LTE-物理层介绍

lte协议栈LTE（Long Term Evolution）是第四代移动通信网络（4G）的一种技术标准，其协议栈是指在LTE网络中用于实现通信功能的一系列协议。

LTE协议栈包括物理层、数据链路层、网络层和应用层等组成部分，下面将对LTE协议栈的各个层进行介绍。

物理层是整个协议栈的最底层，主要负责对无线信号的调制解调、信道编码和解码等任务。

其具体功能包括无线信号调制解调、功率控制、调度和调制解调器功耗管理等。

物理层的设计需要考虑带宽、频率复用、多天线技术等因素，以提供高吞吐量和低时延的通信性能。

数据链路层负责将物理层传输的信号分割成较小的数据单元，并提供数据传输的可靠性和安全性保证。

其主要功能包括信道编码与解码、错误检测和纠错、调度和资源分配、混合自动重传请求（HARQ）等。

数据链路层还负责和物理层之间的协作，以确保数据的可靠交付和高效传输。

网络层是实现网络互连和路由功能的层，其主要任务是将数据传输到目标终端设备。

网络层的功能包括寻址与路由、移动性管理、IP数据包的分组交换和转发等。

在LTE中，网络层采用IP协议作为基础，支持IPv4和IPv6两种寻址方式，以适应不同的网络需求和应用场景。

应用层是整个协议栈的最上层，其主要任务是提供各种高层服务和功能。

应用层的协议包括HTTP、FTP、DNS等，用于实现互联网接入、内容下载和域名解析等功能。

此外，应用层也支持多媒体业务的传输和处理，如语音通话、视频流媒体等。

除了以上四个主要层次外，LTE协议栈还包括安全层和控制层。

安全层用于提供通信的保密性、完整性和认证等安全功能，以防止数据泄露和网络攻击。

控制层则负责网络的管理和控制功能，包括寻呼、接入控制、呼叫建立和释放等。

总之，LTE协议栈是实现LTE网络功能的核心部分，其各个层次之间密切协作，共同实现数据的传输和处理。

物理层提供无线信号的调制解调和信道编码解码等功能，数据链路层负责对数据进行分割和编码纠错，网络层实现数据的路由和转发，应用层提供各种高层服务和功能。

LTE 协议解读2.3 参考信号参考信号（Reference Signal ，RS ），就是常说的“导频”信号，是由发射端提供给接收端用于信道估计或信道探测的一种已知信号。

2.3.1 下行参考信号下行参考信号有以下目的。

（1）下行信道质量测量。

（2）下行信道估计，用于UE 端的相干检测和解调。

下行参考信号由已知的参考信号构成，下行参考信号是以RE 为单位的，即一个参考信号占用一个RE 。

这些参考信号可分为两列：第1参考信号和第2参考信号。

第1参考信号位于每个0.5ms 时隙的第1个OFDM 符号，第2参考信号位于每个时隙的倒数第3个OFDM 符号。

第1参考信号位于第1个OFDM 符号有助于下行控制信号被尽早解调。

在频域上，每6个子载波插入一个参考信号，这个数值是在信道估计性能和RS 开销之间求取平衡的结果，RS 过疏则信道估计性能无法接受；RS 过密则会造成RS 开销过大。

每6个子载波插入一个RS 既能在典型频率选择性衰落信道中获得良好的信道估计性能，又能将RS 控制在较低水平。

RS 的时域密度也是根据相同的原理确定的，每个时隙插入两行RS 既可以在典型的运动速度下获得满意的信道估计性能，RS 的开销又不是很大。

在参考信号的设置上的考虑主要是基于对高速移动性的支持，有兴趣大家可以参考【3】这本书里面的推算。

另外，第0参考信号和第1参考信号在频域上是交错放置的。

而且，下行参考信号的设计还必须有一定的正交性，以有效地支持多天线并行传输（最多需支持4个并行流），实际上通过在时域上错开放置第2与第3参考信号来解决这个问题。

如图：版权所有，转载请与本人联系 Page 1 of 22yongzhiDigitally signed by yongzhiDN: cn=yongzhi, c=CN, o=Deng, ou=Deng, email=yongzhid@ Reason: 希望大家能够尊重我的劳动成果Date: 2010.04.17 11:34:21 +08'00'O n e a n t e n n a p o r tT w o a n t e n n a p o r t sk,l )F o u r a n t e n n a p o r t seven-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 0even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 1even-numbered slots odd-numbered slots Antenna port 2even-numbered slots odd-numbered slotsAntenna port 3图2.3.1-1 天线端口对应的参考信号下图是摘自3GPP 36.211，不过它那个图有点问题，在单天线的时候，其实它也假设是同时存在天线端口0，1的，因此，对应到天线端口1的资源粒子是空着的，不能使用。

LTE物理层⼏个基本概念的定义和相互关系传输块（transport block），码字（codeword），层映射（layer mapping），传输层（transmission layer）, 阶（rank）, 和预编码（Precoding），天线端⼝（antenna port）是LTE物理层的⼏个基本概念，搞清楚这⼏个概念的定义和相互关系才能透彻理解LTE多天线技术和调度算法。

