LTE物理層基礎概述

2020-03-15 14:06:08

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什么是LTE?

LTE是準4G，并不是真正意義上的4G，LTE(Long Term Evolution,長期演進)項目是3G的演進，LTE并非人們普遍誤解的4G技術，而是3G與4G技術之間的一個過渡，是3.9G的全球標準。

LTE物理層在技術上實現了重大革新與性能增強。關鍵的技術創新主要體現在以下幾方面：以OFDMA為基本多址技術實現時頻資源的靈活配置;通過采用MIMO技術實現了頻譜效率的大幅度提升;通過采用AMC、功率控制、HARQ等自適應技術以及多種傳輸模式的配置進一步提高了對不同應用環境的支持和傳輸性能優化;通過采用靈活的上下行控制信道涉及為充分優化資源管理提供了可能。

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協議結構

物理層周圍的LTE無線接口協議結構如圖1所示。物理層與層2的MAC子層和層3的無線資源控制RRC子層具有接口，其中的圓圈表示不同層/子層間的服務接入點SAP。物理層向MAC層提供傳輸信道。MAC層提供不同的邏輯信道給層2的無線鏈路控制RLC子層。

圖1 物理層周圍的無線接口協議結構

物理層功能

物理層通過傳輸信道給高層提供數據傳輸服務，物理層提供的功能包括:

1)傳輸信道的錯誤檢測并向高層提供指示;

2)傳輸信道的前向糾錯(FEC)編解碼;

3)混合自動重傳請求(HARQ)軟合并;

4)編碼的傳輸信道與物理信道之間的速度匹配;

5)編碼的傳輸信道與物理信道之間的映射;

6)物理信道的功率加權;

7)物理信道的調制和解調;

8)頻率和時間同步;

9)射頻特性測量并向高層提供指示;

10)多輸入多輸出(MIMO)天線處理;

11)傳輸分集;

12)波束形成;

13)射頻處理;

LTE無線傳輸幀結構

(1) 無線傳輸幀結構

LTE 在空中接口上支持兩種幀結構：Type1 和Type2，其中Type1 用于FDD 模式;Type2 用于TDD 模式，兩種無線幀長度均為10ms。

在FDD 模式下，10ms 的無線幀分為10 個長度為1ms 的子幀(Subframe)，每個子幀由兩個長度為0.5ms 的時隙(slot)組成，如圖2 所示。

圖2 幀結構類型1

在TDD 模式下，10ms 的無線幀包含兩個長度為5ms 的半幀(Half Frame)，每個半幀由5 個長度為1ms 的子幀組成，其中有4 個普通子幀和1 個特殊子幀。普通子幀包含兩個0.5ms 的常規時隙，特殊子幀由3 個特殊時隙(UpPTS、GP 和DwPTS)組成，如圖3 所示。

圖3 幀結構類型2

(2) Type 2 TDD 幀結構-特殊時隙的設計

在Type2 TDD 幀結構中，特殊子幀由三個特殊時隙組成：DwPTS，GP 和UpPTS，總長度為1ms，如圖4 所示。

DwPTS 的長度為3～12 個OFDM 符號，UpPTS 的長度為1～2 個OFDM 符號，相應的GP 長度為(1～10 個OFDM 符號，70～700us/10～100km)。UpPTS 中，最后一個符號用于發送上行sounding 導頻。

DwPTS 用于正常的下行數據發送，其中主同步信道位于第三個符號，同時，該時隙中下行控制信道的最大長度為兩個符號(與MBSFN subframe 相同)。

圖4 TDD 幀結構特殊時隙設計

(3) Type 2 TDD 幀結構-同步信號設計

除了TDD 固有的特性之外(上下行轉換、GP 等)，Type2 TDD 幀結構與Type1 FDD幀結構主要區別在于同步信號的設計，如圖5 所示。LTE 同步信號的周期是5ms，分為主同步信號(PSS)和輔同步信號(SSS)。LTE TDD 和FDD 幀結構中，同步信號的位置/相對位置不同。在Type2 TDD 中，PSS 位于DwPTS 的第三個符號，SSS 位于5ms 第一個子幀的最后一個符號;在Type1 FDD 中，主同步信號和輔同步信號位于5ms第一個子幀內前一個時隙的最后兩個符號。

利用主、輔同步信號相對位置的不同，終端可以在小區搜索的初始階段識別系統是TDD 還是FDD。