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          一文看懂LTE物理層是如何工作的?

          作者: 時(shí)間:2017-10-22 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          一、開(kāi)機(jī)及工作過(guò)程

          如下圖所示:

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/367500.htm

          二、小區(qū)搜索及同步過(guò)程

          整個(gè)小區(qū)搜索及同步過(guò)程的示意圖及流程圖如下:

          1)UE開(kāi)機(jī),在可能存在小區(qū)的幾個(gè)中心頻點(diǎn)上接收信號(hào)(PSS),以接收信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷這個(gè)頻點(diǎn)周圍是否可能存在小區(qū),如果UE保存了上次關(guān)機(jī)時(shí)的頻點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)商信息,則開(kāi)機(jī)后會(huì)先在上次駐留的小區(qū)上嘗試;如果沒(méi)有,就要在劃分給系統(tǒng)的頻帶范圍內(nèi)做全頻段掃描,發(fā)現(xiàn)信號(hào)較強(qiáng)的頻點(diǎn)去嘗試;

          2)然后在這個(gè)中心頻點(diǎn)周圍收PSS(主同步信號(hào)),它占用了中心頻帶的6RB,因此可以兼容所有的系統(tǒng)帶寬,信號(hào)以5ms為周期重復(fù),在子幀#0發(fā)送,并且是ZC序列,具有很強(qiáng)的相關(guān)性,因此可以直接檢測(cè)并接收到,據(jù)此可以得到小區(qū)組里小區(qū)ID,同時(shí)確定5ms的時(shí)隙邊界,同時(shí)通過(guò)檢查這個(gè)信號(hào)就可以知道循環(huán)前綴的長(zhǎng)度以及采用的是FDD還是TDD(因?yàn)門DD的PSS是放在特殊子幀里面,位置有所不同,基于此來(lái)做判斷)由于它是5ms重復(fù),因?yàn)樵谶@一步它還無(wú)法獲得幀同步;

          3)5ms時(shí)隙同步后,在PSS基礎(chǔ)上向前搜索SSS,SSS由兩個(gè)端隨機(jī)序列組成,前后半幀的映射正好相反,因此只要接收到兩個(gè)SSS就可以確定10ms的邊界,達(dá)到了幀同步的目的。由于SSS信號(hào)攜帶了小區(qū)組ID,跟PSS結(jié)合就可以獲得ID(CELL ID),這樣就可以進(jìn)一步得到下行參考信號(hào)的結(jié)構(gòu)信息。

          4)在獲得幀同步以后就可以讀取PBCH了,通過(guò)上面兩步獲得了下行參考信號(hào)結(jié)構(gòu),通過(guò)解調(diào)參考信號(hào)可以進(jìn)一步的精確時(shí)隙與頻率同步,同時(shí)可以為解調(diào)PBCH做信道估計(jì)了。PBCH在子幀#0的slot #1上發(fā)送,就是緊靠PSS,通過(guò)解調(diào)PBCH,可以得到系統(tǒng)幀號(hào)和帶寬信息,以及PHICH的配置以及天線配置。系統(tǒng)幀號(hào)以及天線數(shù)設(shè)計(jì)相對(duì)比較巧妙: SFN(系統(tǒng)幀數(shù))位長(zhǎng)為10bit,也就是取值從0-1023循環(huán)。在PBCH的MIB(master informaTIon block)廣播中只廣播前8位,剩下的兩位根據(jù)該幀在PBCH 40ms周期窗口的位置確定,第一個(gè)10ms幀為00,第二幀為01,第三幀為10,第四幀為11。PBCH的40ms窗口手機(jī)可以通過(guò)盲檢確定。而天線數(shù)隱含在PBCH的CRC里面,在計(jì)算好PBCH的CRC后跟天線數(shù)對(duì)應(yīng)的MASK進(jìn)行異或。

          5)至此,UE實(shí)現(xiàn)了和ENB的定時(shí)同步;

          要完成小區(qū)搜索,僅僅接收PBCH是不夠的,因?yàn)镻BCH只是攜帶了非常有限的系統(tǒng)信息,更多更詳細(xì)的系統(tǒng)信息是由SIB攜帶的,因此此后還需要接收SIB(系統(tǒng)信息模塊),即UE接收承載在PDSCH上的BCCH信息。為此必須進(jìn)行如下操作:

          1)接收PCFICH,此時(shí)該信道的時(shí)頻資源可以根據(jù)物理小區(qū)ID推算出來(lái),通過(guò)接收解碼得到PDCCH的symbol數(shù)目;