传输块（Transport block）⼀个传输块就是包含MAC PDU的⼀个数据块，这个数据块会在⼀个TTI上传输，也是HARQ重传的单位。

LTE规定：对于每个终端⼀个TTI最多可以发送两个传输块。

码字（codeword）⼀个码字就是在⼀个TTI上发送的包含了CRC位并经过了编码（Encoding）和速率匹配（Rate matching）之后的独⽴传输块（transport block）。

LTE规定：对于每个终端⼀个TTI最多可以发送两个码字。

层映射（Layer mapping）将对⼀个或两个码字分别进⾏扰码（Scrambling）和调制（Modulation）之后得到的复数符号根据层映射矩阵映射到⼀个或多个传输层。

层映射矩阵的维数为C×R，C为码字的个数，R为阶，也就是使⽤的传输层的个数。

传输层（Transmission layer）和阶（Rank）⼀个传输层对应于⼀个⽆线发射模式。

使⽤的传输层的个数就叫阶（Rank）。

预编码（Precoding）根据预编码矩阵将传输层映射到天线端⼝。

预编码矩阵的维数为R×P，R为阶，也就是使⽤的传输层的个数；P为天线端⼝的个数。

天线端⼝（Antenna Port）⼀个天线端⼝（antenna port）可以是⼀个物理发射天线，也可以是多个物理发射天线的合并。

在这两种情况下，终端（UE）的接收机（Receiver）都不会去分解来⾃⼀个天线端⼝的信号，因为从终端的⾓度来看，不管信道是由单个物理发射天线形成的，还是由多个物理发射天线合并⽽成的，这个天线端⼝对应的参考信号（Reference Signal）就定义了这个天线端⼝，终端都可以根据这个参考信号得到这个天线端⼝的信道估计。

LTE的关键物理层技术LTE的关键物理层技术主要有：正交频分的多载波传输（OFDM）、多入多出（MIMO）、高阶调制（LTE最高64QAM）。

OFDM的特点正交频分传输是一种多载波传输技术，整个传输信号由很多子载波组成，各子载波之间互为正交（而传统的频分复用技术的各载波是不正交），来避免子载波之间的互相干扰。

与传统的频分复用相比，正交频分复用技术使得子载波可以排列更紧密，频谱效率更高。

（CDMA系统中的各码道之间也是互相正交的。

正交信号之间的互相干扰是可以消除的）OFDM的作用OFDM的引入主要是为了抗信道衰弱。

无线信道由于信号在传输过程中的各种反射、折射、多谱LE频移，使接收到的信号的幅度和相位产生剧烈的变化，就会产生严重的衰弱现象。

在同样的衰弱情况下，较窄的信道带宽，在整个传输带宽内，它的衰弱可能是比较一致的，称为平坦衰落（从时域的角度看，也称为慢衰落）；而较宽的信道带宽，在整个传输带宽内，它的衰弱可能是变化的，称为不平坦衰落（从时域的角度看，也称为快衰落）。

平坦衰落由于在传输信道带宽内信号变化是一致的，在产生衰落时可以用较简单的均衡技术来恢复；而不平坦衰落导致的传输失真的恢复比较困难。

由于LTE要求的传输速率相当高，它的信道带宽必然比较宽（20M，而LTE－A 可以达到100M）；并且，LTE系统需要支持这种使用环境，最高移动速度达到500公里每小时（LTE －TDD支持的最高速度是300公里）（衰落最严重的情况是市区内高速运动）。

因此，LTE系统的信道衰落比较严重（在高速率的传输系统中，OFDM已成为一种趋势）。

OFDM在抗多径衰落方面有着先天的优势。

OFDM把较宽的带宽分割成很多子载波（LTE中子载波带宽15K），因此，在每个子载波内，衰落是平坦的。

这样，就可以通过简单的均衡技术来达到较好的效果。

OFDM技术的主要特点∙1．高速数据先经过串并转换，再调制到各子载波。

这样子载波上的码速率就很低，可以有效降低码间串扰。

LTE网络结构协议栈及物理层LTE（Long Term Evolution）是第四代移动通信技术，为了满足日益增长的数据需求和提供更高的速率、更低的时延，LTE采用了全新的网络结构和协议栈。

本文将介绍LTE网络的结构、协议栈及物理层。

一、LTE网络结构LTE网络结构包括用户终端设备（UE）、基站（eNodeB）、核心网（EPC）和公共网（Internet）四个部分。

UE是移动设备，eNodeB是用于无线接入的基站，EPC则是支持核心网络功能的节点。

UE与eNodeB之间通过无线接口建立连接，提供无线接入服务。

eNodeB负责对无线资源进行管理和调度，以及用户数据的传输。

而EPC则是核心网络，包括MME（Mobility Management Entity）、SGW （Serving Gateway）和PGW（Packet Data Network Gateway）等网络节点，负责用户移动性管理、用户数据传输和连接到公共网。

