LTE物理层总结
目录
1、物理层综述 (4)
1.01. 3G标准向4G演进的路线： (4)
1.02. 什么是LONG TERM？ (4)
1.03. LONG TERM的需求指标 (4)
1.04 .与LONG TERM物理层相关的协议编号及内容 (5)
1.05 LONG TERM一共有几层？各自的功能是什么？ (5)
1.06. LONG TERM物理层是如何工作的？ (6)
1.07 . LONG TERM各层之间的接口是什么样的？ (11)
1.08 .物理层的作用 (11)
1.09. 与物理层相关的无线接口协议架构？ (12)
1.10 . 物理层功能 (12)
1.11.逻辑信道、传输信道和物理信道的区别、联系和功能 (13)
1.12. 逻辑信道、传输信道和物理信道分别有哪些？ (14)
1.13 传输信道是如何映射到物理信道的？ (15)
1.14 LONG TERM的网络结构 (16)
1.15 LONG TERM的关键技术 (16)
1.16 宏分集的取舍 (16)
1.17 什么是多址技术，都有哪些？ (17)
2、物理层相关参数： (17)
2.1. 帧结构 (19)
2.2 物理信道的划分及其传输信息 (20)
3、各种物理信道结构及简介 (21)
3.1上行共享信道PUSCH (21)
3.1.1概述： (21)
3.1.2 PUSCH系统结构 (21)
3.1.3 编码的方法和参数： (22)
3.1.4 基带处理过程 (24)
3.1.5 上变频和下变频 (25)
3.1.6 A/D和D/A (25)
3.2 物理上行控制信道PUCCH (25)
3.2.1 概述25
3.2.2 PUCCH结构图 (26)
3.2.3 PUCCH多格式综述 (26)
3.2.4PUCCH各模块方法和参数 (28)
3.3 物理随机接入信道PRACH (28)
3.3.1 概述28
3.3.3 PRACH参数配置 (30)
3.3.4 PRACH相关过程 (32)
3.4 下行共享信道PDSCH (33)
3.4.1 概述33
3.4.2 PDSCH系统结构 (34)
3.4.3 PDSCH各模块方法和参数 (35)
3.4.4 PDSCH相关过程 (36)
3.5 下行控制信道PDCCH (37)
3.5.1 概述37
3.5.2 PDCCH格式及CCE (37)
3.5.3PDCCH时频结构 (38)
3.5.4 PDCCH系统结构 (39)
3.6 物理广播信道PBCH (47)
3.6.1 概述47
3.6.2 PBCH的结构 (49)
3.6.3 PBCH各模块方法和参数 (50)
3.6.4 PBCH相关过程 (52)
3.7 物理多播信道PMCH (53)
3.7.1 功能53
3.7.2 PMCH结构图 (53)
3.7.3 PMCH各模块方法和参数 (53)
3.8 物理控制格式指示信道PCFICH (53)
3.8.1 PCFICH概述 (53)
3.8.2 时频结构 (54)
3.8.3 PCFICH体系结构 (56)
3.8.3 PCFICH各模块方法和参数 (57)
3.9 物理HARQ指示信道PHICH (58)
3.9.1 PHICH概述 (58)
3.9.2 PCFICH体系结构 (61)
3.9.3 PHICH各模块简介 (62)
3 .9.3 PHICH检测 (67)
4、各子功能模块介绍 (70)
4.1 信道编码 (70)
4.1.1 信道编码综述 (70)
4.1.2 TB添加CRC校验 (72)
4.1.3 码块分段及码块CRC校验添加 (73)
4.1.4 数据和控制信息的信道编码 (77)
4.1.5 速度匹配 (93)
4.1.6 码块级联 (97)
4.1.7 数据和控制信息复用 (98)
4.1.8 信道交织 (98)
4.2 加扰与解扰 (100)
4.2.1 加扰（scrambling）的概念 (100)
4.2.3伪随机序列的产生 (102)
4.3调制映射和逆映射 (104)
4.3.1 PUCCH信道的映射与逆映射 (105)
4.3.2 PHICH信道上的调制/解调处理： (107)
4.3.3 其他上下行信道的调制/解调处理 (108)
4.4 传输预编码Transform precoding（DFT） (109)
4.5 层映射 (109)
4.6 预编码 (112)
4.7 RE映射物理资源映射 (114)
4.7.1RE映射综述 (114)
4.7.2参考信号总述 (127)
4.7.3 数据的RE映射 (141)
4.7.4 同步信号总述： (156)
4.7.5 举例和补充 (157)
4.8 IFFT和FFT (160)
4.9加循环前缀（CP）和去循环前缀（CP） (162)
4.11 自适应调制和编码（AMC） (163)
4.11.1 自适应技术简介： (163)
4.11.2 CQI/PMI/RI的测量 (164)
4.11.3 CQI/PMI/RI的上报 (172)
4.11.4 实现方案： (182)
4.11.5 AMC附录 (185)
4.12 同步 (192)
4.13 信道估计 (196)
4.13.1 信道估计简介 (196)
4.13.2 基于各类型参考信号的信道估计算法 (207)
4.13.3 均衡 (242)
4.14 信号检测 (243)
4.14.1 概述 (243)
4.14.2 信号检测过程描述 (246)
4.14.3 LONG TERM中采取的信号处理技术 (246)
4.14.4 LONG TERM中的具体检测过程 (247)
4.14.5 问题 (250)
4.15 HARQ混合自动重传 (251)
4.15.1下行链路HARQ过程 (251)
4.15.2 上行链路HARQ过程 (264)
4.15.3 在3GPP LONG TERM中讨论的ARQ/HARQ交互协作包含下面三种方式： (265)
4.16 功率控制 (266)
4.16.1上行功率控制 (266)
4.16.2下行功率控制 (272)
4.17 随机接入 (275)
4.17.1 随机接入分类及作用 (275)
4.17.2随机接入方案简介 (275)
4.19 A/D和D/A (283)
4.20 跳频技术 (283)
1、物理层综述
1.01. 3G标准向4G演进的路线：
TD-SCDMA：TD-SCDMA → T D-HSDPA → TD-HSUPA → TD-HSPA+
→LONG TERM TDD
WCDMA：GSM → GPRS → EDGE → WCDMA → HSDPA → HSUPA →
HSPA+ → LONG TERM FDD
CDMA2000：CDMA → CDMA1X → CDMA2000 EV-DO Rev.0 → Rev.A
→LONG TERM FDD
WIMAX:
1.02. 什么是LONG TERM？
LONG TERM项目是第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership
Project,3Gpp）对通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）技术的长期演进(Long Term Evolution,LONG TERM)，始于2004年3GPP的多伦多会议。LONG TERM