          2)在PDCCH信道域的公共搜索空間里查找發(fā)送到SI-RNTI(無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符)的候選PDCCH,如果找到一個(gè)并通過(guò)了相關(guān)的CRC校驗(yàn),那就意味著有相應(yīng)的SIB消息,于是接收PDSCH,譯碼后將SIB上報(bào)給高層協(xié)議棧;

          不斷接收SIB,上層(RRC)會(huì)判斷接收的系統(tǒng)消息是否足夠,如果足夠則停止接收SIB至此,小區(qū)搜索過(guò)程才差不多結(jié)束。

          三、隨機(jī)接入過(guò)程

          在同步和小區(qū)搜索過(guò)程結(jié)束之后,緊接著就是隨機(jī)接入過(guò)程,整個(gè)隨機(jī)過(guò)程的示意圖如下:

          1. UE sends preamble sequence to ENB on PRACH

          Physical non-synchronizaTIon random access procedure

          Physical channel: PRACH

          Message: preamble sequence

          2. ENB給UE回復(fù)響應(yīng)消息

          Address to RA-RNTI on PDCCH

          Random access response grant

          Physical channel: PDSCH

          ENB向UE傳輸?shù)男畔⒅辽侔ㄒ韵聝?nèi)容:RA-preamble identifier, Timing Alignment information, initial UL-grant and assignment of Temporary C-RNTI 。

          注:

          RA-preamble identifier指UE 發(fā)送的preamble的標(biāo)志符,和index有關(guān)。

          Timing Alignment information是時(shí)間提前量信息,因?yàn)榭臻g的無(wú)線傳輸存在延遲,ENB計(jì)算出這個(gè)延遲量并告訴UE,以確定下一次發(fā)送數(shù)據(jù)的實(shí)際時(shí)間。

          UL-grant: 授權(quán)UE在上行鏈路上傳輸信息,有這個(gè)信息UE才能進(jìn)行下一步的RRC連接請(qǐng)求。其中會(huì)給出UL-SCH可以傳輸?shù)膖ransport block的大小,最小為80bits.

          3. RRC connection request(UE—》 ENB)

          在進(jìn)行RRC連接請(qǐng)求以前先完成一些基本的配置:

          》 apply the default physical channel configuration

          》 apply the default semi-persistent scheduling configuration

          》 apply the default MAC main configuration

          》 apply the CCCH configuration

          》 apply the time Alignment Timer Common included in System Information Block Type2;

          》 Start timer T300;

          》 initiate transmission of the RRC Connection Request message in accordance with

          RRC layer產(chǎn)生RRC connection request并通過(guò)CCCH傳輸:CCCH -》 UL-SCH -》 PDSCH

          獲取UE-identity,要么由上層提供(S-TMSI), 要么是random value。如果UE向當(dāng)前小區(qū)的TA(跟蹤區(qū))注冊(cè)過(guò)了,上層就可以提供S-TMSI,并把establishment clause設(shè)置的與上層一致

          4. RRC connection setup(ENB—》UE)

          UE接收ENB發(fā)送的radio Resource Configuration等信息,建立相關(guān)的連接,進(jìn)入RRC connection狀態(tài)。

          Action about physical layer:

          Addressed to the Temporary C-RNTI on PDCCH

          如果UE檢測(cè)到RA success,但是還沒(méi)有C-RNTI,就把temporary C-RNTI升為C-RNTI,否則丟棄。如果UE檢測(cè)到RA success,而且已經(jīng)有C-RNTI,繼續(xù)使用原來(lái)的C-RNTI。

          5. RRC connection setup complete(UE—》 ENB)

          RRC連接建立完成,UE向ENB表示接收到了連接的應(yīng)答信息,應(yīng)該是為了保證連接的可靠性的。

          如果UE未成功接收到RRC connection setup消息,ENB應(yīng)該會(huì)重發(fā)。不然RRC connection setup complete就沒(méi)有存在必要。

          在完成以上過(guò)程后,便可以進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程了。

          四、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

          數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程包括兩方面過(guò)程:上行調(diào)度過(guò)程和下行調(diào)度過(guò)程。

          ■上行調(diào)度過(guò)程

          1. UE向ENB請(qǐng)求上行資源

          Physical channel: PUCCH

          Message: SR (schedule request)

          SR發(fā)送的周期以及在子幀中的位置由上層的配置決定。

          UE需要告訴ENB自己要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,同時(shí)SR中UE必須告訴ENB自己的identity (C-RNTI)。

          注:

          根據(jù)上層的配置UE按照一定的周期在PUCCH的固定位置傳輸SR,而ENB對(duì)SR的發(fā)送者的識(shí)別是通過(guò)UE和ENB事先約定好的偽隨機(jī)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)UE有發(fā)送數(shù)據(jù)的需求是,就把相應(yīng)得SR置1,沒(méi)有資源請(qǐng)求時(shí)SR為空。SR只負(fù)責(zé)告訴ENB是否有資源需求,而具體需要多少資源則由上層的信令交互告訴ENB。