二、LTE协议栈LTE协议栈分为两个层次：控制面协议栈（CP）和用户面协议栈（UP）。

CP负责控制信令的传输和处理，UP处理用户数据的传输。

协议栈分为PHY（物理层）、MAC（介质访问控制层）、RLC（无线链路控制层）、PDCP（包隧道协议层）和RRC（无线资源控制层）五个层次。

- 物理层（PHY）：是协议栈的最底层，负责将用户数据以比特流的形式传输到空中介质中，并接收从空中介质中接收到的数据。

物理层对数据进行编码、调制和解调，实现无线传输。

- 介质访问控制层（MAC）：负责管理无线资源，包括分配资源、管理调度和处理数据的传输。

MAC层通过无线帧的分配来实现用户数据的传输控制。

- 无线链路控制层（RLC）：负责对用户数据进行分段、确认和相关的传输协议。

RLC层提供不同的服务质量，如可靠传输和非可靠传输。

- 包隧道协议层（PDCP）：负责对用户数据进行压缩和解压缩，以减小无线传输时的带宽占用。

LTE物理层几个基本概念的定义和相互关系传输块（transport block），码字（codeword），层映射（layer mapping），传输层（transmission layer）, 阶（rank）, 和预编码（Precoding），天线端口（antenna port）是LTE物理层的几个基本概念，搞清楚这几个概念的定义和相互关系才能透彻理解LTE多天线技术和调度算法。

传输块（Transport block）一个传输块就是包含MAC PDU的一个数据块，这个数据块会在一个TTI上传输，也是HARQ 重传的单位。

LTE规定：对于每个终端一个TTI最多可以发送两个传输块。

码字（codeword）一个码字就是在一个TTI上发送的包含了CRC位并经过了编码（Encoding）和速率匹配（Rate matching）之后的独立传输块（transport block）。

LTE规定：对于每个终端一个TTI最多可以发送两个码字。

层映射（Layer mapping）将对一个或两个码字分别进行扰码（Scrambling）和调制（Modulation）之后得到的复数符号根据层映射矩阵映射到一个或多个传输层。

层映射矩阵的维数为C×R，C为码字的个数，R为阶，也就是使用的传输层的个数。

传输层（Transmission layer）和阶（Rank）一个传输层对应于一个无线发射模式。

使用的传输层的个数就叫阶（Rank）。

预编码（Precoding）根据预编码矩阵将传输层映射到天线端口。

预编码矩阵的维数为R×P，R为阶，也就是使用的传输层的个数；P为天线端口的个数。

天线端口（Antenna Port）一个天线端口（antenna port）可以是一个物理发射天线，也可以是多个物理发射天线的合并。

在这两种情况下，终端（UE）的接收机（Receiver）都不会去分解来自一个天线端口的信号，因为从终端的角度来看，不管信道是由单个物理发射天线形成的，还是由多个物理发射天线合并而成的，这个天线端口对应的参考信号（Reference Signal）就定义了这个天线端口，终端都可以根据这个参考信号得到这个天线端口的信道估计。

LTE移动通信技术任务1 物理层在现代通信领域，LTE（Long Term Evolution，长期演进）移动通信技术无疑是一项具有重要意义的技术革新。

而物理层作为 LTE 技术的基础和关键组成部分，承担着数据传输的核心任务，对于整个通信系统的性能和效率起着至关重要的作用。

要理解 LTE 物理层，首先得明白它的基本功能。

简单来说，物理层就像是通信系统中的“运输管道”，负责将上层的数据进行编码、调制等处理，然后通过无线信道发送出去，同时也负责接收来自无线信道的信号，并进行解调、解码等操作，将数据还原并传递给上层。

在发送端，物理层首先要对数据进行编码。

这可不是随便的编码，而是采用了一系列复杂而高效的编码方式，比如Turbo 码、卷积码等，目的是为了增加数据的可靠性，减少传输过程中的错误。

编码完成后，就轮到调制上场了。

LTE 中常用的调制方式有 QPSK（四相相移键控）、16QAM（16 正交幅度调制）和 64QAM 等。

调制的作用是把编码后的数字信号转换成适合在无线信道中传输的模拟信号。

接下来，这些经过编码和调制的信号会被映射到不同的资源元素上。

资源元素可以理解为无线信道中的一个个小格子，每个格子都承载着一定的信息。

LTE 物理层通过巧妙地安排这些资源元素，实现了高效的数据传输。

而且，为了适应不同的信道条件和用户需求，LTE 还支持灵活的资源分配方式，比如动态资源分配和半静态资源分配。

再来说说接收端。

当无线信号到达接收端时，首先要经过滤波、放大等处理，去除噪声和干扰。

然后进行解调，把模拟信号还原为数字信号。

接着是解码，纠正传输过程中可能出现的错误。

这个过程就像是一个解谜的过程，要从接收到的纷繁复杂的信号中准确地还原出原始的数据。

LTE 物理层还涉及到多天线技术，这也是提升通信性能的一个重要手段。

多天线技术包括 MIMO（多输入多输出）和波束赋形等。

MIMO 可以通过多个天线同时发送和接收数据，大大提高了信道容量和传输速率。