1、td-lte物理層過(guò)程,系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)部物理層協(xié)議室,前言,本課程的目的 對(duì)td-lte系統(tǒng)的物理層過(guò)程進(jìn)行介紹 本課程的預(yù)備知識(shí) ofdm基礎(chǔ) 基本物理層過(guò)程介紹,前言,參考資料 3gpp ts 36.211 3gpp ts 36.212 3gpp ts 36.213 3gpp ts 36.321 3gpp ts 36.331,主要內(nèi)容,td-lte的小區(qū)初搜過(guò)程 td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程 td-lte的同步控制過(guò)程 td-lte的功率控制和功率分配過(guò)程,td-lte的小區(qū)搜索過(guò)程,為什么要進(jìn)行小區(qū)搜索 ue通過(guò)小區(qū)搜索過(guò)程完成下行時(shí)間和頻率的同步，并識(shí)別小區(qū)id。 完成小區(qū)初搜后，ue接收基

2、站發(fā)出的廣播信息，獲取系統(tǒng)信息。 小區(qū)搜索是ue接入系統(tǒng)的第一步，關(guān)系到ue能否快速，準(zhǔn)確的接入系統(tǒng)。,td-lte的小區(qū)搜索過(guò)程,同步信號(hào) 主同步信號(hào)pss 副同步信號(hào)sss 時(shí)頻位置 系統(tǒng)帶寬的中間72個(gè)子載波(實(shí)際上序列只映射在中間的62個(gè)子載波上，兩側(cè)各預(yù)留5個(gè)子載波的保護(hù)帶) pss位于dwpts的第3個(gè)ofdm符號(hào)位置 sss位于子幀0的最后一個(gè)ofdm符號(hào)位置,fs2，常規(guī)cp,td-lte的小區(qū)搜索過(guò)程,同步信號(hào)序列 主同步信號(hào)使用長(zhǎng)度為62的zadoff-chu序列 共有3個(gè)pss序列，每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)小區(qū)id： 副同步信號(hào)使用的序列由兩個(gè)長(zhǎng)度為31的二進(jìn)制序列通過(guò)交織級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，

3、并且使用由主同步信號(hào)序列決定的加擾序列進(jìn)行加擾，長(zhǎng)度為31的二進(jìn)制序列以及加擾序列都由m序列產(chǎn)生,共有168組sss序列，與小區(qū)id組序號(hào) 一一對(duì)應(yīng),td-lte的小區(qū)搜索過(guò)程,小區(qū)初搜流程,5ms 定時(shí)，獲得,10ms 定時(shí)，獲得,計(jì)算得到,讀取mib,讀取sib,primary synchronization signal,secondary synchronization signal,pbch,dbch,公共天線端口數(shù)目（盲檢） sfn 下行系統(tǒng)帶寬 phich配置信息,其他系統(tǒng)信息,td-lte的小區(qū)搜索過(guò)程,系統(tǒng)信息 mib (master information block) 在

4、pbch信道上發(fā)送 固定在每個(gè)無(wú)線幀的子幀0中slot 1的前4個(gè)ofdm符號(hào) 系統(tǒng)帶寬中間的6個(gè)prb 40ms tti sib (system information block) 在pdsch信道上發(fā)送 具體的物理層傳輸格式及物理資源由pdcch調(diào)度 多種等級(jí)的si：si-1, si-2,si-x（傳輸不同重復(fù)周期的系統(tǒng)信息）,常規(guī)cp,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,為什么要進(jìn)行隨機(jī)接入 隨機(jī)接入是一個(gè)重要的物理層過(guò)程，通過(guò)隨機(jī)接入ue才能與基站進(jìn)行信息交互，完成后續(xù)如呼叫，資源請(qǐng)求，數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌?ue通過(guò)隨機(jī)接入，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的上行時(shí)間同步。 隨機(jī)接入的性能直接影響到用戶的體驗(yàn)，其設(shè)計(jì)

5、目標(biāo)是設(shè)計(jì)出能夠適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景、快速接入、容納更多用戶的方案,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,隨機(jī)接入信道基本時(shí)頻結(jié)構(gòu) 時(shí)域結(jié)構(gòu) preamble: cp + sequence preamble之后需要預(yù)留保護(hù)間隔(gt) gt防止preamble對(duì)上行數(shù)據(jù)造成干擾 gt長(zhǎng)度為兩倍最大傳播時(shí)延,小區(qū)中間用戶發(fā)送preamble,小區(qū)邊緣用戶發(fā)送preamble,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,隨機(jī)接入信道的基本時(shí)頻結(jié)構(gòu) 序列產(chǎn)生 preamble使用zadoff-chu序列產(chǎn)生 序列長(zhǎng)度 preamble format 03：839 preamble format 03：139 頻域結(jié)構(gòu) 一個(gè)pra

