LTE 中的基础概念

时间:2021-06-26 04:09:09

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X-RNTI

(1)SI-RNTI:系统消息
(2)P-RNTI:寻呼
(3)RA-RNTI:标示用户发随机接入前导所使用的资源块
(4)C-RNTI:用户业务
(5)TPC-PUCCH—RNTI: PUCCH上行功控信息
(6)TPC-PUSCH—RNTI: PUSCH上行功控信息
(7)SPS C-RNTI的用法和C-RNTI是一样的,只是使用半静态调度的时候才用;
P-RNTI C-RNTI可以在一个子帧里存在,paging的P-RNTI是所有UE共用的

见36321的表格。P-RNTI是FFFE, SI-RNTI是FFFF, 对于所有UE是共用的。

因为手机需要X-RNTI对PDCCH进行盲检DCI,而对于手机来说,每个subframe只可能有一个DCI,所以在UE-Specified Space里面,手机只存在一个RNTI.但是在Common Search Space,手机可以用的公共的RNTI (例如P-RNTI)

不过,PDCCH本身是盲检测的,如果再加上需要在common search space搜索公共的RNTI,UE的开销会是很大的。

   在随机接入的过程中,UE会选择一个前导码和时频资源发送前导码-Msg1,发送的子帧位于PRACH资源的位置可以推算出RA-RNTI;RA-RNTI= 1 + t_id+10*f_id;见MAC协议。

   基站收到终端的前导后根据收到前导的PRACH时频资源位置推算RA-RNTI,并以该RA-RNTI加扰PDCCH,并发送随机接入响应-Msg2,该Msg2-RAR中包含了TC-RNTI,是基站为终端分配的临时调度ID(temporal C-RNTI/C-RNTI),用于终端和网络的进一步通信。

。。。。。。MSG3, MSG4省略,
   当终端随机接入成功后就会将TC-RNTI升级为C-RNTI。基站要寻呼UE就通过P-RNTI加扰PDCCH,并指示DAI,UE会解码PDCCH,并根据DAI的信息找到寻呼的下行数据;基站与终端建立连接后(connected),通过C-RNTI或SPS-RNTI进行PDCCH的加扰解扰,进而获得调度信息,截获相应子帧的业务数据。

CQI定义
Channel Quality indicator(CQI),CQI只有0-15共16种,分别对应29种MCS,对应关系是通过码率来实现的,选择和16种CQI对应的码率最接近的MCS组合,作为对应的MCSlevel。因此,对应于不同的天线配置、不同的层数等会对应于不同可用的MCS组合。

CQI\PMI\RI反馈

CQI\PMI\RI的反馈通过PUSCH和PUCCH进行,其中,周期性的反馈是通过PUCCH进行的,PUCCH共有六种模式:1\1A\1B\2\2A\2B,非周期的反馈通过PUSCH进行,当对应的反馈信息在PUSCH上发送时,采用和PUCCH相同的格式。由于UE不能同时发送PUCCH和PUSCH,所以当周期性的反馈和非周期性的反馈冲突时,只发送非周期反馈(PUSCH)。

基站共有七种传输模式,每种传输模式对应于不同的CQI\PMI\RI反馈模式。

对于下行带宽小于等于7个RB的情况,不支持PUSCH反馈(这里为什么是小于等于7个RB7下行系统带宽可以等于7么?)

当宽带CQI和子带CQI同时反馈时,在每两个宽带CQI反馈之间,每隔子带CQI都会被反馈多次,具体的次数由子带划分和宽带CQI反馈周期确定,另外,当子带CQI和宽带CQI同时反馈时或者两个码字同时反馈时,子带CQI或者第二个码字的CQI都将以相对值得形式进行反馈。

PUCCH & PUSCH

pucch和pusch不能同时发送,SR/CQI/SRS不能在同一子帧中发送,优先级SR>CQI>SRS;

