LTE Frame Structure - Downlink

学习这个东西并获得实践理解的好的途径是从高层开始，一步一步的逐步深入。

Overview - FDD

高层如下所示，36.211 FDD LTE。下面展示了时域一帧的结构。没有展现任何频域的结构。
从这个高层描述图中你可以得到：

1. 一帧的时长是10ms（一个无线帧，一个系统帧）。也就是意味着一秒有100个无线帧。
2. 一帧中的采样个数是307200个。也就是意味着一秒有307200*100=30.72M个采样。
3. 一帧包含10个子帧。
4. 一个子帧包含两个时隙。也就是意味着一帧包含20个时隙。

一个时隙是时域中最小的结构吗？不是。如果你进一步放大这个帧结构，你得到下面的图。
现在你可以看到一个时隙有7个符号组成。（一个符号是信号的某个时间跨度，在I/ Q星座图携带一个点）。
而你看到一个符号内甚至更小的结构。在符号的开始，你看到一个非常小的“循环前缀”，剩余部分才是真正的符号数据。
有两种不同类型的循环前缀。一种是正常的循环前缀，而另一个是“扩展循环前缀’，它比正常循环前缀较长。 （由于一个时隙的长度是固定的，不能改变，如果使用“扩展循环前缀’，即可以一时隙内容纳的符号数目减少。因此，如果我们使用”扩展循环前缀’，仅具有6个符号）。

如果放大的子帧，以显示的确切时间和采样，它可以如下图说明。

有关上面显示的帧结构需要注意几点：

• 第一OFDM CP符号比其他OFDM符号的CP要长一点
• 在此图中所示的采样数是基于采样率是30.072 M个samples/s和2048 bins/ IFFT（N_ifft）的假设。因为实际情况下的采样率和N_ifft取决于系统带宽，则需要根据特定的BW缩放这个数字。
• 每个系统带宽下的典型N_ifft如下

system BW number of RBs N IFFT (bins/IFFT) 1.4 6 128 3.0 15 256 5.0 25 512 10.0 50 1024 15.0 75 2048 20.0 100 2048

下面显示了“LTE资源网格”的总体子帧结构（http://dhagle.in/LTE）

现在，让我们进一步放大帧结构，但这次扩大在频域，而不是在时域。你会得到下面的全部细节图。

作为从事LTE一个工程师，你的第一件事情是得非常熟悉上面这张图。

我们可以在二维上表示LTE信号，如上所示。水平轴是时域，而垂直轴是频域。垂直轴的最小单位是一个子载波和横轴的最小单位是符号。对于在时域和频域，这是这些单元的多层级组合，意思是多个较小的单位成为一个更大的单元。

让我们首先来看看在频域结构。
LTE（任何OFDM / OFDMA）频带由多个小间隔的信道组成，我们称每个小信道为“子载波”。
无论在LTE频带的系统带宽，所述两个信道的空间总是相同的。
因此，如果LTE的系统带宽发生变化，信道（子载波）数目也发生变化，但信道之间的空间不会改变。

Q>一个子载波和下一个子载波之间的空间？
A> 15kHz

Q>20MHz的LTE频段的信道（子载波）数量是？
A> 12*100=1200个子载波。

Q>10MHz的LTE频段的信道（子载波）数量是？
A> 12*50=600个子载波。

Q>5MHz的LTE频段的信道（子载波）数量是？
A> 12*25=300个子载波。

是不是感受到子载波和系统的带宽有关系？

现在，让我们来看看横轴的基本单位是时域。时域的最小单位是一个符号，这相当于66.7us。无论带宽，符号长度不会改变。在时域中的最大的单位是一帧，长度10ms。每帧包括10个子帧，每个子帧长度1ms。每个子帧的由2个时隙，其中每一个时隙是0.5ms。每个时隙由7个符号，每一个67.7us。

Q>一个时隙有多少符号？ A> 7个符号。
Q>一个子帧有多少符号？ A> 14个符号。
Q>一个帧有多少时隙？ A> 20个时隙。

现在，让我们来看看由两个时域（横轴）和频域（纵轴）的单元。让我们把这种类型的单元叫二维单元。

最小二维单元是由在时域中的一个符号和一个子载波的频域资源元素。另一个二维单位是资源块（RB），其是由在时域中的一个时隙和12个子载波组成。资源块（RB）是LTE中的最重要的单位，常用于协议侧和RF测量侧。

