LTE物理層在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了重大革新與性能增強(qiáng)。關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾方面：以O(shè)FDMA為基本多址技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)頻資源的靈活配置;通過(guò)采用MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了頻譜效率的大幅度提升;通過(guò)采用AMC、功率控制、HARQ等自適應(yīng)技術(shù)以及多種傳輸模式的配置進(jìn)一步提高了對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境的支持和傳輸性能優(yōu)化;通過(guò)采用靈活的上下行控制信道涉及為充分優(yōu)化資源管理提供了可能。

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協(xié)議結(jié)構(gòu)

物理層周圍的LTE無(wú)線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。物理層與層2的MAC子層和層3的無(wú)線資源控制RRC子層具有接口，其中的圓圈表示不同層/子層間的服務(wù)接入點(diǎn)SAP。物理層向MAC層提供傳輸信道。MAC層提供不同的邏輯信道給層2的無(wú)線鏈路控制RLC子層。

圖1 物理層周圍的無(wú)線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)

物理層功能

物理層通過(guò)傳輸信道給高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，物理層提供的功能包括:

1)傳輸信道的錯(cuò)誤檢測(cè)并向高層提供指示;

2)傳輸信道的前向糾錯(cuò)(FEC)編解碼;

3)混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(HARQ)軟合并;

4)編碼的傳輸信道與物理信道之間的速度匹配;

5)編碼的傳輸信道與物理信道之間的映射;

6)物理信道的功率加權(quán);

7)物理信道的調(diào)制和解調(diào);

8)頻率和時(shí)間同步;

9)射頻特性測(cè)量并向高層提供指示;

10)多輸入多輸出(MIMO)天線處理;

11)傳輸分集;

12)波束形成;

13)射頻處理;

LTE無(wú)線傳輸幀結(jié)構(gòu)

(1) 無(wú)線傳輸幀結(jié)構(gòu)

LTE 在空中接口上支持兩種幀結(jié)構(gòu)：Type1 和Type2，其中Type1 用于FDD 模式;Type2 用于TDD 模式，兩種無(wú)線幀長(zhǎng)度均為10ms。

在FDD 模式下，10ms 的無(wú)線幀分為10 個(gè)長(zhǎng)度為1ms 的子幀(Subframe)，每個(gè)子幀由兩個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms 的時(shí)隙(slot)組成，如圖2 所示。

圖2 幀結(jié)構(gòu)類型1

在TDD 模式下，10ms 的無(wú)線幀包含兩個(gè)長(zhǎng)度為5ms 的半幀(Half Frame)，每個(gè)半幀由5 個(gè)長(zhǎng)度為1ms 的子幀組成，其中有4 個(gè)普通子幀和1 個(gè)特殊子幀。普通子幀包含兩個(gè)0.5ms 的常規(guī)時(shí)隙，特殊子幀由3 個(gè)特殊時(shí)隙(UpPTS、GP 和DwPTS)組成，如圖3 所示。

圖3 幀結(jié)構(gòu)類型2

(2) Type 2 TDD 幀結(jié)構(gòu)-特殊時(shí)隙的設(shè)計(jì)

在Type2 TDD 幀結(jié)構(gòu)中，特殊子幀由三個(gè)特殊時(shí)隙組成：DwPTS，GP 和UpPTS，總長(zhǎng)度為1ms，如圖4 所示。

DwPTS 的長(zhǎng)度為3～12 個(gè)OFDM 符號(hào)，UpPTS 的長(zhǎng)度為1～2 個(gè)OFDM 符號(hào)，相應(yīng)的GP 長(zhǎng)度為(1～10 個(gè)OFDM 符號(hào)，70～700us/10～100km)。UpPTS 中，***一個(gè)符號(hào)用于發(fā)送上行sounding 導(dǎo)頻。

DwPTS 用于正常的下行數(shù)據(jù)發(fā)送，其中主同步信道位于第三個(gè)符號(hào)，同時(shí)，該時(shí)隙中下行控制信道的***長(zhǎng)度為兩個(gè)符號(hào)(與MBSFN subframe 相同)。

圖4 TDD 幀結(jié)構(gòu)特殊時(shí)隙設(shè)計(jì)#p#

(3) Type 2 TDD 幀結(jié)構(gòu)-同步信號(hào)設(shè)計(jì)

除了TDD 固有的特性之外(上下行轉(zhuǎn)換、GP 等)，Type2 TDD 幀結(jié)構(gòu)與Type1 FDD幀結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在于同步信號(hào)的設(shè)計(jì)，如圖5 所示。LTE 同步信號(hào)的周期是5ms，分為主同步信號(hào)(PSS)和輔同步信號(hào)(SSS)。LTE TDD 和FDD 幀結(jié)構(gòu)中，同步信號(hào)的位置/相對(duì)位置不同。在Type2 TDD 中，PSS 位于DwPTS 的第三個(gè)符號(hào)，SSS 位于5ms ***個(gè)子幀的***一個(gè)符號(hào);在Type1 FDD 中，主同步信號(hào)和輔同步信號(hào)位于5ms***個(gè)子幀內(nèi)前一個(gè)時(shí)隙的***兩個(gè)符號(hào)。

利用主、輔同步信號(hào)相對(duì)位置的不同，終端可以在小區(qū)搜索的初始階段識(shí)別系統(tǒng)是TDD 還是FDD。

圖5 TDD 幀結(jié)構(gòu)同步信號(hào)設(shè)計(jì)

(4)Type 2 TDD 幀結(jié)構(gòu)-上下行配比選項(xiàng)

FDD 依靠頻率區(qū)分上下行，其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的;TDD 依靠時(shí)間來(lái)區(qū)分上下行，所以其單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配如圖6所示。

LTE TDD 中支持5ms 和10ms 的上下行子幀切換周期，7 種不同的上、下行時(shí)間

配比，從將大部分資源分配給下行的"9:1"到上行占用資源較多的"2:3"，具體配置見圖7，在實(shí)際使用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)量的特性靈活的選擇配置。

圖7 TDD 上下行時(shí)間配比

(5) TD-LTE 和TD-SCDMA 幀結(jié)構(gòu)區(qū)別

TD-LTE 和TD-SCDMA 幀結(jié)構(gòu)主要區(qū)別有：

1)時(shí)隙長(zhǎng)度不同。TD-LTE 的子幀(相當(dāng)于TD-SCDMA 的時(shí)隙概念)長(zhǎng)度和FDD LTE 保持一致，有利于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)以及借助FDD 的產(chǎn)業(yè)鏈 ;

2)TD-LTE 的特殊時(shí)隙有多種配置方式，DwPTS，GP，UpPTS 可以改變長(zhǎng)度，以適應(yīng)覆蓋、容量、干擾等不同場(chǎng)景的需要;

3)在某些配置下，TD-LTE 的DwPTS 可以傳輸數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)一步增大小區(qū)容量;

4)TD-LTE 的調(diào)度周期為1ms，即每1ms 都可以指示終端接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，保證更短的時(shí)延，而TD-SCDMA 的調(diào)度周期為5ms;