PUCCH中的内容是不要CRC校验的,PUSCH需要CRC校验。

HARQ重传的问题

29种MCS分别对应不同的调制编码方式和TB-Size大小的组合,而29-31则对应于HARQ重传时的版本号,在进行HARQ重传时,TB-Size大小是不变的,但是调制编码方式的组合是可以改变的,带来的影响就是码率的改变。

MCS Determination

PDCCH指示对应的PDSCH所用的调制编码方式,UE根据自己调度的带宽和PDCCH指示的MCS,则可以计算得出对应的传输块的大小。

需要注意的问题:对应与系统信息、随机接入信道的相应(RAR)以及寻呼信息,都采用QPSK调制编码方式。对于DwPTS,假设对应的的带宽为NPRB,则实际查表时使用的带宽为NPRB的3/4,当DwPTS对应的符号数小于等于三个的时候,不做PDSCH传输。

如果初传地码率大于0.93,UE则会直接跳过解码。

注意TBS表格和传输方式的对应关系,且TBS表格中的数值为添加CRC后信息比特的长度。

Resource Allocation

LTE下行资源分配主要由三种类型,type0,type1和type2,其中,每一种类型都和一定的DCI格式对应,type0和type1对应直接与物理资源向对应,而type2的分配则与虚拟资源的分配对应,然后通过虚拟资源与物理资源的映射关系,获得最终的物理资源。

Type0和type1分别与DCI format1、2、2A对应,两者通过1比特的指示信息区别,type2与DCI format1A、1B、1C、1D对应。

Type0将连续的物理RB分配给调度的UE,首先根据系统下行带宽分为大小为P的RBG(P的大小和系统下行带宽有关系),然后通过DCI里面对应的bitmap映射对应的RBG,如果为'1',则与之对应的RBG被分配给当前UE。

Type1也是直接指示物理资源与调度用户的关系的,但Type1与Type0不同,它分配的不是连续的RB,首先也是把整个下行带宽进行分为P组(P的大小也是由下行带宽决定的,与Type0中对应的P大小相同),在这个过程当中,从第p个RB开始,每隔P个RB所对应的物理RB被添加到RBG p,然后把对应的DCI中的用于资源指示的区域分为三部分,第一部分用来指示选择这P组中的哪一组,第二部分用来指示在当前被选择的资源集当中是否需要进行一个shift,第三部分则用来指示在当前选中资源集中那些物理RB被分配给了当前的调度用户。用于Type1和Type0通过相同的DCI模式指示,对应的资源映射区域的大小也相同,由于type1使用了一部分的信息比特用来指示集合编号,这样的话就使得剩下的信息不能不能和资源集中的每一个RB一一对应,因此,采用type2进行资源分配时会有部分物理RB不被指示,通过1比特的shift来指示。

Type2对应的是虚拟RB,虚拟RB的与物理RB的映射有两种方式,一种是Localized一种是Distributed。在DCI format1A、1B、1D格式中,通过1比特信息来指示对应映射方式的是Localized还是Distributed,对于DCI format1C来说,则只能用Distributed。

LTE相关编码与速率匹配(下行turbo码)

码块分割完毕后,对各个码块进行编码,以turbo码为例,首先进行1/3码率编码,编码之后根据所分配的资源上可用的RE数目、Rank数以及对应的调制方式,即可以确定速率匹配之后输出的比特数。对于PDCCH来说,首先基站会确定某个PDCCH占用的CCE的数目,然后根据CCE的数目则可以获知对应的PDCCH在速率匹配之后的比特数。

需要注意的问题,,,其中,Nsoft是与UE能力相对应的soft buffer的大小,与UE能力相关的几个参数是:空间复用支持的最大layer数、在一个TTI内可以接收到的总的码字比特数、最大的码字比特数和Buffer的大小。对于NIR的公式分母最大为16,根据UE category等级的差别,UE的buffer大小和他所能支持的最大码字的长度大小比值为16.4,而且Ncb如果小于编码后的序列长度,则多出部分再进行速率匹配的时候将被忽略掉。HARQ重传的版本号体现在速率匹配当中的起始位置上,对于每一个码块的速率匹配后的比特数,需要考虑到在码块分割时每个码块对应的长度。