6、ch占用6個(gè)rb 內(nèi)含保護(hù)帶 preamble信號(hào)采用的子載波間隔與上行其它sc-fdma符號(hào)不同 preamble format 03：1250hz preamble format 4: 7500hz,preamble format 03,preamble format 4,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,不同的隨機(jī)接入信道格式 根據(jù)時(shí)域結(jié)構(gòu)、頻域結(jié)構(gòu)以及序列長(zhǎng)度的不同，可以將preamble分為如下五種格式,preamble格式4在幀結(jié)構(gòu)2中的uppts域中傳輸,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,td-lte的隨機(jī)接入信道配置 td-lte的隨機(jī)接入信道配置與無(wú)線幀上下行配置密切相關(guān) 與lte-fd

7、d相比，td-lte制式下上行子幀數(shù)有限，為保證隨機(jī)接入的時(shí)效性，在同一個(gè)子幀中允許出現(xiàn)多個(gè)用于隨機(jī)接入的時(shí)頻資源塊 td-lte的隨機(jī)接入信道密度為：每10ms內(nèi)0.5、1、2、3、4、5、6次 td-lte的隨機(jī)接入信道配置通過(guò)一組向量指示： 其中 指示prach的頻域資源索引 指示prach出現(xiàn)的無(wú)線幀編號(hào) 0：所有無(wú)線幀;1：偶數(shù)號(hào)無(wú)線幀;2：奇數(shù)號(hào)無(wú)線幀 指示prach出現(xiàn)在的半幀編號(hào) 0：前半幀，1：后半幀 指示prach出現(xiàn)的子幀編號(hào),td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,td-lte的隨機(jī)接入信道配置 所有的prach配置都遵從先時(shí)分后頻分的原則進(jìn)行時(shí)頻資源映射，目的是將prach平均分

8、布在各個(gè)上行子幀中，以免某一上行子幀prach資源占用過(guò)多，對(duì)pusch傳輸造成較大的影響 對(duì)format0-3的prach其頻分原則： 其中 為系統(tǒng)上行帶寬； 為第一個(gè)prach信道的頻域起始prb編號(hào)，目前已經(jīng)確定使用7bit的廣播消息通知 從上式可以看出：對(duì)于format 0-3的prach，同一個(gè)子幀的頻分的多個(gè)prach依次占用頻帶的兩端的邊帶。,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,td-lte的隨機(jī)接入信道配置 uppts中的prach配置也遵從先時(shí)分后頻分的原則進(jìn)行時(shí)頻資源映射，以減小對(duì)uppts中與prach頻分發(fā)送的srs的影響 對(duì)format4的prach其頻分原則： 其中 為無(wú)線

9、幀編號(hào)； 為一個(gè)無(wú)線幀內(nèi)的切換點(diǎn)個(gè)數(shù) format 4的prach在頻域上放置在系統(tǒng)帶寬的邊緣，多個(gè)prach連續(xù)放置，并在高頻端和低頻端兩者之間跳變,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,隨機(jī)接入流程 ue側(cè)的物理層操作,解析傳輸請(qǐng)求，獲得隨機(jī)接入配置信息 選擇preamble序列 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入：隨機(jī)選擇preamble 無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入：由高層指定preamble 按照指定功率發(fā)送preamble 盲檢用ra-rnti標(biāo)識(shí)的pdcch 檢測(cè)到，接收對(duì)應(yīng)的pdsch并將信息上傳 否則直接退出物理層隨機(jī)接入過(guò)程，由高層邏輯決定后續(xù)操作,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,隨機(jī)接入流程 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入

