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LTE物理层详解--- 基本介绍 http://blog.csdn.net/zzsfqiuyigu

2019-07-13 19:32发布

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LTE物理层详解--- 基本介绍

标签： tdd通讯扩展手机算法生活 2012-05-22 00:17 5941人阅读 评论(2) 收藏 举报  分类： 1.机制的来源 ---- 哲学
    • 想出来的，协议或规定，特别是‘恰当（中庸的思想），极端就是毁灭. 就像TDD没有沿用3G的上下行随便配置的方法，但也不能只有一种配置，这样太死板，所以折中之后提取出了七种比较有意义的帧结构模型。
    • 具体问题具体分析。不能生搬硬套，要根据具体的情况订出具体的策略。后面介绍每种信道的时候就能看出来，每种信道的处理几乎都不一样，没有一种完全统一的方式。
    • 就像数学推论一样，当问一个为什么，不断问下去的时候？最后要不是规定或者设计思想；就要不是‘公理，定理’，根本没法证明。
    • 任何事情都没有完美的，有利有弊，只是看你有没有发现而已。
    • 配置出来的
    • 潜规则，这是一种规则但并没有显示表示（在代码中也有同样的。由于潜规则不容易发现而且难于理解，最好少用）

注：也许这些看起来比较空洞，但当你看完了后面的信道实现再反过来看的时候，就能很好的感觉这些思想的意义了。


2.后面讨论的一些限制 只涉及TDD-LTE，TDD比较复杂些，想清楚了它,FDD自然也好理解只涉及子载波是15kz的情况只讨论‘一个时隙有7个symbol的情况’，也就是normal循环前缀（Normal cyclic prefix）的情况。不讨论Extended cyclic prefix的情况不讨论半静态调度，也许偶尔会涉及到不讨论MIMO的情况看的都是860的协议，分别是36211-860,36212-860,36213-860
  • 注：调制之后也产生符号，而一个资源块RB也是时域上也是有符号的概念。所以为了两者区别，‘调制符号’就是指‘调制之后也产生符号’；而正常的‘符号’就是指‘时域的符号’的概念。
3.LTE整体理解
3.1 生活交流就是LTE ----设计思想
让我们从生活的角度来简单理解下‘通讯’，自己想出来的，有些也可能不太准确，只是想表达一种意思。假设eNodeb，UE都是人，是一个enodeb同时和多个UE进行交流。
  • 加扰：由于enodeb和每个UE谈话的时候，都不想别人听得懂它们之间的谈话的内容。所以enodeb和每个UE谈话的时候，都用一种不同的语言，这也就相当于别的人虽然听到了，但是听不懂。相当于通讯中加扰。
  • 功控：由于enodeb和多个UE都在一个环境谈话。如果一个UE讲得太小，enodeb听不到，enodeb就会让那个UE说话声音大点；如果UE说话声音太大了，又吵着了enodeb和其他人谈话，所以太大了又会让那个UE说话小声点。就这样不停的根据环境变化说话声音的大小，这也就是‘通讯中的功控了’，当然enodeb肯定也会控制自己说话的音量的。
  • 编码率（CQI决定）：enodeb和UE之间谈话，觉得UE说话太快了，听不清楚，就会跟UE说，你说话慢点；这样UE每一个分钟说的话也就少了，表达的意思就少了，当然这也是根据环境不断变化的；反过来也一样。这也就是通讯中‘编码率’，表达了选择到的那块资源（时间+频域）所能携带的，由CQI（channel quality indication）决定的。由于只能让听的人来决定说话是否快慢，所以：通讯中下行就是通过UE上报的CQI—channel quality indication决定下行编码率，因为UE是听者；上行enodeb自己来判断CQI—channel quality indication决定上行编码率，因为enodeb是听者。
  • ASN编码方式：就像人说话是否精练一样。同样的字数能传递的信息数是不一样的，像电报就要求比较精炼。无线侧的ASN编码就像人说话很干练；而有线侧TLV的ASN编码模式就相当于说话比较啰嗦。
  • 资源位置的选择（CQI决定）：enodeb可以让UE站在不同的地方，看看它听enodeb说话的效果怎么样，或者让UE站在各个地方说‘事先订好大家都知道的话’。哪里enodeb听得最清楚，最后enodeb就说你就站在那里说话吧，那里说话听得最清楚。这也就是通讯中‘资源位置的选择’，就是通过‘不同资源上返回的CQI，去选择CQI最好的资源进行分配，当然这只是理想情况’。此时说话的内容都是事先订好的，这也就是通讯中的RS（参考信号的作用），RS还有个作用‘相干解调’，后面会介绍。
  • 资源数目的选择：用说话不好做比喻。就用货物运送吧。UE说我有很多货要送。Enodeb说我就给你多拍几辆车来送货把。这就是资源数目的意思了。
  • 调度：一个enodeb和多个UE之间对话，每个人都有话要说，每个人可能要说好几件事，每件事重要程度也是不一样的（这也就是通讯中DRB的优先级），每件事说多少话也是不一样。而且有些UE的话重要，有些不太重要（这也就是UE的调度优先级）。但enodeb又忙不过来，它就去决定什么时候和某个UE对话，什么时候又听UE说话，分配多少时间给某个UE，分配多少车辆给UE送货（因为总的车辆数是一定的，也就是上下行带宽），最后调度就决定最后怎么去做。
  • 正交：想到一个比喻但不是太恰当。就像一盘有各种颜 {MOD}的珠子混在一起，然后你用自己对应的颜 {MOD}，就能从混在一起的珠子中选出你自己想要的颜 {MOD}的珠子。颜 {MOD}就相当于正交码；用想要的颜 {MOD}去匹配的动作就是正交运算。


