lte信道

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3.3 总结

1、概述1.1 控制信息1.1.1 控制相关信息

控制相关信息：包括各种信号和控制信息。

· 信号：用于终端与基站建立联系

· **控制信息**：在**传送业务信息时起控制作用**

1.1.1 控制相关信息的分类

控制相关信息的分类：

控制相关信息的分类

1.1.3 信令

(1) 有线通信系统中的信令

根据控制信息与业务信息的传输方式，可以分为：

· 随路信令：信令与业务信息采用相同的传输路径，对此又可细分为：

· 随路插入信令

· 随路混合信令

· 随路分离信令

· 共路信令：信令与业务信息采用不同的传输路径，其中最著名的为SS7，即7号信令，7号信令单独组成了一个信令网。

根据信令的作用区域划分：

· 用户线信令

· 局间信令

(2) 移动通信系统中的信令

分类：

· 随路信令

· 共路信令

基站eNB使用随路和共路两种信令，终端UE只使用随路信令。

eNB与UE之间的信令属于用户线信令。

分析LTE网络中的信令与业务传输情况：

**LTE的核心网(EPC)包括5大网元**：

· MME：移动性管理实体，是EPC的关键网元，负责管理和控制，相当于班长；、

· SGW：服务网关，是EPC的重要网元，负责处理业务数据流；

· PGW：PDN网关，服务关于PDN(分组数据网)的接口；

· HSS：归属用户服务器，是EPC的关键网元，与HLR一样担当数据库的角色，负责存储用户信息

· PCRF：策略与计费规则功能，与QoS的控制相关。

eNB与EPC之间采用S1接口，基于共路信令

eNB与eNB之间采用X2接口，基于随路混合信令

eNB与UE之间采用Uu接口，基于随路分离信令

重点关注Uu接口上传输的上层信令和底层指令

1.2 控制信道

在LTE系统中，主要通过控制信道来传送底层指令。

按分层方式对控制信道进行分类：

① 物理控制信道：承载控制信息

② 逻辑控制信道：传送用户专用信令

物理控制信道就是承载控制信息的物理信道。

LTE系统中的控制信息

在LTE中使用如下4种物理控制信道来承载下行方向上的底层指令：

LTE系统中的下行物理控制信道

在LTE中使用如下2种物理控制信道来承载上行方向上的底层指令：

LTE系统中的上行物理控制信道

2、LTE的下行物理控制信道2.1 PBCH(广播物理信道)

PBCH的作用是广播系统的关键信息，只广播最重要的信息，如下行带宽、PHICH的格式、天线端口数目等。

服务于整个小区的所有终端用户。

2.1.1 PBCH承载的信息

PBCH广播的信息内容，称为MIB(Master Information Block,主信息块)。因此，PBCH承载的控制信息是MIB。

eNB每40ms(4个无线帧)广播一次MIB。

一个MIB长度为24bit，包含以下内容：

· 下行带宽：3bit，对应6种频点带宽

·PHICH的位置：1bit，对应常规或扩展的取值

· PHICH的参数：2bit，代表PHICH的参数Ng

· SFN(System Frame Number)：8bit，表示SFN的高8位，低2位利用扰码进行判断(见2.1.2 过程描述中的4、)。一个SFN帧由10个子帧组成，长度为10ms，编号为0~1023

· 预留比特：10bit

2.1.2 PBCH的处理流程

PBCH的处理过程

过程描述：

1、CRC处理：将eNB的天线端口数作为CRC掩码，长度为16bit，与MIB的内容进行XOR处理

2、信道编码：合并MIB与CRC掩码处理后的结果，得到40bit的数据，采用1:3咬尾卷积的信道编码，得到120bit的数据

3、速率适配：把120bit的数据重复16次，得到1920bit的数据

4、加扰：扰码采用Gold序列，利用扰码可以判断当前无线帧的位置，从而得到SFN的低2位

PBCH的CRC掩码

PBCH采用的扰码与CRS采用的扰码存在如下的区别：① PBCH扰码的初始值为② PBCH以每4个无线帧为周期，而CRS以1个无线帧为周期

2.1.3 PBCH的时频分布

MIB

PBCH是承载MIB的，因此PBCH的时频分布可以理解为MIB的时频分布。

PBCH占用的时频资源：

① 从频率上看，一个PBCH，占用72个子载波，相当于6个RB的带宽② 从时间上看，PBCH位于无线帧的第一个子帧的第二个时隙的第1-4个OFDM符号，每10ms占用一次，因此，一个周期(40ms)发送4次PBCH