10、適用于初始接入,1.ue端通過(guò)在特定的時(shí)頻資源上，發(fā)送可以標(biāo)識(shí)其身份的preamble序列，進(jìn)行上行同步 2.基站端在對(duì)應(yīng)的時(shí)頻資源對(duì)preamble序列進(jìn)行檢測(cè)，完成序列檢測(cè)后，發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。 3.ue端在發(fā)送preamble序列后，在后續(xù)的一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)基站發(fā)送的隨機(jī)接入響應(yīng) 4.ue在檢測(cè)到屬于自己的隨機(jī)接入響應(yīng)，該隨機(jī)接入響應(yīng)中包含ue進(jìn)行上行傳輸?shù)馁Y源調(diào)度信息 5.基站發(fā)送沖突解決響應(yīng)，ue判斷是否競(jìng)爭(zhēng)成功,td-lte的隨機(jī)接入過(guò)程,隨機(jī)接入流程 無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入 適用于切換或有下行數(shù)據(jù)到達(dá)且需要重新建立上行同步時(shí),1.基站根據(jù)此時(shí)的業(yè)務(wù)需求，給ue分配一個(gè)特定的preambl

11、e序列。（該序列不是基站在廣播信息中廣播的隨機(jī)接入序列組） 2.ue接收到信令指示后，在特定的時(shí)頻資源發(fā)送指定的preamble序列 3.基站接收到隨機(jī)接入preamble序列后，發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。進(jìn)行后續(xù)的信令交互和數(shù)據(jù)傳輸。,td-lte的同步控制過(guò)程,為什么要進(jìn)行同步 同步保證了各個(gè)用戶信號(hào)之間到達(dá)接收機(jī)時(shí)保持正交性 cdma系統(tǒng)中為碼字之間的正交性 ofdma系統(tǒng)中為子載波之間的正交性 在ofdma系統(tǒng)中，由于cp的存在，對(duì)同步精度的要求有所降低，理論上同步誤差在cp范圍內(nèi)即可 lte系統(tǒng)中 下行同步在用戶端檢測(cè)和調(diào)整 上行同步在基站測(cè)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)閉環(huán)反饋的方式對(duì)用戶上行發(fā)送時(shí)間進(jìn)

12、行調(diào)整,td-lte的同步控制過(guò)程,下行鏈路質(zhì)量檢測(cè) ue物理層基于小區(qū)專屬參考信號(hào)測(cè)量服務(wù)小區(qū)的下行鏈路質(zhì)量并向高層報(bào)告測(cè)量結(jié)果 在非drx模式下，在開(kāi)啟了鏈路失敗檢測(cè)時(shí)，ue側(cè)的物理層在一定周期200ms內(nèi)的每個(gè)無(wú)線幀檢測(cè)下行鏈路質(zhì)量。當(dāng)鏈路質(zhì)量低于門限qout時(shí)，物理層須向高層報(bào)告鏈路問(wèn)題，直至鏈路質(zhì)量高于門限qin 由高層開(kāi)啟/關(guān)閉物理層的鏈路失敗檢測(cè) 具體的檢測(cè)門限由ran4規(guī)定,td-lte的同步控制過(guò)程,上行同步控制 lte的上行定時(shí)調(diào)整顆粒度為16ts，（ ），上行定時(shí)調(diào)整命令通過(guò)mac層信令的方式發(fā)送給ue ue接收到定時(shí)調(diào)整量 后，需要按照比相應(yīng)的下行幀定時(shí)提前 的時(shí)刻發(fā)送

13、相應(yīng)的上行幀數(shù)據(jù)，如下圖 對(duì)于td-lte， 為基站側(cè)上行至下行的切換保護(hù)時(shí)間，約為614ts，即20us（ffs),td-lte的同步控制過(guò)程,上行同步控制 上行同步初始控制 在隨機(jī)接入響應(yīng)消息的mac pdu中攜帶有(必選)11bits的定時(shí)提前命令ta，對(duì)應(yīng)的絕對(duì)定時(shí)提前量為nta = ta x 16 其中ta命令的范圍為0,1282 對(duì)應(yīng)的定時(shí)調(diào)整量nta的范圍為0, 20512ts，即0,667us 上行同步維護(hù) 在dl-sch的mac pdu中攜帶有(可選)6bits的定時(shí)提前命令ta，該ta是針對(duì)舊的ta命令的累積調(diào)整，即 nta,new = nta,old + (ta 31)1

