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基于OFDM技術(shù)的LTE空中接口物理層的研究

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源: 電信技術(shù) ? 作者:趙鐵 ? 2021-06-19 16:58 ? 次閱讀

1、概述

LTE是3GPP在2005年啟動(dòng)的新一代無(wú)線系統(tǒng)研究項(xiàng)目。LTE采用了基于OFDM技術(shù)的空中接口設(shè)計(jì),目標(biāo)是構(gòu)建出高速率、低時(shí)延、分組優(yōu)化的無(wú)線接入系統(tǒng),提供更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率。

整個(gè)系統(tǒng)由核心網(wǎng)絡(luò)(EPC)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(E-UTRAN)和用戶設(shè)備(UE)3部分組成,見(jiàn)上圖。其中EPC負(fù)責(zé)核心網(wǎng)部分;E-UTRAN(LTE)負(fù)責(zé)接入網(wǎng)部分,由eNodeB節(jié)點(diǎn)組成;UE指用戶終端設(shè)備。系統(tǒng)支持FDD和TDD兩種雙工方式,并對(duì)傳統(tǒng)UMTS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,其中LTE僅包含eNodeB,不再有RNC;EPC也做了較大的簡(jiǎn)化。這使得整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)扁平化特性。

系統(tǒng)的扁平化設(shè)計(jì)使得接口也得到簡(jiǎn)化。其中eNodeB與EPC通過(guò)S1接口連接;eNodeB之間通過(guò)X2接口連接;eNodeB與UE通過(guò)Uu接口連接。

圖1-1LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2、物理層過(guò)程

本文重點(diǎn)討論LTE空中接口物理層的一些主要過(guò)程。

2.1下行物理層過(guò)程

2.1.1小區(qū)搜索過(guò)程

UE使用小區(qū)搜索過(guò)程識(shí)別并獲得小區(qū)下行同步,從而可以讀取小區(qū)廣播信息。此過(guò)程在初始接入和切換中都會(huì)用到。

為了簡(jiǎn)化小區(qū)搜索過(guò)程,同步信道總是占用可用頻譜的中間63個(gè)子載波。不論小區(qū)分配了多少帶寬,UE只需處理這63個(gè)子載波。

UE通過(guò)獲取三個(gè)物理信號(hào)完成小區(qū)搜索。這三個(gè)信號(hào)是P-SCH信號(hào)、S-SCH信號(hào)和下行參考信號(hào)(導(dǎo)頻)。

一個(gè)同步信道由一個(gè)P-SCH信號(hào)和一個(gè)S-SCH信號(hào)組成。同步信道每個(gè)幀發(fā)送兩次。

規(guī)范定義了3個(gè)P-SCH信號(hào),使用長(zhǎng)度為62的頻域Zadoff-Chu序列。每個(gè)P-SCH信號(hào)與物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)組內(nèi)的一個(gè)物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)。S-SCH信號(hào)有168種組合,與168個(gè)物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)組對(duì)應(yīng)。

在獲得了P-SCH和S-SCH信號(hào)后UE可以確定當(dāng)前小區(qū)標(biāo)識(shí)。

下行參考信號(hào)用于更精確的時(shí)間同步和頻率同步。

完成小區(qū)搜索后UE可獲得時(shí)間/頻率同步,小區(qū)ID識(shí)別,CP長(zhǎng)度檢測(cè)

圖2.1.1-1小區(qū)搜索過(guò)程

2.1.2下行功率控制

下行功率控制適用于數(shù)據(jù)信道(PDSCH)和控制信道(PBCH、PDCCH、PCFICH和PHICH)。

eNodeB決定每個(gè)資源單元的下行發(fā)射功率。對(duì)于數(shù)據(jù)信道(PDSCH)方法如下:

2.1.2.1eNodeBRNTP限制

系統(tǒng)通過(guò)定義“RNTP(RelativeNarrowbandTXPower)”來(lái)支持可能進(jìn)行的下行功率協(xié)調(diào),該消息通過(guò)X2接口在基站間交換。