          在TS36.213中指定:Scheduling request (SR) using PUCCH format 1,不需要進(jìn)行編碼調(diào)制,用presence/absence攜帶信息。

          2. 上行信道質(zhì)量測(cè)量

          Physical signal: sounding reference signal

          Physical channel: PUCCH(這里貌似不對(duì),SRS是參考信號(hào),不需物理信道承載)

          ENB給UE分配上行資源之前首先必須要知道上行信道的質(zhì)量,如果UE的上行信道質(zhì)量較好且有傳輸數(shù)據(jù)的需求,ENB才會(huì)給UE分配資源。

          Sounding reference signal應(yīng)該對(duì)UE和ENB都是已知的,ENB根據(jù)從UE接收到的sounding reference signal 和自己已知的信號(hào)的對(duì)比就可以知道當(dāng)前上行信道的質(zhì)量了。當(dāng)然,如果信道質(zhì)量的變換很快,再加上空間信號(hào)傳輸?shù)难舆t估計(jì)的誤差,由sounding reference signal測(cè)量出的信道質(zhì)量可能會(huì)變得不準(zhǔn)確。所以UE需要每過(guò)一段時(shí)間就發(fā)送sounding reference signal給ENB,以盡可能準(zhǔn)確地得到當(dāng)前信道的質(zhì)量。

          3. ENB分配資源并通知UE

          Physical channel: PDCCH

          分配完資源后ENB還必須把分配的結(jié)果告訴UE,即UE可以在哪個(gè)時(shí)間哪個(gè)載波上傳輸數(shù)據(jù),以及采用的調(diào)制編碼方案。

          E-UTRAN在每個(gè)TTI動(dòng)態(tài)地給UE分配資源(PRBs MCS),并在PDCCH上傳輸相應(yīng)的C-RNTI。

          4. UE接收資源分配結(jié)果的通知并傳輸數(shù)據(jù)

          Physical channel: PUSCH

          UE首先接收ENB下發(fā)的資源分配通知,監(jiān)視PDCCH以查找可能的上行傳輸資源分配,從common search space中獲取公共信息,從UE specific search space中搜索關(guān)于自己的調(diào)度信息。根據(jù)搜索到的結(jié)果后就可以在PUSCH對(duì)應(yīng)的PRB上傳輸數(shù)據(jù)信息。

          注:

          在上行鏈路中沒(méi)有盲解碼,當(dāng)UE沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)填充分配的資源時(shí),補(bǔ)0。

          5. ENB指示是否需要重傳

          Physical channel: PHICH

          6. UE重傳數(shù)據(jù)/發(fā)送新數(shù)據(jù)

          同4。

          ■下行調(diào)度過(guò)程

          1.下行信道質(zhì)量測(cè)量

          ENB發(fā)送cell specific reference signal 給UE,UE估計(jì)CQI并上報(bào)給ENB。

          CQI不僅告訴ENB信道的質(zhì)量,還包含推薦的編碼調(diào)制方式。

          Periodic CQI reporting channel: PUCCH

          Aperiodic CQI reporting channel: PUSCH

          接收到的DCI format 0的CQI request設(shè)置為1時(shí),UE非周期上報(bào)CQI、PMI和RI,上層可以半靜態(tài)地配置UE周期性地上報(bào)不同的CQI、PMI和RI。

          2. ENB分配下行資源

          ENB根據(jù)下行信道的質(zhì)量好壞自適應(yīng)地分配下行資源(針對(duì) UE選擇不同的載波和slot)。

          下行鏈路中,E-UTRAN在每個(gè)TTI動(dòng)態(tài)地給UE分配資源(PRBs MCS)。

          3. ENB在下行信道傳輸數(shù)據(jù)

          Physical channel: PDSCH

          根據(jù)資源分配的結(jié)果在PDSCH上填充數(shù)據(jù), 并在PDCCH上傳輸相應(yīng)的C-RNTI。

          4. UE接收數(shù)據(jù)并判斷是否需要發(fā)送請(qǐng)求重傳指示

          Physical channel: PUCCH

          Physical channel: PDSCH

          UE根據(jù)檢測(cè)PDCCH信道,解碼對(duì)應(yīng)的PDSCH信息。UE根據(jù)PDCCH告知的DCI format在common search spaces中接收PDSCH 廣播控制信息。此外,UE通過(guò)PDCCH UE specific search spaces接收PDSCH數(shù)據(jù)傳輸。

          5. ENB重傳數(shù)據(jù)/發(fā)送新數(shù)據(jù)。



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