PBCH还为4天线端口的CRS预留了位置，即8个RE，故PBCH占用一个SB中的。

因为，从频率的角度，一个无线帧的PBCH分布在6个SB，因此，一个无线帧中的PBCH一共占用。

在QPSK调制下，一个无线帧中的PBCH可承载480bit的数据。

MIB的广播周期为40ms，需要广播的数据量为1920bit。

MIB的广播周期对应4()个无线帧，因此，每次广播，PBCH一共占用960()个RE，正好可以承载1920bit的数据。

NOTE：对于终端接收而言，由于在广播周期中，一共发送了4次MIB，且后3次的MIB均为第1次MIB的重复，因此UE只需要接收一个无线帧上的MIB即可。

2.2 PCFICH(控制格式指示物理信道)

专门广播关键的子帧格式信息，即一个子帧中可以用于承载下行控制信道的OFDM符号数目。

服务范围？

2.2.1 PCFICH承载的信息

PCFICH只承载2bit的CFI(Control Format Indicator，控制格式指示)，即PDFICH承载的控制信息为CFI。

CFI用于指示控制区占用的OFDM符号数量

在第一章 时频结构中提到，下行控制信道分布在子帧的控制区，控制区占用了子帧第一个时隙的第一个OFDM符号到第N个OFDM符号，其中就等于CFI。

有关N，即CFI的取值为：

①当频点带宽大于1.4MHz时，可以是1、2或3；

②对于TDD的特殊子帧，只能取1或2，因此TDD特殊子帧的第三个OFDM符号要用于传输主同步信号。

控制区占用的OFDM符号数，可以使用Matlab LTE ToolBox中的函数定义如下所示：

enb.CFI = 2; % 表示控制区占用子帧的第一个时隙的第一个OFDM符号到第2个OFDM符号

2.2.2 PCFICH的处理流程

PCFICH的处理过程

过程描述：

1、块编码：

CFI块编码

2、加扰：使用Gold序列作为扰码，初始值为：

3、QPSK调制：对加扰后的32bit数据进行调制，得到16个调制符号

4、资源映射：将16个调制符号映射到每个子帧的第一个OFDM符号的16个RE上。

将16个RE，分为4组，则每个4个RE，构成一个REG(Resource Element Group)。

REG(Resource Element Group):为同一个OFDM符号内4个连续的子载波。

注意：这个**连续**需要**忽略**CRS占用的RE以及为CRS留空的CRS。

2天线端口下的一个SB内REG(CFI=3)的分布

如上图所示，在第一个OFDM符号中由于CRS的存在，因此只能部署2个REG，而在第2个和第3个OFDM符号中可以部署3个REG。

2.2.3 PCFICH的特点

① PCFICH占用的4个REG在频点带宽上均匀分布，实现了频率分集，如下图所示：

图1、FDD双工方式，单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH(RB=6)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5图2、FDD双工方式，单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH(RB=25)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5

上面两个图的区别就在于频点不同，图1为1.4MHz，图2为5MHz。虽然频点带宽不同，但最后生成的PCFICH的数目相同，都是16个RE。不过，REG之间的间距有所差别，PCFICH资源分配的基本思想是在全系统带宽上尽可能均匀地分配4个REG。

② 每个REG在频率上的起始位置与PCI有关，因此如果小区的PCI不同，PCFICH就可以在频率上错开。如下图所示：

FDD双工方式单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH(PCI=0)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5FDD双工方式单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH(PCI=1)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5