3.2 一些设计基本原则----设计思想
  • 为了防止小区间干扰，通常通用的会通过PCI（physical cell id）进行偏移计算或者‘参与加扰计算’来防止干扰；如果和时间（时隙0~19）的变化相关，还加上‘时间’参与加扰。
  • 为了防止小区内不同UE的干扰或者决定UE的资源分配位置，通过一个与无线侧UE相关的唯一标识--‘RNTI’进行加扰或者定位资源分配的位置。考虑到，如果资源分配的位置还有冲突，可能还会加入一个系统内相对的子帧号（0~9）或者时隙号（0~19）来解决这种资源冲突，让这种冲突再下一个时间点能得到解决，也就是资源分配的位置由RNTI和子帧号/时隙号共同决定。当然也会加上PCI来区分不同小区之间的不同UE。
  • 为了‘离散化’数据，一般喜欢‘横放列取’的方法。
  • 由于‘空口最大的一个缺陷就是资源少’，所以为了尽量节省资源，产生了很多潜规则，而且也有时会‘1bit当2bit用，就是说不同的外部条件下，该1bit代表不同的意思’。这样虽然节省了资源，但这样的不利就是‘算法和限制条件太多了太烦了’。
  • 要是‘没有了TDD’，也许思路该清净/清晰很多了。看物理层协议，TDD由于上下行配置的多样性和不对称性，产生了非常多的额外的处理问题，特别是HARQ ACK/NACK的处理。


3.3      基准时间单位-----规定
Ts = 1/30,720,000 S
这个的意思就是说‘每1秒，每个天线端口都会发送出30 720 000个‘调制符号’出去’。


3.4 FDD和TDD的帧结构  -- 规定
3.4.1  FDD帧的结构
FDD的配置,对称的(上下行不同的频点)
   系统帧，子帧，时隙，符号（symbol）与时间单位的关系

          Tframe(307 200 * Ts=10ms)à 10* Tsubframe(30 720*Ts=1ms) à
          2* Tslot(15 360*Ts = 0.5ms)à 7/6 symbol(2048*Ts = 66.7us).

3.4.2 TDD帧的结构
3.4.2.1思想 

TDD的几种配置，可以不对称
  • 思想（折中）：就像TDD没有沿用3G的上下行随便配置的方法，但也不能只有一种配置，这样太死板，所以折中之后提取出了七种比较有意义的帧结构模型。
  • 参看：36211的Table 4.2-2
0和5这两个子帧都必须是下行，2必须是上行。 0和5这两个子帧都必须是下行，2必须是上行。 帧结构的配置可以改变，但不能改变得太快，不能每个系统帧都变一下为了防止小区间干扰，相邻小区的上下行配置最好一样特殊子帧只有下行转换到上行之间才有帧结构和特殊指针的DWPTS/GP/UPPTS的时长都是由系统信息通知给手机的使用那种时隙结构，是基于每个子帧都可以变化的。一般’扩展的CP’就是给MBMS子帧用的。
后面就能知道由于‘一个帧内的上下行子帧的数目不一样’这种不对称的配置，最后导致很多特殊的处理出来。也许现在还不太了解，看完后面的说明应该就了解了。    3.4.2.2 配置     RRC::SystemInformationBlockType1 à TDD-Config à subframeAssignment
3.4.3 TDD特殊子帧的结构
  • RRC::SystemInformationBlockType1 àTDD-Config à specialSubframePatterns决定特殊子帧的配置。

