第二章 LTE空中接口物理层(1)

4、各子功能模块介绍4.1 信道编码4.1.1 信道编码综述4.1.1.1信道编码的作用、分类以及LTE中采用的信道编码（1）信道编码的作用：信道编码是为保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法。

（2）信道编码从功能上看有3类编码：a.仅具有差错功能的检错码，如循环冗余校验CRC码、自动请求重传ARQ等；b.具有自动纠正差错功能的纠错码，如循环码中的BCH、RS码及卷积码、级联码、Turbo码等；c.具有既能检错又能纠错功能的信道编码，最典型的是混合ARQ，又称为HARQ。

从结构和规律上分两类：a.线性码：监督关系方程是线性方程的信道编码称为线性码，目前大部分实用化的信道编码均属于线性码，如线性分组码、线性卷积码是经常采用的信道编码；b.非线性码：一切监督关系方程不满足线性规律的信道编码均称为非线性码。

（3）LTE中采用的信道编码信道编码有2种：Turbo 、咬尾卷积码。

（4）LTE中不同的物理信道都唯一的对应于Turbo 、咬尾卷积码中的一种，只要物理信道确定，则其编码方式唯一确定。

4.1.1.2 LTE中信道编码的一般流程物理信道从上层接收到的传输块TB（transport block），每个子帧最多传输一个TB，如图Figure 5.2.2-1其编码的步骤为：-TB添加CRC校验-码块分段及码块CRC校验添加-数据和控制信息的信道编码-速度匹配-码块级联-数据和控制信息复用-信道交织Figure 5.2.2-1: Transport channel processing说明：这是最复杂的编码流程、一般物理信道的编码流程都是它的简化版。

4.1.1.3 Tail Biting 卷积码和Turbo 编码是和物理信道一一对应关系Table 5.1.3-1: Usage of channel coding scheme and coding rate for TrCHsTrCH Coding scheme Coding rate UL-SCH Turbo coding1/3DL-SCH PCH MCH BCHTail biting convolutional coding 咬尾卷积码1/3Table 5.1.3-2: Usage of channel coding scheme and coding rate for control information4.1.2 TB 添加CRC 校验1. 作用：错误检测原理：它是利用除法及余数的原理来作错误侦测（Error Detecting ）的。

LTE下行物理层传输机制（1）上篇博文《LTE物理传输资源（3）-时频资源》的最后提到了PCFICH等几种下行物理信道，这篇博文本来想写PCFICH信道的，但在准备写PCFICH的时候，发现需要用到天线端口的相关内容，而这些内容目前还没有写。

所以本文就先写天线端口和下行参考信号的相关内容。

1.天线端口（Antenna Port）和参考信号（Reference Signal）的关系天线端口是一个逻辑上的概念，它与物理天线并没有一一对应的关系。

在下行链路中，天线端口与下行参考信号（Reference signal）是一一对应的：如果通过多个物理天线来传输同一个参考信号，那么这些物理天线就对应同一个天线端口；而如果有两个不同的参考信号是从同一个物理天线中传输的，那么这个物理天线就对应两个独立的天线端口。

R9协议定义了四种下行参考信号，天线端口与这些参考信号的对应关系如下：（1）小区特定参考信号（Cell-specific reference signals，CRS），或小区专用参考信号。

CRS支持1个、2个、4个三种天线端口配置，对应的端口号分别是：p=0，p={0，1}，p=｛0，1，2，3｝。

（2）MBSFN参考信号（MBSFN reference signals），只在天线端口p=4中传输。

这种信号用的不多，本文不涉及。

（3）UE特定参考信号（UE-specific reference signals），或UE专用参考信号，有的英文资料中也把这种信号称作解调参考信号（Demodulation reference signals，DM-RS）。

可以在天线端口p=5，p=7，p=8，或p={7，8}中传输。

这块内容在后面的博文中再写。

（4）定位参考信号（Positioning reference signals），只在天线端口p=6中传输。

这种信号用的不多，本文不涉及。

2.小区特定参考信号的结构示意图设计小区特定参考信号（Cell-specific reference signals）的目的并不是为了承载用户数据，而是在于提供一种技术手段，可以让终端进行下行信道的估计。

城市轨道交通装备技术规范CZJS/T 0063—2016LTE-M系统空中接口规范Uu-T interface specification for LTE-M目次前言 (II)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 缩略语 (2)4 物理层概述 (2)5 物理信道和调制 (3)6 物理层复用和信道编码 (3)7 物理层过程 (5)8 物理层测量 (5)9 MAC协议 (5)10 RLC协议 (6)11 PDCP协议 (7)12 RRC协议 (7)13 终端在空闲模式下的过程 (8)14 无线发射和接收 (9)14.1 工作频段 (9)14.2 信道带宽 (9)14.3 信道安排 (10)14.4 1785-1805MHz频段射频指标 (10)LTE-M系统空中接口规范1 范围本标准规定了基于LTE技术的城市轨道交通领域LTE-M系统的空中接口（第一阶段）的物理层、层二和层三协议。

