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标题: 【原创】LTE物理层技术之我见【连载中】 [查看完整版帖子] [打印本页]
时间: 2015-2-3 21:00
作者: whist0109
标题: 【原创】LTE物理层技术之我见【连载中】
LTE与无线接入技术的不同之处主要存在于空口物理层，LTE的空口技术也是LTE协议理解的难点所在，本帖主要针对我自己在学习LTE中产生的疑问，以及对这些疑问的思考。由于LTE物理层技术的复杂性以及我个人理解的局限性，所以如果我的理解不准确请提供你的思路，大家一起探讨，如果发现不足之处，还请大家轻拍。
最开始，我会关注一些我学习中发现的问题以及思考，之后慢慢的添加协议的规定，尽力把LTE物理层以及相应的原理完整的呈现出来。
由于发帖也是一时兴起，不知能否坚持下去，希望能得到大家支持。
2015-2-5：由于我在发帖到现在没有仔细规划，基本上是想到哪里写到哪里，所以可能现在看起来比较凌乱，等后面逐渐形成体系后我会重新规划修改章节。2015-2-6：明天开始放春节假了，要去看女儿，可能有3~5天暂时不能更新。有些知识也要细想一下。发这个帖子3天来，有种战战兢兢的感觉，由于LTE物理层的复杂性，生怕哪里说的不够严密，如果哪里有错，欢迎批评指正。
1，PDCCH的盲解码
2，逻辑天线端口与物理天线端口
3，ZC序列的性质
4，PUSCH上行参考信号-15，PUSCH上行参考信号-26，PUCCH format1-1
7，PUCCH format1-2
8，上行参考信号的跳变
时间: 2015-2-3 22:08
作者: whist0109
标题: PDCCH的盲解码
本帖最后由 whist0109 于 2015-2-5 23:10 编辑
PDCCH的盲解码
要理解这个问题，需要先了解如下点：
先说CCE： 这个是针对 PDCCH的，PDCCH 总共有4个聚合级别，如下：Table 6.8.1-1: Supported PDCCH formats.
PDCCH format
|
Number of CCEs
|
Number of resource-element groups
|
Number of PDCCH bits
|
0
|
1
|
9
|
72
|
1
|
2
|
18
|
144
|
2
|
4
|
36
|
288
|
3
|
8
|
72
|
576
|
ENODEB会根据 DL链路的质量，选择不同的聚合级别，链路质量好一个 CCE就够用，如果不好（譬如在小区边界）就多几个,最多8个CCE。
信道编码：
PDCCH的信道编码的编码速率固定为1/3，且采用与turbo码类似的循环缓冲方法，通过打孔和重复传输比特，把编码后的数据分为不同的部分。传输的比特数是基于可使用的CCE的数量来确定的，区别于PDSCH/PUSCH信道的重传。
调制方式：
PDCCH的调制方式是固定的QPSK调制。
DCI格式：
不同的带宽对应下的DCI format的比特数是不一样的，带宽确定后，某种 format的对应比特数也就确定下来了。
另外，不同的传输模式下，可能采用不同的格式，之后我会把相应的表附上。
对于上行资源分配使用DCI format0，下行资源分配使用1,1a,1b,1c,1d,2,2a,2b2c。有一点需要明确的就是format0 与format1a有相同的长度，其他的格式有不同的比特长度。
PDCCH的信道扰码：
PDCCH的扰码并没有使用CRNI进行扰码的初始状态计算，而只是根据时隙号以及 PCI值设置初始值，所以 PDCCH的扰码与CRNTI 没有关系。CRNTI（ 16bit）只用来与CRC 校验进行异或（ or other）计算，方便接收端在解码后，再使用自己的 CRNTI异或得到发送端添加的CRC校验值，与接收端计算的CRC校验值比较来确定解码是否正确。
CCE搜索空间：
公共搜索空间对于所有 UE是公共的，共有 6个（对应两种聚合级别 2-4,3-2），UE 特定搜索空间是用 CRNTI算出来的搜索空间共16种。
PDCCH的盲解码：
PDCCH的盲解码是基于CRNTI的盲解码，并不包含其他类型的RNTI。对于盲解吗UE并不关心是下行资源分配，还是上行资源分配。它只关心要解码的DCI格式的比特数量。 根据UE所处的状态以及传输模式，每次搜索只需要搜索两种不同DCI比特数量：
1，format0/1a对应的比特数量；
2，format1/1b/1c/1d/2/2a/2b/2c对应的比特数量;
再根据之前所说的CCE的搜索空间可知，UE共需要搜索（ 6+16）*2=44 次，就可以解出这个 TTI的所有的系统消息资源分配，下行链路资源分配，上行链路资源分配。