LTE相关码块分割和CRC添加

一个码块最大的长度为6144,最小为40(与其相对应,Turbo码编码器交织器最小是40,最大是6144),如果不够40,则需要添加"NULL"比特,如果超过6144,则需要进行码块分割,需要注意的问题,整个码字被添加了一个CRC,然后每一个码块也会被添加一个CRC,再进行码块分割的时候,可能需要添加填充比特。

参考信号

    UE Specific 参考信号

对应于单天线模式,与Cell Specific参考信号同时存在,不存在冲突。

待续

    MBSFN 参考信号

子载波间隔分别为15kHz和7.5kHz

待续

    Cell Specfic 参考信号

小区专用参考信号的生成是由时隙编号、符号编号、CP长度和小区ID共同决定的,小区参考序列S的长度是由系统下行带宽决定的随机序列,而对应于每一个下行带宽的小区参考信号序列S1则是从上面S序列的尾部向前读取相应的长度。

需要注意的问题:

小区专用参考信号只支持15kHz的子载波间隔;

不支持MBSFN传输,在PDSCH和PMCH同时存在的子帧上面,只出现在前两个符号;

PHICH

PHICH承载上行数据的ACK/NACK反馈,多个PHICH可以映射到同一份物理资源上,共同组成一个PHICH组,组内的PHICH通过正交码进行区分。对于TDD来说,每一个下行子帧上面对应的PHICH组数和UL/DL的配置相关。

PHICH有三比特信息,根据CP长度的不同,通过正交码进行加扰,分别扩展成12个符号和6个符号,然后在对扩展CP情况下,加扰过符号进一步划分为12个符号,然后进行映射和预编码,PHICH采用单天线或者发射分集模式,其中,四天线情况下采用的预编码矩阵为PHICH专用。

预编码结束后,进行物理映射,映射时以PHICH组为单位,对于常规CP,需要把同一PHICH组内的所有的PHICH相加,对于扩展CP,需要把相邻两个PHICH组当中的PHICH相加(在扩展的时候,添00的位置不同,所以在这一步不会对结果产生影响),映射的时候以symbol quadruplet为单位,同一个PHICH组对应于同一个PHICH映射单元,可能在同一个符号上也可以映射到不同的符号上。

频域上的位置通过公式计算可以得出,首先把对应符号上的除去PCFICH后的REG进行排序,然后再把symbol quadruplet映射到对应的物理资源上,基本上是均匀分步的。

注意PHICH Duration的含义是允许包含PHICH的符号数,它的大小受到PCFICH的限制,假设用于PDCCH的符号数是3个,则PHICH duration要小于3,具体是几根据帧结构进行判断。

PDCCH的资源映射

PDCCH承载调度分配和下行控制信息,PDCCH的传输是通过一个或者多个CCE(control channel elements)承载的,CCE是由9个REG组成,也就是36个Resource element,由于PDCCH是QPSK调制,因此也就是对应了72个信息比特,多个PDCCH可以在同一个子帧上传输。

如果一个PDCCH由n个CCE组成,那么这个PDCCH在映射时的起始位置应该为i%n=0。PDCCH在映射时需要把PCFICH、PHICH占用后剩余的REG都填满,如果所有PDCCH的信息比特加起来仍然不满足要求,则需要在PDCCH后面添加相应数量的NIL,因为PDCCH的aggregation级别是由MAC给定的,因此,PDCCH对应的REG的数目已知,从而可以确定PDCCH经过速率匹配之后的符号数满足36的整数倍,因此,添加NIL的REG是PCFICH、PHICH、PDCCH映射之后剩余的。 PDCCH采用单天线或者发射分集模式,采用和PBCH相同的天线配置,PDCCH在映射到物理资源之前,需要进行一个交织,交织是以symbol quadruplet为单位的,在映射时,首先把PCFICH和PHICH映射后剩余的REG进行排序,然后按照对应的顺序把交织后的symbol quadruplet进行映射。

