LTE学习之路（5）—

LTE学习之路（5）——物理层

帧结构

LTE支持的两种无线帧

类型1：应用于FDD

类型2：应用于TDD

FDD类型无线帧结构

FDD类型无线帧长为10ms，如上图所示。每帧分为10个相同大小的子帧，每个子帧又分为两个相同大小的时隙，即每个FDD无线帧帧含有20个相同大小的时隙，每个时隙为0.5ms。普通CP配置下，一个时隙包含7个连续的OFDM符号（Symbol）。

TDD类型无线帧结构

在TDD帧结构中，一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成，其中包括4个普通子帧和1个特殊子帧。普通子帧由两个0.5ms的时隙组成，而特殊子帧由3个特殊时隙（DwPTS、GP和UpPTS）组成。

【注意】

子帧0和子帧5只能用于下行传输
5ms切换周期配置时子帧1和子帧6用作特殊子帧
10ms切换周期配置时子帧1用作特殊子帧
UpPTS之后的第一个常规子帧只能用于上行传输

作为TDD系统的一个特点，时间资源在上下行方向上进行分配，TDD帧结构支持7种不同的上下行时间比例分配（配置0~6），可以根据系统业务量的特性进行配置，支持非对称业务。这7种配置中包括4种5ms周期和3种10ms周期。

 “D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP 和UpPTS组成的特殊子帧。 

　　特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms。

　　对于5ms的上下行切换周期，子帧0、5、DwPTS一定走下行。对于10ms上下行切换周期，每个半帧都有DwPTS，只在第1个半帧内有GP和UpPTS，第2个半帧的DwPTS长度为1ms。UpPTS和子帧2用作上行，子帧7和9用作下行。

物理资源

基本时间单位

注：基本时间单位的来源，请参考问题集锦（1）中的问题1的相关解释

天线端口

LTE使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系。
由于目前LTE上行仅支持单射频链路的传输，不需要区分空间上的资源，所以上行还没有引入天线端口的概念。
目前LTE下行定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号0~5。

小区专用参考信号传输天线端口：天线端口0~3

MBSFN参考信号传输天线端口：天线端口4

终端专用参考信号传输天线端口：天线端口5

资源单元 (RE，Resource Element)

对于每一个天线端口，一个OFDM或者SC-FDMA符号上的一个子载波对应的一个单元叫做资源单元；

资源粒子组 (REG，Resource Element Group)

REG=4RE

资源块 (RB，Resource Block)

一个时隙中，频域上连续的宽度为180kHz的物理资源称为一个资源块；

LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。RB = 84RE

资源栅格 (Resource Grid)

一个时隙中传输的信号所占用的所有资源单元构成一个资源栅格，它包含整数个PRB，也可以用包含的子载波个数和OFDM或者SC-FDMA符号个数来表示。

信道

空中接口（Uu口）

空中接口是指终端与接入网之间的接口，简称Uu口，通常也称为无线接口。在LTE中，空中接口是终端UE和eNodeB之间的接口。

空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。空中接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。

空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指控制平面和用户平面。从用户平面看，主要包括物理层、MAC层、RLC层、PDCP层；从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC层，NAS层。RRC协议实体位于UE和ENB网络实体内，主要负责对接入层的控制和管理。NAS控制协议位于UE和移动管理实体MME内，主要负责对非接入层的控制和管理。空中接口协议栈具体结构如下图所示。

空中接口用户面协议栈结构空中接口控制面协议栈结构

信道定义及其功能

信道可以认为是不同协议层之间的业务接入点（SAP），是下一层向它的上层提供的服务。

LTE沿用了UMTS里面的三种信道：逻辑信道、传输信道与物理信道。

从协议栈的角度来看，物理信道是物理层的，传输信道是物理层和MAC层之间的，逻辑信道是MAC层和RLC层之间的。

逻辑信道：传输什么内容，比如广播信道（BCCH），即用来传广播消息的；
传输信道：怎样传，比如说下行共享信道DL-SCH，也就是业务甚至一些控制消息都是通过共享空中资源来传输的，它会指定MCS，空间复用等等方式，也就说是告诉物理层如何去传这些信息；
物理信道：信号在空中传输的承载，比如PBCH，也就是在实际的物理位置上采用特地的调制编码方式来传输广播消息了。

物理信道

LTE定义的下行物理信道主要有如下6种类型：

（1）物理下行共享信道（PDSCH）：用于承载下行用户信息和高层信令。

（2）物理广播信道（PBCH）：用于承载主系统信息块信息，传输用于初始接入的参数。

（3）物理多播信道（PMCH）：用于承载多媒体/多播信息。

（4）物理控制格式指示信道（PCFICH）：用于承载该子帧上控制区域大小的信息。

（5）物理下行控制信道（PDCCH）：用于承载下行控制的信息，如上行调度指令、下行数据传输是指、公共控制信息等。

（6）物理HARO指示信道（PHICH）：用于承载对于终端上行数据的ACK/NACK反馈信息，和HARO机制有关。

LTE定义的上行物理信道主要有如下3种类型：

（1）物理上行共享信道（PUSCH）：用于承载上行用户信息和高层信令。

（2）物理上行控制信道（PUCCH）：用于承载上行控制信息。

（3）物理随机接入信道（PRACH）：用于承载随机接入前道序列的发送，基站通过对序列的检测以及后续的信令交流，建立起上行同步。