如之前所说，PDCCH信道有些编码速率以及调制方式是固定的，正是这些固定的信息大幅度的降低了接收端PDCCH的盲解码的复杂度。在实现时，完全可以根据编码速率以及调制方式是固定的这个特点，可以只做一次信道解码把整个 PDCCH解出来（或者只解码全部的公共搜索空间以及UE特定的搜索空间的比特），之后再根据公共搜索空间以及 UE特定搜索空间进行多次搜索即可找到自己想要的数据。这样需要的信道解码次数实际只有一次，搜索最多 44次。而搜索过程相对简单很多，只需要根据CCE搜索空间找到相应的比特以及校验信息，把校验信息与UE自己的CRNTI进行异或计算得出发送侧计算的CRC与UE自己计算的CRC进行比较，相同可认为这个资源分配是给自己的，不同就认为是发给其他UE的。
简单的说，就是UE本身是智能的，它自己知道自己处于什么状态，这个状态主要是指UE知道自己所处的传输模式，LTE规定，对于下行来说，在每种传输模式下可以接收两种DCI格式，一种是公共的format 1A格式，一种是特定的格式，譬如对于单天线传输模式对应的DCI格式为format1，闭环空分复用围format2，等等，（后面会添加传输模式的章节，到时候就清楚了）。不同的DCI format有不同数据长度。由于每种传输模式有对应的两种DCI format数据长度，所以需要乘2. 而对于上行来说，固定的只有format0 的UL grant数据格式，而它的长度，LTE规定与DCI format1A相同，所以对于CRNTI的盲解码次数22(CCE搜索空间大小)*2=44，就可以解码出所有这个CRNTI对应的DL grant，UL grant。
另外，由于在某些的TTI，UE需要解码PAGING和系统消息，而PAGING和系统消息采用不同的RNTI, 对它们的搜索不包含在这44次内。而对它们的搜索由于占用公共搜索空间其实会相对固定，只需很少的几次搜索即可。
所以UE在一个TTI内还是有可能会超过44次搜索的。
时间: 2015-2-3 22:21
作者: whist0109
标题: 逻辑天线端口与物理天线端口
首先，说说天线的相干性：天线间距大于 10个波长，那么说这个天线是非相干的；间距小于 0.5个波长那么天线是相干的，双极化天线例外。所以从天线间距上就可以判断天线之间是相干的还是非相干的。
其次，是 LTE逻辑天线端口的意义 ,每个逻辑天线端口都有相应的参考信号图样，每种参考信号图样可确定一种物理空口信道，所以从这个意义上讲， LTE逻辑天线端口的意义就是一个物理空口信道。
然后，是两者的关系：
如果物理天线是相干的 ，那么相干的天线就只能与一个 LTE逻辑天线 port对应。那么即使有多个物理天线，那多个物理天线也只是为了传输一个 LTE物理空口信道。这个应该主要应用在 TDD上，也就是“经典 beamforming”，主要利用天线的智能性，形成波束。缺点就是不能提供对抗无线信道衰落的空间分集增益。
如果物理天线是不相干的 ，那么各个不相干的天线可以对应到不同的 LTE逻辑天线 port上。所以不同的物理天线，传输不同的 LTE物理空口信道。主要是空分复用以及分集传输模式。有一个特殊的传输模式， TM6，很多地方把这个也叫做“ beamforming”，但是从这个理解来说，它就要区别于“经典 beamforming”，因为这里的beamforming形成是通过不相干的物理天线打出去的，所以可以提供对抗无线信道衰落的空间分集增益。而且这种方式下不同于经典 beamforming，它可以不只在相位上而且在幅度上调节天线阵元上的待发射信号。
时间: 2015-2-4 09:18
作者: 圣龙66
先留名，后收藏！加油！
时间: 2015-2-4 12:37
作者: lyd187990
最近再看GSM系统的无线通道，希望可以和楼主一起探索学习
时间: 2015-2-4 13:46
作者: gongyong114
楼主加油
时间: 2015-2-4 23:15
作者: whist0109
标题: ZC序列的性质
ZC序列也被称为GCL序列，它是一种单位振幅序列，满足CAZAC的恒幅零自相关特性。ZC序列在LTE空口中被广泛应用，包括：
1，PUSCH的参考信号；
2，PUCCH的参考信号以及与正交掩码合用区分上行控制信道上的不同用户；
3，Preamble序列；
4，SRS上行探测参考信号;
5, 下行主同步信号PSS;
在开始介绍应用前，先简单介绍一下ZC序列的特性：
1，任意ZC序列的包络即幅度恒定，这个特性有利于实现低的峰均比；