并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G
的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作
为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行
326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高
小区容量和降低系统延迟。
1.03. LONG TERM的需求指标
主要需求指标包括：
●支持1.25MHz-20MHz带宽；
●峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps。频谱效率达到3GPP R6的2-4倍；
●提高小区边缘的比特率；
●用户面延时：零负载（单用户、单数据流）、小ＩＰ分组条件下单向时延小于
5ms；
●控制面延时：从驻留状态转换到激活状态的延迟小于1OOms；
●每个小区在5MHz带宽下最少支持200个用户；
●用户吞吐量：下行每MHz平均用户吞吐量为R6HSDPA的３～４倍，上行每MHz平均用户吞吐量为R6HSDPA的２～３倍
●支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作；
●支持增强型的广播多播业务；
●降低建网成本，实现从R6的低成本演进；
●实现合理的终端复杂度、成本和耗电；
●支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网；
●追求后向兼容，但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡；
●取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP；
●对低速移动优化系统，同时支持高速移动；
●以尽可能相似的技术同时支持成对（paired）和非成对（unpaired）频段；
●尽可能支持简单的临频共存。
●无线资源管理：增强的端到端QoS，有效支持高层传输，支持不同的无线接入技术之间的
负载均衡和策略管理
●尽可能减少选项，避免多余的必选特性
1.04 .与LONG TERM物理层相关的协议编号及内容
TS36．201――ＬＴＥ物理层――总体描述
TS 36．211――物理信道、参考信号、帧结构
TS 36．212――信道编码、交织、速率匹配、复用
TS 36．213――随机接入等物理层的工作过程
TS 36．214――物理层的测量技术
TS 36．302――物理层向高层提供的数据传输服务
1.05 LONG TERM一共有几层？各自的功能是什么？
LONG TERM分为横向三层：物理层、数据链路层、网络高层；纵向两个平面：用户业务平面和控制平面。
物理层给高层提供数据传输服务
●传输信道的错误检测并向高层提供指示；
●传输信道的前向纠错（FEC）编解码；
●混合自动重传请求（HARQ）软合并；
●编码的传输信道与物理信道之间的速度匹配；
●编码的传输信道与物理信道之间的映射；
●物理信道的功率加权；
●物理信道的调制和解调；
●频率和时间同步；
●射频特性测量并向高层提供指示；
●多输入多输出（MIMO）天线处理；
●传输分集；
●波束形成；
●射频处理；
数链层分为MAC子层,RLC子层，和两个依赖于服务的子层：PDCP协议层，BMC协议层。现阶段各个子层均只有功能性描述，没有具体的协议,只有功能性框架。
MAC层功能(网络侧每Cell一个MAC实体)
?逻辑信道和传输信道的映射，复用和解复用
?数据量测量
?HARQ功能
?UE内的优先级调度和UE间的优先级调度
?TF选择
?Padding (FFS)
?RLC PDU的按序提交(FFS)
RLC层功能
?支持AM、UM、TM数据传输(FFS)
?ARQ
?数据切分(重切分)和重组(级联FFS)
?SDU的按序投递
?数据的重复检测
?协议错误检测和恢复(Reset FFS)
?aGW和eNB间的流控(FFS)
?SDU丢弃(FFS)
PDCP层功能—位于UPE
?头压缩，只支持ROHC算法
?用户面数据加密(FFS)
?下层RLC按序投递时，PDCP的重排缓冲(FFS，主要用于跨eNB切换) 网络高层即RRC层，RRC层功能
?系统消息广播和寻呼
?建立、管理、释放RRC连接
?RRC信令的加密和完整性保护(FFS)
?RB管理
?移动性管理
?广播/多播服务支持(FFS)
?NAS直传信令传递(FFS)
1.06. LONG TERM物理层是如何工作的？
从通俗的通信角度理解LONG TERM中UE和eNB之间的通信流程：
Cell search
ENB一直处于开机状态，UE无论开机还是mobility，都通过小区搜索（cell search）实现时、频同步，同时获得cell PHY ID。然后读PBCH，得到系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置等系统消息。
TS36.300-860 p23
基于竞争的随机接入
TS36.213 section 6 p15
TS36.300 10.1.5 p49
1. Send preamble sequence 发送序列序言
physical non-synchronization random access procedure 物理非同步随机存取程序
physical channel: PRACH 物理随机接入信道PRACH
message: preamble sequence 序言序列
UE在PRACH上给ENB发送preamble序列
2. ENB给UE回复响应消息
Address to RA-RNTI on PDCCH 报告中的RA - RNTI的PDCCH
Random access response grant 随机存取响应批
Physical channel: PDSCH
ENB向UE传输的信息至少包括以下内容：RA-preamble（序）identifier（,标识
符）, Timing Alignment information（时序调整的信息，）, initial UL grant and assignment of Temporary C-RNTI 。
理解：RA-preamble identifier指UE 发送的preamble的标志符，应该和index有关，不可能既在PDCCH上传输，又在PDSCH上传输，所以RA-RNTI应该不是preamble的index。
Timing Alignment information是时间提前量信息，因为空间的无线传输存在延迟，ENB计算出这个延迟量并告诉UE，以确定下一次发送数据的实际时间。
UL-grant: 授权UE在上行链路上传输信息，有这个信息UE才能进行下一步的RRC连接请求。其中会给出UL-SCH可以传输的transport block的大小，最小为80bits.