PDCCH所占符号的映射顺序为:RS->PCFICH->PHICH->PDCCH->NIL。

另外:基站通过PCFICH规定了PDCCH的符号数,假设当前对应的有效PDCCH信息比特不能完全填满PDCCH占用的符号,NIL元素会被添加,直到完全填满PDCCH符号,这样的话,前三个PDCCH符号上面始终是处于填满状态的,从功率的角度来看,始终是有的。

关于PDCCH中NIL元素的理解
NIL的作用只是为了实现对应的PDCCH和相应的聚合级别的对齐,只是起到了一个占位的作用,最初的版本用的是Dummy,后来改成了NIL,根据36.141的规定,NIL对应的RE上面的发送功率为-Inf,也就是0,另外,36.302里面给出的Reception Type指得是所有可能出现的情况,UE需要按照这些组合去接收,但是不一定会接收到相应的信息。

总之,在一个下行子帧里面可能出现没有PDSCH也没有PDCCH的情况,此时基站仅发送RS和PCFICH(PHICH?),出现的条件是

没有PDSCH 
没有PUSCH 
并且没有承载广播信息的PDSCH(PDCCH通过SI-RNTI加扰,且按照基站规定周期性发送)

PCFICH

PCFICH用来指示用于PDCCH的符号数,最大为4个,PCFICH由32个信息比特组成,采用QPSK调制方式,调制后为16个符号,映射到4个REG上面,采用单天线或者发射分集方式,采用和PBCH相同的天线配置。 PCFICH映射到每一个子帧的第一个符号,在频域上是均匀分布的,分布的具体位置是和小区ID有关系的,因为PCFICH是Cell-Specfic的,并且在非MBSFN子帧上,至少有1个符号会被用作PDCCH。

待续~

PBCH

PBCH上面发送的主要是广播信息(Master Information Block),PBCH采用QPSK调制,采用单天线或者发射分集方式发送,PBCH采用盲解。

PBCH映射到每1帧的第1个子帧的第2个时隙的前4个符号,根据CP长度的不同,PBCH对应的编码之后的信息比特程度为1920或者1728比特,PBCH映射的时候都假设基站有4天线。其中,PBCH的发送周期为40ms。

待续

PMCH

PMCH对应的是单天线模式,没有发射分集,对应的天线端口为4。

需要注意的是,当某子帧,在某载波同时支持PDSCH和PMCH传输,前2个符号是用作非PMCH传输的,同样,当基站有4个天线端口时,前两个符号也是用作非PMCH传输的,这两个非MBSFN符号的CP长度和0#子帧的长度相同,PMCH不在0号子帧和5号子帧上传输。

Precoding

空间复用: 每一个UE可用的预编码矩阵是由基站制定的,基站可以限定某一个UE只能使用预编码矩阵的子集。

开环预编码(CDD)

对于两天线来说,使用的是对应层数的第一个预编码矩阵。对于四天线来说,则是在不同的向量组上面循环使用对应层数的最后四个预编码矩阵,假设层数为v, 则每v个{x(0)(i) ~ x(v-1)(i)} 使用同一个预编码矩阵,下面v个向量组使用下一个预编码矩阵。

Layer Mapping

spatial multiplexing,空间复用,需要注意的问题时,只有当天线数为4的时候,才会有一个码字映射到两个层的情况,但是根据211 中的Table 6.3.3.2-1,其中,有一个codeword对应两个曾的情况,应该是下行4根天线,每两根天线为一组服务一个UE,所以此时因该是双流模式?

transmit diversity,发射分集,只有一个码字,层数由天线数决定,其中,注意对应于四天线的情况,需要注意映射时,如果最终调制完的符号数不能被4整除,需要在后面添加两个NULL符号,在进行速率匹配的过程中,对于层数大于2的情况下,NL=2,所以进行速率匹配之后的信息比特经过调制之后的符号书都是2的倍数,但是不一定会被4整除,因此,这对于不能被4整除的情况需要添加2个符号。

