LTE信道與隨機接入課件

LTE信道及隨機接入專題教學(xué)內(nèi)容LTE信道格式與映射UE開機流程UE隨機接入過程LTE物理信道LTE下行物理信道廣播信道：PBCH控制信道：PCFICH，PHICH，PDCCH業(yè)務(wù)信道：PDSCH多播信道：PMCHLTE上行物理信道控制信道：PUCCH業(yè)務(wù)信道：PUSCH隨機接入信道：PRACH下行物理信道廣播信道PBCH

(PhysicalBroadcastChannel)廣播信道分為MIB和SIB兩部分，MIB信息承載在PBCH信道上。SIB信息在PDSCH信道上承載。PBCH位于子幀0時隙1的前4個OFDM符號，頻域上占用中間的6個RB的72個子載波，調(diào)制方式QPSK。MIB信息主要內(nèi)容：系統(tǒng)帶寬指示，系統(tǒng)幀號，PHICH資源指示信息?？刂菩诺溃何锢韨鬏敻袷街甘拘诺繮CFICHPhysicalControlFormatIndicatorChannel(PCFICH)指示一個子幀內(nèi)PDCCH所占OFDM符號數(shù)(1、2、3或4)，調(diào)制方式QPSK。資源映射：映射到該子幀第一個OFDM符號的4個REG中擴展到整個帶寬，充分捕獲頻率分集增益。下行物理信道控制信道：物理HARQ指示信道PHICHPhysicalhybrid-ARQIndicatorChannel(PHICH)承載PUSCH信道的ACK/NACK應(yīng)答，調(diào)制方式BPSK不同PHICH信道映射到相同的RE構(gòu)成PHICH組：1PHICHgroup=8PHICHs(normalcp)1PHICHgroup=4PHICHs(extendcp)控制信道：下行物理控制信道PDCCHPhysicalDownlinkControlChannel(PDCCH)承載下行物理層控制信令：包括上/下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度信息和上行功率控制命令信息。根據(jù)PCFICH指示，映射在一個子幀的前N（N<=4）個OFDM符號。調(diào)制方式QPSK。下行物理信道業(yè)務(wù)信道:下行物理共享信道PDSCHPhysicalDownlinkSharedChannel(PDSCH)承載下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。調(diào)制方式QPSK,16QAM,64QAM。物理多播信道PMCHPhysicalMulticastChannel(PMCH)在支持MBMS業(yè)務(wù)時，用于承載多小區(qū)的廣播信息。調(diào)制方式QPSK,16QAM,64QAM。下行物理信道映射BCCHPCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCHDL-SCHMCHBCHPBCHPDSCHPMCH邏輯信道傳輸信道物理信道PDCCH上行物理信道控制信道：上行物理控制信道PUCCHPhysicalUplinkControlChannel（PUCCH）上行的控制信息（UCI）的周期上報，這些上行控制信息包括HARQ-ACK、SR、CQI、PMI、RI。不能與PUSCH同時傳輸，具有多種格式。PUCCH格式用途調(diào)制方式比特數(shù)1SRN/AN/A1aACK/NACKBPSK11bACK/NACKQPSK22CQIQPSK202aCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK212bCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK22上行物理信道業(yè)務(wù)信道：上行物理共享信道PUSCHPhysicalUplinkSharedChannel（PUSCH）承載上行數(shù)據(jù)，承載來自上層不同邏輯信道的傳輸內(nèi)容，包括：控制信息、用戶業(yè)務(wù)信息、廣播業(yè)務(wù)信息調(diào)制方式QPSK,16QAM,64QAM。為保證上行單載波特性，需要將數(shù)據(jù)映射到連續(xù)的資源。上行物理信道物理隨機接入信道PRACHPhysicalRandomAccessChannel（PRACH）用于UE隨機接入時發(fā)送preamble信息。PRACH在頻域占用6個RB。PRACH時域結(jié)構(gòu)：Preamble:CP+SequencePreamble之后需要預(yù)留保護間隔上行物理信道物理隨機接入信道PRACHPreamble使用Zadoff-Chu序列產(chǎn)生，根據(jù)時域結(jié)構(gòu)、頻域結(jié)構(gòu)以及序列長度的不同，可以將Preamble分為如下五種格式。上行物理信道物理隨機接入信道PRACHFormat0~3頻域資源位置子載波間隔1.25KHz，常規(guī)子載波間隔的1/121個PRACH信道包含864個子載波（6×12×12=864）長度為839的preamble序列被映射至中間的839個子載波上。上行物理信道物理隨機接入信道PRACHFormat4頻域資源位置子載波間隔7.5KHz，常規(guī)子載波間隔的1/21個PRACH信道包含144個子載波(6×12×2=144)長度為139的preamble序列被映射至中間的139個子載波上上行物理信道映射CCCHDCCHDTCHUL-SCHPRACHPUSCHRACHPUCCH邏輯信道傳輸信道物理信道LTE物理信號下行物理信號參考信號小區(qū)專屬參考信號（Cell-SpecificRS，CRS）MBSFN參考信號用戶專屬參考信號（UE-SpecificRS，DedicateRS，DRS）同步信號主同步信號PSS(PrimarySynchronizationsignal)輔同步信號SSS(SecondarySynchronizationsignal)上行物理信號解調(diào)參考信號(DemodulationRS,DMRS)探測參考信號(SoundingRS,SRS)下行物理信號下行參考信號作用下行信道質(zhì)量測量（信道探測）下行信道估計，用于UE側(cè)的相干檢測和解調(diào)下行同步。