3. RRC连接请求（UE—> ENB）RRC connection request
在进行RRC连接请求以前先完成一些基本的配置：
> apply the default physical channel configuration 适用于默认的物理信道配置
> apply the default semi-persistent scheduling configuration 适用于默认的半持久调度配置
> apply the default MAC main configuration适用于默认的主配置的MAC
> apply the CCCH configuration 应用CCCH配置
> apply the timeAlignmentTimerCommon included in SystemInformationBlockType2; > start timer T300;
> initiate transmission of the RRCConnectionRequest message in accordance with
RRC layer产生RRC connection request并通过CCCH传输
CCCH -> UL-SCH -> PDSCH
获取UE-identity，要么由上层提供(S-TMSI), 要么是random value。如果UE 向当前小区的TA（跟踪区）注册了上层就可以提供S-TMSI
把estabilshmentclause设置的与上层一致
4. RRC连接应答（ENB—>UE）RRC connection setup
UE接收ENB发送的radioResourceConfiguration等信息，建立相关的连接，进入RRC connetction状态。
Action about physical layer:
Addressed to the Temporary C-RNTI on PDCCH
如果UE检测到RA success,但是还没有C-RNTI，就把temporary C-RNTI升为C-RNTI，否则丢弃。如果UE检测到RA success,而且已经有C-RNTI，继续使用原来的C-RNTI。
5. RRC connection setup complete（UE—> ENB）
RRC连接建立完成，UE向ENB表示接收到了连接的应答信息，应该是为了保证连接的可靠性的。
如果UE未成功接收到RRC connection setup消息，ENB应该会重发。不然RRC connection setup complete就没有存在必要。
之后便进入正常的数据传输过程。
上行调度过程：
1. UE向ENB请求上行资源
Physical channel: PUCCH
Message: SR (schedule request) 程要求
SR发送的周期以及在子桢中的位置由上层的配置决定。
UE需要告诉ENB自己要传输的数据量，同时SR中UE必须告诉ENB自己的identity (C-RNTI)
理解：根据上层的配置UE按照一定的周期在PUCCH的固定位置传输SR，而ENB对SR 的发送者的识别是通过UE和ENB事先约定好的伪随机序列来实现的？？当UE有发送数据的需求是，就把相应得SR置1，没有资源请求时SR为空。SR只负责告诉ENB是否有资源需求，而具体需要多少资源则由上层的信令交互告诉ENB。
在TS36.213中指定：Scheduling request (SR) using PUCCH format 1，不需要进行编码调制，用presence/absence携带信息。
2. 上行信道质量测量
Physical signal: sounding reference signal 物理信号：探空参考信号
Physical channel: PUCCH
ENB给UE分配上行资源之前首先必须要知道上行信道的质量，如果UE的上行信道质量较好且有传输数据的需求，ENB才会给UE分配资源
sounding reference signal应该对UE和ENB都是已知的，ENB根据从UE接收到的sounding reference signal 和自己已知的信号的对比就可以知道当前上行信道的质量了。当然，如果信道质量的变换很快，再加上空间信号传输的延迟估计的误差，由sounding reference signal 测量出的信道质量可能会变得不准确。所以UE需要每过一段时间就发送sounding reference signal给ENB，以尽可能准确地得到当前信道的质量。
3. ENB分配资源并通知UE
Physical channel: PDCCH
分配完资源后ENB还必须把分配的结果告诉UE，即UE可以在哪个时间哪个载波上传输数据，以及采用的调制编码方案。
E-UTRAN在每个TTI动态地给UE分配资源（PRBs & MCS）,并在PDCCH上传输相应的C-RNTI。
4. UE接收资源分配结果的通知并传输数据
Physical channel: PUSCH
UE首先接收ENB下发的资源分配通知，监视PDCCH以查找可能的上行传输资源分配，从common search space中获取公共信息，从UE specific search space中搜索关于自己的调度信息。根据搜索到的结果后就可以在PUSCH对应的PRB上传输数据信息。
注意：在上行链路中没有盲解码，当UE没有足够的数据填充分配的资源时，补0
5. ENB指示是否需要重传
Physical channel: PHICH
6. UE重传数据/发送新数据
同4
下行调度过程
1. 下行信道质量测量
ENB发送cell specific reference signal 给UE，UE估计CQI并上报给ENB。
CQI不仅告诉ENB信道的质量，还包含推荐的编码调制方式。
periodic CQI reporting channel: PUCCH 持续质量改进的报告渠道