RNTPtreshold定義了一個(gè)門(mén)限,由RNTP(nPRB)以比特圖的形式指示每個(gè)PRB將要使用的發(fā)射功率是否超過(guò)該門(mén)限。RNTP(nPRB)由下式確定:

nPRBPRB數(shù)目

EA:不包含參考符號(hào)的OFDM符號(hào)中的數(shù)據(jù)子載波的發(fā)射功率

EB:包含參考符號(hào)的OFDM符號(hào)中的數(shù)據(jù)子載波的發(fā)射功率

2.1.3尋呼–物理層面

尋呼用于網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的呼叫建立過(guò)程。有效的尋呼過(guò)程可以允許UE在多數(shù)時(shí)間處于休眠狀態(tài),只在預(yù)定時(shí)間醒來(lái)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)的尋呼信息。

WCDMA中,UE在預(yù)定時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)物理層尋呼指示信道(PICH),此信道指示UE是否去接收尋呼信息。因?yàn)閷ず糁甘拘畔r(shí)長(zhǎng)比尋呼信息時(shí)長(zhǎng)短得多,這種方法可以延長(zhǎng)UE休眠的時(shí)間。

在LTE中尋呼依靠PDCCH。UE依照特定的DRX周期在預(yù)定時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)PDCCH。因?yàn)镻DCCH傳輸時(shí)間很短,引入PICH節(jié)省的能量很有限,所以LTE中沒(méi)有使用物理層尋呼指示信道。

如果在PDCCH上檢測(cè)到自己的尋呼組標(biāo)識(shí),UE將解讀PDSCH并將解碼的數(shù)據(jù)通過(guò)尋呼傳輸信道(PCH)傳到MAC層。PCH傳輸塊中包含被尋呼的UE的標(biāo)識(shí)。未在PCH上找到自己標(biāo)識(shí)的UE會(huì)丟棄這個(gè)信息并依照DRX周期進(jìn)入休眠。

2.2上行物理層過(guò)程

2.2.1隨機(jī)接入過(guò)程

層一的隨機(jī)接入過(guò)程包括隨機(jī)接入preamble的發(fā)送和隨機(jī)接入響應(yīng)。其余的消息不屬于層一的隨機(jī)接入過(guò)程。

2.2.1.1物理非同步隨機(jī)接入過(guò)程

層一的隨機(jī)接入過(guò)程包括如下步驟:

1.高層的preamble發(fā)送請(qǐng)求觸發(fā)L1隨機(jī)接入過(guò)程;

2.隨機(jī)接入所需的preambleindex,目標(biāo)preamble接收功率(PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER),相應(yīng)的RA-RNTI和PRACH資源作為請(qǐng)求的一部分由高層指示;

3.preamble發(fā)射功率PPRACH由下式計(jì)算:

4.UE使用preambleindex在Preamble序列集中隨機(jī)選擇一個(gè)Preamble序列;

5.UE在指定的PRACH上以功率PPRACH發(fā)送選擇的Preamble序列;

6.UE嘗試在高層定義的接受窗口內(nèi)使用RA-RNTI檢測(cè)PDCCH。如果檢測(cè)到,相應(yīng)的PDSCH傳輸塊被傳輸?shù)礁邔?。高層解讀傳輸塊并使用20比特UL-SCHgrant指示物理層。

2.2.1.2隨機(jī)接入響應(yīng)準(zhǔn)許

高層使用20比特UL-SCHgrant指示物理層,這被稱(chēng)為物理層隨機(jī)接入響應(yīng)準(zhǔn)許。20比特UL-SCHgrant的內(nèi)容包括:

-跳頻標(biāo)識(shí)–1bit

-固定尺寸RB指派–10bits

-截短的MCS–4bits

-PUSCH的TPC命令–3bits

-UL遲延–1bit

-CQI請(qǐng)求–1bit

2.2.2CQI/PMI/RI的報(bào)告

UE用來(lái)報(bào)告CQI(ChannelQualityIndication)、PMI(PrecodingMatrixIndicator)和RI(RankIndication)的時(shí)頻資源由eNB控制。報(bào)告方式有周期性和非周期性?xún)煞N。UE可以使用PUCCH進(jìn)行周期性報(bào)告,使用PUSCH進(jìn)行非周期性報(bào)告。