小區(qū)專用參考信號在不支持MBSFN的小區(qū)的所有下行子幀上傳輸若子幀已用于傳輸MBSFN，那么只有子幀的前兩個OFDM符號可以用于傳輸小區(qū)專用參考信號。小區(qū)專用參考信號能在天線端口0～3中的一個或幾個上傳輸。參考信號序列與小區(qū)ID，幀的位置，OFDM符號序號，CP等有關(guān)。下行物理信號小區(qū)專用參考信號參考信號映射初始位置與小區(qū)ID，RB序號，天線端口號，OFDM符號序號等有關(guān)。NormalCP，CellID=0時ExtendCP，CellID=0時下行物理信號MBSFN參考信號在分配給MBSFN傳輸?shù)淖訋蟼魉?，使用天線端口4。只支持擴展CP。ExtendedCPΔf=15kHzExtendedCPΔf=7.5kHz下行物理信號UE專用參考信號在普通子幀中發(fā)送，該信號以用戶為單位，高層指示是否發(fā)送了該信號并且是否用作終端下行數(shù)據(jù)解調(diào)。僅在承載該用戶數(shù)據(jù)的資源塊上傳輸，天線端口5發(fā)送。常規(guī)CP15kHz擴展CP15kHz下行同步信號LTE同步信號PSS(PrimarySynchronizationsignal)SSS(SecondarySynchronizationsignal)同步信號的作用小區(qū)ID（共504個），由組ID和組內(nèi)ID組成，分成168組，每組3個獲得小區(qū)ID:通過檢測PSS和SSS來獲得小區(qū)IDSSS:與小區(qū)ID組一一對應(yīng),范圍0-167PSS:與組內(nèi)ID號,范圍0-2小區(qū)ID:定時同步:在檢測PSS和SSS的過程中獲得5ms定時和10ms定時PSS:5ms定時同步SSS:10ms定時同步FDD/TDD系統(tǒng)識別，常規(guī)CP/擴展CP識別下行同步信號主同步信號序列的生成一個小區(qū)中的主同步信號在3個不同序列中選擇。3個序列和一個物理層小區(qū)id組下的3個物理層小區(qū)id有一一對應(yīng)的關(guān)系由頻域Zadoff-Chu序列產(chǎn)生。輔同步信號序列的生成兩個長度為31的二進制交錯級聯(lián)產(chǎn)生。二進制序列是由生成長31的M序列循環(huán)移位得到。級聯(lián)的序列由主同步信號給出的擾碼序列進行加擾。下行同步信號FS1，常規(guī)CPFS2，常規(guī)CP主同步信號在DwPTS域發(fā)送輔同步信號在子幀0的最后一個OFDM符號發(fā)送主同步信號僅僅在時隙0和時隙10中發(fā)送輔同步信號僅僅在時隙0和時隙10中發(fā)送上行物理信號解調(diào)參考信號（PUSCH用）用作求取信道估計矩陣使用Zad-offChu序列生成，產(chǎn)生之后直接映射到資源元上，不作任何編碼的處理。占用每一個Slot中的第4個SC-FDMA符號，其頻域?qū)挾扰cPUSCH占用的PRB一致，頻域上連續(xù)，不同用戶使用參考信號序列的不同循環(huán)移位值進行區(qū)分。PUCCH用解調(diào)參考信號用作求取信道估計矩陣，與PUSCH用解調(diào)參考信號基本一致常規(guī)CP上行物理信號探測參考信號(SoundingRS,SRS)獨立進行發(fā)射，用作上行信道質(zhì)量的估計與信道選擇，計算上行信道的CINR，用于上行信道調(diào)度。符號位置：位于配置SRS的上行子幀的最后一個SC-FDMA符號；對于UpPTS，其所有符號都可以用于傳輸SRS子幀位置（SRSsub-frameconfiguration）：UE通過廣播信息獲得哪一個子幀中存在SRS。配置了SRS的子幀的最后一個SC-FDMA符號預(yù)留給SRS，不能用于PUSCH的傳輸子幀偏移（Sub-frameoffset）：UE通過RRC信令獲得SRS所在的具體子幀位置持續(xù)時間（Duration）：UE通過RRC信令獲知其傳輸時間是一次性的還是無限期的周期（Period）：UE通過RRC信令獲知其在一個持續(xù)時間內(nèi)傳輸?shù)闹芷冢С?、5、10、20、40、80、160msFDD下行物理信道時頻示意圖TDD下行物理信道時頻示意圖教學(xué)內(nèi)容LTE信道格式與映射UE開機流程UE隨機接入過程下行同步上行初始同步：UE在隨機接入信道上發(fā)送preamble碼eNodeB根據(jù)preamble碼的到達位置，將調(diào)整信息反饋給UEUE根據(jù)該信息進行后續(xù)的發(fā)送時間調(diào)整上行同步保持：eNodeB可以根據(jù)上行信號估計接收時間生成上行時間控制命令字UE在子幀n接收到的時間控制命令字，UE在n+x子幀按照該值對發(fā)送時間提前量進行調(diào)整下行初始同步：初始下行同步是小區(qū)搜索過程。UE通過檢測小區(qū)的主要同步信號，以及輔助同步信號，實現(xiàn)與小區(qū)的時間同步下行同步保持：小區(qū)搜索成功后，UE周期性測量下行信號的到達時間點，并根據(jù)測量值調(diào)整下行同步，以保持與eNB之間的時間同步LTE物理層過程——同步接收數(shù)據(jù)小區(qū)搜索，獲得和小區(qū)的時頻同步正常通信過程中周期性地進行同步跟蹤和補償能否可以正常同步跟蹤是否是否和小區(qū)建立初始同步是否LTE物理層過程——同步手機開機過程手機開機過程PLMN選擇和小區(qū)選擇P-SCH、S-SCH和PBCH所處位置和系統(tǒng)帶寬無關(guān)，從而使UE可在系統(tǒng)帶寬未知情況下完成小區(qū)搜索。

