无线网优：LTE帧结构和协议

一、协议知识1. LTE帧结构及物理资源基本概念RE/RB/CCE/REG/RBG帧结构 Type1：FDD（全双工和半双工）(FDD 上下行数据在不同的频带里传输；使用成对频谱)每一个无线帧长度为10ms，由20个时隙构成，每一个时隙长度为Tslot = 15630 x Ts = 0.5ms对于 FDD，在每一个 10ms 中，有 10 个子帧可以用于下行传输，并且有 10 个子帧可以用于上行传输上下行传输在频域上进行分开 0 # 1 # 1 8 # 1 9# 2S u b - f r a m es l o tO n e r a d i o f r a m e = 1 0 m s帧结构Type2：TDD (TDD上下行数据可以在同一频带内传输；可使用非成对频谱)一个无线帧10ms，每个无线帧由两个半帧构成，每个半帧长度为5ms每一个半帧由8 个常规时隙和DwPTS、GP 和UpPTS 三个特殊时隙构成，DwPTS和UpPTS的长度可配置，要求DwPTS、GP以及UpPTS 的总长度为1msO n e r a d i o f r a m e = 1 0 m sO n e h a l f f r a m e = 5 m s# 0 # 2 # 3 # 4 # 5 # 7 # 8 # 91 m sD w P T S U p P T SG PD w P T S U p P T SG PDwPTS: Downlink Pilot Time SlotGP: Guard Period (GP越大说明小区覆盖半径越大 )UpPTS: Uplink Pilot SlotTs = 1 / (15000x2048) s Frame 帧的长度： Tf = 307200 x Ts = 10msSubframe 子帧的长度：Tsubframe = 30720 x Ts = 1msSlot 时隙的长度：Tslot = 15360 x Ts = 0.5ms 1 Sub-Carrier = 15 kHz; 1 TTI = 1 ms => 1 sub-frame => 2 slots (0.5 ms *2) # for one user, min 2 RB allocation.1 RB = 12 sub-carriers during 1 slot (0.5 ms) =>12 * 15kHz = 180kHz (Bandwidth); => 12 * 7 symbols= 84 REs 1 RE = 1 sub-carrier x 1 symbol period (Each symbol is QPSK, 16QAM or 64QAM modulated.)LTE 支持可变带宽：1.4MHz, 3, 5, 10, 15 和 20MHz一个小区最少使用 6 个 RB, 即最少包含 72 个 sub-carriers: 6 RB * 12 sub-carriers = 72 sub-carriers一个小区最多支持 110 个 RB，相当于 1320 个 sub-carriers: 110 *12 =1320 sub-carriersChannel bandwidth BWChannel [MHz] 1.4 3 5 10 15 20Transmission bandwidth configuration NRB 6 15 25 50 75 100Normal cyclic prefix in downlink Extended cyclic prefix in downlinkDwPTS UpPTS DwPTS UpPTSSpecial subframe configurationNormal cyclic prefixin uplinkExtended cyclic prefix in uplinkNormal cyclic prefix in uplinkExtended cyclic prefix in uplink0 s6592T s7680T1 170 242 s s33 24T560Ts219T s2560T4 s63s219s2560Ts785 59 246 s170T s30Ts438T s5120T7 2 - - -8 s4s438s5120T- - -特殊帧格式5 ：DwPTS:GP:UpPTS => (6592Ts-16Ts) : (19744Ts-16Ts) : 4384Ts=> 3:9:2特殊帧格式7 ：DwPTS:GP:UpPTS => (21952Ts-32Ts) : 4384Ts : 4384Ts=> 10:2:2最小分配单位为 : s219TConfigure TDD: 上下行配置（下图） + 特殊帧格式（上图） (e.g.: 2:7 1:7)Subframe numberUplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch-point periodicity 0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 5 ms D S U U U D S U U U1 2:2 5 ms D S U U D D S U U D2 3:1 5 ms D S U D D D S U D D3 10 ms D S U U U D D D D D4 10 ms D S U U D D D D D D5 10 ms D S U D D D D D D D6 5 ms D S U U U D S U U DTDD支持 5ms和10ms的周期转换：=> 5ms转换周期：一个帧的上下半帧的特殊帧格式配置相同，=> 10ms转换周期：一个帧分成上下半帧，下半帧的特殊帧为DwPTS=1ms，用于DL传输(如上图3，4，5所示)RE：Resource Element，称为资源粒子，是上下行传输使用的最小资源单位。