2，理想的周期自相关性：任意ZC序列的周期自相关只在延时为0时取值不等于0；延时不等于0时取值为0；
3，良好的周期互相关性：对于素数长度（Nzc为素数）的两个不同根指数（q1，q2）对应的序列，如果|q1-q2|为素数，那么这两个ZC根序列的循环相关绝对值恒定等于1/√Nzc，所以序列越长，相应的周期互相关性就越好（低）。
4，傅里叶变换保持性：任意ZC序列通过傅里叶变换后任然为ZC序列，任然具有ZC序列的所有性质。
由于年底工作较忙，没有时间做系统整理，我想先把框架搭起来，之后再慢慢添加东西进去。
时间: 2015-2-4 23:20
作者: whist0109
怎么才能直接在第一个帖子里添加链接直接跳转到相应的章节
时间: 2015-2-5 00:05
作者: whist0109
标题: PUSCH上行参考信号 - 1
本帖最后由 whist0109 于 2015-2-5 23:15 编辑
PUSCH上行参考信号主要基于 ZC序列。与下行链路在一个小区中主要采用小区公共 RS不同，上行的多点对点网络结构导致只能采用UE专用 RS。
为支持不同带宽的上行链路传输，针对 每种不同RB数量 的上行资源分配，有必要给一个小区分配至少一个基RS序列组。每个基RS序列组包含对应不同RB数量 的多个RS序列：
小于 3个 RB的上行资源分配 ：
由于最大分配两个RB，如果采用ZC序列，根据ZC序列的周期互相关性，可知序列长度越短，互相关性越高，不利于信道检测。所以LTE为一个或者两个 RB的资源分配定义了 30个特殊的 RS序列，这些序列是 QPSK，而不是基于 ZC的序列。
3个或者更多 RB的上行资源分配 ：
ZC 序列将提供至少30个根序列。由于对应3个RB的分配对应的ZC序列的长度为36，而LTE中采用的都是素数长度的ZC序列，不能满足36的长度。由于ZC序列的优良的周期互相关性以及周期自相关性，LTE采用周期扩展的方式扩展了序列，而与36最接近的素数是31. 根据ZC序列的定义，Nzc等于31时，最多存在（Nzc-1）30个不同的根序列。而对于大于3个RB的分配，基于同样的原理，如5个RB，对于的序列长度为60，最接近的素数为59，所以最多存在58个根序列。而对于大于等于6个RB的分配，至少存在71可用的ZC根序列。
最小数量的RB资源分配，只有30个根ZC序列存在，所以对于一个基RS序列组，需要包含各种可能的RB数量的上行资源分配，只存在30个基RS序列组。每个小区分配某一个基序列组（每组中都包含多个序列，每个序列对应一种 RB分配数量）。这个就是模30问题的由来。
正如刚才所说，对于大于等于6个RB的资源分配，至少存在71个可用的ZC根序列，所以对于大于等于6个RB的上行资源分配，每个基序列组中可存在2个同样长度的ZC根序列。LTE利用这一点支持一个子帧的两个时隙进行序列跳变（序列组内），即跳序。
时间: 2015-2-5 00:06
作者: whist0109
gongyong114 发表于 2015-2-4 13:46 
楼主加油
感谢支持，我会努力
时间: 2015-2-5 00:07
作者: whist0109
lyd187990 发表于 2015-2-4 12:37
最近再看GSM系统的无线通道，希望可以和楼主一起探索学习
好的，每个人都有自己的理解，我认为无论对错，每种理解都可以提供一种思路。希望与你一起进步。
时间: 2015-2-5 00:07
作者: whist0109
圣龙66 发表于 2015-2-4 09:18
先留名，后收藏！加油！
谢谢支持。
时间: 2015-2-5 17:22
作者: cba010
UE共需要搜索（ 6+16）*2=44 次
这个里面乘以2是什么意义？
时间: 2015-2-5 23:05
作者: whist0109
cba010 发表于 2015-2-5 17:22
UE共需要搜索（ 6+16）*2=44 次
这个里面乘以2是什么意义？
这个部分我写的可能不清楚也存在一些错误，譬如系统消息不应该在这个盲解范围内，后面有时间的时候我会修改。
简单的说，就是UE本身是智能的，它自己知道自己处于什么状态，这个状态主要是指UE知道自己所处的传输模式，LTE规定，对于下行来说，在每种传输模式下可以接收两种DCI格式，一种是公共的format 1A格式，一种是特定的格式，譬如对于单天线传输模式对应的DCI格式为format1，闭环空分复用围format2，等等，（后面会添加传输模式的章节，到时候就清楚了）。不同的DCI format有不同数据长度。由于每种传输模式有两种数据长度，所以需要乘2. 而对于上行来说，固定的只有format0 的UL grant数据格式，而它的长度，LTE规定与DCI format1A相同，所以对于CRNTI的盲解码次数22(CCE搜索空间大小)*2=44，就可以解码出所有这个CRNTI对应的DL grant，UL grant。