aperiodic CQI reporting channel: PUSCH
接收到的DCI format 0的CQI request设置为1时，UE非周期上报CQI、PMI和RI
上层可以半静态地配置UE周期性地上报不同的CQI、PMI和RI
2. ENB分配下行资源
ENB根据下行信道的质量好坏自适应地分配下行资源（针对UE选择不同的载波和slot）下行链路中，E-UTRAN在每个TTI动态地给UE分配资源（PRBs & MCS）
3. ENB在下行信道传输数据
Physical channel: PDSCH
根据资源分配的结果在PDSCH上填充数据, 并在PDCCH上传输相应的C-RNTI。
4. UE接收数据并判断是否需要发送请求重传指示
Physical channel: PUCCH
Physical channel: PDSCH
UE根据检测PDCCH信道，解码对应的PDSCH信息。UE根据PDCCH告知的DCI format在common search spaces 中接收PDSCH 广播控制信息。此外，UE通过PDCCH UE specific search spaces接收PDSCH数据传输。
5. ENB重传数据/发送新数据
1.07 . LONG TERM各层之间的接口是什么样的？
MAC层接口
Mac层位于Physical Layer和RLC层之间，MAC层内部的配置是由RRC层完成的，
MAC层和Physical Layer之间的接口是Transport Channels，而MAC层和RLC层之间的接
口是Logical Channels。注意，MAC层是一个非对称协议，UL（上行链路）和DL（下行链
路）是不同的。
1.08 .物理层的作用
物理层给高层提供数据传输服务
●传输信道的错误检测并向高层提供指示；
●传输信道的前向纠错（FEC）编解码；
●混合自动重传请求（HARQ）软合并；
●编码的传输信道与物理信道之间的速度匹配；
●编码的传输信道与物理信道之间的映射；
●物理信道的功率加权；
●物理信道的调制和解调；
●频率和时间同步；
●射频特性测量并向高层提供指示；
●多输入多输出（MIMO）天线处理；
●传输分集；
●波束形成；
●射频处理；
1.09. 与物理层相关的无线接口协议架构？
Tra n s p o rt c h a n n e ls
C o n t r o l / M e a s u r e m e n t s
L a y e r 3
L o g ic a l c h a n n e ls
L a y e r 2
L a y e r 1
Mac 层位于Physical Layer 和RLC 层之间，MAC 层内部的配置是由RRC 层完成的，MAC 层和Physical Layer 之间的接口是Transport Channels ，而MAC 层和RLC 层之间的接口是Logical Channels 。注意，MAC 层是一个非对称协议，UL （上行链路）和DL （下行链路）是不同的。
Figure 1: Radio interface protocol architecture around the physical layer
The physical layer interfaces the Medium Access Control (MAC) sub-layer of Layer 2 and the Radio Resource Control (RRC) Layer of Layer 3. The circles between different layer/sub-layers indicate Service Access Points (SAPs). The physical layer offers a transport channel to MAC. The transport channel is characterized by how the information is transferred over the radio interface. MAC offers different logical channels to the Radio Link Control (RLC) sub-layer of Layer 2. A logical channel is characterized by the type of information transferred.
1.10 . 物理层功能
T r a n s p o r t c h a
C o n t r o l / M e a s u r
L a y e r
3L o g i c a l c h a n
L a y e r
2L a y e r
1
Figure 1: Radio interface protocol architecture around the physical layer
物理层给高层提供数据传输服务 ● 传输信道的错误检测并向高层提供指示； ● 传输信道的前向纠错（FEC ）编解码； ● 混合自动重传请求（HARQ ）软合并；
●
编码的传输信道与物理信道之间的速度匹配；
●编码的传输信道与物理信道之间的映射；
●物理信道的功率加权；
●物理信道的调制和解调；
●频率和时间同步；
●射频特性测量并向高层提供指示；
●多输入多输出（MIMO）天线处理；
●传输分集；
●波束形成；
●射频处理；
1.11.逻辑信道、传输信道和物理信道的区别、联系和功能
逻辑信道是MAC子层向上层提供的服务，表示承载的内容是什么(what)，，按信息内容划分，分为两大类：控制信道和业务信道。bbs.itgoal.co m! ^: q1 n' y"
E C
传输信道表示承载的内容怎么传,以什么格式传,分为两大类:专用传输信道和公用传输信道.
