)信道，P/S-SCH為同步信道，PMCH、PBCH、PCFICH、PHICH以及PDCCH統(tǒng)屬于控制信道。LTE下行發(fā)送的數(shù)據(jù)有：同步信號(hào)、公共導(dǎo)頻、廣播信息、控制格式指示信息、HARQ指示信息、控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。這些信息分別通過(guò)如下信道承載：P/S-S

6、CH、PBCH、PCFICH、PHICH、PDCCH以及PDSCH。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)； 占用中間的6個(gè)RB（72sc），在第2個(gè)slot的前4個(gè)symbol上傳遞（slot 1, symbol 03）。MIB消息的重復(fù)周期為40ms，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、PCFICH：Physica

7、l 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)REG。 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)subf

8、rame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。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)。5、PHICH：Physical HARQ Indicator Channel

9、（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個(gè)RE資源。6、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）。 7、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72s

10、c。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subframe 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。 8、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symbol 0&4 用來(lái)傳遞RS，symbol 0和4之間

11、有3個(gè)SC的間差，用于時(shí)頻域分集。2.LTE下行發(fā)射端基帶處理流程簡(jiǎn)介本節(jié)主要以PDCCH為例來(lái)介紹LTE下行eNodeB的發(fā)射處理流程。物理下行控制信道PDCCH承載調(diào)度以及其他控制信息，具體包含傳輸格式、資源分配、下行調(diào)度許可、功率控制等信息。PDCCH是LTE物理層最重要的控制信道，如果說(shuō)資源調(diào)度器是系統(tǒng)的“大腦”，那么PDCCH就相當(dāng)于通向各個(gè)“器官”的指令，確保下行/上行共享信道（PDSCH/PUSCH）對(duì)無(wú)線資源的動(dòng)態(tài)有效利用。這些“指令”就是下行控制信息（Downlink Control Information，DCI）。LTE定義了幾種DCI格式，分別為DCI0、DCI1、DC

12、I1A、DCI1C、DCI2、DCI3和DCI3A，不同的格式傳輸?shù)男畔⒉煌加玫腷its數(shù)目也不相同。這些DCI信息經(jīng)過(guò)CRC、速率匹配、調(diào)制等基帶處理后被映射到每個(gè)子幀的前n（n3）個(gè)OFDM符號(hào)中，n的具體取值由PCFICH信道中的CFI來(lái)指示。在一個(gè)子幀中，可以同時(shí)傳輸多個(gè)PDCCH，一個(gè)UE可以監(jiān)聽(tīng)一組PDCCH。每個(gè)PDCCH在一個(gè)或者多個(gè)控制信道單元(CCE)中發(fā)射，通過(guò)集成不同數(shù)目的CCE可以實(shí)現(xiàn)不同的PDCCH編碼碼率。PDCCH支持4種物理層格式，分別占用1、2、4、8個(gè)CCE。在發(fā)射端對(duì)DCI單獨(dú)進(jìn)行CRC校驗(yàn)、加擾、信道編碼和速率匹配，然后合并為一個(gè)PDCCH信道進(jìn)

13、行后續(xù)的小區(qū)加擾、調(diào)制、層映射預(yù)編碼以及資源映射處理，具體處理流程如圖。下面介紹一下DCI的處理流程的各模塊內(nèi)容。1、 CRC校驗(yàn)LTE下行只要求支持16位和32位的CRC校驗(yàn)比特計(jì)算和附加，標(biāo)準(zhǔn)TS36.212中規(guī)定LTE下行控制信道CRC碼的生成多項(xiàng)式為g(D)=D16+D12+D5+D1。2、信道編碼PDCCH采用的是咬尾卷積碼，咬尾卷積碼的約束長(zhǎng)度為7，編碼率為13。卷積碼的編碼器配置如圖所示。編碼器的移位寄存器的初始值應(yīng)當(dāng)沒(méi)置為輸入流的最后6位信息比特，這樣移位寄存器的初始和最終狀態(tài)保持一致。若用S0，S1，S2，S5表示編碼器的6個(gè)移位寄存器，則移位寄存器的初始值應(yīng)當(dāng)設(shè)置為：Si=

14、C(k一1一i)。3、 速率匹配速率匹配模塊結(jié)構(gòu)上包括3個(gè)對(duì)三路分別處理的交織器（Interleaver）子模塊、1個(gè)匯總的比特搜集（Bit Collection）子模塊和1個(gè)比特選擇和裁剪（Bit Selection and Pruning）子模塊，具體如圖所示：子塊交織時(shí)先生成一個(gè)32列矩陣，按照表的列交換圖樣進(jìn)行列交換。最后將3路經(jīng)過(guò)子塊交織后的數(shù)據(jù)通過(guò)比特搜集子模塊和比特選擇及刪減子模塊輸出所需長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。4、 PDCCH的復(fù)用和加擾PDCCH的復(fù)用就是將多個(gè)不同的DCI經(jīng)過(guò)CRC、速率匹配等處理后復(fù)合到一起，與加擾序列進(jìn)行加擾操作。5、 調(diào)制LTE系統(tǒng)可采用的調(diào)制方式有BPSK、QP

15、SK、16QAM以及64QAM，PDCCH的調(diào)制方式采用QPSK方式。6、 層映射與預(yù)編碼層映射與預(yù)編碼分為單天線發(fā)射、空間復(fù)用和發(fā)射分集三種運(yùn)行方式。將調(diào)制輸出的符號(hào)映射到不同的層上，然后進(jìn)行預(yù)編碼操作。為了滿足不同天線配置而進(jìn)行的MIMO操作。LTE的PDCCH的預(yù)編碼采用單天線發(fā)射和發(fā)射分集兩種方式。發(fā)射分集方式時(shí)的層映射，支持eNodeB側(cè)兩天線和四天線配置。7、 資源映射將預(yù)編碼的符號(hào)進(jìn)行列交織和循環(huán)移位后，按照資源分配結(jié)構(gòu)進(jìn)行映射。8、 OFDM調(diào)制PDCCH的OFDM調(diào)制主要是IFFT和加CP等處理。經(jīng)過(guò)八個(gè)模塊后，完成了控制信息的比特級(jí)處理到符號(hào)級(jí)處理的全過(guò)程，形成OFDM符號(hào)

16、，發(fā)射端就可以將信息發(fā)送給用戶。3.總結(jié)本文首先介紹了LTE物理層的基本概念：LTE的系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、LTE下行時(shí)隙結(jié)構(gòu)和物理資源、資源元素組以及物理資源分配。后面介紹了LTE下行發(fā)射端基帶處理流程，PDCCH基帶處理流程，分別對(duì)流程中的CRC校驗(yàn)?zāi)K、加擾模塊、信道編碼模塊、速率匹配模塊、調(diào)制模塊、層映射與預(yù)編碼模塊以及資源映射模塊進(jìn)行了研究。參考文獻(xiàn)：1 LTE/LTE-Advanced 關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)性能。2 LTE下行鏈路關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)。3 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Physical Channels and Modula