Q>一个资源块多少个符号？ A> 7个符号。
Q>一个资源块多少个子载波？ A> 12个子载波。
Q>一个资源块有多少个资源单元？ A> 84个资源单元。

现在是时候我们所有涉及单位结合起来。下面的问题是读取任何LTE规范的很重要的。

Q>20 MHz频段有多少资源块？ A> 100个资源块。
Q>10 MHz频段有多少资源块？ A> 50个资源块。
Q>5 MHz频段有多少资源块？ A> 25个资源块。

我已经看到了这类型映射了这么多次，从这么多不同的来源，但我真正明白了地图的所有细节？还没有。这将需要几年的时间来了解这张图的每一个方面。

也许是我做的第一个步骤就是口头形式描述地图的每个部分。

Overview-TDD

PBCH（物理广播信道）

• 它仅携带的MIB。
• 它是使用QPSK。
• 映射到6个资源块（72个子载波），在子帧0，围绕DC子载波。
• 映射到未被预留用于传输参考信号/PDCCH或PCHICH的资源元素

前L（1或2或3）个符号

这是因为这个区域是二位图中最混乱的地区之一，多个信道分配在这里。第一个符号是PCFICH，但PCFICH仅仅占用第一符号上的资源块的一部分不是全部。 PHICH也是在这个区域承载。而不被PCFICH和PHICH占用的剩余空间分配给PDCCH。

PCFICH（物理控制格式指示信道）

• 它携带了用于控制信道（PDCCH和PHICH）的符号的数目。
• 映射到在每个下行链路子帧的第一OFDM符号，包含从PBCH上接收的PDCCH的OFDM符号的数目和PHICH的符号持续时间的信息，UE解码此信道找出多少OFDM符号分配给PDCCH
• 它是由这个子帧的第一OFDM码元的16个子载波来承载。
• PCFICH的数据由4个REG承载，不管带宽多大，这四个的REG是均匀分布在整个频带上。
• PCFICH的确切位置是由小区ID和带宽决定的。

有关详细信息，请参阅PCFICH页面。
http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_PCFICH.html

PDCCH（物理下行链路控制信道）

• 映射到在每个下行链路子帧的前L个OFDM符号。
• 符号（L）的PDCCH的数目可以是1,2，或3。
• 由PCFICH指定PDCCH符号数
• PDCCH携带DCI。DCI携带​​传输格式，资源分配，和与DL-SCH，UL-SCH和PCH相关的H-ARQ信息。
• PDCCH也携带DCI 0，这是用于UL调度分配（例如，UL授权）。
• 支持多个PDCCH，UE监视一组控制信道。
• 调制方式为QPSK。
• PDCCH就像是HSDPA的HS-SCCH，R99的PDCCH，HSUPA的E-AGCH / E-RGCH。
• 即使PDCCH有很多的功能，并非所有的功能都在在同一时间使用，PDCCH配置应灵活进行。
• 如果你有兴趣有关映射此通道的详细信息，参考36.211 6.8.1。以下是这个章节的初始描述。

物理下行链路控制信道携带调度分配和其他控制信息。物理控制信道是在一个或几个连续控制信道元素（CCE）的组合上传送的，其中一个控制信道元素对应于9个资源元素组。没有分配到PCFICH或PHICH资源元素组的数量是REG N。在系统中可用的CCE的编号为从0到N_CCE-1，其中N_CCE =floor（N_REG/9）。该PDCCH支持多种格式，如表6.8.1-1中列出。占用n个连续的CCE的PDCCH可以从一个CCE满足i mod N =0的开始，其中i是CCE号。

PHICH

• 携带H-ARQ反馈
• 在UE UL 传输数据后，它在等待PHICH中的ACK。
• 它像HSPA中的E-HICH
• 有时几个PHICH构成使用相同的资源元素的PHICH组。

PDSCH（物理下行链路共享信道）

• 携带用户特定的数据（DL有效载荷）。
• 携带随机接入响应消息。
• 它可以使用AMC以QPSK，16QAM和64QAM

PRACH

• 它所携带的随机接入前导码
• 它在频域占用72个子载波的带宽。如果随机接入前导码成功被接收，随机接入消息上将会在UL-SCH上发送。
• 随机接入前导是由Zadoff-Chu序列生成的。

P-SS（主同步信号）

• 映射到72个活动的子载波（6资源块），在0时隙（子帧0）和10时隙（子帧5​​）的DC子载波的周围。
• 由62的Zadoff-chu序列值
• 用于下行链路帧同步
• 其中一个关键因素是用来确定物理小区ID

