LTE信道与随机接入课件.ppt

1、LTE信道及随机接入专题信道及随机接入专题教学内容教学内容nLTE信道格式与映射信道格式与映射nUE开机流程开机流程nUE随机接入过程随机接入过程LTE物理信道nLTE下行物理信道l广播信道：PBCHl控制信道：PCFICH，PHICH，PDCCHl业务信道：PDSCHl多播信道：PMCHnLTE上行物理信道l控制信道：PUCCHl业务信道：PUSCHl随机接入信道：PRACH下行物理信道n广播信道PBCH(Physical Broadcast Channel)l广播信道分为MIB和SIB两部分，MIB信息承载在PBCH信道上。SIB信息在PDSCH信道上承载。lPBCH位于子帧0时隙1的前4

2、个OFDM符号，频域上占用中间的6个RB的72个子载波，调制方式QPSK。lMIB信息主要内容：系统带宽指示，系统帧号，PHICH资源指示信息。n控制信道：物理传输格式指示信道PCFICHlPhysical Control Format Indicator Channel(PCFICH)l指示一个子帧内PDCCH所占OFDM符号数(1、2、3或4)，调制方式QPSK。l资源映射：映射到该子帧第一个OFDM符号的4个REG中扩展到整个带宽，充分捕获频率分集增益。下行物理信道n控制信道：物理HARQ指示信道PHICHlPhysical hybrid-ARQ Indicator Channel(PH

3、ICH)l承载PUSCH信道的ACK/NACK应答，调制方式BPSKl不同PHICH信道映射到相同的RE构成PHICH组：n1 PHICH group=8 PHICHs(normal cp)n1 PHICH group=4 PHICHs(extend cp)n控制信道：下行物理控制信道PDCCHlPhysical Downlink Control Channel(PDCCH)l承载下行物理层控制信令：包括上/下行数据传输的调度信息和上行功率控制命令信息。l根据PCFICH指示，映射在一个子帧的前N（N=4）个OFDM符号。调制方式QPSK。下行物理信道n业务信道:下行物理共享信道PDSCHlP

4、hysical Downlink Shared Channel(PDSCH)l承载下行业务数据。l调制方式QPSK,16QAM,64QAM。n物理多播信道PMCHlPhysical Multicast Channel(PMCH)l在支持MBMS业务时，用于承载多小区的广播信息。l调制方式QPSK,16QAM,64QAM。下行物理信道映射BCCHPCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCHDL-SCHMCHBCHPBCHPDSCHPMCH逻辑信道逻辑信道传输信道传输信道物理信道物理信道PDCCH上行物理信道n控制信道：上行物理控制信道PUCCHlPhysical Uplink Cont

5、rol Channel（PUCCH）l上行的控制信息（UCI）的周期上报，这些上行控制信息包括HARQ-ACK、SR、CQI、PMI、RI。l不能与PUSCH同时传输，具有多种格式。PUCCHPUCCH格式格式用途用途调制方式调制方式比特数比特数1 1SRSRN/AN/AN/AN/A1a1aACK/NACKACK/NACKBPSKBPSK1 11b1bACK/NACKACK/NACKQPSKQPSK2 22 2CQICQIQPSKQPSK20202a2aCQI+ACK/NACKCQI+ACK/NACKQPSK+BPSKQPSK+BPSK21212b2bCQI+ACK/NACKCQI+ACK/N

6、ACKQPSK+BPSKQPSK+BPSK2222上行物理信道n业务信道：上行物理共享信道PUSCHlPhysical Uplink Shared Channel（PUSCH）l承载上行数据，承载来自上层不同逻辑信道的传输内容，包括：控制信息、用户业务信息、广播业务信息l调制方式QPSK,16QAM,64QAM。l为保证上行单载波特性，需要将数据映射到连续的资源。上行物理信道n物理随机接入信道PRACHlPhysical Random Access Channel（PRACH）l用于UE随机接入时发送preamble信息。lPRACH在频域占用6个RB。lPRACH时域结构：nPreamble

7、:CP+SequencenPreamble之后需要预留保护间隔上行物理信道n物理随机接入信道PRACHlPreamble使用Zadoff-Chu序列产生，根据时域结构、频域结构以及序列长度的不同，可以将Preamble分为如下五种格式。上行物理信道n物理随机接入信道PRACHlFormat03 频域资源位置n子载波间隔1.25KHz，常规子载波间隔的1/12 n1个PRACH信道包含864个子载波（61212=864）n长度为839的preamble序列被映射至中间的839个子载波上。上行物理信道n物理随机接入信道PRACHlFormat4 频域资源位置n子载波间隔7.5KHz，常规子载波间隔