2.3 PHICH(HARQ指示物理信道)

eNB向UE反馈与上行HARQ相关的ACK/NACK信息。

服务范围是一个终端用户。

2.3.1 PHICH承载的内容

PHICH承载的内容是HI(HARQ Indicator,HARQ指示)，对应1bit的ACK/NACK信息。其中，"1"对应ACK，"0"对应NACK。

ACK/NACK消息是eNB对UE上行HARQ的反馈。PHICH是终端专用的。

由于是反馈消息，因此HI与对应的上行HARQ有明确的时间关系，称为时序。

FDD和TDD两种双工方式的时序有明显的区别。

① FDD双工方式中的时序关系

在FDD中，时序关系固定。基站在后面的第4个下行子帧发送的HI上给出当前HARQ的反馈。

FDD双工方式中的时序关系

② TDD双工方式中的时序关系

在TD-LTE中，HI的时序需要特别设定。

a、当上、下行配置为2:2时

TD-LTE中HI的时序关系(2:2)

当上、下行配置为2:2时，后续的第4个或第6个下行子帧上的HI给出当前上行子帧的HARQ反馈

b、当上、下行配置为1:3时

TD-LTE中HI的时序关系(1:3)

当上、下行配置为1:3时，固定后续的第6个下行子帧上的HI给出当前上行子帧的HARQ反馈

2.3.2 PHICH的处理流程

PHICH组：由于PHICH承载的HI内容很少，并且每个终端的HI是专用的，不能混淆。因此为了提升传送效率，将多个PHICH集合成一个PHICH组。PHICI组中多个PHICI可以映射到同一个RE上，即一组PHICI在RE上被复用。

既然，一组PHICH被复用，我们就需要考虑如何解复用。

在无线通信中，最常见的复用方式就是使用正交序列。

一组PHICH中有多少个PHICH？

使用**常规CP**，每组最多8个PHICH；使用**扩展CP**，每组最多4个PHICH。

一组PHICH中没有PHICH也是可以的。

PHICH的处理流程

流程描述：

1、每个终端的HI经过1:3的重复编码，变成3bit的数据

2、3bit的数据经过BPSK调制，得到3个符号

3、eNB对不同UE的3个符号进行码分复用(CDM)，采用四阶的Walsh码作为正交码，处理后，3个符号变成12个码片

4、CDM处理后的码元要进行加扰处理，来避免不同小区的干扰，使用Gold序列进行加扰，周期为1ms，Gold序列的初始值为

5、将不同UE的码片叠加得到了12个符号，将符号分成3组，映射到3个REG上

疑问：为什么PHICH的Gold序列的初始值也涉及，但是是以子帧进行循环？

码片：编码信号。

PHICH的映射的特点：

① 3个REG在频域上均匀分布,即频点越大，REG之间的间隔也越大，可以实现频率分集的效果，提高了接收HI的可靠性；

② 12个RE不需要局限在控制区的第一个OFDM符号上，可以扩展到控制区的所有OFDM符号上。

PBCH承载的MIB信号包含有关PHICH的信息比特：PHICH的位置(1bit)、PHICH的参数Ng(2bit)

**PHICH的位置**：有两种取值。等于**常规**时，表示**PHICH只能出现在控制区的第一个OFDM符号**上；等于**扩展**时，表示**PHICH可以扩展到控制区的所有OFDM符号上**

**PHICH的参数Ng**：有4个取值，分别是1/6、1/2、1或2。决定了PHICH组的数目N

PHICH组数的计算公式(FDD常规CP)：，其中，表示频点带宽对应的RB数目。

2.3.4 PHICH的特点

①每个REG在频率上的起始位置与PCI有关，因此如果小区的PCI不同，PCFICH就可以在频率上错开。如下图所示：

FDD双工方式单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH、PHICH(PCI=0)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5，PCFICH=0.8FDD双工方式单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH、PHICH(PCI=1)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5，PCFICH=0.8

