深入理解LTE——温金辉

### 深入理解LTE——温金辉 #### 第1章：LTE概述 **1.1 空口传输概述** - **1.1.1 下行传输简介** 下行传输是LTE系统中最核心的功能之一，它涉及到基站向用户设备发送数据的过程。LTE采用正交频分多址（OFDMA）技术进行下行传输，这种技术能够有效地提高频谱利用率，并且通过在频域上将资源块（Resource Block, RB）分配给不同的用户来实现多用户共享信道资源的目的。 - **1.1.2 上行传输简介** 上行传输则是指用户设备向基站发送数据的过程。与下行传输不同，LTE上行采用了单载波频分多址（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA）技术，这样做的目的是为了降低终端发射功率并减少峰均比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)，使得移动终端的功耗更低，从而延长电池寿命。 **1.2 LTE协议栈结构** - **1.2.1 用户面** 用户面处理数据传输相关的任务，主要包括： - **PDCP层**：负责数据包的压缩、加密等处理。 - **RLC层**：实现数据包的分割、重传等功能。 - **MAC层**：管理多个逻辑信道的优先级，执行调度算法，决定各个用户的数据传输时间等。 - **PHY层**：负责物理层的信号处理，包括调制解调、同步等操作。 - **1.2.2 控制面** 控制面则主要负责传输控制信号，如用户设备的接入、认证等。具体包括： - **NAS层**：网络接入层，处理非接入层的控制信息，如位置更新、认证、密钥管理等。 - **RRC层**：无线资源控制层，负责建立、维护和释放无线承载连接等。 - **PHY层**：与用户面相同，负责物理层的信号处理。 **1.3 LTE下行峰值速率计算** 下行峰值速率的计算需要考虑多个因素，包括带宽、调制方式和编码率等。例如，在一个20MHz带宽的小区内，使用64QAM调制方式和最高的编码效率，理论峰值速率达到150Mbps左右。 #### 第2章：LTE时域、频域和空间域资源 **2.1 时域** 在时域中，LTE定义了多个时间单位，包括子帧、时隙和符号等。其中： - **子帧(Subframe)**：1毫秒长度的基本调度单元。 - **时隙(Slot)**：0.5毫秒长度，每个子帧包含两个时隙。 - **符号(Symbol)**：最小的时间单位，通常为1/14ms或1/12ms（取决于循环前缀）。 **2.2 频域** 在频域方面，LTE的主要资源单位是资源块（Resource Block, RB），一个RB包含了12个连续的子载波，通常在1.08MHz的带宽内。此外，还有子载波间隔（Subcarrier Spacing）的概念，对于正常循环前缀而言，子载波间隔为15kHz。 **2.3 空间域** 空间域资源涉及的是多天线技术，包括： - **天线端口**：用于区分不同的预编码矩阵或空间流。 - **预编码**：通过调整发射信号来改善接收信号质量的技术。 #### 第3章：下行参考信号 **3.1 小区特定的参考信号（Cell-specific Reference Signal）** 小区特定参考信号在整个小区内广播，用于支持小区搜索、下行链路信道估计和小区间同步等功能。这些信号不随用户的不同而变化，而是固定在整个小区范围内发送。 **3.2 UE特定的参考信号（UE-specific Reference Signal）** UE特定参考信号则是根据每个用户设备的需求动态发送的信号，主要用于支持下行链路信道状态信息（CSI）反馈，以支持自适应调制编码和预编码等技术。根据不同的版本，UE特定参考信号又分为Rel-8、Rel-9/Rel-10等多种类型。 **3.3 CSI参考信号（CSI-RS）** CSI参考信号用于获取更精确的信道状态信息，特别是在载波聚合和大规模MIMO场景下。CSI-RS可以在时域、频域和空间域上进行配置，以满足不同的测量需求。 **3.4 MBSFN参考信号（MBSFN-RS）** MBSFN参考信号用于支持多播/广播服务（Multicast/Broadcast Single Frequency Network, MBSFN）区域内的参考信号传输，以确保高质量的多播/广播服务。 **3.5 定位参考信号（Positioning Reference Signal）** 定位参考信号用于支持定位功能，通过发送特定的参考信号来帮助终端进行精确的位置测量。 #### 第4章：下行L1/L2控制信道 **4.1 REG** 资源元素组（Resource Element Group, REG）是物理层的一个基本单位，由4个资源元素组成，通常用于承载控制信息。 **4.2 PCFICH** 物理控制格式指示信道（Physical Control Format Indicator Channel, PCFICH）用于指示PDCCH占用的OFDM符号数量，是下行控制信息传输的关键组成部分。 **4.3 PHICH** 物理HARQ指示信道（Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH）用于传输HARQ ACK/NACK反馈，是下行链路传输的重要组成部分。 **4.4 PDCCH** 物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel, PDCCH）承载了用户数据的调度信息和其他控制信息，是LTE下行控制信息的核心。 #### 第5章：PDSCH **5.1 下行资源分配类型** PDSCH是下行共享信道，用于承载用户数据。资源分配类型决定了资源块是如何分配给用户的，主要有资源分配类型0、资源分配类型1和资源分配类型2三种。 **5.2 VRB到PRB的映射** 虚拟资源块（Virtual Resource Block, VRB）到物理资源块（Physical Resource Block, PRB）的映射决定了数据在频域上的分布，可以是集中式的也可以是分布式的。 **5.3 如何确定调制阶数和TBsize** 调制阶数和传输块大小（Transmission Block Size, TB size）的确定对于保证数据传输的效率和可靠性至关重要。这些参数的选择依赖于多个因素，如信道质量、用户设备的能力等。 #### 第6章：传输模式（Transmission Mode） **6.1 TM模式简介** 传输模式（Transmission Mode, TM）是指在LTE系统中使用的多种不同的数据传输策略。不同的TM模式适用于不同的应用场景，可以提供单用户多输入多输出（Single User Multiple Input Multiple Output, SU-MIMO）或多用户多输入多输出（Multi User Multiple Input Multiple Output, MU-MIMO）等不同的空间分集增益。 **6.2 TB/codeword/layer/precoding/port** 传输块（Transport Block, TB）、码字（Codeword）、层（Layer）、预编码（Precoding）和天线端口（Antenna Port）是构成TM模式的基础概念。 **6.3 基于码本的预编码和基于非码本的预编码** 预编码技术可以根据是否有明确的码本分为两类，不同的预编码技术适合不同的信道条件和用户需求。 **6.4 SU-MIMO和MU-MIMO** SU-MIMO和MU-MIMO是两种重要的MIMO技术，它们分别允许单个用户和多个用户同时利用多天线技术提高数据传输速率和系统容量。 **6.5 TM模式** 不同的TM模式针对不同的应用需求进行了优化，如TM1适合单天线操作，而TM3则提供了更高的吞吐量，适合高移动性的场景。 #### 第7章：上行参考信号 **7.1 DMRS** 解调参考信号（Demodulation Reference Signal, DMRS）用于支持上行链路的数据解调，是上行链路传输的重要组成部分。 **7.2 SRS** 探测参考信号（Sounding Reference Signal, SRS）用于支持上行链路信道状态信息的测量，是上行链路预编码和调度决策的重要依据。 #### 第8章：PUCCH **8.1 PUCCH简介** 物理上行链路控制信道（Physical Uplink Control Channel, PUCCH）用于承载上行控制信息，如HARQ ACK/NACK、调度请求等。 **8.2 PUCCH中的码分复用** PUCCH通过使用正交覆盖码（Orthogonal Cover Code, OCC）实现了码分复用，提高了频谱效率。 **8.3 PUCCHformat1/1a/1b** 这些格式主要用于承载HARQ ACK/NACK信息。 **8.4 PUCCHformat2/2a/2b** 这些格式用于承载CQI、PMI等信道质量信息。 **8.5 PUCCHformat1/1a/1b与PUCCHformat2/2a/2b混合的PUCCHRB** 混合格式用于同时承载HARQ ACK/NACK信息和信道质量信息。 **8.6 PUCCHformat3** 此格式用于承载较长的上行控制信息，如调度请求等。 以上内容是基于《深入理解LTE》一书的部分章节进行的详细解读，旨在帮助读者更好地理解LTE系统的关键技术和原理。