LONG TERM物理层协议根据传的内容和占用资源方式（频率和时间等）的不同定义
了不同的物理信道，即按照将传输信道的不同的数据流按不同处理方式进行相关处理和数据的传输。
其实信道、链路等等都是人为的概念，是对一系列数据流或调制后的信号的分类名称，其名称是以信号的功用来确定的。
逻辑信道定义传送信息的类型，这些信息可能是独立成块的数据流，也可能是夹杂在一起但是有确定起始位的数据流，这些数据流是包括所有用户的数据。
传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流，这些数据流仍然包括所有用户的数据。
物理信道则是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去；不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用。
链路则是特定的信源与特定的用户之间所有信息传送中的状态与内容的名称，比如说某用户与基站之间上行链路代表二者之间信息数据的内容以及经历的一起操作过程。链路包括上行、下行等。
简单来讲，
逻辑信道＝｛所有用户（包括基站，终端）的纯数据集合｝
传输信道＝｛定义传输特征参数并进行特定处理后的所有用户的数据集合｝
物理信道＝｛定义物理媒介中传送特征参数的各个用户的数据的总称｝
打个比方，某人写信给朋友，
逻辑信道＝信的内容
传输信道＝平信、挂号信、航空快件等等
物理信道＝写上地址，贴好邮票后的信件
1.1
2. 逻辑信道、传输信道和物理信道分别有哪些？
8逻辑信道：MAC通过逻辑信道为上层提供数据传送服务。
逻辑信道通常可以分为两类：控制信道和业务信道。控制信道用于传输控制平面信息，而业务信道用于传输用户平面信息。
其中，控制信道包括：
广播控制信道(BCCH)：广播系统控制信息的下行链路信道。
寻呼控制信道(PCCH)：传输寻呼信息的下行链路信道。
专用控制信道（DCCH）：传输专用控制信息的点对点双向信道，该信道在UE有RRC连接时建立。
公共控制信道（CCCH）：在RRC连接建立前在网络和UE之间发送控制信息的双向信道。（是双向吗？下行也这样使用？）(我个人认为是双向的见MAC层结构)
多播控制信道MCCH: 从网络到UE的MBMS调度和控制信息传输使用点到多点下行信道。
业务信道包括：
专用业务信道（DTCH）：专用业务信道是为传输用户信息的，专用于一个UE的点对点信道。该信道在上行链路和下行链路都存在。
多播业务信道（MTCH）：点到多点下行链路。
传输信道：物理层通过传输信道为上层提供数据传送服务。
物理层支持的传输信道：
下行共享信道DL-SCH: 支持HARQ,AMC,可以广播,可以波束赋形,可以动态或半静态资源分配,支持DTX,支持MBMS(FFS)
寻呼信道PCH: 支持DRX(UE省电),广播
广播信道BCH
多播信道MCH: 广播,支持SFN合并,支持半静态资源分配(如分配长CP帧)
控制格式指示CFI
HARQ指示HI
下行控制信息DCI
上行共享信道UL-SCH: 支持HARQ,AMC,可以波束赋形(可能不需要标准化),可
以动态或半静态资源分配
随机接入信道RACH: 有限信息,存在竞争
上行控制信息UCI
根据传的内容和占用资源方式（频率和时间等）的不同LONG TERM物理层协议定义
了不同的物理信道。各物理信道传输的内容和调制方式各不相同。
下行物理信道有：
PDSCH：下行物理共享信道，承载下行数据传输和寻呼信息。
●PBCH：物理广播信道，传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽
天线数目、小区ID等
●PMCH：物理多播信道，传递MBMS（单频网多播和广播）相关的数据
●PCFICH：物理控制格式指示信道，表示一个子帧中用于PDCCH的OFDM
符号数目
●PHICH：物理HARQ指示信道，用于NodB向UE 反馈和PUSCH相关的
ACK/NACK信息。
●PDCCH：下行物理控制信道，用于指示和PUSCH，PDSCH相关的
格式，资源分配，HARQ信息，位于子帧的前n个OFDM符号,n<=3.
上行物理信道有：
●PUSCH：物理上行共享信道
●PRACH：物理随机接入信道，获取小区接入的必要信息进行时间同步和小区
搜索等
●PUCCH ：物理上行控制信道,UE用于发送ACK/NAK，CQI，SR，RI信息。
1.13 传输信道是如何映射到物理信道的？
物理层有6个下行物理信道，3个上行物理信道。传输信道和物理信道的映射关系如下表：
下行物理层信道与传输信道的映射关系如下表:
传输信道物理信道
下行共享信道DL-SCH 物理下行共享信道PDSCH
寻呼信道PCH 物理下行共享信道PDSCH
广播信道BCH 物理广播信道PBCH
多播信道MCH 物理多播信道PMCH
控制信息物理信道
控制格式指示CFI 物理控制格式指示信道
PCFICH
HARQ指示HI 物理HARQ指示信道PHICH
下行控制信息DCI 物理下行控制信息信道
PDCCH
上行物理信道有：
●PUSCH：物理上行共享信道
●PRACH：物理随机接入信道，获取小区接入的必要信息进行时间同步和小区
搜索等
●PUCCH ：物理上行控制信道,UE用于发送ACK/NACK，CQI，SR，RI信息。
传信道信道/ 控制信息物理信道
上行共享信道UL-SCH 物理上行共享信道PUSCH
随机接入信道物理随机接入信道PRACH
上行控制信息UCI PUCCH、PUSCH
1.14 LONG TERM的网络结构
LONG TERM采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP 接入网相比，LONG TERM减少了RNC节点。名义上LONG TERM是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。
3GPP初步确定LONG TERM的架构如图所示，也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)。接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关(aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC 的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。eNode B和eNode B之间将采用网格(Mesh)方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改
aGW功能
?发起寻呼
?LONG TERM_IDLE态UE信息管理
?移动性管理
?用户面加密处理
?PDCP
?SAE Bearer控制
?NAS信令的加密和完整性保护
1.15 LONG TERM的关键技术
1.16 宏分集的取舍
宏分集包括上行和下行宏分集。LONG TERM上下行都不用宏分集。
1.17 什么是多址技术，都有哪些？
在移动通信系统中，由于许多移动台要同时通过一个基站和其它移动台进行通信，因此必须对不同的移动台和基站发出的信号赋予不同的特征，以使基站能从众多的移动台信号中分辨出是哪个移动台发出的信号，同时各个移动台也能识别出基站发出的多个信号中哪一个是属于自己的，解决该问题的办法称为多址方式。多址方式的基础是信号特征上的差异。有了差异才能进行识别，能识别了才能进行选择。一般情况下，信号的这种差异可以体现在某些参数上，如信号的工作频率、信号的出现时间以及信号所具有的特定波形等。因此就产生了以下几种多址方式：
