LTE协议栈传输资源、信道、MAC层及物理层概述

2023-09-25 24 0

系统物理传输资源

OFDM是LTE下行链路和上行链路传输方向上采用的基本传输方案。
LTE下行和上行链路的OFDM子载波间距均为15kHz,子载波FFT大小为2048,对应30.72MHz的采样频率
时域上,LTE传输信息被组织在长度为10ms的内;每个帧被分为10个同样大小且长度为1ms的子帧;每个子帧由两个同样大小的时隙构成,长度为0.5ms。
为提供一致且精确的时序定义,LTE规范内不同的时间间隔被定义为一个基本时间单位Ts=1/(15000*2048)的倍数,基本时间间隔Ts可以视为采用FFT大小等于2048的基于FFT的发射器/接收器的采样时间。故T-frame=307200Ts,T-subframe=30720Ts,T-slot=15360Ts。
更高层面,每个帧通过一个系统帧号(SFN)进行标识,SFN周期为1024,即SFN在1024个帧或10.24s之后自行重复。
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时域结构图如上所示。LTE定义了两种循环前缀长度:常规的循环前缀和扩展的循环前缀,分别对应每时隙内7个和6个OFDM符号。
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时频资源而言,资源元素是LTE最小的物理资源,由一个OFDM符号期间内的一个子载波构成;频域内12个连续子载波和时域内一个0.5ms时隙,组合成资源块,常规循环前缀下资源块由7*12=84个资源元素构成。
LTE动态调度在时域上的基本单位是一个子帧,因此最小调度单位是两个连续资源块,被称为一个资源块对。
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LTE的频域结构如上所示,一个资源块由12个子载波组成,相邻子载波中心频率间隔为15kHz。

MAC层

MAC层即媒体接入控制层,主要功能包括:逻辑信道复用;混合ARQ重传;上行和下行调度;使用载波聚合时,还负责跨多个组分载波的多路复用/解复用,授权辅助访问时的清晰信道评估。

MAC层为RLC层以逻辑信道的形式提供服务,LTE定义的逻辑信道类型包括:
BCCH 广播控制信道,用于从网络到小区内所有终端的系统信息的传输。
PCCH 寻呼信道,用于寻呼那些网络不知其位于哪个小区的终端。寻呼消息需要在多个小区内传输。
CCCH 公共控制信道,用于传输与随机接入相关的控制信息。
DCCH 专用控制信道,用于传输去往/来自终端的控制信息。用于终端的单独配置。
DTCH 专用业务信道,用于去往/来自终端的用户数据的传输。传输所有上行链路和非MBSFN下行链路用户数据的逻辑信道。
MCCH 多播控制信道,用于发送和接收。
SL-BCH 侧向链路广播信道,用于侧向链路同步。
SL-DCH 侧向链路发现信道,用于侧向链路发现过程。

MAC层使用来自物理层的以传输信道形式出现的服务,LTE定义的传输信道包括:
BCH 广播信道,带有固定的传输格式。广播信道用于BCCH系统部分信息的传输,更具体地说是所谓主信息块(MIB)的传输。
PCH 寻呼信道,用于传送来自PCCH逻辑信道的寻呼信息。
DL-SCH 下行共享信道,是用于LTE下行链路数据传输的主要传输信道。DL-SCH还可以用于传输部分没有被映射到BCH的BCCH系统信息。
MCH 多播信道,用于MBMS业务,特点是有半静态传输格式和半静态调度。
UL-SCH 上行共享信道,是与DL-SCH所对应的上行链路信道,用于上行链路数据的传输。
SL-SCH 侧路共享信道,用于侧向链路通信的传输信道。
SL-BCH 侧向链路广播信道,用于侧向链路同步。
SL-DCH 侧向链路发现信道,用于侧向链路发现过程。
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上图显示了逻辑信道、传输信道和物理信道的映射关系。逻辑信道位于RLC和MAC层之间,传输信道位于MAC层与物理层之间,物理信道在物理层之下。

物理层

物理层负责编码、物理层的混合ARQ处理、调制、多天线处理,以及将信号映射到适当的物理时域和频域资源,还可以处理传输信道到物理信道的映射。

一个物理信道对应用于传输特定传输信道的时频资源集合,并且每个传输信道映射到相应的物理信道。还存在一些没有对应传输信道的物理信道。LTE定义的物理信道主要有包括:
PDSCH 物理下行共享信道,用于单播数据传输的主要物理信道,而且还用于寻呼信息传输。
PBCH 物理广播信道,承载终端接入网络所要求的一部分系统信息。
PMCH 物理多播信道,用于支持MBSFN操作。
PDCCH 物理下行控制信道,用于下行控制信息的传输,主要包括PDSCH接收所需的调度决策,以及触发PUSCH传输的调度许可。
PHICH 物理混合式ARQ指示信道,用于为终端指示运输块是否重传的混合ARQ确认。
PCFICH 物理控制格式指示信道,为终端提供解码PDCCH所必须信息的信道。
PUSCH 物理上行共享信道,是与PDSCH相对应的上行信道;对于每个终端,每个上行链路组分载波最多有一个PUSCH。
PUCCH 物理上行控制信道,终端用来发送混合ARQ确认,为eNodeB指示下行传输块是否接收成功;或发送信道状态报告以协助下行链路的信道相关度;以及申请上行链路数据传输所需要的资源。每个终端最多一个PUCCH。
PRACH 物理随机接入信道,用于随机接入的目的。

总结

这里主要对LTE时域和频域基本传输资源进行了介绍,对MAC层和物理层功能和信道类型进行了概述。没有对LTE下行链路和上行链路的传输机制细节进行讨论。

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