本标准适用于地铁、轻轨、单轨等城市轨道交通领域LTE-M系统的终端、基站。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 12758—2004 城市轨道交通信号系统通用技术条件YD/T 2560 LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口物理层技术要求（第一阶段）（所有部分）YD/T 2560.1—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口物理层技术要求（第一阶段）第1部分：概述YD/T 2560.2—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口物理层技术要求（第一阶段）第2部分：物理信道和调制YD/T 2560.3—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口物理层技术要求（第一阶段）第3部分：物理层复用和信道编码YD/T 2560.4—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口物理层技术要求（第一阶段）第4部分：物理层过程YD/T 2560.5—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口物理层技术要求（第一阶段）第5部分：物理层测量YD/T 2561.1—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口层二技术要求（第一阶段）第1部分：MAC协议YD/T 2561.2—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口层二技术要求（第一阶段）第2部分：RLC协议YD/T 2561.3—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口层二技术要求（第一阶段）第3部分：PDCP协议YD/T 2562.1—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口层三技术要求（第一阶段）第1部分：RRC协议YD/T 2562.2—2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 Uu接口层三技术要求（第一阶段）第2部分：空闲模式下的UE过程YD/T 2571 LTE数字蜂窝移动通信网基站设备技术要求（第一阶段）YD/T 2575 LTE数字蜂窝移动通信网终端技术要求（第一阶段）YD/T 2741—2014 基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）系统接口技术要求（第一阶段）空中接口CZJS/T 0063—2016 3 缩略语下列缩略语适用于本文件。

1 概述LTE是3GPP在2005年启动的新一代无线系统研究项目。

LTE采用了基于OFDM技术的空中接口设计，目标是构建出高速率、低时延、分组优化的无线接入系统，提供更高的数据速率和频谱利用率。

图1-1LTE系统网络架构整个系统由核心网络（EPC）、无线网络（E-UTRAN）和用户设备（UE）3部分组成，见上图。

其中EPC负责核心网部分；E-UTRAN（LTE）负责接入网部分，由eNodeB节点组成；UE指用户终端设备。

系统支持FDD和TDD两种双工方式，并对传统UMTS网络架构进行了优化，其中LTE仅包含eNodeB，不再有RNC；EPC也做了较大的简化。

这使得整个系统呈现扁平化特性。

系统的扁平化设计使得接口也得到简化。

其中eNodeB与EPC通过S1接口连接；eNodeB之间通过X2接口连接；eNodeB与UE 通过Uu接口连接。

2 物理层过程本文重点讨论LTE空中接口物理层的一些主要过程。

2.1 下行物理层过程2.1.1 小区搜索过程UE使用小区搜索过程识别并获得小区下行同步，从而可以读取小区广播信息。

此过程在初始接入和切换中都会用到。

为了简化小区搜索过程，同步信道总是占用可用频谱的中间63个子载波。

不论小区分配了多少带宽，UE只需处理这63个子载波。

UE通过获取三个物理信号完成小区搜索。

这三个信号是P-SCH信号、S-SCH信号和下行参考信号（导频）。

一个同步信道由一个P-SCH信号和一个S-SCH信号组成。

同步信道每个帧发送两次。

规范定义了3个P-SCH信号，使用长度为62的频域Zadoff-Chu序列。

每个P-SCH 信号与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识对应。

S-SCH信号有168种组合，与168个物理层小区标识组对应。

故在获得了P-SCH和S-SCH信号后UE可以确定当前小区标识。

下行参考信号用于更精确的时间同步和频率同步。

完成小区搜索后UE可获得时间/频率同步，小区ID识别，CP长度检测。

LTE空中接口 Uu定义Uu空中接口实现UE和EUTRAN的通信，可支持1.4MHz至20MHz的可变带宽。

U表示用户网络接口：User to Network interface；u表示通用：Universal基本功能、Uu接口实现的交互数据分为两类：用户面数据：用户业务数据，如上网、语音、视频等；∙∙控制面数据：主要指RRC（无线资源控制）消息，实现对UE的接入、切换、广播、寻呼等有效控制。

Uu分层协议空中接口总体分为三层：层一：物理层（PHY），为高层的数据提供无线资源，如调制编码、OFDM等// PHY: Physical Layer，物理层物理层实现数据的最终处理，如编码、调制、MIMO、发射分集等。

层二：链路层（MAC/RLC/PDCP），实现对不同的层三数据进行区分标示，为高层数据的传送提供必要的处理和有效的服务；∙// PDCP: Packet Data Convergence Protocol Layer，分组数据汇聚协议层；对于控制面的RRC和NAS信令消息进行加密/解密和完整性校验；对于用户面，只进行加密/解密，为提高空口效率，对用户的IP报文进行头压缩。