FDMA（频分多址）－不同用户分配在时隙（出现时间）相同、工作频率不同
的信道上；
TDMA（时分多址）－不同用户分配在时隙不同、频率相同的信道上；
CDMA（码分多址）－各个用户分配在时隙和频率均相同的信道上，以伪随机正交码（PN 码）序列来区分各用户。
对于移动通信网络而言，由于用户数和通信业务量激增，一个突出的问题是在频率资源有限的条件下，如何提高通信系统的容量。由于多址方式直接影响到移动通信系统的容量，所以采用何种多址方式，更有利于提高这种通信系统的容量，一直是人们非常关心的问题，也是当前研究和开发移动通信的热门课题。经过多年的理论和实践证明，三种多址方式中：FDMA 方式用户容量最小，TDMA 方式次之，而CDMA 方式容量最大。
CDMA 直译为码分多址，是在数字通信技术的分支扩频通信的基础上发展起来的一种技术。所谓扩频，简单地说就是把频谱扩展。
CDMA 对每个用户信号实现带宽扩展。CDMA 技术的最早应用是在军事通信领域，而对其在移动通信中应用的重视，始于80 年代末期。理论表明CDMA系统扩频信号的强抗扰特性，可用来提高系统容量。此外功率控制、话音激活、无线分区、纠错编码也可用在CDMA 系统中以增加系统容量，其容量将比现有的FDMA 方式大20 倍，比TDMA 方式大4 倍，进而为CDMA 技术在移动通信领域开辟了广阔的应用前景。1993 年7 月16 日美国电信工业协会正式通过了美国QUALCOMM 公司提议，制定了世界上第一个CDMA 蜂窝通信系统标准（IS-95）。随后，又陆续指定了IS-95B，随着3GPP2 的成立，推出了CDMA2000 1X ，以及EV DO/DV 等标准。3G 的另外两种制式WCDMA/TD-SCDMA 的空口主要方式也采取了CDMA 的原理。
扩频技术的起源要追溯到二战时期，这种思想的初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。我们知道，由于窄带通讯采用的带宽只有几十kHz，只需要使用一个具有相同发射频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因为无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。CDMA 这种新颖的想法就是通过特殊的码型处理，把信号能量扩散到一个很宽的频带上，湮没在噪声里，在接收端只有通过相同的码型才能把信号恢复出来（整个过程就像加密、解密一样），我们称之为直接序列扩频。由于信号湮没在噪声里，故很难敌方侦测到。因此，这种技术在军事领域中有着广泛应用。
2、物理层相关参数：
●基本传输和多址技术：上行单载波频分多址SC-FDMA，下行OFDMA ●双工方式：TDD，FDD，（全双工和半双工FDD）
●帧结构：无线帧长10ms，分10个子帧，长1ms，每个子帧分为两个时隙（TDD
方式中包含3个特殊时隙，共1ms）。
●子载波间隔：15KHz或7.5KHz
●取决于频谱效率和抗频偏能力的折中，主要考虑多普勒频移。
● %%%在单播系统中采用15kHZ 的子载波间隔，相应的符号长度为66.75us(不
包括CP)，在载波MBMS （Dedicated Carrier MBMS ，ＤＣ－ＭＢＭＳ）中，由于是低速移动，故为７.５kHz 的子载波，相应符号长度为１３３.３３ｕｓ（不包括ＣＰ），一个１ｍｓ子帧包含六个ＯＦＤＭ符号。
● 资源分配方式：基本资源块RB 大小为12个宽度15KHz 或24个宽度为
7.5KHz 为子载波，180KHz ，下行支持集中和分散分配，上行只支持集中分配。
Table 6.2.3-1: Physical resource blocks parameters.
Configuration
RB
sc
N
DL sy m b
N
Normal cyclic prefix
kHz 15=?f 12 7 Extended cyclic
prefix
kHz 15=?f 6 kHz 5.7=?f 24
3
●
● 子帧和时隙结构： 每个时隙0.5ms ，包含7或6（长CP ）个OFDM 符号或 SC-FDMA 块。 ● CP 长度：（１）常规小区的单播系统采用 CP 4.6875us 和６６.６７ｕｓ的符 号，在一个子帧的７个符号中， 前６个符号的ＣＰ均为4.6875us ， 最后一个符号的ＣＰ为５.２０８ｕｓ；
（２）大小区的单播系统或单播／ＭＢＭＳ混合载波的E-MBMS
系统采用扩展CP 16.67us 和符号６６.７５ｕｓ；
（３）ＤＣ－／ＭＢ ＭＳ系统采用３３.３３ＣＰ和１３３.３３
ｕｓ的符号。
● CP 的长度是由所要求的系统容量、信道相关时间和FFT 复杂度（限制OFDM 符号周
期）共同决定的。
CP length is signaled by higher layers
● 调制方式及AMC ： 下行 BPSK QPSK 16QAM 64QAM,
上行 QPSK,16QAM,64QAM
● 信道编码：Turbo 、卷积码
● 多天线技术：下行 预编码SU-MIMO 、预编码MU-MIMO 、波束赋形、发射
分集
上行 MU-MIMO 、天线选择 ● 频域调度： 以每个子帧为单位的动态调度 ● HARQ ： 上行同步HARQ,下行自适应HARQ
● 功率控制： 上行慢功率控制，下行半静态功率分配 ● 同步：小区间同步或异步
● 小区间干扰抑制： 加扰、小区间干扰协调 ● 切换：快速硬切换
上行峰值速率50Mbit/s 下行峰值速率100 Mbit/s
上述指标需要在UE 配置两个接受天线和一个发射天线的情况下满足。 注：对于上下行共享一段频谱的E-UTRA 系统（如TDD 系统），不需要同时在上行和下行实现上述峰值速率要求。
2.1. 帧结构
LONG TERM 支持两种基本的工作模式，即频分双工（FDD ）和时分双工（TDD ）；支持两种不同的无线帧结构，即Type1和Type2帧结构，帧长均为10ms 。前者适用于FDD 工作模式，后者适用于TDD 。
每个无线帧的长度为10ms,由20个时隙构成，每个时隙的长度为ms 5.0T 15360s slot =?=T ，其编号为0—19。一个子帧定义为两个相邻的时隙，其中第i 个子帧由第i 2个和第12+i 个时隙构成。
Type1的帧结构图如下：
Figure 4.1-1: Frame structure type 1
对于FDD ，在每个10ms 中可以有10个子帧用于下行传输，并且由10个子帧用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。
TDD 工作模式， TDD 用时间来分离接收和发送信道。在TDD 方式的移动通信系统中, 接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载, 其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。Type2帧结构如图：
GP
S
DwPTS
GP
S
DwPTS
Figure 4.2-1: Frame structure type 2 (for 5 ms switch-point periodicity).