另外，由于在某些的TTI，UE需要解码PAGING和系统消息，而PAGING和系统消息采用不同的RNTI, 对它们的搜索不包含在这44次内。而对他们的搜索其实会相对固定，只需很少的几次搜索即可。
所以UE在一个TTI内还是有可能会超过44次搜索的。
时间: 2015-2-5 23:31
作者: whist0109
标题: PUSCH参考信号 - 2
由ZC序列的零自相关循环移位正交性质。即一个 ZC序列与同一序列的任何循环移位之间的互相关性为 0. 所以一个小区内使用相同时频资源的 UE（多用户 MIMO） 可以使用同一序列的不同循环移位来保证不同 UE的 RS信号的正交性。正交的参考信号可以在接收端估计出出使用相同时频资源的UE的信道。 有信号系统的知识可知，时域的延时表现在频域对应的就是相位旋转。所以要保证使用相同时频资源的不同UE参考信号的正交性，还要求ENODE（接收端）收到的的RS信号序列在时间上是对齐的，否则时间点上的不对齐会导致频域上的相位旋转，从而抵消为正交参考信号所做的相位旋转。
当使用不同循环移位的 UE数量小于可支持的循环时间移位数量时，分配具有最大可能（循环）间距的循环时间移位在接收端可以更好的解析信道特征。
后面我会添加一些协议内容。
时间: 2015-2-5 23:37
作者: whist0109
标题: PUCCH format1 - 1
先占个位置，由于需要作图，我还不知道怎么做，后面再说这个部分。主要涉及的原理与PUSCH的参考信号原理基本一致。
时间: 2015-2-5 23:39
作者: whist0109
标题: PUCCH format1 - 2
先占个位置，由于需要作图，我还不知道怎么做，后面再说这个部分。主要涉及的原理与PUSCH的参考信号原理基本一致。
时间: 2015-2-5 23:56
作者: whist0109
标题: 上行参考信号的跳变
上行参考信号的跳变主要包含两种形式：序列组的跳变；序列组内的跳序。LTE之所以引入这种技术，主要还是为了缓解LTE的老大难问题：小区间干扰。这部分参考了《4G LTE/LTE-A for Mobile Broadband》一书。
1，序列组的“跳组”：
由前面章节可知，在给定的时隙中，用于一个小区中的上行参考信号序列从一个指定的序列组中取得。小区内各个时隙可能使用同一个序列组（固定分配），也可以每个时隙不同，称为“跳组”。使用固定分配还是跳组由小区系统信息指示（“组跳变启用“的1bit广播信令参数）。
跳组模式实际上包括了序列组跳变和移位的一个组合，包含504个序列组跳变/移位，这些序列模式对应于504个唯一的小区ID。由于有30个基序列组，因此，定义了17（=【504/30】）个长度为20（对应时隙）的唯一序列组跳变模式。
不管使用固定的分组分配方法还是跳组的分配方法，PUCCH和PUSCH之间的分配都存在一定差异。
对于固定分配，用于PUCCH的序列组号从物理层小区标识摸30得到，小区标识范围 0~503. 即小区标识为0,30,60,480的小区都使用分组0；而1,31,61,...，481的小区都使用分组1，以此类推。相对的，PUSCH使用哪一个序列分组由小区系统信息通过信令明确通知，这样做的原因在于，即使相邻小区的小区标识不同，它们的PUSCH传输也可能（只是可能）使用相同的序列组。这样PUSCH传输所使用的参考信号就可以使用不同的相位旋转来区分。
当使用跳组时，每个小区特定的跳组模式被加到序列组中。这样，当参考信号用于PUCCH传输时，在某个时隙使用的分组是跳组模式的值加上小区标识后对30取模。跳组模式也是由小区标识给出的，同样的跳组模式用于同一个小区的PUSCH和PUCCH。
因此，在两个小区中，对PUSCH使用相同的序列组时：
1，两个小区的小区标识应当不同（这样对于PUCCH总是使用不同的序列组）；
2，如果启用跳组，两个小区的小区标识应当对应到同一个跳组模式；（即，不同小区ID，映射到同一个跳组模式）
3，两个小区在小区系统信息中通知给PUSCH使用的序列组要一样。
2，序列组的“跳序”：
对于长度对应6个或者6个以上资源块时（序列长度大于等于72），每个序列组有两个参考信号序列。具体使用哪一个序列可以使固定的（总是使用序列组中的第一个），也可以根据时隙的不同而不同，也就是跳序的。跳序的目的是为了将小区间的参考信号的干扰随机化。跳序只有在未启用跳组时，即小区的分组是固定的时候才能启用。