8、的1/2 n1个PRACH信道包含144个子载波(6122=144)n长度为139的preamble序列被映射至中间的139个子载波上 上行物理信道映射CCCHDCCHDTCHUL-SCHPRACHPUSCHRACHPUCCH逻辑信道逻辑信道传输信道传输信道物理信道物理信道LTE物理信号n下行物理信号l参考信号n小区专属参考信号（Cell-Specific RS，CRS）nMBSFN参考信号n用户专属参考信号（UE-Specific RS，Dedicate RS，DRS）l同步信号n主同步信号PSS(Primary Synchronization signal)n辅同步信号SSS(Second

9、ary Synchronization signal)n 上行物理信号l解调参考信号(Demodulation RS,DMRS)l 探测参考信号(Sounding RS,SRS)下行物理信号n下行参考信号作用l下行信道质量测量（信道探测）l下行信道估计，用于UE侧的相干检测和解调l下行同步。n小区专用参考信号l在不支持MBSFN的小区的所有下行子帧上传输l若子帧已用于传输MBSFN，那么只有子帧的前两个OFDM符号可以用于传输小区专用参考信号。l小区专用参考信号能在天线端口03中的一个或几个上传输。l参考信号序列与小区ID，帧的位置，OFDM符号序号，CP等有关。下行物理信号n小区专用参考信号

10、l参考信号映射初始位置与小区ID，RB序号，天线端口号，OFDM符号序号等有关。Normal CP，Cell ID=0时时Extend CP，Cell ID=0时时下行物理信号nMBSFN参考信号l在分配给MBSFN传输的子帧上传送，使用天线端口4。只支持扩展CP。Extended CP f=15kHzExtended CP f=7.5kHz下行物理信号nUE专用参考信号l在普通子帧中发送，该信号以用户为单位，高层指示是否发送了该信号并且是否用作终端下行数据解调。l仅在承载该用户数据的资源块上传输，天线端口5发送。常规 CP 15kHz扩展 CP 15kHz下行同步信号nLTE 同步信号lPS

11、S(Primary Synchronization signal)lSSS(Secondary Synchronization signal)n同步信号的作用l小区ID（共504个），由组ID和组内ID组成，分成168组，每组3个l获得小区ID:通过检测PSS和SSS来获得小区IDnSSS:与小区ID组 一一对应,范围0-167nPSS:与组内ID号 ,范围0-2n小区ID:l定时同步:在检测PSS和SSS的过程中获得5ms定时和10ms定时nPSS:5ms 定时同步nSSS:10ms定时同步lFDD/TDD系统识别，常规CP/扩展CP识别下行同步信号n主同步信号序列的生成l一个小区中的主同步

12、信号在3个不同序列中选择。l3个序列和一个物理层小区id组下的3个物理层小区id有一一对应的关系l由频域 Zadoff-Chu 序列产生。n辅同步信号序列的生成l两个长度为31的二进制交错级联产生。l二进制序列是由 生成长31的M序列循环移位得到。l级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰。125 xx下行同步信号FS1，常规CPFS2，常规CPu主同步信号在主同步信号在DwPTSDwPTS域发送域发送u辅同步信号在子帧辅同步信号在子帧0 0的最后一个的最后一个OFDMOFDM符号发送符号发送u主同步信号仅仅在时隙主同步信号仅仅在时隙0 0和时隙和时隙1010中发送中发送u辅同步信号仅仅在

13、时隙辅同步信号仅仅在时隙0 0和时隙和时隙1010中发送中发送上行物理信号n解调参考信号（解调参考信号（PUSCHPUSCH用）用）用作求取信道估计矩阵用作求取信道估计矩阵l使用使用Zad-off ChuZad-off Chu序列生成，产序列生成，产生之后直接映射到资源元上，不生之后直接映射到资源元上，不作任何编码的处理。作任何编码的处理。l占用每一个占用每一个SlotSlot中的第中的第4 4个个SC-SC-FDMAFDMA符号，其频域宽度与符号，其频域宽度与PUSCHPUSCH占用的占用的PRBPRB一致，频域上连续，一致，频域上连续，l不同用户使用参考信号序列的不不同用户使用参考信号序列

14、的不同循环移位值进行区分。同循环移位值进行区分。nPUCCHPUCCH用解调参考信号用作求取用解调参考信号用作求取信道估计矩阵，与信道估计矩阵，与PUSCHPUSCH用解调用解调参考信号基本一致参考信号基本一致常规CP上行物理信号n探测参考信号(Sounding RS,SRS)l独立进行发射，用作上行信道质量的估计与信道选择，计算上行信道的CINR，用于上行信道调度。l符号位置：位于配置SRS的上行子帧的最后一个SC-FDMA符号；对于UpPTS，其所有符号都可以用于传输SRSl子帧位置（SRS sub-frame configuration）：UE通过广播信息获得哪一个子帧中存在SRS。配置

