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[交流] ZTE LTE TDD(V3.30.20.00) 物理层概述功能指导书(免声望)
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ZTE LTE TDD(V3.30.20.00) 物理层概述功能指导书.docx



目录

1    概述... 8

1.1      功能属性... 8

1.2      本文档涵盖的功能条目及License控制... 8

1.3      与其他功能的相关性... 9

1.4      变更说明... 9

2    功能概述... 10

2.1      下行链路概念... 10

2.1.1  正交频分复用技术(OFDM... 10

2.1.2  下行物理层概述... 13

2.2      信道带宽... 14

2.2.1  帧和时隙结构... 16

2.2.2  下行物理信道和物理信号... 17

2.3      上行链路概念... 19

2.3.1  单载波频分多址(SC-FDMA... 19

2.3.2  上行物理层概述... 21

2.3.3  上行物理信道和物理信号... 22

3    技术描述... 23

3.1.1  普通CP. 23

3.1.2  下行PDSCH资源分配... 23

3.1.3  PUSCH跳频... 25

3.1.4  RACH 格式0-4. 25

3.1.5  上行:QPSK/16QAM,下行:QPSK/16QAM/64QAM.. 26

3.1.6  上行:64QAM.. 27

3.1.7  传输模式... 27

3.1.8  空频分组码(SFBCs... 28

3.1.9  开环空间复用... 28

3.1.10 闭环空间复用... 30

3.1.11 IRC上行发射分集... 31

3.1.12 扩展CP. 32

3.1.13 MU-MIMO.. 32

3.1.14 Super Cell 33

3.1.15 UL CoMP. 33

3.1.16 高铁覆盖功能... 33

3.1.17 CA. 33

3.1.18 无线干扰检测异常告警功能... 33

3.1.19 双流BF. 35

4    工程指导... 36

4.1      关联参数... 36

4.2      联的计数器、KPI统计及告警... 42

4.2.1  关联的计数器... 42

4.2.2  关联的KPI统计... 42

4.2.3  关联的告警... 42

4.3      应用场景(V3.30.20.00版本)... 42

4.3.1  硬件要求... 42

4.3.2  核心网要求... 43

4.3.3  载波频段、频点和带宽要求... 43

4.3.4  终端要求... 43

4.3.5  传输带宽要求... 43

4.4      配置过程描述... 43

4.4.1  RACH  Format 0-1功能... 43

4.4.2  Uplink  RX Diversity with IRC功能... 45

4.4.3  扩展CP. 46

5    网络影响... 47

5.1      普通CP. 47

5.2      下行PDSCH资源分配... 48

5.3      PUSCH跳频... 48

5.4      RACH 格式0-4. 48

5.5      上行:QPSK/16QAM,下行:QPSK/16QAM/64QAM.. 48

5.6      上行:64QAM.. 49

5.7      传输模式... 49

5.8      空频分组码(SFBCs... 49

5.9      开环空间复用... 49

5.10   闭环空间复用... 50

5.11   IRC上行发射分集... 50

5.12   扩展CP. 50

5.13   无线干扰检测异常告警功能... 50

5.14   双流BF. 51

6    功能测试... 51

6.1      PRACH 格式0-1功能验证... 51

6.1.1  测试环境... 51

6.1.2  测试方法... 51

6.2      IRC上行发射分集... 52

6.2.1  测试环境... 52

6.2.2  测试方法... 53

6.3      TM2功能验证... 54

6.3.1  测试环境... 54

6.3.2  测试方法... 54

6.4      TM3功能验证... 55

6.4.1  测试环境... 55

6.4.2  测试方法... 55

6.5      上行AMC测试... 56

6.5.1  测试环境... 56

6.5.2  测试方法... 56

7    缩略语... 57

8    参考文档... 57

 




1                        功能概述

1.1                   下行链路概念

1.1.1                正交频分复用技术(OFDM

通常,多载波方案把已使用的信道带宽分成一些平行的子信道,如下图2-1a)所示。理论上,每个子信道带宽它们之间是互不频率选择的(也就是有一个可怕的平坦增益)。这样的优势在于,接收器可以在频域单独地补偿子信道的增益。

OFDM是多载波传输的特例。在OFDM,非频率选择窄带子信道到被分开的频率选择宽带信道是重叠的但是不正交。如图2-1b)所示。这样就避免了用保护频段的方式分离载波,从而使得OFDM更加有效。在OFDM子信道之间的空间在接收器可以完全的分离开。这考虑用一个低复杂度的接收器实现。使得OFDM更适用于高速率的移动数据传输比如LTE下行链路。

2‑1  OFDM频谱效率与传统多载波调制的比较

                                             

一个高数据流面临一个问题是,如果连续传输的情况下一个符号周期Ts 比信道延迟扩展Td 要小。这样导致码间串扰,只能通过复杂的均衡程序解除。通常,均衡复杂度随着信道脉冲响应长度呈均方增长。