TDD 模式下，每个10ms 无线帧包括2个长度为5ms 的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成，如图2所示。特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS ，GP 和UpPTS ，总长度为1ms 。下行导频时隙保护间隔DwPTS 用于下行传输，同步符号，UpPTS 也用于传输上行同步符号，不用于传输上行数据，而GP 为保护间隔，防止上下行间的干扰。上行导频时隙DwPTS 和UpPTS 的长度可配置，DwPTS 的长度为3～12个OFDM 符号，UpPTS 的长度为1～2个OFDM 符号，相应的GP 长度为1～10个OFDM 符号，其各自的长度可以根据
网络的实际需要进行配置，协议中有多种配置方案。
特殊时隙的应用，为了节省网络开销，TD-LONG TERM允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息。LONG TERM FDD中用普通数据子帧传输上行sounding导频，而TDD系统中，上行sounding导频可以在UpPTS上发送(上行控制信息不使用UpPTS传输)。另外，DwPTS也可用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等控制信道和控制信息。其中，DwPTS时隙中下行控制信道的最大长度为两个符号，且主同步信道固定位于DwPTS的第三个符号。（LONG TERM TDD与LONG TERM FDD技术简介和比较，https://www.doczj.com/doc/4f11750564.html,/community/my_blog/628/4871）
图中，一般子帧0和子帧5固定用于下行传输，而子帧2和7用于上行，其他帧可配置上行或下行子帧，LONG TERM TDD支持5ms和10ms的上下行子帧切换周期，其具体配置规定如下：
Table 4.2-2: Uplink-downlink configurations.
Uplink-downlink configuration Downlink-to-Uplink
Switch-point
periodicity
Subframe number
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 5 ms D S U U U D S U U U
1 5 ms D S U U D D S U U D
2 5 ms D S U D D D S U D D
3 10 ms D S U U U D D D D D
4 10 ms D S U U D D D D D D
5 10 ms D S U D D D D D D D
6 5 ms D S U U U D S U U D
2.2 物理信道的划分及其传输信息
根据传的内容和占用资源方式（频率和时间等）的不同LONG TERM物理层协议定义
了不同的物理信道各物理信道传输的内容和调制方式各不相同。
下行物理信道有：
●PDSCH：下行物理共享信道，承载下行数据传输和寻呼信息。
●PBCH：物理广播信道，传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽
天线数目、小区ID等
●PMCH：物理多播信道，传递MBMS（单频网多播和广播）相关的数据●PCFICH：物理控制格式指示信道，表示一个子帧中用于PDCCH的OFDM
符号数目
●PHICH：物理HARQ指示信道，用于NodB向UE 反馈和PUSCH相关的
ACK/NAK信息。
●PDCCH：下行物理控制信道，用于指示和PUSCH，PDSCH相关的
格式，资源分配，HARQ信息，位于子帧的前n个OFDM符号,n<=3.
