一、协议知识
1. LTE帧结构及物理资源基本概念RE/RB/CCE/REG/RBG
帧结构Type1：FDD（全双工和半双工）(FDD上下行数据在不同的频带里传输；使用成对频谱)
每一个无线帧长度为10ms，由20个时隙构成，每一个时隙长度为T slot = 15630 x Ts = 0.5ms。
对于FDD，在每一个10ms中，有10个子帧可以用于下行传输，并且有10个子帧可以用于上行传输。上下行传输在频域上进行分开。
帧结构Type2：TDD (TDD上下行数据可以在同一频带内传输；可使用非成对频谱)
一个无线帧10ms，每个无线帧由两个半帧构成，每个半帧长度为5ms。每一个半帧由8个常规时隙和DwPTS、GP和UpPTS三个特殊时隙构成，DwPTS和UpPTS
的长度可配置，要求DwPTS、GP以及UpPTS的总长度为1ms。
DwPTS: Downlink Pilot Time Slot
GP: Guard Period (GP越大说明小区覆盖半径越大)
UpPTS: Uplink Pilot Slot
Ts = 1 / (15000x2048) s
Frame 帧的长度：Tf = 307200 x Ts = 10ms
Subframe 子帧的长度：Tsubframe = 30720 x Ts = 1ms
Slot 时隙的长度：Tslot = 15360 x Ts = 0.5ms
1 Sub-Carrier = 15 kHz;
1 TTI = 1 ms => 1 sub-frame =>
2 slots (0.5 ms *2) # for one user, min 2 RB allocation.
1 RB = 1
2 sub-carriers during 1 slot (0.5 ms) =>12 * 15kHz = 180kHz (Bandwidth); => 12 * 7 symbols= 84 REs
1RE = 1 sub-carrier x 1 symbol period (Each symbol is QPSK, 16QAM or 64QAM modulated.)
LTE支持可变带宽：1.4MHz, 3, 5, 10, 15 和 20MHz
一个小区最少使用6个RB, 即最少包含72个sub-carriers: 6 RB * 12 sub-carriers = 72 sub-carriers
特殊帧格式7：DwPTS:GP:UpPTS => (21952Ts-32Ts) : 4384Ts : 4384Ts=> 10:2:2
最小分配单位为:
2192T?
s
Configure TDD: 上下行配置（下图） + 特殊帧格式（上图） (e.g.: 2:71:7)
=> 10ms转换周期：一个帧分成上下半帧，下半帧的特殊帧为DwPTS=1ms，用于DL传输(如上图3，4，5所示)
RE：Resource Element，称为资源粒子，是上下行传输使用的最小资源单位。
1 RE = 1 subcarrier x 1 symbol period
RB：Resource Block，称为资源块，用于描述物理信道到资源粒子的映射。一个RB包含若干个RE。一个RB由12个在频域上的子载波和时域上一个slot周期构成（1 RB = 12 subcarriers x 1 slot）。
1个RB在频域上对应180kHz：1 RB = 12 subcarriers x 15kHz = 180kHz
1个RB在时域上对应1个时隙，1 slot =0.5ms
CCE：Control Channel Element，称为控制信道粒子，PDCCH在一个或多个CCE上传输，CCE对应于9个REG，每个REG包含4个RE，CCE从0开始编号。（1 CCE = 9 REGs = 9 x 4 REs = 36 REs）
REG：Resource Element Group，用来定义控制信道到RE的映射.（1 REG = 4 REs）
2. 下行物理信道及物理信号的功能和占用时频码域位置（DL：PDSCH/PDCCH/PHICH/PCFICH/PBCH/
PSS/SSS/RS）
2.1 PBCH：Physical Broadcast Channel （物理广播信道）
- 主要用来传输MIB信息，MIB消息包含：DL带宽信息；PHICH组号；系统帧号SFN
- MIB: DL-Bandwidth, PHICH-Config, SFN, # of antennas.