1 RE = 1 subcarrier x 1 symbol periodRB：Resource Block，称为资源块，用于描述物理信道到资源粒子的映射一个 RB包含若干个RE一个RB由12 个在频域上的子载波和时域上一个slot周期构成（1 RB = 12 subcarriers x 1 slot）1个RB在频域上对应180kHz：1 RB = 12 subcarriers x 15kHz = 180kHz1个RB在时域上对应1 个时隙，1 slot =0.5ms CCE：Control Channel Element，称为控制信道粒子，PDCCH在一个或多个CCE上传输，CCE对应于9个REG，每个REG包含4个RE，CCE从0开始编号1 CCE = 9 REGs = 9 x 4 REs = 36 REs）PDCCH format与CCE之间的关系如下图所示：PDCCH format Number of CCEs Number of REGsNumber of PDCCH bits(QPSK)0 1 9 721 2 18 1442 4 36 2883 8 72 576REG：Resource Element Group，用来定义控制信道到RE的映射. （1 REG = 4 REs）RBG：Resource Block Group，RBG是连续的PRB的集合，其大小根据系统带宽配置的不同而定，如下图所示：System Bandwidth(Number of DL RBs)RBG Size (P)≤10 111 – 26 227 – 6463 (e.g.: 10MHz - 50 RBs) 364 – 110 (e.g.: 20MHz - 100 RBs) 42. 下行物理信道及物理信号的功能和占用时频码域位置（DL：PDSCH/PDCCH/PHICH/PCFICH/PBCH/ PSS/SSS/RS）2.1PBCH：Physical Broadcast Channel （物理广播信道）- 主要用来传输MIB信息，MIB消息包含：DL带宽信息；PHICH组号；系统帧号SFN- MIB: DL-Bandwidth, PHICH-Config, SFN, # of antennas.- 占用中间的6 个RB（72sc），在第2个slot的前4个symbol上传递（slot 1, symbol 0~3）- MIB消息的重复周期为40ms，起始位置为subfram#0 of SFN mod 4 = 0。

每10ms传递一次MIB，传递内容一致，40ms组成一个MIB消息可实现时间分集，提高 UE接收MIB消息时的增益，改善接收质量2.2PCFICH：Physical Control Format Indicator Channel （物理控制格式指示信道）- 用来指示在一个sub-frame 中PDCCH传输的OFDM symbol数量（1, 2 or 3）- 在每个subframe(TTI) 的第 1个symbol 上进行传递(symbol 0 within each TTI)- 承载CFI信息，每TTI占用16 个RE 资源，即4个REG2.3PDCCH：Physical Downlink Control Channel （物理下行控制信道）- 用于承载DCI信息，包括资源调度分配和其他控制信息，如与DL-SCH和PCH相关的HARQ信息等- PDCCH在每个subframe的前3个symbol （symbol 0~2）中进行传递，占用个数由PCFICH 承载的CFI 消息来确定 PDCCH的大小对应于一个或者多个CCE，如下图所示：PDCCH format Number of CCEs Number of REGs Number of PDCCH bits0 1 9 721 2 18 1442 4 36 2883 8 72 576- DSS => Dedicated Search Space (for only one UE) & CSS => Common Search Space (for several UEs)2.4PDSCH：Physical Downlink Shared Channel （物理下行共享信道）- 用于承载DL-SCH信息，传递SIB信息（SIB消息传递方向：BCCH -> DL-SCH -> PDSCH）- SIB1消息的重复周期为 80ms，初始位置为subframe#5 of SFN mod 8 = 0，在SFN mod 2 = 0的帧上重复.SIB – System Information Blocks- SIB1: Cell Access Info (PLMN, TAC, CID…); 小区选择相关信息; TDD 相关配置信息; 余下SIB的时域调度信息- SIB2: 公共信道的无线资源配置（ PCCH, RACH); freqInfo (ul-carrierFreq, ul-bandwidth); defaultPagingCycle- SIB3: Cell re-selection information. (Intra/Inter frequency or/and Inter-RAT cell re-selection)- SIB4: Neighbor cell related info only for Intra-frequency cell re-selection information.- SIB5: E-UTRAN Inter-frequency cell re-selection information.- SIB6: UTRAN frequencies and neighboring cell re-selection.- SIB7: GERA。