14、6 其中ta命令的范圍為0,63，對(duì)應(yīng)的定時(shí)調(diào)整范圍為-496,512ts ue在子幀n接收到的定時(shí)調(diào)整命令在子幀n+6生效 若由于定時(shí)調(diào)整的原因，造成上行子幀n和n+1有重合部分，則ue需要保證子幀n的發(fā)送，并放棄發(fā)送子幀n+1中與子幀n重疊的部分,td-lte的功率控制和功率分配,為什么要進(jìn)行功率控制 cdma系統(tǒng)中使用功率控制主要目的是降低系統(tǒng)自干擾 ofdma系統(tǒng)中，由于子載波之間具有良好的正交性，因此功率控制的主要目的是 降低功耗(上行) 降低小區(qū)間干擾(上下行) 在lte中包括有 小區(qū)內(nèi)功率控制 上行功率控制決定每一個(gè)上行物理信道上的一個(gè)sc-ofdma符號(hào)的功率 下行功率分配決定

15、每個(gè)資源單元(re)上的符號(hào)能量 小區(qū)間功率控制 通過(guò)小區(qū)之間信息交互實(shí)現(xiàn),td-lte的功率控制和功率分配,上行共享信道的功率控制 ue在子幀i發(fā)送pusch時(shí)按照以下公式計(jì)算發(fā)射功率 其中 為ran4定義的與終端功率等級(jí)對(duì)應(yīng)的最大發(fā)射功率 為該次pusch傳輸分配的prb個(gè)數(shù) 為pusch期望接收功率，它是小區(qū)專屬部分 和ue專屬部分 兩者之和，其中包括兩套參數(shù)，j=0對(duì)應(yīng)非動(dòng)態(tài)調(diào)度的pusch傳輸，j=1對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)度的pusch傳輸 為路徑損耗補(bǔ)償因子，通過(guò)選擇合適的因子可以獲得小區(qū)邊緣吞吐量和小區(qū)間干擾之間的折衷 pl為ue測(cè)量的下行路徑損耗 為傳輸格式相關(guān)調(diào)整量，該調(diào)整可基于ue開(kāi)啟

16、/關(guān)閉，當(dāng)該調(diào)整開(kāi)啟時(shí) 其中 f(i)為閉環(huán)功率調(diào)整命令，通過(guò)pdcch發(fā)送,td-lte的功率控制和功率分配,上行控制信道的功率控制 ue在子幀i發(fā)送pucch時(shí)按照以下公式計(jì)算發(fā)射功率 其中 為pucch期望接收功率，它是小區(qū)專屬部分 和ue專屬部分 兩者之和 為pucch格式相關(guān)的功率調(diào)整量，定義為每種pucch類型相對(duì)于基準(zhǔn)pucch格式(pucch format 1a)的功率偏置 g(i)為閉環(huán)功率調(diào)整命令，通過(guò)pdcch發(fā)送 計(jì)算公式中其他參數(shù)與pusch相同,td-lte的功率控制和功率分配,上行sounding reference signal的功率控制 ue在子幀i發(fā)送srs

17、時(shí)按照以下公式計(jì)算發(fā)射功率 其中 為與pusch相比的srs功率偏移量，該偏移量有兩套參數(shù)，具體選擇哪一套參數(shù)中的哪個(gè)值由高層配置 為當(dāng)前子幀中的srs發(fā)送帶寬 計(jì)算公式中其他參數(shù)與pusch相同,td-lte的功率控制和功率分配,上行閉環(huán)功率調(diào)整命令 上行閉環(huán)功率調(diào)整命令有兩種生效方式，分別是： 絕對(duì)值調(diào)整方式 累積值調(diào)整方式 pusch和srs的功率控制可由高層信令配置采用絕對(duì)值調(diào)整方式or 累積值調(diào)整方式 pucch只能采用累積值調(diào)整方式 閉環(huán)功率調(diào)整命令的發(fā)送方式如下表所示 format 3/3a中攜帶的tpc優(yōu)先級(jí)低于其他dci format,td-lte的功率控制和功率分配,隨機(jī)接

18、入的功率控制 隨機(jī)接入preamble的發(fā)射功率按照如下公式計(jì)算 其中 po_pre是隨機(jī)接入preamble的發(fā)射功率初始值，其動(dòng)態(tài)范圍為 -120, -90 dbm，并以2db為顆粒度，用4bits信令指示 db_rampup是隨機(jī)接入preamble的發(fā)射功率調(diào)整步長(zhǎng)，其取值可能為 0, 2, 4, 6 db，用2bits信令指示 _preamble是不同隨機(jī)接入preamble格式的特定的偏移量，隨機(jī)接入preamble長(zhǎng)度越短，需要的發(fā)射功率越高。 對(duì)于格式0和格式1的preamble，_preamble 0db 對(duì)于格式2和格式3的preamble ，_preamble -3db

