高通firehose通信協定_LTE協定精讀(1)-概述

筆者最近在學習3GPP LTE協定的實體層，打算寫一個系列整理一下學習筆記，主要依據的是3GPP 36系列的協定文檔[1]。36.200定義的是Layer1也就是實體層，36.300定義了Layer2和3，也就是MAC層和射頻資源控制，整個協定的結構如下圖。

LTE協定結構

這篇文章整理自36.201文檔，201文檔定義了LTE physical layer - General description，也就是實體層概述，由于是概述是以基本是翻譯文檔

。

LTE實體層為其它層實作了資料傳輸服務，接入上層服務是通過Transport channels (TC)。實體層需要實作以下功能：

1. Error detection on the transport channel and indication to higher layers（檢錯）
2. FEC encoding/decoding of the transport channel（前向糾錯）
3. Hybrid ARQ soft-combining（自動重發請求）
4. Rate matching of the coded transport channel to physical channel（速率比對）
5. Mapping of the coded transport channel onto physical channels（映射）
6. Power weighting of physical channels （功率配置設定）
7. Modulation and demodulation of physical channels（調制解調）
8. Frequency and time synchronisation（時頻同步）
9. Radio characteristics measurements and indication to higher layers（射頻測量）
10. Multiple Input Multiple Output (MIMO) antenna processing（MIMO天線處理）
11. Transmit Diversity (TX diversity)（分集傳輸）
12. Beamforming（波束成形）
13. RF processing（射頻處理）

1. 實體層Multiple Access的基本知識

• Downlink是用的帶cyclic prefix (CP) 的OFDM調制。uplink和sidelink使用的帶cyclic prefix 的SC-FDMA。FDD和TDD兩種模式都要支援。
• LTE網絡劃分頻譜資源的機關是resource blocks（RC）- 資源塊。RC就是時間和頻率資源的二維劃分，RC有兩種：12個15Khz的子載波持續0.5ms；24個7.5Khz的子載波持續0.5ms；144個1.25Khz的子載波持續1ms。這三種RC的帶寬都是180Khz。窄帶模式中，使用者裝置會使用六個連續的RC。NB-IoT模式中，downlink使用12個15Khz的子載波，uplink有三種：單載波3.75Khz；單載波15Khz；3，6，12個15Khz的子載波。NB-IoT不支援TDD在Release13。
• 幀frame結構有三種，第一種隻能用在FDD；第二種隻能用在TDD；第三種隻用在LAA secondary cell operation。這裡LAA是指用ISM頻帶的LTE通信。

1. 第一種長10ms，由20個0.5ms的slots構成，相鄰的兩個slots構成一個sub-frame子幀。如果子載波帶寬是1.25Khz，一個slot一個子幀。
2. 第二種包括兩個half-frame，每個長5ms，由10個0.5ms的slots構成。half frame有兩種：一種由10個0.5ms的slots構成；另一種由8個0.5ms的slot加長1ms的DwPTS, GP and UpPTS。
3. 第三種長10ms，由20個0.5ms的slots構成，相鄰的兩個slots構成一個sub-frame子幀。每個子幀都能被用在uplink和downlink。downlink和uplink開始之前，基站要開始一個信道接入的過程，但是downlink的開始或者結束可以不再subframe的邊界。

• LTE中downlink的MIMO支援最多32個發送天線，8個接受天線，允許多層最多8個stream傳輸，在水準和垂直方向波束成形。uplink的MIMO會弱一點，支援最多4個發送天線，4個接受天，允許多層最多4個stream傳輸。
• Coordinated Multi-Point (CoMP)調節多點傳輸，要能配置UE多CSI信道參數回報。
• LTE還需要實作Multimedia Broadcast and Multicast Service (MBMS)廣播多點傳播服務，傳送Multicast/Broadcast over Single Frequency Network (MBSFN) 單頻網絡。
• uplink和downlink要能夠聚合最多32個小區，每個小區的傳輸帶寬上限是110個RC，能夠傳輸1型和2型frame。而且能夠連接配接屬于兩個eNB的服務小區。
• sidelink傳輸是用來支援使用者裝置之間的ProSe Direct Discovery（臨近服務直接探索）和ProSe Direct Communication（臨近服務直接通信）。這裡ProSe是Proximity Service代理服務，也就是用來實作D2D裝置間通信的，而D2D一般指臨近裝置之間的通信。sidelink使用網絡範圍内使用者裝置的相同幀結構；然而隻限制在uplink資源的子集。V2X車聯網可以使用sidelink或者通過基站。

2. 實體層信道

downlink信道：

1. Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) （共享信道）
2. Physical Multicast Channel (PMCH)（多點傳播信道）
3. Physical Downlink Control Channel (PDCCH)（控制信道）
4. Enhanced Physical Downlink Control Channel (EPDCCH)（增強控制信道）
5. MTC Physical Downlink Control Channel (MPDCCH)（機器通信控制信道）
6. Relay Physical Downlink Control Channel (R-PDCCH)（轉播控制信道）
7. Physical Broadcast Channel (PBCH)（廣播信道）
8. Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH)（實體控制格式訓示）
9. Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)（混合自動重發）
10. Narrowband Physical Broadcast Channel (NPBCH)（窄帶廣播）
11. Narrowband Physical Downlink Control Channel (NPDCCH)（窄帶下行控制）
12. Narrowband Physical Downlink Shared Channel (NPDSCH)（窄帶下行共享）

uplink信道：

1. Physical Random Access Channel (PRACH)（随機接入）
2. Physical Uplink Shared Channel (PUSCH)（共享）
3. Physical Uplink Control Channel (PUCCH)（控制）
4. Narrowband Physical Random Access Channel (NPRACH)（窄帶随機接入）
5. Narrowband Physical Uplink Shared Channel (NPUSCH)（窄帶共享）

sidelink信道：

1. Physical Sidelink Broadcast Channel (PSBCH)
2. Physical Sidelink Control Channel (PSCCH)
3. Physical Sidelink Discovery Channel (PSDCH)
4. Physical Sidelink Shared Channel (PSSCH)

3. 實體層調制

1. downlink：QPSK, 16QAM, 64QAM and 256QAM
2. uplink：QPSK, 16QAM, 64QAM and 256QAM；單載波NB-IoT是

   

   BPSK and

   

   QPSK
3. sidelink：QPSK，16QAM

4. 信号編碼和交織編碼

1. Turbo碼，碼率1/3，兩個8狀态編碼器
2. quadratic permutation polynomial (QPP)Turbo碼交織器
3. Trellis termination栅格終止
4. 在Turbo編碼之前，碼塊要先位元組對齊，最大一個碼塊6144 bits，使用24 bit CRC糾錯。

5. 實體層過程

1. Cell search（小區搜尋，包括檢測小區ID和downlink同步）
2. Power control（能量配置設定）
3. Uplink synchronisation and Uplink timing control（uplink同步）
4. Random access related procedures（随機接入）
5. HARQ related procedures（混合自動重傳）
6. Relay related procedures（轉播）
7. Sidelink related procedures（sidelink）
8. Channel Access procedures（信道接入）

6. 實體層測量

由使用者裝置和基站測量的射頻信号特征要上報給上層，實體層測量可以幫助尋找更好的接入基站。包括：頻率切換，無線接入（RAT）切換，時間測量，定位，RRM測量。

參考

1. ^3GPP 36系列協定 https://www.3gpp.org/DynaReport/36-series.htm