如果你是一个开发人员，负责LTE芯片组的初期工作，这将是你必须实现第一信号之一。
但是，当你有以下的数据和信息，你能找出到底是哪频道映射的一部分，将进行该消息？这是理解LTE协议的最棘手的部分之一，它需要很长的时间进行研究。 （如果你是一个RF工程师，这未必是对你那么重要）。

S-SS（辅同步信号）

SSS是用于无线电帧同步的特定的物理层信号。它的特点如下所示。

• 映射到72活动子载波（6资源块），在FDD中，分布在0时隙（子帧0）和10时隙（子帧5​​）的DC子载波的周围。
• SSS的在子帧0的序列和子帧5是彼此不同
• 由62扰码序列（基于m序列）
• 在奇数索引的资源元素和偶数索引的资源元素的值由不同的公式产生
• 用于下行链路帧同步
• 其中一个关键因素是用于确定物理小区ID

但是，如果你是一个开发人员的LTE芯片组的初期工作，这也将是你必须实现第一信号之一。

RS（参考信号） - 小区特有

大部分的信道（例如，DPSCH，DPCCH，PBCH等）是用于携带特有信息（比特序列）和有一些较高层的信道连接到它们，但参考信号是只存在于PHY层的特殊信号。这不是用于递送任何特定信息。此参考信号的目的是为下行链路功率提供的参考点。

当UE测量DL功率（即从eNodeB信号的功率），它衡量这一参考信号的功率，并把它作为下行小区功率。

这些参考信号是通过在每一个时隙的特定资源元素，这些资源元素的位置是根据专门由天线配置确定的。

在下面的附图中，红/蓝/绿/黄是携带参考信号的部分，被标记为灰色的资源元素是保留用于参考信号的，但对那个特定天线并不携带参考信号。

有两种不同类型的参考信号：小区固有参照信号和UE特定的参考信号

• 小区专用参考信号：该参考信号在每个子帧上传输，并涉及所有的工作带宽中。它是由天线端口0,1,2,3发送。
• UE特定参考信号：该参考信号被仅分配给特定UE的资源块中传输，并正在通过天线端口5发送。

Q>对于小区特定参考信号的资源元素是否固定？
A>不，位置根据物理小区ID，如下所述变化。

• 参考信号的时域索引（I）是固定的。 （I= [0,4]）
• 参考信号的频域索引k是根据物理小区ID的变化而变化的，根据36.2116.10.1.2中描述映射到资源元素。
  
  • 主要原则是：k=6m +（v+v_shift）mod 6，其中v_shift=物理小区ID mod 6. 有关进一步详情，请参阅36.211 6.10.1.2

Q>下行参考信号携带的是什么样的值？

A>该值是通过在36.211 6.10.1.1所定义的序列生成算法产生的伪随机序列（注：上行链路参考信号 - DMRS - 是的Zadoff Chu序列）。
该序列的一个决定值是物理小区ID，这意味着物理小区ID影响参考信号的值。

RS（参考信号） - MBSFN

以下是根据36.211图6.10.2.2-1：MBSFN参考信号映射（扩展循环前缀，ΔF= 15 kHz）

RS（参考信号） - UE特定

以下基于36.211图6.10.3.2-1：UE专用的映射参考信号，天线端口5（正常循环前缀）

RS（参考信号） - 定位

以下是根据36.211图6.10.4.2-1：定位基准信号映射（正常循环前缀）

RS（参考信号） - CSI

以下是基于36.211图6.10.5.2-1：CSI参考信号（CSI配置0，正常循环前缀）的映射

全帧快照

以下是示出了上述全信道的快照。当然，这不是给你的详细信息。这是给你的整体框架的整体画面。你能够识别上述各信道的位置？刚刚尝试它，这将是一个很好的做法。

在这个网格中的每个组件都有自己的作用，并以各种不同的上下文中使用。如果你有兴趣在如何这些渠道在实际通信过程中使用，请参考下面的快速参考页节。

通信中的物理信道

下面的图表显示上行/下行数据传输的整体序列。你就可以将数据传输的序列图和在DL / UL帧结构的每个信道的特定位置相关联。

画廊

我不会把太多的评论以下捕获。这些捕获是你的做法，以关联你在前面的章节中读取到现实生活中的信号模式是什么。