-
- MIB消息的重复周期为40ms，起始位置为subfram#0 of SFN mod 4 = 0。每10ms传递一次MIB，传递内容一致，40ms组成一个MIB消息。可实现时间分集，提高UE接收MIB消息时的增益，改善接收质量
2.2 PCFICH：Physical Control Format Indicator Channel （物理控制格式指示信道）
- 用来指示在一个sub-frame中PDCCH传输的OFDM symbol数量（1, 2 or 3）
- 在每个subframe(TTI)的第1个symbol上进行传递(symbol 0 within each TTI)
- 承载CFI信息，每TTI占用16个RE资源，即4个REG
2.3 PDCCH：Physical Downlink Control Channel （物理下行控制信道）
- 用于承载DCI信息，包括资源调度分配和其他控制信息，如与DL-SCH和PCH相关的HARQ信息等
- PDCCH在每个subframe的前3个symbol（symbol 0~2）中进行传递，占用个数由PCFICH承载的CFI消息来确定。- PDCCH的大小对应于一个或者多个CCE，如下图所示：
- DSS => Dedicated Search Space (for only one UE) & CSS => Common Search Space (for several UEs)
2.4 PDSCH：Physical Downlink Shared Channel （物理下行共享信道）
- 用于承载DL-SCH信息，传递SIB信息（SIB消息传递方向：BCCH -> DL-SCH -> PDSCH）
- SIB1消息的重复周期为80ms，初始位置为subframe#5 of SFN mod 8 = 0，在SFN mod 2 = 0的帧上重复. SIB – System Information Blocks
- SIB1: Cell Access Info (PLMN, TAC, CID…); 小区选择相关信息; TDD相关配置信息; 余下SIB的时域调度信息- SIB2: 公共信道的无线资源配置（PCCH, RACH); freqInfo (ul-carrierFreq, ul-bandwidth); defaultPagingCycle - SIB3: Cell re-selection information. (Intra/Inter frequency or/and Inter-RAT cell re-selection)
- SIB4: Neighbor cell related info only for Intra-frequency cell re-selection information.
- SIB5: E-UTRAN Inter-frequency cell re-selection information.
- SIB6: UTRAN frequencies and neighboring cell re-selection.
- SIB7: GERAN frequencies cell re-selection.
- SIB8: CDMA2000 frequencies and neighbouring cell re-selection.
- SIB9: Home eNB.
- SIB10: ETWS primary notification.
- SIB11: ETWS secondary notification.
- 如果UE专用参考信号不被传输，使用天线端口集合P = {}0, {}1,0, or {}3,2,1,0
- 如果UE专用参考信号被传输，则使用天线端口P = 5
2.5 PHICH：Physical HARQ Indicator Channel （物理HARQ指示信道）
- 用于承载HARQ的ACK/NACK
- 在每个subframe的第1个symbol上进行传递（symbol 0 of each subframe）
- 一个PHICH组对应于3个REG，12个RE资源
2.6 PMCH：Physical Multicast Channel （物理多播信道）- 目前不支持，无需掌握
?没有对传输分集方案进行标准化
?单天线端口传输，使用端口4
?在支持PDSCH和PMCH混合传输的载波上，PMCH不能再子帧0和5中传输
下行物理层信号：对应于一系列物理层使用的RE，这些RE不传递任何来自高层信息
注：
物理信号都由ZC序列生成，每一个子载波占用一个ZC序列的符号。
SSS和PSS同步信号内容固定，重复发送，不承载任何上层信息，是UE在进行小区搜索时第一个要找的信息。
UE进行盲检搜索同步信号，目前只支持Normal CP的格式。
2.7 PSS：Primary Synchronization Signal （主同步信号）
- 频域上占系统带宽中间的6个RB，即72sc
- 在第2个subframe的第3个symbol中进行传递（subframe 1 or 6, symbol 2）
- 指示一个物理小区组内的id：Physical-layer id：0, 1, 2 (3个)