// RLC: Radio Link Control Layer，无线链路控制层；RLC层对高层数据进行大小适配，保证可靠传送。

// MAC: Medium Acess Control Layer，媒体接入控制层；MAC负责无线资源的分配调度，如基于QoS的调度、信道的映射和复用。

层三：网络层（RRC信令及用户面数据），控制接口服务的使用者；// 层三：NASNAS: Non Access Stratum，非接入层，NAS是UE和MME之间交互的信令，主要承载的是SAE控制信息、移动性管理信息和安全控制等，eNode只负责对NAS信令的透明传输。

NAS信令分为EMM(EPS Mobility Management：移动性管理-如注册和位置更新)和ESM(EPS Session Management-会话管理-如通话建立)// 层三：RRCRRC: Radio Resource Control Layer ，无线资源控制层，主要负责无线管理功能，如切换、接入、NAS信令处理，相当于eNodeB的司令部，负责对UE的管理。

LTE初级认证考试题库与答案(一)LTE初级认证考试题库与答案LTE（Long Term Evolution）是一种移动通信技术，它在高速移动和宽带数据传输方面具有优越性能。

为了验证一个人是否掌握了LTE技术相关知识，现在推出了LTE初级认证考试。

考生需要高度重视LTE初级认证考试，以下是LTE初级认证考试题库与答案供考生参考。

1. LTE技术中，E-UTRAN定义了什么？答案：E-UTRAN即专用无线接入网络，它定义了LTE的无线接口以及接口之间的协议。

2. LTE的物理层有几个子层？分别是什么？答案：LTE物理层有三个子层，分别是：PHY层、RLC层、MAC层。

3. LTE技术中，空口接口协议分为几个子层？它们分别是什么？答案：空口接口协议分为两个子层：物理层和MAC层。

4. LTE技术中，下行数据传输的主导方向是什么？答案：下行数据传输的主导方向是从eNodeB到UE。

5. LTE技术中，UE对EPC的接入可以使用哪些接入系统？答案：UE可以使用3种接入系统进行EPC的接入，分别是：EPS接入、非3GPP接入、专用接入。

6. LTE技术中，空口中的帧结构有多少种？分别是什么？答案：空口中的帧结构有两种：FDD（频分双工）帧结构和TDD（时分双工）帧结构。

7. LTE技术中，MAC层协议实现了哪些功能？答案：MAC层协议实现了连接管理、调制解调器映射、通过RACH和PDCCH传输控制信令、高层数据缓存和调度等功能。

8. LTE技术中，一个UE的最大支持带宽是多少？答案：一个UE的最大支持带宽是20MHz。

9. LTE技术中，下行链路控制信令使用哪种类型的信道？答案：下行链路控制信令使用PDCCH信道。

10. LTE技术中，S1接口主要连接哪些系统？答案：S1接口主要连接eNodeB和MME（Mobility Management Entity）。

以上是LTE初级认证考试题库与答案，希望考生认真钻研LTE技术相关知识，严谨备考，顺利通过LTE初级认证考试。

1 LTE空中接口1.1 概述空中接口是指终端与接入网之间的接口，简称Uu口，通常也成为无线接口。

在LTE中，空中接口是终端和eNodeB之间的接口。

空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。

空中接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。

空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指控制平面和用户平面。

从用户平面看，主要包括物理层、MAC层、RLC层、PDCP层，从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC层，NAS层。

RRC 协议实体位于UE和ENB网络实体内，主要负责对接入层的控制和管理。

NAS控制协议位于UE和移动管理实体MME内，主要负责对非接入层的控制和管理。

空中接口协议栈具体结构如图1和2所示。

层2（MAC层、RLC层、PDCP层）各层具体功能将在后面几节中描述。

图1 空中接口用户面协议栈结构图2 空中接口控制面协议栈结构2 信道的定义和映射关系LTE沿用了UMTS里面的三种信道，逻辑信道，传输信道与物理信道。

从协议栈的角度来看，物理信道是物理层的，传输信道是物理层和MAC层之间的，逻辑信道是MAC层和RLC层之间的，它们的含义是：（1）逻辑信道，传输什么内容，比如广播信道（BCCH），也就是说用来传广播消息的；（2）传输信道，怎样传，比如说下行共享信道DL-SCH，也就是业务甚至一些控制消息都是通过共享空中资源来传输的，它会指定MCS，空间复用等等方式，也就说是告诉物理层如何去传这些信息；（3）物理信道，信号在空中传输的承载，比如PBCH，也就是在实际的物理位置上采用特定的调制编码方式来传输广播消息了。

2物理层位于无线接口协议的最底层，提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能。

物理信道可分为上行物理信道和下行物理信道。

LTE定义的下行物理信道主要有如下6种类型：（1）物理下行共享信道（PDSCH）：用于承载下行用户信息和高层信令。

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。