LTE空中接口物理層分析
1 概述
LTE是3GPP在2005年啟動的新一代無線系統(tǒng)研究項目。LTE采用了基于OFDM技術的空中接口設計,目標是構建出高速率、低時延、分組優(yōu)化的無線接入系統(tǒng),提供更高的數據速率和頻譜利用率。
圖1-1LTE系統(tǒng)網絡架構
整個系統(tǒng)由核心網絡(EPC)、無線網絡(E-UTRAN)和用戶設備(UE)3部分組成,見上圖。其中EPC負責核心網部分;E-UTRAN(LTE)負責接入網部分,由eNodeB節(jié)點組成;UE指用戶終端設備。系統(tǒng)支持FDD和TDD兩種雙工方式,并對傳統(tǒng)UMTS網絡架構進行了優(yōu)化,其中LTE僅包含eNodeB,不再有RNC;EPC也做了較大的簡化。這使得整個系統(tǒng)呈現扁平化特性。
系統(tǒng)的扁平化設計使得接口也得到簡化。其中eNodeB與EPC通過S1接口連接;eNodeB之間通過X2接口連接;eNodeB與UE 通過Uu接口連接。
2 物理層過程
本文重點討論LTE空中接口物理層的一些主要過程。
2.1 下行物理層過程
2.1.1 小區(qū)搜索過程
UE使用小區(qū)搜索過程識別并獲得小區(qū)下行同步,從而可以讀取小區(qū)廣播信息。此過程在初始接入和切換中都會用到。
為了簡化小區(qū)搜索過程,同步信道總是占用可用頻譜的中間63個子載波。不論小區(qū)分配了多少帶寬,UE只需處理這63個子載波。
UE通過獲取三個物理信號完成小區(qū)搜索。這三個信號是P-SCH信號、S-SCH信號和下行參考信號(導頻)。
一個同步信道由一個P-SCH信號和一個S-SCH信號組成。同步信道每個幀發(fā)送兩次。
規(guī)范定義了3個P-SCH信號,使用長度為62的頻域Zadoff-Chu序列。每個P-SCH信號與物理層小區(qū)標識組內的一個物理層小區(qū)標識對應。S-SCH信號有168種組合,與168個物理層小區(qū)標識組對應。故在獲得了P-SCH和S-SCH信號后UE可以確定當前小區(qū)標識。
下行參考信號用于更精確的時間同步和頻率同步。
完成小區(qū)搜索后UE可獲得時間/頻率同步,小區(qū)ID識別,CP長度檢測。
圖2.1.1-1小區(qū)搜索過程
2.1.2 下行功率控制
下行功率控制適用于數據信道(PDSCH)和控制信道(PBCH、PDCCH、PCFICH和PHICH)。
eNode B 決定每個資源單元的下行發(fā)射功率。對于數據信道(PDSCH)方法如下:
對每個OFDM 符號,定義或= EPREPDSCH /EPRERS,
= [dB] 或
= [dB]
其中=0dB (對所有 PDSCH 發(fā)送方式,除多用戶MIMO)
是由高層提供的UE特定參數,使用3個比特表示[3,2,1,0,-1,-2,-3,-6] dB。
2.1.2.1eNodeBRNTP 限制
系統(tǒng)通過定義“RNTP(RelativeNarrowbandTX Power) ”來支持可能進行的下行功率協調,該消息通過X2接口在基站間交換。
定義了一個門限,由以比特圖的形式指示每個PRB將要使用的發(fā)射功率是否超過該門限。由下式確定:
其中:
- 指示比特圖
- 下行帶寬配置
-
- nPRB PRB 數目
- EA:不包含參考符號的OFDM符號中的數據子載波的發(fā)射功率
- EB:包含參考符號的OFDM符號中的數據子載波的發(fā)射功率
2.1.3 尋呼 – 物理層面
尋呼用于網絡發(fā)起的呼叫建立過程。有效的尋呼過程可以允許UE在多數時間處于休眠狀態(tài),只在預定時間醒來監(jiān)聽網絡的尋呼信息。
在WCDMA中,UE在預定時刻監(jiān)聽物理層尋呼指示信道(PICH),此信道指示UE是否去接收尋呼信息。因為尋呼指示信息時長比尋呼信息時長短得多,這種方法可以延長UE休眠的時間。
在LTE中尋呼依靠PDCCH。UE依照特定的DRX周期在預定時刻監(jiān)聽PDCCH。因為PDCCH傳輸時間很短,引入PICH節(jié)省的能量很有限,所以LTE中沒有使用物理層尋呼指示信道。
如果在PDCCH上檢測到自己的尋呼組標識,UE將解讀PDSCH并將解碼的數據通過尋呼傳輸信道(PCH)傳到MAC層。PCH傳輸塊中包含被尋呼的UE的標識。未在PCH上找到自己標識的UE 會丟棄這個信息并依照DRX周期進入休眠。
2.2 上行物理層過程
2.2.1 隨機接入過程
層一的隨機接入過程包括隨機接入preamble的發(fā)送和隨機接入響應。其余的消息不屬于層一的隨機接入過程。
2.2.1.1 物理非同步隨機接入過程
層一的隨機接入過程包括如下步驟:
高層的preamble發(fā)送請求觸發(fā)L1隨機接入過程;
隨機接入所需的preambleindex,目標preamble 接收功率(PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER),相應的 RA-RNTI 和 PRACH 資源作為請求的一部分由高層指示;
preamble發(fā)射功率PPRACH由下式計算:
PPRACH = min{ , PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER + PL} [dBm]
其中是配置的 UE 發(fā)射功率,PL 是UE估算的下行路徑損耗;
UE使用preambleindex 在 Preamble 序列集中隨機選擇一個 Preamble 序列;
UE在指定的PRACH上以功率 PPRACH 發(fā)送選擇的 Preamble 序列;
UE嘗試在高層定義的接受窗口內使用RA-RNTI檢測 PDCCH。如果檢測到,相應的 PDSCH 傳輸塊被傳輸到高層。高層解讀傳輸塊并使用 20 比特 UL-SCH grant指示物理層。
評論