时间: 2015-2-6 08:49
作者: linzhongbo49
支持，论坛就需要技术牛人的原创帖子，赶快更新哈
时间: 2015-2-8 22:43
作者: wzggx1112
强烈支持技术贴
时间: 2015-2-9 16:23
作者: lph_2000
:):):)
时间: 2015-2-9 21:58
作者: huangAX_
都是高手，还望多多指教
时间: 2015-2-10 16:23
作者: c851261
这一贴我喜欢，不过还是要由浅入深。太久没有看技术，有点晕了！
时间: 2015-2-26 15:18
作者: gzh568
:)学习了，感谢经验分享
时间: 2015-2-26 15:19
作者: tsc19921211
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
时间: 2015-3-6 16:34
作者: hslg0149
楼主，我顶你个肺啊！请继续，我收藏了慢慢看
时间: 2015-3-7 20:58
作者: hero2009nj
谢谢楼主分享。
时间: 2015-3-9 11:40
作者: gglllmm
好贴 收藏学习
时间: 2015-3-10 16:27
作者: qsdys
学习LTE已经不短时间了，但是一直没有系统的掌握，惭愧惭愧
时间: 2015-3-25 16:47
作者: xiaotee
whist0109 发表于 2015-2-3 22:21
首先，说说天线的相干性：天线间距大于 10个波长，那么说这个天线是非相干的；间距小于 0.5个波长那么天线是 ...
如果是相干的 也可以通过编码做到非相干吧 space-time coding就是这个原理 也可以产生空间分集
时间: 2015-3-31 20:35
作者: 张文胜
学习一下:)
时间: 2015-4-6 18:42
作者: scnc001
太专业了，坛子里99%的看不懂。
时间: 2015-4-10 11:23
作者: relight
写的真好，怎么不继续了？
时间: 2015-4-12 23:02
作者: pillar008
强烈支持技术贴
时间: 2015-4-12 23:03
作者: pillar008
谢谢楼主分享。
时间: 2015-4-12 23:05
作者: pillar008
坛就需要技术牛人的原创帖子，赶快更新哈
时间: 2015-4-16 22:27
作者: chinaleof
谢谢分享。。。
时间: 2015-4-18 01:01
作者: xueshenghuid
支持技术贴
时间: 2015-4-18 21:33
作者: 流浪花开
支持技术贴
时间: 2015-4-24 19:19
作者: 云中歌
厉害啊
时间: 2015-4-24 19:20
作者: 云中歌
学习了
时间: 2015-5-1 10:38
作者: louisliushu
我在写PCI算法的论文，学习一下！
时间: 2015-5-1 14:17
作者: x_colin
努力努力。抖抖抖抖抖抖！
时间: 2015-5-21 16:26
作者: sjgga
楼主的观点印象深刻 支持
时间: 2015-6-8 15:46
作者: 鹏的摇曳
whist0109 发表于 2015-2-5 23:56
上行参考信号的跳变主要包含两种形式：序列组的跳变；序列组内的跳序。LTE之所以引入这种技术，主要还 ...
讲的比较细
时间: 2015-6-12 08:21
作者: 陈业政189
跟踪
时间: 2015-6-15 12:37
作者: 陈业政189
科普一下，设备长什么样子？那样更好。
时间: 2015-7-3 16:11
作者: 奔跑的滑板鞋
技术贴对新人的指导性很大的
时间: 2015-7-7 20:17
作者: des_fox
先顶再看，职业习惯
时间: 2015-8-5 09:33
作者: qsdys
MARK，物理层我看的一知半解，好好学习学习，谢谢。
时间: 2015-8-15 09:55
作者: Henry.C
好高端
时间: 2015-9-9 09:17
作者: ifree
值得收藏了 楼主还继续吗
时间: 2015-9-16 08:19
作者: symingong
先留名，再仔细学习
时间: 2015-11-2 13:30
作者: wyan_2005
支持技术贴
时间: 2015-12-23 23:02
作者: hudashuai
不错
时间: 2015-12-26 19:36
作者: wxl827567
初学者，好好学习
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