LTE物理层下行链路的介绍

LTE物理层下行链路的介绍1、帧结构LTE系统中，其帧结构分为2种：帧结构1和帧结构2。1.1帧结构1帧结构1主要用于FDD的情况，其结构如下所示：#0#1#2#3#19#18Oneradioframe,Tf=307200Ts=10msOneslot,Tslot=15360Ts=0.5msOnesubframe图表1-1FDD帧结构这里每帧长度为fs30720010msTT，s1150002048T为最小的时间单位。每帧包含10个子帧，每个子帧又分成2个时隙，每个时隙的长度为slots15360T0.5msT。1.2帧结构2帧结构2主要用于TDD的情况，其结构如下所示：Oneslot,Tslot=15360TsGPUpPTSDwPTSOneradioframe,Tf=307200Ts=10msOnehalf-frame,153600Ts=5ms30720TsOnesubframe,30720TsGPUpPTSDwPTSSubframe#2Subframe#3Subframe#4Subframe#0Subframe#5Subframe#7Subframe#8Subframe#9图表1-2TDD帧结构这里每帧长度为fs30720010msTT，每个帧分为2个半帧，每个半帧的长度为s1536005msT。每个半帧分为5个子帧，每个子帧由2个时隙组成，每个时隙的长度为slots15360T0.5msT。与FDD帧不同的是，TDD帧有一个特殊子帧，它的内容为DwPTS，GP和UpPTS。2、时隙结构2.1资源栅格一个时隙中传输的信号可以用一个资源栅格来描述，其大小为RBscDLRBNN个子载波和DLsymbNOFDM符号，如图表2-1所示。DLsymbNOFDMsymbolsOnedownlinkslotslotT0l1DLsymbNlRBscDLRBNNsubcarriersRBscNsubcarriersRBscDLsymbNNResourceblockresourceelementsResourceelement),(lk0k1RBscDLRBNNk图表2-1下行资源栅格上面的DLRBN取决于所用的系统带宽，其集合如下所示：图表2-2LTE带宽配置ChannelbandwidthBWChannel[MHz]1.435101520TransmissionbandwidthconfigurationDLRBN6152550751002.2资源粒子资源粒子是资源栅格中的最小单位，它通过索引,kl唯一标识。其中，DLRBRBsc0,...,1kNN，DLsymb0,...,1lN，在天线端口p上的每一个资源粒子可表示为(),pkla。2.3资源块资源块用于描述物理信道到资源粒子的映射关系。这里有2种资源块：物理资源块和虚拟资源块。每个资源块的大小为：连续RBscN个子载波和连续DLsymbN个OFDM符号。这里DLsymbN和RBscN由循环前缀的长度和子载波间隔有关：图表2-3资源块的参数ConfigurationRBscNDLsymbNNormalcyclicprefixkHz15f127ExtendedcyclicprefixkHz15f6kHz5.7f2432.4资源粒度组资源粒度组用于定义控制信道到资源粒子的映射。3、下行物理信道3.1物理信道在LTE系统中，下行物理信道有以下几种：PhysicalDownlinkSharedChannel,PDSCHPhysicalBroadcastChannel,PBCHPhysicalMulticastChannel,PMCHPhysicalControlFormatIndicatorChannel,PCFICHPhysicalDownlinkControlChannel,PDCCHPhysicalHybridARQIndicatorChannel,PHICH3.2物理信道与传输信道的对应关系它们与传输信道的对应关系为：图表3-1传输信道与物理信道的对应关系TrCHPhysicalChannelDL-SCHPDSCHBCHPBCHPCHPDSCHMCHPMCH图表3-2控制信道与物理信道的对应关系ControlinformationPhysicalChannelCFIPCFICHHIPHICHDCIPDCCH4、下行链路传输框图4.1下行链路发送4.1.1下行链路发送框图LTE系统的下行链路发送框图如下所示：添加CRC分段和添加CRC信道编码速率匹配码块级联加扰调制层映射预编码资源粒子映射OFDM信号产生编码多项式MAC数据信道编码方式输入码字数目扰码起始值打孔数目打孔样式调制阶数层映射种类及其子类复用：CDD和码本的选择分集：天线数选择信道编码方式层映射种类及其子类输入码字数目资源映射规律子载总数或子载波间隔基带信号加入参考信号小区ID系统带宽配置采用的CP种类映射的天线端口号系统带宽配置采用的CP种类图表4-1LTE系统的下行发送框图图中红色字体表示模块所需要的输入的参数配置。下面是个别物理信道的参数配置情况：图表4-2物理信道的参数配置情况PDSCHPMCHPBCHPDDCH添加CRCL=24gCRC24AL=24gCRC24AA=24L=16gCRC16天线端口配置L=16gCRC16天线配置情况RNTI分段和添加CRC需要需要不需要不需要信道编码Turbo码Turbo码卷积码卷积码速率匹配打孔数目E和打孔样式打孔数目E和打孔样式打孔数目E打孔数目E码块级联需要需要不需要不需要扰码q=1,2cintq=1,2cintq=1cintq=1cint调制QmQmQm=4Qm=4层映射层映射种类及其子类单端口模式确定使用单端口或分集模式，但未确定其子类确定使用单端口或分集模式，但未确定其子类预编码复用模式：CDD和码本的选择分集模式：使用的天线数目天线端口号为4确定使用单端口或分集模式，但未确定使用的天线数目确定使用单端口或分集模式，但未确定使用的天线数目资源映射映射规律映射规律系统带宽配置和子载波数目PDCCH的格式、L，REGN和nOFDM信号产生子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置子载波总数或子载波间隔、采用CP的种类、系统带宽配置由于项目规定采用的是4*4的MIMO天线系统，并且从文章中可发现，其仿真使用的环境是turbo编码和复用模式。