2.8 SSS：Secondary Synchronization Signal（辅同步信号）
- 频域上占系统带宽中间的6个RB，即72sc
- 在第1个subframe的最后1个symbol中进行传递（subframe 0 or 5, symbol 6）在subframe 0和5中的SSS结构相同，但是在频域上错开，以区别前5ms或后5ms的半帧。
- 指示物理小区组号：Physical-layer cell-id group：0~167（168个）
- Total cell IDs: 168 x 3 = 504 cell IDs. (0~503)
RS：Reference Signal （参考信号）（every slot, symbol 0&4）
用于下行信道估计，信道质量测量以及相关解调，对UE来说是已知信号（RS信号与小区physical id有关，这个在小区搜索过程中的同步信号中获得）
频域上：每6个子载波分配一个RS
时域上：每个slot的symbol 0&4用来传递RS，symbol 0和4之间有3个SC的间差，用于时频域分集。
多天线传输情况下，天线端口集合与参考信号配置之间的关系：
Cell-specific RS, non-MBSFN transmission => P = {}0, {}1,0, or {}3,2,1,0
MBSFN RS, associated with MBSFN transmission => P = 4
UE-specific RS. => P = 5 (用于BF技术)
3. 上行物理信道及物理信号的功能和占用时频码域位置（UL：PUSCH/PUCCH/PRACH/SRS/DMRS）
PUSCH：Physical Uplink Shared Channel （物理上行共享信道）
Carries the user data from UL-SCH.
Carries L1/L2 control information：ACK/NACK, CQI, PMI, RI (Rank Indicator)
PUCCH：Physical Uplink Control Channel （物理上行控制信道）
PUCCH承载上行控制信息（UCI），不与PUSCH同时传输，处于上行带宽的边缘，在TDD中不在UpPTS域上传输UCI信息包括以下4部分：
Scheduling Request (SR). CQI and Scheduling Requests are provided to Layer 2.
HARQ ACK/NACK for DL transmission;
CQI reports.
PMI reports.
- PUCCH具有
3.1 PRACH：Physical Random Access Channel （物理随机接入信道）
- Carries the random access preamble.
PRACH Preamble：
- 频域：6 RB x 180kHz = 1.08 MHz
- 时域：1ms / 2ms / 2 symbols（UpPTS）
- 随机接入前导由具有零相关区的ZC（Zadoff-Chu）序列产生，有一个或多个根ZC序列产生。每个小区中包含64个可用的前导。
- PRACH共有5种结构（0~4），目前支持Format 0, 1 & 4：
RACH：
- FDD需要额外配置一个GP（Guard Period）以适应RTD（Round Trip Delay），在TDD的特殊帧中已包含这个GP - FDD在一个子帧中只能分配一个RACH资源，而TDD可以分配多于一个的随机接入资源
- TDD模式下，在UpPTS中，可以调度Short RACH（S-RACH），与GP结合使用，最多可配置6个RACH。
随机接入过程：
- 基于竞争的随机接入过程：如UE初始接入
上行物理层信号：指物理层使用的但是不承载任何来自高层信息的信号，如参考信号。
3.2 DRS/DMRS：Demodulation Reference Signal （解调用参考信号）
- 与上行数据传输有关，both PUSCH and PUCCH。
- 用于信道评估，对PUSCH和PUCCH信道的连续检测和解调，上行功率控制，时间评估等？？？- DRS在时域上的分配：
o PUSCH: 每个slot的第4th个symbol（symbol 3 in every slot）
o PUCCH: DRS由PUCCH的格式来决定（1/1a/1b 或者 2/2a/2b）
- DRS在频域上的分配：
o PUSCH: DRS与终端的上行传输具有同样的带宽。
o PUCCH: 如下图所示
3.3 SRS：Sounding Reference Signal （探测用参考信号）=> 与PUSCH和PUCCH无关
与上行数据传输无关，可用于评估上行信道质量，实现以下功能：
初始化MCS（Modulation and Coding Scheme）选择
数据传输的功率控制
TA（Timing Advance）
UL频率的独立调度（Frequency dependent scheduling for the UL）
SRS transmitted in the last SC-FDMA symbol in the configured subframes.