15、了SRS的子帧的最后一个SC-FDMA符号预留给SRS，不能用于PUSCH的传输l子帧偏移（Sub-frame offset）：UE通过RRC信令获得SRS所在的具体子帧位置l持续时间（Duration）：UE通过RRC信令获知其传输时间是一次性的还是无限期的l周期（Period）：UE通过RRC信令获知其在一个持续时间内传输的周期，支持2、5、10、20、40、80、160msFDD下行物理信道时频示意图TDD下行物理信道时频示意图教学内容教学内容nLTE信道格式与映射信道格式与映射nUE开机流程开机流程nUE随机接入过程随机接入过程下行同步上行初始同步：nUE在随机接入信道上发送pream

16、ble码neNodeB根据preamble码的到达位置，将调整信息反馈给UEnUE根据该信息进行后续的发送时间调整 上行同步保持：neNodeB可以根据上行信号估计接收时间生成上行时间控制命令字nUE在子帧n接收到的时间控制命令字，UE在n+x子帧按照该值对发送时间提前量进行调整下行初始同步：n初始下行同步是小区搜索过程。UE通过检测小区的主要同步信号，以及辅助同步信号，实现与小区的时间同步 下行同步保持：n小区搜索成功后，UE周期性测量下行信号的到达时间点，并根据测量值调整下行同步，以保持与eNB之间的时间同步 LTE物理层过程同步接收数据接收数据小区搜索小区搜索，获得和小区的获得和小区的时

17、频同步时频同步正常通信过程中周期性地正常通信过程中周期性地进行同步跟踪和补偿进行同步跟踪和补偿能否可以正常同步跟踪能否可以正常同步跟踪是是否否是否和小区建立初始同步是否和小区建立初始同步是是否否LTE物理层过程同步手机开机过程手机开机过程nPLMN选择和小区选择lP-SCH、S-SCH和PBCH所处位置和系统带宽无关，从而使UE可在系统带宽未知情况下完成小区搜索。手机开机过程nPLMN选择和小区选择 PLMN Selection Location Registration PLMNs available PLMNselected Location Registration response R

18、egistration Area changes Indication to userManual ModeAutomatic modeService requests NAS Control Radio measurements Cell Se lection and Reselection 手机开机过程nPLMN选择lUE会根据自身能力在E-UTRAN频段中扫描所有的载频信道，以寻找可用的PLMN。UE将搜索最强小区，读取其系统信息来确定这个小区所归属的PLMN。如果在最强小区上读到了一个或多个PLMN，UE将把所找到的满足一定质量门限PLMN作为高质量PLMN报给NAS；能获取到PLMN

19、 ID，但是不满足质量门限的PLMN将和测量值一起上报给NAS层。lPLMN的选择结果由NAS层给出。l一旦选定了PLMN，就可以进行小区选择过程了。手机开机过程n小区搜索目的l检测小区的物理层小区ID（Physical Cell-ID）l完成下行时间/频率同步l下行CP模式检测：normal或extended模式l检测eNodeB所用的发射天线端口数l读取PBCH（即MIB）n获取SFN、下行系统带宽和PHICH配置信息 手机开机过程n小区选择分为：初始小区选择和存储信息小区选择lInitial Cell Selection无需E-UTRAN载频对应射频信道的先验知识，UE会根据能力扫描在E

20、-UTRAN的频带内扫描所有射频信道，在每个载频上UE需要搜索一个最好小区，一旦找到一个合适小区，就选择这个小区。lStored Information Cell Selection需要根据UE通过以前的测量控制信元或者检测到小区储存起来的载频信息,为指导进行小区选择。如果找到合适小区，就选择这个小区；否则还是要发起Initial Cell Selection。手机开机过程n小区搜索过程 手机开机过程n广播消息读取lMIB（Master Information Block），在PBCH中承载nPBCH每10 ms无线帧出现一次，位于Slot#1前4个OFDM符号中央6个RBnUE首先需要读取P

21、BCH来获取接收其它系统消息的必要信息（SFN、下行系统带宽、PHICH配置）lSIB（System Information Block）n包含SIB1SIB11，均映射到PDSCH SIB1，重复周期是80 ms（位于SFN mod 8=0边界），每重复周期内传输4次（位于SFN mod 2=0无线帧）nSIB1携带了其它SIB的调度信息（SI序号、窗长、周期），基于这些调度信息来读取其它SIBn每个SI包含一个或多个SIB，并可在SI窗内重复发送nUE通过HARQ重传合并（不带ACK/NACK反馈）提高系统消息接收性能 教学内容教学内容nLTE信道格式与映射信道格式与映射nUE开机流程开机