手機開機過程PLMN選擇和小區(qū)選擇

PLMNSelection

Location

Registration

PLMNsavailable

PLMNselected

LocationRegistrationresponse

RegistrationAreachanges

IndicationtouserManualModeAutomaticmodeServicerequests

NASControl

Radiomeasurements

CellSelection

andReselection

手機開機過程PLMN選擇UE會根據(jù)自身能力在E-UTRAN頻段中掃描所有的載頻信道，以尋找可用的PLMN。UE將搜索最強小區(qū)，讀取其系統(tǒng)信息來確定這個小區(qū)所歸屬的PLMN。如果在最強小區(qū)上讀到了一個或多個PLMN，UE將把所找到的滿足一定質(zhì)量門限PLMN作為高質(zhì)量PLMN報給NAS；能獲取到PLMNID，但是不滿足質(zhì)量門限的PLMN將和測量值一起上報給NAS層。PLMN的選擇結(jié)果由NAS層給出。一旦選定了PLMN，就可以進行小區(qū)選擇過程了。

手機開機過程小區(qū)搜索目的檢測小區(qū)的物理層小區(qū)ID（PhysicalCell-ID）完成下行時間/頻率同步下行CP模式檢測：normal或extended模式檢測eNodeB所用的發(fā)射天線端口數(shù)讀取PBCH（即MIB）獲取SFN、下行系統(tǒng)帶寬和PHICH配置信息

手機開機過程小區(qū)選擇分為：初始小區(qū)選擇和存儲信息小區(qū)選擇InitialCellSelection無需E-UTRAN載頻對應(yīng)射頻信道的先驗知識，UE會根據(jù)能力掃描在E-UTRAN的頻帶內(nèi)掃描所有射頻信道，在每個載頻上UE需要搜索一個最好小區(qū)，一旦找到一個合適小區(qū)，就選擇這個小區(qū)。StoredInformationCellSelection需要根據(jù)UE通過以前的測量控制信元或者檢測到小區(qū)儲存起來的載頻信息,為指導(dǎo)進行小區(qū)選擇。如果找到合適小區(qū)，就選擇這個小區(qū)；否則還是要發(fā)起InitialCellSelection。