因此，可以推断，我们需要搭建的LTE物理信道为PDSCH信道。我们将重点调研此信道的发送和接收过程。4.1.2PDSCH所需配置的参数PDSCH可配置的参数有以下几种：1)打孔数目E和打孔样式cbN：/LmENQGC，LmGGNQ，min/,cbIRwNNCK，即需要知道分层数目LN，调制方式mQ，上层配置的参数IRN以及冗余版本数idxrv以及G2)码字数目q3)扰码起始值initc：它需要已知小区识别号cellIDN、RNTIn4)调制方式mQ，同1）5)层映射子类：层映射种类能确定(4*4)，但子类需要由码字数目q决定6)CDD的选择以及码本序号7)资源映射规律8)子载波总数N或其间隔f，系统带宽配置DLRBN以及采用的CP种类CPN9)物理信道功率和参考信号功率的分配4.2物理信道模型在LTE协议里，定义了几种用于测量的信道：ExtendedPedestrianA(EPA)、ExtendedVehicularAmodel(EVA)以及ExtendedTypicalUrbanmodel(ETU)。其中EPA主要用于步行的场景，EVA主要用于车载的场景，ETU主要用于城市的场景。4.2.1多径时延这三个信道模型的传输时延如下所示：图表4-3DelayprofilesforE-UTRAchannelmodelsModelNumberofchanneltapsDelayspread(r.m.s.)Maximumexcesstapdelay(span)ExtendedPedestrianA(EPA)745ns410nsExtendedVehicularAmodel(EVA)9357ns2510nsExtendedTypicalUrbanmodel(ETU)9991ns5000ns它们的每一径的能量分配如下所示：图表4-4ExtendedPedestrianAmodel(EPA)Excesstapdelay[ns]Relativepower[dB]00.030-1.070-2.090-3.0110-8.0190-17.2410-20.8图表4-5ExtendedVehicularAmodel(EVA)ExcesstapdelayRelativepower[ns][dB]00.030-1.5150-1.4310-3.6370-0.6710-9.11090-7.01730-12.02510-16.9图表4-6ExtendedTypicalUrbanmodel(ETU)Excesstapdelay[ns]Relativepower[dB]0-1.050-1.0120-1.02000.02300.05000.01600-3.02300-5.05000-7.04.2.2多普勒频移下面是以上三个信道模型在低、中、高多普勒频移下的参数：图表4-7ChannelmodelparametersModelMaximumDopplerfrequencyEPA5Hz5HzEVA5Hz5HzEVA70Hz70HzETU70Hz70HzETU300Hz300Hz4.2.3MIMO下天线间的自相关矩阵而eNodeB和UE使用MIMO技术时，其自相关矩阵如下所示：图表4-8eNodeBcorrelationmatrixOneantennaTwoantennasFourantennaseNodeBCorrelation1eNBR11eNBR1111*91*94*91*91*949491*919491eNBR图表4-9UEcorrelationmatrixOneantennaTwoantennasFourantennasUECorrelation1UER11UER1111*91*94*91*91*949491*919491UER因此，eNodeB和UE之间的自相关矩阵可表示为：UEeNBspatRRR这里，和如下所示：图表4-10LowcorrelationMediumCorrelationHighCorrelation000.30.90.90.9由于将上面的值代入图表4-8和图表4-9中，天线间的自相关矩阵可能不是正定或半正定矩阵，因此其自相关矩阵需要作出如下修改：)1/(][aaInspatialhighRR其中，a为使highR成为正定或半正定矩阵的最小实数。当自相关系数很高时，对于4*2时的情况，14ae；对于4*4的情况，1.24ae；当自相关系统中等时，1.24ae。不过，在一些LTE的书籍上，也有使用以下几种信道模型：SCM、SCME和WINNER。4.3下行链路接收LTE系统的下行链路接收框图如下所示：OFDMdemodOFDMdemodSoftMIMODetecor(软解调)UndoLayermappingDescramble软信息LLRDescrambleDecodingDecodingBitpaddingS/P(循环缓冲器）SubDeIntSubDeIntSubDeIntTurboDecoder软信息LLRChannelEstimation&Noiseestimation图表4-11LTE系统的下