22、流程nUE随机接入过程随机接入过程UE随机接入过程n随机接入过程特点lTDD/FDD共有；l和小区大小无关的处理过程；l分为竞争接入和非竞争接入；lUE和eNB请求/应答方式完成；n随机接入过程的目的l请求初始接入；l从空闲状态向连接状态转换；l支持eNodeB之间的切换过程；l取得/恢复上行同步；l向eNodeB请求UE ID；l向eNodeB发出上行发送的资源请求。UE随机接入过程n随机接入过程触发l在RRC_IDLE 状态时，发起的初始接入；l在RRC_CONNECTED 状态时，发起的连接重建立处理；l小区切换过程中的随机接入；l在RRC_CONNECTED状态时，下行数据到达发起的随

23、机接入；如上行失步l在RRC_CONNECTED状态时，上行数据到达发起的随机接入；如上行失步 或 无SR使用的PUCCH资源（SR达到最大传输次数）UE随机接入过程n随机接入过程分类l基于竞争的接入:n手机在广播的前导集合中随机选取一个前导码n使用Preamble Group A/Bn当两个手机选取同一个前导码时，竞争发生n适用于所有的随机接入场合 l基于非竞争的接入:n手机所用的前导码是由基站分配的n随机接入过程通过三步完成n仅适用于场合3和4第四步用来解决冲突第四步用来解决冲突无须解决冲突无须解决冲突UE随机接入过程nPreamble分类lPreamble ID个数：可配，最多64个（0

24、63）lPreamble A:059;lPreamble B:459;lDedicated Preamble（剩下的ID）。lPRACH频域位置：n起始RB Number由高层（L3）后台配置。60ULRBNnRAPRBoffsetUE随机接入过程n基于竞争的随机接入过程UE随机接入过程nMSG1：随机接入前导发送l根据MSG3消息块大小和路损情况决定在Preamble Group A/B中随机选择一个Preamble码在PRACH信道上发送。l根据eNodeB指示的根ZC序列号、循环移位配置、是否采用restricted set（仅FDD）、以及前导序列号，进行ZC序列的选择和循环移位的计算

25、。l根据eNodeB在广播消息中指示的PRACH期望接收功率、前导格式和前导发送计数，进行PRACH开环发射功率计算和power ramping过程leNB：根据接收的前导测量手UE与基站距离；产生定时调整量UE随机接入过程nMSG2：随机接入响应（RAR）l在PDSCH上发送l位置由PDCCH指示，No HARQl内容n被响应的前导标识；n定时调整量；nTemporary C-RNTI；nMsg3的资源分配；lUE：发完前导后在一个时间窗内等待RA response，如果在时间窗内没有等到属于此UE的响应，认为本次接入失败，则退回第一步进行一次新的前导发送尝试；否则，进入step3。UE随机

26、接入过程nMSG3发送l根据eNodeB指示的相关功控参数、路损估计、PUSCH发送所占RB数等等，计算Msg 3的开环发射功率。l根据随机接入响应授权，按指定的资源和格式在PUSCH上进行Msg 3发送，Msg 3采用上行HARQ。l消息内容：n 初始接入：RRC Connection Request,使用CCCH；至少传输NAS UE ID，但是没有NAS消息。nRRC连接重建立：RRC Connection Re-establishment Request,使用CCCH；没有任何NAS消息。n切换：RRC Handover Confirm,通过DCCH；传输UE的C-RNTI。n其他情况

27、至少传输UE的C-RNTI(上行数据到和下行数据到)UE随机接入过程nMSG4：竞争解决l冲突检测，在PDCCH上发送C-RNTI，或在DL-SCH上发送UE 竞争解决ID 给UE；lHARQ；l内容包括nNAS层UE ID；n分配资源情况等；lUE：n检测到自己NAS层ID的UE发送ACK将temporary C-RNTI升级成C-RNTI，上行同步过程结束，等待基站调度，发送上行数据。n没有检测到自己NAS层ID的UE知道发生了冲突，一段时间后重新发起上行同步过程。UE随机接入过程n基于非竞争的随机接入过程UE随机接入过程n基于非竞争的随机接入过程l1)eNB 通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀（non-contention Random AccessPreamble）这个前缀不在BCH上 广播的集合中。UE随机接入过程n基于非竞争的随机接入过程l2)UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。l3)eNB的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH上发送，随机接入过程结束。初始附着流程n开机Attach过程谢谢！谢谢！