②PHICH占用的4个REG在频点带宽上均匀分布，实现了频率分集，如下图所示：

FDD双工方式单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH、PHICH(RB=6)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5，PCFICH=0.8FDD双工方式单天线端口下的PSS、SSS、CRS、PCFICH、PHICH(RB=25)的时频网格，PSS=0.2,SSS=0.4,CRS=1.0,PCFICH=0.5，PCFICH=0.8

2.3.4 有关PHICH的思考

在上行链路中，直接用PUCCH承载HI信息作为对下行链路的HARQ的反馈。

那么在下行链路中，为什么不能直接用PDCCH承载HI呢？

因为上行链路承载的信息少，而下行链路承载的信息多，单独使用PHICH承载HI，可以提高信息处理效率。

2.4 PDCCH(下行控制物理信道)

eNB发送与业务调度相关的信息。

PDCCH上承载的信息为DCI(Downlink Control Information,DCI)，与某个终端或某组终端相关。

2.4.1 DCI的种类

DCI一共有4种，分别为：

· 0：上行调度

· 1： 下行调度（单层）

· 2：下行调度（多层）

· 3： 上行功率控制

每种类型的DCI又可以细分为多个小类：

DCI的类型以及对应的用途和包含内容

DCI有多种类型，每种不同的不同的类型又携带不同的数据。因此，在一个具体的情况下，到底应该使用哪种DCI？

在具体的情况下，关于DCI的选择，与如下两个参数有关：

· RNTI(Radio Nertwork Temporary Identifier，无线网临时标识)：在UE与eNB的信令连接建立后，eNB将为UE分配一个**C-RNTI(16bit)**，作为**UE在无线网中的唯一标识**

· TM(Transmission Mode)

2.4.2 DCI下发的参数

DCI的内容包含多种参数，以下为一些比较重要的参数：

① 资源分配类型

资源分配类型表示如何以RB为单位来描述分配给用户的时频资源。

由于用户的可用资源就在DCI所在的子帧上(?)，因此，时间信息已经隐含在DCI中了，eNB只需要用RB描述分配给用户的频率资源即带宽就可以了。

用RB描述分配给UE的带宽的方式有如下两种类型：

· 类型0：采用位图(Bitmap)方式，1bit只是一个RBG，表明该RBG对应的带宽是否可用。当频点带宽为10MHz，LTE系统定义了17个RBG，每个RBG包含3个连续RB；当频点带宽为20MHz，LTE系统定义了25个RBG，每个RBG包含4个连续RB

· 类型1：将RBG划分为多个子集，子集数目等于RBG包含的RB数，因此类型1的带宽分配精确到单个RB。缺点是不能覆盖所有RB(?)

② 调制与编码方式

LTE系统中业务数据的处理单位为传输块(TB)，TB的大小可变，与调制编码方式相关。

调制编码方式的参数为共5bit，是确定TB的关键参数。

2.4.3 PDCCH的处理流程

由于在QPSK调制下，1个REG最多只能承载8bit的数据量，对于PDCCH而言，这个承载数据量太小，因此考虑使用CCE。

PDCCH在一个或多个连续的CCE(Control Channel Element,控制信道分配单位)上传输，即PDCCH映射到CCE上。

一个CCE包含9个连续的REG，一个REG包含4个**连续的**RE。

在QPSK调制方式下，一个REG可以承载8bit的数据量，则一个CCE可以承载72bit的数据量。

PDCCH的处理流程

其中，加扰使用的Gold序列的初始值为：，周期为1ms

由于DCI的类型众多，长度也不一样，因此可以根据DCI大小来选择合适的PDCCH格式。LTE定义了4种PDCCH格式，如下：

PDCCH格式

2.4.4 有关PDCCH的问题

承载DCI的PDCCH的位置在每个子帧中是不同的，取决于在eNB侧CCE的下标。

但是UE不知道CCE的下标，UE必须通过blind decoding得出PDCCH的位置。 如何进行blind decoding?