OFDM,高数据符号流首先进行串并行转换,转换到M平行子载波进行调制,如图2-2所示。这就增加了每个子载波的符号间隔,因子大约为M,使得该符号周期远大于信道的时延扩展。 2‑2  OFDM串并行转换

2‑3  OFDM串并行转换

这个运算有一个重要的优势在于,在接收器的均衡处理不是很复杂,前提是时变信道脉冲响应在每个调制的OFDM符号传输中保持恒定不变。图2-3展示了与短符号间隔相比,长符号间隔实际上不受ISI的影响,短符号间隔损害更严重。

2‑4  关于短符号和长符号信号的信道影响

2-4展示了OFDM发射机的经典框图。在频域定义传输的信号。一个串并行转换收集连续的数据符号到一个数据块Sk = [Sk[0], Sk[1], …, Sk[M -1]]T,维度为M,下表k是一个OFDM符号的索引(生成M个子载波)。M个并行数据首先独立地调制,生成一个复数向量Xk = [Xk[0], Xk[1], …, Xk[M -1]]T。(说明下原则上,在每个子载波可能会用到不同的调制(例如,QPSK16QAM或者64QAM),由于信道频选,在子载波间的信道增益可能不同,这样一些子载波会比其他的承载更高的数据率)。

数据符号的向量Xk通过反转FFTIFFT)生成一组N个复杂的时域采样xk = [xk[0], xk[1], …, xk[N -1]]T。在一个实际的OFDM系统中,处理子载波的数量大于调制子载波的数量(例如N>=M),未调制的子载波用0填补。

在下面OFDM信号的生成中的关键运算是要在OFDM符号的初期生成一个保护周期,以清除由于多径传输引起ISI的其它影响。保护周期通过在符号xk前增加一个循环移位CP来获得。CP通过复制IFFT输出的最后的G采样获得,而且把它们附加到符号xk的前端。这就产生了如图2-4所示的时域OFDM符号。

2‑5  OFDM发射器

2‑6  OFDM循环移位插入

在接收器,执行相反的操作来解调OFDM信号。假定能实现时间和频域的同步,一些对应于CP长度的采样被移走,这样只有一些无ISI的采样块被送去做DFT。如果子载波N的数值设定为2,一个更高效的FFT实现可能被用来将信号转到频域。在FFT输出的N路并行数据流中,调制的一部分M子集被选择用如图2-6的接收器来做进一步处理。

假设x(t)为时刻t传输的信号。在多径环境接收的信号为

h(t)为信道连续时间脉冲响应。

*代表卷积运算。

z(t) 为信道噪声。

2‑7  OFDM接收器

OFDMCP将一个线性卷积变成一个环形的。环形卷积通过FFT在频域进行乘法运算从而更加有效的传输。因此,通过频选(例如多径)信道的传输信号被转为频域的N路并行平坦信道。

结果均衡比子载波系统更加简单,而且由每个子载波的复数乘法组成。

1.1.2                下行物理层概述

为了支持信道的时间灵敏性而且完成低包传输,调度和传输间隔定义为1ms子帧。

两种CP长度即正常CP和扩展CP被定义为分别支持较小和较大小区部署。

使用15kHz的子载波间隔,可以很好的权衡循环前缀和多普勒扩展的鲁棒性。附加一个小的7.5kHz的子载波间隔用于多播单频网络以支持大的时延扩展,使用一个合理的CP头。

1.2                   信道带宽

LTE系统支持6种信道带宽如表2-1所示。设定传输带宽为BWconfig,对于3~20MHz信道带宽而言,BWconfig是信道带宽BWchannel90%。对于1.4MHz信道带宽,传输带宽是信道带宽的77%。因此,LTE部署中小带宽1.4MHz3~20MHz带宽效率小很多。

信道带宽BWchannel和传输带宽配置的关系如图2-7所示,传输带宽配置MHz为:

其中

是下行带宽设置,表示下行链路的RB数。

为频域RB大小,表示一个RB中的子载波数,值为12.

为子载波间隔为15kHz或者7.5kHz

2‑1  LTE信道带宽的传输带宽配置BWconfig

Channel Bandwidth BWchannel [MHz]

Downlink Transmission Bandwidth Configuration    

Transmission Bandwidth Configuration BWconfig    [MHz]

1.4

6

1.08

3

15

2.7

5

25

4.5

10

50

9.0

15

75

13.5

20

100

18.0

2‑8  信道带宽定义和一个E-UTRA传输带宽配置


信道边缘被定义为信道带宽载波的最低和最高频率,例如

其中,FC 是载波中心频率。

 

载波间隔与下面几个因素相关:使用场景、可用的频段大小、以及信道带宽。两个相邻E-UTRA载波之间的正常信道间隔定义如下:

其中,BWchannel(1) BWchannel(2) 分别是两个E-UTRA载波的信道带宽。信道间隔可以在一个特定的使用场景下调整到最佳性能。信道栅格为100kHZ,就是指载波中心频率总是一个集合,这个集合由多个100kHz构成。

与信道带宽相关的参数如下所示 ,详见“LTE RAN OMCB参数 DLD 无线部分”。

1.      bandWidthDl:以RB为单位的下行带宽。

2.      bandWidthUl:以RB为单位的上行带宽。

3.      earfcnDlE-UTRA下行绝对无线频率信道数(EARFCN)。

4.      earfcnUlE-UTRA上行绝对无线频率信道数(EARFCN)。

5.      freqBandInd:上下行频率的频带指示。

1.2.1                帧和时隙结构

LTE系统中,上行和下行数据传输以一个1ms的子帧为基础进行调度。一个子帧由两个周期(0.5ms)连续的时隙构成,子帧号为i,时隙号为2i和(2i+1)。所有时间周期定义为采样周期的形式:Ts = 1/fs ,其中,fs = 30.72 M采样点/秒。一些控制信号,如同步和下行广播信号,承载的基础为10ms无线帧。无线帧由10个子帧构成,如图2-8所示。

    上行链路的每个时隙进一步的被分成SC-FDMA符号,下行链路的每个时隙进一步的被分成OFDM符号。在普通CP配置下,一个时隙有7OFDM符号。CP的第一个符号有160个采样点,其他符号有144个采样点。

    一个资源元素是一个OFDM符号或SC-FDMA符号,占一个子载波,如图2-9所示。一个资源元素在一个时隙内定义为序号对(k, l),其中k为子载波,lOFDM/SC-FDMA符号。

在相应的下行无线帧开始之前的NTA*Ts秒,UE开始传出上行无线帧,帧序号为i。其中NTA表示UE上下行无线帧之间的时间偏置,单位为Ts。这个时间偏置NTA按照每个UE调整,以确保多个UE发射的上行信号到达eNodeB的时间相同。

2‑9  LTE的基本时频资源结构(普通循环前缀场景)

循环前缀的相关参数如下所示,详见“LTE RAN OMCB参数 DLD 无线部分”。

1.      phyChCPSel:小区使用的循环前缀类型。

1.2.2                下行物理信道和物理信号

总共两个物理数据传输信道。

物理广播信道(PBCH):用于传输主要信息块(MIB),由一组主要传输参数组成,主要是初始接入小区。

物理下行共享信道(PDSCH):主要用于用户数据,和广播未在PBCH承载的系统信息,还有信息分页——在LTE系统没有专有的物理层分页信道。

总共有三种物理控制信道:

物理控制格式指示信道(PCFICH):用于承载控制格式指示(CFI),用来指示每个子帧控制信道信息占用的OFDM符号数(一般为123)。PCFICHPBCH在相同的天线端口传输,如果多于一根天线传输使用传输分集的方式。为了实现频域分集,用16个资源元素承载PCFICH分布到不同频域。这是根据每个下行子帧第一个OFDM符号的预编码方式来决定。这个的先决条件是能对剩下的控制信号译码。为了降低与邻区PCFICH信息的混淆,在PCFICH资源元素使用小区专有频率偏移。这个偏移依赖于物理小区IDPCI)。

2‑10  PCFICH资源元素组(REGs)映射

PCFICH相关参数:

CFILTE使用三个不同的CFI值,而4为了将来使用而保留。

PCI:共有504个独立的物理层小区标识。物理层小区标识分成168个单独物理层小区标识组,每组包括三个独立的标识。

物理下行控制信道(PDCCH):用于承载下行控制信息(DCI),包括一个UE或者一组UE资源分配和其他控制信息。总之,同一子帧传输几个PDCCH。不同DCI信息格式的信息内容请参考3GPP协议36.213

物理混合ARQ指示信道(PHICH):用于承载HARQ ACK/NACK,指示基站在PUSCH是否正确接收到传输块。

PHICH参数如下:

ngPHICH组数决定分配给UEPHICH的数目,一组PHICH由多个PHICH组成。

phichDurationPHICH持续时间,即PHICH映射到多少个OFDM符号上。

下行物理信道综述为图2-10所示,并且阐明了与高层的关系。表2-2详述了与对应物理信道相关的下行控制信道信息。

2‑2  下行控制信道信息与信道的对应关系

Control Information

Physical Channel

CFI

PCFICH

HI

PHICH

DCI

PDCCH

2‑11  下行物理信道及高层对应关系

总共有两种下行物理信号:

参考信号(RS):

l   小区特有RS:经常被称为常规RS,用于一个小区中的所有UE

同步信号:

l   主同步信号(PSS):用于时隙同步和物理层身份检测;

l   辅同步信号(SSS):用于无线帧同步,物理层小区身份组检测,循环移位长度,TDD/FDD检测。

1.3                   上行链路概念

1.3.1                单载波频分多址(SC-FDMA

LTE上行多址技术解决方案采用SC-FDMASC-FDMA相较于UMTS系统中的直接序列码分多址(DS-CDMA)的最大优势在于,SC-FDMA即使在频选信道也可以实现小区内的正交性。SC-FDMADS-CDMA的相比可以更好的减少小区间的干扰,而DS-CDMA会降低系统容量和限制自适应调制的使用。SC-FDMA结合了OFDM单载波低CM/PAPR(立方度量/峰均比)的特征,如下所述。

OFDM比较像的是,SC-FDMA将传输带宽划分成多个平行子载波,并且通过CP或者保护周期在频选信道各个子载波正交。

OFDM不同的是,在SC-FDMA调制到特定子载波的符号是同一时间所有数据符号的线性组合。这样在每个符号周期,一个SC-FDMA符号的所有传输子载波携带每个调制数据符号的一部分。这就是SC-FDMA的单载波特性,从而使得CM/PAPROFDM这样单纯的多载波传输方式要明显低很多。

SC-FDMA信号的频域生成如图2-11所示,能看到与传统的单载波传输很像。

DFT-S-OFDM(DFT扩展OFDM)SC-FDMA信号生成的第一步是在每个M QAM数据符号上生成MDFT操作。

DFT的输出中插入0点,从而降低峰均比(PAR)。。

DFT输出用0填充为N子载波长度,填0的位置决定了DFT预编码数据映射到哪个子载波。

2‑12  SC-FDMA频域传输处理(DFT-S-OFDM)集中式和分布式映射图示

作为频域方法,DFT-S-OFDM能生成集中和分布的传输。

集中式传输:通过子载波映射将一个用户分布到M个相邻子载波。由于M<N,所以DFT扩展器的输出需要用0填补,使得OFDM调制器的IFFT输出的是未经过采样/经过内插的原始的M QAM数据符号。

分布式传输:通过子载波映射将一个用户分配到M个相等间隔的子载波(例如每个L长度子载波)。L-10被插入到DFT输出的M个点当中,而且额外的0被附加到位于IFFTML<N)之前的DFT输出的两旁。于集中式情况相同,由于插入零点相当于进行了增采样,插入到DFT输出的0在时域生成重复波形。

1.3.2                上行物理层概述

LTE上行链路频域生成的好处是允许和OFDM下行相似的参数化,包括相同子载波间隔,给定带宽占有的子载波数和CP长度。这就提供了上下行最大的共性,比如如表2-3所示的相同的时钟频率。

2‑3  LTE上行SC-FDMA物理层参数

Parameter

Value

Description

Subframe duration

1ms

1 subframe includes 2 slots. Slot    duration is 0.5ms.

Subcarrier spacing

15kHz


SC-FDMA symbol duration

66.67us


CP duration

Normal CP

5.2us first symbol in each slot;

4.7us all other symbols

Extended CP

16.67us all symbols

Number of symbols per slot

7 (Normal CP)

6 (Extended CP)


Number of subcarriers per RB

12

Resource block size in the frequency    domain

   

和下行一样,上行链路支持量化的系统带宽,大概从1.4MHz20MHz,所有的带宽都有相同的子载波间隔和符号周期。上行带宽量化如表2-4所示。

2‑4  LTE上行SC-FDMA可选载波带宽参数

Parameter

Carrier bandwidth (MHz)

1.4

3

5

10

15

20

FFT Size

128

256

512

1024

1536

2048

Number of Subcarrier

72

180

300

600

900

1200

Number of RB

6

15

25

50

75

100

Bandwidth Efficiency (%)

77.1

90

90

90

90

90

 

 

1.3.3                上行物理信道和物理信号

LTE上行物理传输由三个物理信道和两种信号组成,总结如图2-12.

物理随机接入信道(PRACH):用于承载随机接入信道,以完成与UE的上行时间同步。

物理上行共享信道(PUSCH):在上行共享信道(UL-SCH)传输数据。

物理上行控制信道(PUCCH):用于承载与上行数据无关的上行控制信号,与任何的上行数据包独立传输。控制信号包括:

l   下行数据包的HARQ确认(ACK/NACK)。

l   信道质量指示(CQI.

l   MIMO反馈(例如下行传输的秩指示(RI)和/或者预编码矩阵指示(PMI))。

l   上行传输的预调度请求(SR.

解调参考信号(DMRS):与PUSCH上行数据传输相关和/或者PUCCH控制信号相关。这些参考信号主要用于相干解调的信道估计。

探测参考信号(SRS):与上行数据和控制传输无关,主要用于信道质量检测,以保证上行频选调度。

2‑13  上行物理信道和高层映射概述



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