CQI或PMI的最小計(jì)算和反饋單位為subband(約為2~8個(gè)RB,若系統(tǒng)帶寬小于8個(gè)RB,不定義Subband),見(jiàn)表2.2.2-1。

表2.2.2-1:Subband尺寸(k)vs.系統(tǒng)帶寬(onPUSCH)

CQI的計(jì)算與報(bào)告分為widebandCQI、UEselected(subbandCQI)和Highlayerconfigured(subbandCQI)三種?;靖鶕?jù)終端反饋的CQI和預(yù)測(cè)算法,選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)腗CS,見(jiàn)表2.2.2.-2。

對(duì)于空間復(fù)用,UE需要確定一個(gè)RI值,對(duì)應(yīng)有效的傳輸層數(shù)。對(duì)于發(fā)射分集,RI等于一。

表2.2.2-2:4-bitCQITable

2.2.3上行功率控制

上行功率控制用來(lái)控制不同上行物理信道的發(fā)射功率。這些物理信道包括物理上行共享信道(PUSCH)、物理上行控制信道(PUCCH)和Sounding參考符號(hào)。

2.2.3.1物理上行共享信道

物理上行共享信道PUSCH在子幀i的發(fā)送功率由下式確定:

2.2.3.2物理上行控制信道

物理上行控制信道PUCCH在子幀i的發(fā)射功率由下式確定:

2.2.4UEPUSCH跳頻

如果PDCCH(DCI格式0)中的FH域設(shè)置為1,UE會(huì)進(jìn)行PUSCH跳頻。

PUSCH跳頻意味著一個(gè)子幀中的兩個(gè)時(shí)隙上行傳輸所用的物理資源不占用相同的頻段。

進(jìn)行PUSCH跳頻的UE需要確定它的子幀的第一個(gè)時(shí)隙的PUSCH資源分配,其中包含PRB索引號(hào)。

當(dāng)上行PUSCHhopping關(guān)閉,或者通過(guò)ULgrant實(shí)現(xiàn)hopping時(shí),PUSCHPRB索引號(hào)等于ULgrant中分配的索引號(hào);

當(dāng)上行hooping開(kāi)啟時(shí),PUSCHPRB索引號(hào)由ULgrant中分配的索引號(hào)和一個(gè)預(yù)定義的、與cellID相關(guān)的hoppingpattern來(lái)共同決定。

2.3Semi-Persistent調(diào)度

LTE中的動(dòng)態(tài)調(diào)度提供了很大的靈活性但同時(shí)也產(chǎn)生了較高的信令負(fù)荷。對(duì)于較規(guī)則的低速業(yè)務(wù),這種信令開(kāi)銷(xiāo)尤為明顯。為了降低此類(lèi)業(yè)務(wù)的信令負(fù)荷,3GPP定義了一個(gè)新的概念:semi-persistent調(diào)度。這種調(diào)度概念的思想是對(duì)于較規(guī)則的低速業(yè)務(wù)(例如VoIP),對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的資源使用進(jìn)行分配,而無(wú)需每次傳輸時(shí)都進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配,以節(jié)省信令開(kāi)銷(xiāo)。所有HARQ重傳使用動(dòng)態(tài)調(diào)度。圖2.3-1顯示了semi-persistent調(diào)度的概念和HARQ重傳。

下行方向規(guī)范允許基于盲檢測(cè)的semi-persistent調(diào)度,即事先預(yù)配置少數(shù)幾種格式(編碼、調(diào)制和物理資源的組合),在配置的子幀中可以使用任何預(yù)配置的格式。UE需要進(jìn)行盲檢測(cè)來(lái)確定子幀中使用的是哪一個(gè)預(yù)配置的格式。但上行方向規(guī)范只允許一個(gè)格式,即不允許盲檢測(cè)。

責(zé)任編輯:gt

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