 3.4.3-1.jpg (62.58 KB)
2012-2-20 16:05
  • 注意上表的红 {MOD}部分，对应到的符号symbol数，因为PDCCH要占用1~3（normal）符合，所以‘也就会明白，后面提到的为什么特殊子帧配置为0,5的时候，为什么不能传输下行数据了，因为如果PDCCH占3个符号就没有资源给PDSCH用了（设计的人也是以PDCCH占最大情况来考虑的，一刀切。没有根据PCFICH来判断，如果根据PCFICH来判断算法会复杂。两种方法各有利弊）’

3.4.4 问题
3.4.4.1 问题1： 既然说GP是为了上下行转换提供空余时间减少干扰，那为什么说上行到下行转换得地方都没有GP呢？

因为下行到上行转换时，UE根本不知道和enodeb之间的距离，如果提前量太早了，UE发送上行数据而enodeb还在发送下行数据，就会发生干扰，所以需要GAP。当上行到下行的转换的时候，如果UE没有TA（时间提前量），它肯定是在PRACH上发送，premable占用的时间比较短，不会完全占满上行子帧，所以后面还是留了点时间，不会发送上下行冲突；而当UE已经有TA的时候，时间已经对齐了，即使发送有点误差也是落在了cyclic prefix（每个时域上symbol前面的空白）里面了，所以不会发生上下行干扰。

==》也进一步推出：为什么PRACH的资源在时域上，为什么在特殊子帧上要以‘特殊子帧’的尾部进行对齐，而在正常的上行子帧上，要以‘正常上行子帧的’开头对齐了。因为特殊子帧后面肯定是上行子帧，所以要向后对齐；而正常的上行子帧后面可能是下行子帧，所以要向前对齐。
3.4.4.2 问题2：为什么要有扩展的CP
  • 覆盖范围大的小区，可以解决延迟长的问题
  • MBMS广播，对于多个小区同时广播一套节目给终端，必须考虑不同小区到终端的时间延迟不同，所以用扩展的长的CP比较好。



3.5一些基本概念--规定
3.5.1公式--拉斯变换
  • 变换的目的就是：让乘法变得很简单了。
3.5.2 资源块的描述--规定

  • 1 个资源块（RB） = 12 subcarrier * 1 slot(正常7个符号)
  • 1 subcarrier = 15khz à 也就是说一秒钟的发射载波频率是15k
  • RE = (频域)15KZ * 1 symbol（时域），就是上面的一个‘最小的方框’。
  • REG = 4个频域挨着的但不一定连续的，时域上相同的RE的集合。
    注意： CCE只是一个逻辑上的概念，也就是说它物理上只是等于9个REG,并没有实际的对应关系。为了PDCCH盲检测用的。它和REG的顺序不一样，它的顺序是先时域，再频域的。


3.5.2.1 问题1：为什么CCE要先时域后频域？
因为这样可以获得时域分集（就是把一组完整的数据分在不连续的时间上发送），跟后面提到的交织一样，都是为了错误随机化。因为‘射频单元’会以(1/Ts = 30 720 000 S)的频率‘按照先频域后时域发送‘调制符号’。

3.5.3 调度的单位--规定(个人觉得也是一种恰当不极端的思想
  • 时间上：一个TTI(1ms)，即2个TS调度一次
  • 频域上：调度的最小资源单位却是由一个subframe中的两个资源块为最小调度单位（一个时隙一个RB，但这两个RB可能载频不一样）,也就是所谓的时隙间跳频，跳即‘变化，不同的’意思。


    3.5.3.1问题1：为什么要不同时隙间的使用的载频可能不一样？

这样应该是为了获得良好的接收效果。如果在某个频点的信号不好，而1个TTI内上下时隙的频点不一样，这样另外一个频点对应的信息还是能很好的解出来。

一个很特别的例子就是PUCCH资源回应HARQ ACK/NACK的时候：它对应的上下时隙的频点就不一样，但是它们传输的数据是有关联的，只要一个时隙能解出来就行了，所以某个频点的信号不好也不会受影响。具体我们后面谈到PUCCH的时候再解释。

3.5.4 符号和真实的BIT数据的对应关系
  •      我们可以简单的把符号理解成电磁波，接收端接收到的电磁波然后根据不同的相位可以认为代表不同的BIT.
记住：记住接收是指接收一个时间段的波形，而不是一个时间点的波形。

例如QPSK：1个符号代表2bit的情况。
  • 参考36211的7.1。注意：64QAM有些手机是不支持的，所以要从UE的信息中获取是否支持，才能决定是否对该手机使用64QAM（RRC::UE-EUTRA-Capability->
    ue-Category能查到）

3.5.5 时域延迟等同于频率相位偏移如何理解
  • T1时间点应该发送波形，推迟到T2点发送，所以相对于接收端它不知道推迟，所以它还是在T1时间点进行接收，接收到的就是T2时间点的波形。所以相位不一样，就相当于偏移。

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