在TDD模式中，UpPTS也可用作传递SRS。
4. 逻辑信道、传输信道与物理信道的映射关系：
4.1 逻辑信道（7）
5. MIMO technology
- Two kinds of MIMO techniques for DL transmission：
o Transmit diversity –use multiple channels to send the same information stream ?Improve coverage and robustness of data transmission
o Spatial multiplexing –use multiple channels to send multiple information streams ?Increase throughput
?SU-MIMO/ MU-MIMO
6. PDSCH下行资源分配方式（Type0/1/2）；
Type 0: PDCCH DCI formats 1, 2 and 2A
Type 1: PDCCH DCI formats 1, 2 and 2A
RBs are grouped to RBG subset. First select one RBG subset, then select the RBs in the RBG subset.
RBG subset的值（P）与Type0中RBG的定义一致。
RBG subsets：Log2(P)
RB assignment：
Type 2: PDCCH with DCI format 1A, 1B, 1C and 1D
Start RB and width is assigned.
7. DCI Format
DCI: Downlink Control Information (ref. 36.212) => Carriered by PDCCH
-Flag for format0/format1A differentiation - 1 bit, 0=>format 0 and 1=>format 1A
-Resource block assignment and hoping resource allocation
-Modulation and coding scheme
-HARQ information and redundancy version
-TPC command for scheduled PUSCH– 2 bits
-CQI request – 1bit
?Format 1:用于传输分集，单码字PDSCH的调度 (Used for the scheduling of single codeword PDSCH) (TM1, 2, and 7-not support)
-Resource allocation type, e.g.: type 0 / type 1 – 1bit
-Resource block assignment
-Modulation and coding scheme – 5 bits
-HARQ process number – 4 bits
-TPC command for PUCCH– 2 bits
?Format 1A: 用于下行传输，单码字PDSCH调度，下行数据触发随机接入过程，适用所有TM传输模式。=> Compact scheduling of one PDSCH codeword and random access procedure initiated by a PDCCH order (为UE分配一个非竞争随机接入的特定preamble).
-Flag for format0/format1A differentiation - 1 bit, 0=>format 0 and 1=>format 1A
-Resource block assignment
-Modulation and coding scheme – 5 bits
-HARQ information – 4 bits
-TPC command for PUCCH– 2 bits
?Format 1B: Compact scheduling of one PDSCH codeword with precoding information. Closed loop precoding with rank-1 transmission. (TM6, 目前不支持，不需要掌握)
?Format 1C: Very compact scheduling of single codeword PDSCH. (Paging, SIB, 系统广播信息 ? ) -Resource block assignment
-Modulation and coding scheme
-Redundancy version
?Format 1D: Compact scheduling of one PDSCH codeword with precoding and power offset information. (using Multi-user MIMO, TM5,目前不支持)
?Format 2: For MIMO (Closed-Loop)，两码字，下行PDSCH调度 (闭环模式，TM4，需要上报PMI信息)
?Format 2A: For MIMO (Open-Loop)，两码字，下行PDSCH调度（开环模式，TM3）
?Format 3/3A: Transmission of TPC commands for PUCCH and PUSCH with 2-bit or 1-bit power adjustments
8. LTE相关接口的控制面和用户面协议栈
Radio interface
User Plane:
PHY: L1协议，
?Data Transfer via Transport Channels.
?Error Detection. Hybrid ARQ Combining.
?Channel Coding and Rate Matching.
?Modulation and Demodulation.
?Measurements.
?MIMO（多进多出）, Transmit Diversity（发送分集）, Beamforming（波速成型）.