19、對(duì)于格式4的preamble ，_preamble 8db,td-lte的功率控制和功率分配,下行功率分配 為什么要進(jìn)行下行功率分配 下行基站發(fā)射總功率一定，需要將總功率分配給各個(gè)下行物理信道 為下行公共參考信號(hào)分配合適的功率，滿足小區(qū)邊緣用戶下行測(cè)量性能和信道估計(jì)性能-支持rs功率提升 為下行公共信道/信號(hào)(pcfich, phich, pdcch, 同步信號(hào)、廣播信息、尋呼、隨機(jī)接入相應(yīng)等)分配合適的功率，滿足小區(qū)邊緣用戶的接收質(zhì)量 為下行用戶專屬數(shù)據(jù)信道分配合適的功率，在滿足用戶接收質(zhì)量的前提下，盡量降低發(fā)射功率，減少對(duì)鄰小區(qū)的干擾 保持不同ofdm符號(hào)上的總功率盡量一致，保證功放效率并

20、減少功率浪費(fèi),td-lte的功率控制和功率分配,下行功率分配 基本概念和術(shù)語(yǔ),epre:每資源單元能量 ecrs ：每個(gè)天線端口上crs的epre ea：下行每個(gè)天線端口上不包含crs的ofdm符號(hào)上的數(shù)據(jù)epre eb：下行每個(gè)天線端口上包含crs(或?qū)ьl空洞)的ofdm符號(hào)上的數(shù)據(jù)epre aea/ecrs beb/ecrs,td-lte的功率控制和功率分配,下行功率分配 下行公共參考信號(hào)的功率分配 下行公共參考信號(hào)的功率分配由基站決定，決定原則為根據(jù)小區(qū)大小，信道環(huán)境等因素，考慮小區(qū)邊緣用戶的下行測(cè)量性能和信道估計(jì)性能進(jìn)行靜態(tài)或半靜態(tài)配置 下行公共參考信號(hào)epre通過(guò)系統(tǒng)信息向小區(qū)廣播，

21、用戶可依此計(jì)算路損等 下行公共信道/信號(hào)的功率分配 包括廣播信道、同步信號(hào)、尋呼信道、控制信道等 這些信道的功率設(shè)置根據(jù)各自的解調(diào)/檢測(cè)性能，通過(guò)鏈路預(yù)算的方法按照保證小區(qū)邊緣用戶接收質(zhì)量進(jìn)行靜態(tài)或半靜態(tài)配置 具體的功率設(shè)置結(jié)果不需通知用戶,td-lte的功率控制和功率分配,下行功率分配 下行用戶數(shù)據(jù)的功率分配 基于ue的下行數(shù)據(jù)功率分配，具體是設(shè)置分配給某一ue的物理資源上數(shù)據(jù)re的能量，即ea和eb，具體的分配和調(diào)整原則是根據(jù)用戶的反饋(例如cqi)，為接收質(zhì)量較差的用戶分配較大的功率。具體如何根據(jù)反饋信息決定功率的升降以及調(diào)整幅度，屬于算法實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)上不進(jìn)行規(guī)定 基站進(jìn)行下行功率調(diào)整

22、時(shí)保持eb/ea比不變，并通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)pb向小區(qū)內(nèi)所有用戶廣播該比值，用戶獲知此比值則可在進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)時(shí)對(duì)發(fā)射能量分別為eb和ea的調(diào)制符號(hào)進(jìn)行相同尺度的幅度歸一化,td-lte的功率控制和功率分配,下行功率分配 下行用戶數(shù)據(jù)的功率分配 pb的取值實(shí)際是和crs的功率開(kāi)銷相對(duì)應(yīng)的(crs功率開(kāi)銷定義為一個(gè)prb內(nèi)一個(gè)ofdm符號(hào)上crs總功率占該符號(hào)上總功率的比值)，由于天線端口配置的不同導(dǎo)致相同的crs所占物理資源不同，因此pb 的取值與crs功率開(kāi)銷之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不同(這里pb計(jì)算都是基于一個(gè)prb內(nèi)包含crs或?qū)ьl空洞的和僅包含數(shù)據(jù)re的ofdm符號(hào)上的總發(fā)射功率相等來(lái)進(jìn)行的) 單天線端口情況： pb 6/5(1-) 兩天線和四天線端口的情況： pb