下行物理层信道与传输信道的映射关系如下表:
LTE物理层总结 目录 1、物理层综述 (4) 1.01. 3G标准向4G演进的路线： (4) 1.02. 什么是LONG TERM？ (4) 1.03. LONG TERM的需求指标 (4) 1.04 .与LONG TERM物理层相关的协议编号及内容 (5) 1.05 LONG TERM一共有几层？各自的功能是什么？ (5) 1.06. LONG TERM物理层是如何工作的？ (6) 1.07 . LONG TERM各层之间的接口是什么样的？ (11) 1.08 .物理层的作用 (11) 1.09. 与物理层相关的无线接口协议架构？ (12) 1.10 . 物理层功能 (12) 1.11.逻辑信道、传输信道和物理信道的区别、联系和功能 (13) 1.12. 逻辑信道、传输信道和物理信道分别有哪些？ (14) 1.13 传输信道是如何映射到物理信道的？ (15) 1.14 LONG TERM的网络结构 (16) 1.15 LONG TERM的关键技术 (16) 1.16 宏分集的取舍 (16) 1.17 什么是多址技术，都有哪些？ (17) 2、物理层相关参数： (17) 2.1. 帧结构 (19) 2.2 物理信道的划分及其传输信息 (20) 3、各种物理信道结构及简介 (21) 3.1上行共享信道PUSCH (21) 3.1.1概述： (21) 3.1.2 PUSCH系统结构 (21) 3.1.3 编码的方法和参数： (22) 3.1.4 基带处理过程 (24) 3.1.5 上变频和下变频 (25) 3.1.6 A/D和D/A (25) 3.2 物理上行控制信道PUCCH (25) 3.2.1 概述25 3.2.2 PUCCH结构图 (26) 3.2.3 PUCCH多格式综述 (26) 3.2.4PUCCH各模块方法和参数 (28) 3.3 物理随机接入信道PRACH (28) 3.3.1 概述28
一、介绍 正当人们惊讶于WiMAX技术的迅猛崛起时，3GPP也开始了UMTS技术的长期演进（Long Term Evolution，LTE）技术的研究。这项受人瞩目的技术被称为“演进型3G”（Evolved 3G，E3G）。但只要对这项技术稍作了解，就会发现，这种以OFDM为核心的技术，与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命”（revolution），它和3GPP2 AIE（空中接口演进）、WiMAX以及最新出现的IEEE 802.20 MBFDD/MBTDD等技术，由于已经具有某些“4G”特征，甚至可以被看作“准4G”技术。 自2004年11月启动LTE项目以来，3GPP以频繁的会议全力推进LTE的研究工作，仅半年就完成了需求的制定。2006年6年，3GPP RAN（无线接入网）TSG已经开始了LTE 工作阶段（WI），但由于研究阶段（SI）上有个别遗留问题还没有解决，SI将延长到9月结束。按目前的计划，将于2007年9月完成LTE标准的制定（测试规范2008年3月完成），预计2010年左右可以商用。虽然工作进度略滞后于原计划，但经过艰苦的讨论和融合，终于确定了大部分基本技术框架，一个初步的LTE系统已经逐渐展示在我们眼前。 二、LTE的需求指标 LTE项目首先从定义需求开始。主要需求指标包括： ●支持1.25MHz-20MHz带宽； ●峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps。频谱效率达到3GPP R6的2-4倍； ●提高小区边缘的比特率； ●用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于1OOms； ●支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作； ●支持增强型的广播多播业务； ●降低建网成本，实现从R6的低成本演进； ●实现合理的终端复杂度、成本和耗电； ●支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网；
LTE工作过程 一、LTE开机及工作过程如下图所示： 二、小区搜索及同步过程 整个小区搜索及同步过程的示意图及流程图如下： 1)UE开机，在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收信号（PSS），以接 收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区，如果UE保存了上次关
机时的频点和运营商信息，则开机后会先在上次驻留的小区上尝试；如果没有，就要在划分给LTE系统的频带范围内做全频段扫描，发现信号较强的频点去尝试； 2)然后在这个中心频点周围收PSS（主同步信号），它占用了中心频带的6RB， 因此可以兼容所有的系统带宽，信号以5ms为周期重复，在子帧#0发送，并且是ZC序列，具有很强的相关性，因此可以直接检测并接收到，据此可以得到小区组里小区ID，同时确定5ms的时隙边界，同时通过检查这个信号就可以知道循环前缀的长度以及采用的是FDD还是TDD（因为TDD的PSS是放在特殊子帧里面，位置有所不同，基于此来做判断）由于它是5ms 重复，因为在这一步它还无法获得帧同步； 3)5ms时隙同步后，在PSS基础上向前搜索SSS，SSS由两个端随机序列组成， 前后半帧的映射正好相反，因此只要接收到两个SSS就可以确定10ms的边界，达到了帧同步的目的。由于SSS信号携带了小区组ID，跟PSS结合就可以获得物理层ID（CELL ID），这样就可以进一步得到下行参考信号的结构信息。 4)在获得帧同步以后就可以读取PBCH了，通过上面两步获得了下行参考信号 结构，通过解调参考信号可以进一步的精确时隙与频率同步，同时可以为解调PBCH做信道估计了。PBCH在子帧#0的slot #1上发送，就是紧靠PSS，通过解调PBCH，可以得到系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置以及天线配置。系统帧号以及天线数设计相对比较巧妙: SFN（系统帧数）位长为10bit，也就是取值从0-1023循环。在PBCH的MIB（master information block）广播中只广播前8位，剩下的两位根据该帧在PBCH 40ms周期窗口的位置确定，第一个10ms帧为00，第二帧为01，第三帧为10，第四帧为11。PBCH的40ms窗口手机可以通过盲检确定。而天线数隐含在PBCH的CRC里面，在计算好PBCH的CRC后跟天线数对应的MASK进行异或。5)至此，UE实现了和ENB的定时同步； 要完成小区搜索，仅仅接收PBCH是不够的，因为PBCH只是携带了非常有限的系统信息，更多更详细的系统信息是由SIB携带的，因此此后还需要接收SIB（系统信息模块），即UE接收承载在PDSCH上的BCCH信息。为此必须进行如下操作： 1)接收PCFICH，此时该信道的时频资源可以根据物理小区ID推算出来，通过 接收解码得到PDCCH的symbol数目； 2)在PDCCH信道域的公共搜索空间里查找发送到SI-RNTI（无线网络标识符） 的候选PDCCH，如果找到一个并通过了相关的CRC校验，那就意味着有相应的SIB消息，于是接收PDSCH，译码后将SIB上报给高层协议栈；