?RF Processing.
MAC: L2协议，主要实现与调度和HARQ相关的功能
?Data Transfer via Logical Channels.
?逻辑信道和传输信道之间的映射
?UE之间以及一个UE在不同逻辑信道之间的资源分配和调度
?传输格式选择
?HARQ纠错功能
RLC: L2协议，主要实现与ARQ相关的功能，保证数据传输的可靠性
?上层PDU数据传输: TM（透明模式）, UM（非确认模式）, AM（确认模式）数据传输
?ARQ纠错功能（CRC检验由物理层完成）
?串联，分段及重分段功能
?顺序传送上层数据以及重复检测功能
PDCP: L2协议，提供ROHC可靠头压缩功能，以及加密和完整性保护功能
RRC: L3协议，提供广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性、UE测量上报和控制功能等功能NAS: 非接入层控制协议，主要实现以下功能:
?SAE承载管理
?鉴权
?LTE-IDLE状态下的移动性管理
?产生LTE_IDLE状态下的寻呼消息
?安全控制
S1 interfaces
Control Plane (eNB-MME):
X2 interfaces
User Plane (eNB-eNB): Control Plane:
9. LTE 相关流程
9.1 Call Setup 呼叫流程
9.2 Cell Selection 小区搜索过程 9.3 Random Access 随机接入过程 - Initial access from RRC_IDLE;
- RRC Connection Re-establishment procedure; - Handover;
- DL data arrival during RRC_CONNECTED requiring random access procedure; - E.g. when UL synchronisation s tatus is “non -
synchronised”;
- UL data arrival during RRC_CONNECTED requiring random access procedure;
- E.g. when UL synchronisation status is "non-synchronised" or there are no PUCCH resources for SR available.
Contention based (applicable to all five events): Non-contention based (Handover & DL data arrival):
UE
eNB
UE
eNB
9.4 RRC connection establish procedure RRC 连接建立过程
- SRB: Signalling Radio Bearer (Transmission of RRC&NAS messages.)
o SRB0: for RRC msg, using CCCH
o SRB1: for RRC & NAS (before SRB2 established) msg, using DCCH .
o SRB2: for NAS msg, using DCCH . Configured after security activation together with DRB.
OFDMA和SCFDMA的区别：
-OFDMA transmits data in parallel across multiple carriers
-SCFDMA transmits data in series employing multiple carriers
1. LTE Modulation Schemes:
-Quadrature Phase Shift Keying, QPSK => control channel mainly use QPSK.
-16 Quadrature Amplitude Modulation, 16QAM
-64QAM (optional for UL in UE)
2. LTE DL/UL Peak Bit Rate:
-DL: 172 Mbps => 20MHz, 2x2 MIMO, 64QAM
-UL: 57 Mbps => 20MHz, 16QAM, 1*RB for PUCCH
3. UE Categories:
4. RRC状态
- RRC_CONNECTED: Network controlled mobility
- RRC_IDLE: UE controlled mobility
5. 物理测量参数以及其他（RSSI/RSRP/RSRQ/SIR/SNR/BLER…）
- RSSI: Received Signal Strength Indicator（接受的信号强度指示）
o指接收信号总功率，单位dBm：包括有用信号，临区干扰，临频干扰，噪声功率等
- RSRP: Reference Signal Received Power（参考信号接收功率）
o参考信号接收功率，单位dBm。指同一时刻接收到参考信号的平均值，值越大越好
- RSRQ: Reference Signal Received Quality（参考信号接收质量）
o RSRQ = N*RSRP/RSSI，N指系统带宽对应的RB数目，单位为dB。
- SINR: Signal-to-Interference plus Noise Ratio (信号与干扰加噪声比)
o指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号（噪声与干扰）的强度
- BLER: Block Error Ratio（误块率）
误块率(BLER)是传输块经过CRC校验后的错误概率，有差错的块与数字电路接收的总块数之比。