手機開機過程小區(qū)搜索過程

手機開機過程廣播消息讀取MIB（MasterInformationBlock），在PBCH中承載PBCH每10ms無線幀出現(xiàn)一次，位于Slot#1前4個OFDM符號中央6個RBUE首先需要讀取PBCH來獲取接收其它系統(tǒng)消息的必要信息（SFN、下行系統(tǒng)帶寬、PHICH配置）SIB（SystemInformationBlock）包含SIB1~SIB11，均映射到PDSCHSIB1，重復(fù)周期是80ms（位于SFNmod8=0邊界），每重復(fù)周期內(nèi)傳輸4次（位于SFNmod2=0無線幀）SIB1攜帶了其它SIB的調(diào)度信息（SI序號、窗長、周期），基于這些調(diào)度信息來讀取其它SIB每個SI包含一個或多個SIB，并可在SI窗內(nèi)重復(fù)發(fā)送UE通過HARQ重傳合并（不帶ACK/NACK反饋）提高系統(tǒng)消息接收性能

教學(xué)內(nèi)容LTE信道格式與映射UE開機流程UE隨機接入過程UE隨機接入過程隨機接入過程特點TDD/FDD共有；和小區(qū)大小無關(guān)的處理過程；分為競爭接入和非競爭接入；UE和eNB請求/應(yīng)答方式完成；隨機接入過程的目的請求初始接入；從空閑狀態(tài)向連接狀態(tài)轉(zhuǎn)換；支持eNodeB之間的切換過程；取得/恢復(fù)上行同步；向eNodeB請求UEID；向eNodeB發(fā)出上行發(fā)送的資源請求。UE隨機接入過程隨機接入過程觸發(fā)在RRC_IDLE狀態(tài)時，發(fā)起的初始接入；在RRC_CONNECTED狀態(tài)時，發(fā)起的連接重建立處理；小區(qū)切換過程中的隨機接入；在RRC_CONNECTED狀態(tài)時，下行數(shù)據(jù)到達發(fā)起的隨機接入；如上行失步在RRC_CONNECTED狀態(tài)時，上行數(shù)據(jù)到達發(fā)起的隨機接入；如上行失步或無SR使用的PUCCH資源（SR達到最大傳輸次數(shù)）UE隨機接入過程隨機接入過程分類基于競爭的接入:手機在廣播的前導(dǎo)集合中隨機選取一個前導(dǎo)碼使用PreambleGroupA/B當(dāng)兩個手機選取同一個前導(dǎo)碼時，競爭發(fā)生適用于所有的隨機接入場合基于非競爭的接入:手機所用的前導(dǎo)碼是由基站分配的隨機接入過程通過三步完成僅適用于場合3和4第四步用來解決沖突無須解決沖突UE隨機接入過程Preamble分類PreambleID個數(shù)：可配，最多64個（0~63）PreambleA:0~59;PreambleB:4~59;DedicatedPreamble（剩下的ID）。PRACH頻域位置：起始RBNumber由高層（L3）后臺配置。UE隨機接入過程基于競爭的隨機接入過程UE隨機接入過程MSG1：隨機接入前導(dǎo)發(fā)送根據(jù)MSG3消息塊大小和路損情況決定在PreambleGroupA/B中隨機選擇一個Preamble碼在PRACH信道上發(fā)送。根據(jù)eNodeB指示的根ZC序列號、循環(huán)移位配置、是否采用restrictedset（僅FDD）、以及前導(dǎo)序列號，進行ZC序列的選擇和循環(huán)移位的計算。根據(jù)eNodeB在廣播消息中指示的PRACH期望接收功率、前導(dǎo)格式和前導(dǎo)發(fā)送計數(shù)，進行PRACH開環(huán)發(fā)射功率計算和powerramping過程eNB：根據(jù)接收的前導(dǎo)測量手UE與基站距離；產(chǎn)生定時調(diào)整量UE隨機接入過程MSG2：隨機接入響應(yīng)（RAR）在PDSCH上發(fā)送位置由PDCCH指示，NoHARQ內(nèi)容被響應(yīng)的前導(dǎo)標(biāo)識；定時調(diào)整量；TemporaryC-RNTI；Msg3的資源分配；UE：發(fā)完前導(dǎo)后在一個時間窗內(nèi)等待RAresponse，如果在時間窗內(nèi)沒有等到屬于此UE的響應(yīng)，認為本次接入失敗，則退回第一步進行一次新的前導(dǎo)發(fā)送嘗試；否則，進入step3。UE隨機接入過程MSG3發(fā)送根據(jù)eNodeB