在空间复用和发射分集的情况下,都有一种1个码字映射2个层上面的情况,这种情况下,两者的区别在于预编码上面。

Resoure-element Groups

Resource-element Group简称REG,是LTE当中物理资源映射的基本单位,每一组包含四个可用的Resource-element。

需要注意的问题:

REG的划分需要根据天线数的不同而不同,具体原因是天线数的不同影响到导频的分布,从而使对应的符号上可用的Resource-element的分步产生变化;

REG的划分需要考虑到CP长度的影响,原因也是由于不同长度的CP对应不同的导频分布。

当只有一根小区天线时,需要按照两条天线的导频分布进行REG划分。

REG的编号,按照同一个REG内的最小的频率进行编号,先频率,后符号。

PDCCH、PHICH、PCFICH的分步都是以REG为单位进行。

基站触发的随机接入过程(非竞争接入)
UE根据基站的指示选择相应的随机接入前导序列和掩码发送PRACH(具体过程略),然后开始等待基站端的RAR(等待时间由RAR等待窗口大小确定),过程是通过自己对应的RA-RNTI(RA-RNTI根据UE发送PRACH的时间和频率资源确定)搜索对应的PDCCH;

基站接收到UE发送的PRACH之后,在PDSCH上面发送对应的RAR,与RAR所在的PDSCH对应的PDCCH通过RA-RNTI加扰;

UE通过RA-RNTI搜索到对应的PDCCH之后,寻找对应的PDSCH,解码获得对应的RAR信息,如果对应的RAR信息中的前导序列编号和UE使用的前导序列的编号相同,则UE 认为随机接入过程完成···

基站发起的随机接触过程中的前导序列编号和掩码编号由PDCCH order或者RRC指定,其中RRC制定的模式可能对应于切换时的操作,原因是高层信令的可靠性更高。
UE触发的随机接入过程(竞争接入)
UE发送PRACH(具体过程略),然后开始等待基站端的RAR(等待时间由RAR等待窗口大小确定),过程是通过自己对应的RA-RNTI(RA-RNTI根据UE发送PRACH的时间和频率资源确定)搜索对应的PDCCH;

基站接收到UE发送的PRACH之后,在PDSCH上面发送对应的RAR,与RAR所在的PDSCH对应的PDCCH通过RA-RNTI加扰;

UE通过RA-RNTI搜索到对应的PDCCH之后,寻找对应的PDSCH,解码获得对应的RAR信息,然后UE根据RAR信息配置PUSCH发送相应的MSG3消息,如果此时UE不是出于RRC-Connected状态,则该UE没有C-RNTI,这样的话,UE把RAR当众包含的临时C-RNTI设置为自己的临时C-RNTI,如果UE处于RRC-Connected状态,则UE有一个唯一的C-RNTI;

基站解出第一个MSG3消息后,会通过PDSCH发送MSG4消息,MSG4的消息根据UE状态的不同而确定,如果是初始接入,MSG4中包含的消息则是UE发送的MSG3(里面包括UE用户冲突解决的ID),如果是出于RRC-Connected的状态,则可以发送其它一些调度信息在MSG4里面;

   ->如果UE是初始接入,UE会通过接收到的RAR当中的临时C-RNTI搜索对应的PDCCH,搜索到之后,对对应的PDSCH进行解码,通过对MSG4消息与自己发送的MSG3进行比较,如果相同,则根据对应的消息调整定时之类的,如果不同,则证明有冲突情况发生,当前RAR不属于自己,重新开始下一次PRACH;

   ->如果UE处于RRC-Connected状态,则通过自己的C-RNTI搜索对应的PDCCH,以此来解决冲突。

基站端在分配C-RNTI的时候,需要避免出现C-RNTI与RA-RNTI,临时RA-RNTI冲突的情况。