LTE学习笔记

linhouhong

最近开始学习LTE协议，作为完全的通信新手，很多内容目前理解起来都很困难，所以打算写写笔记加深以下自己的印象，也算是对自己学习的内容进行一个汇总。其中内容部分翻译的协议内容，部分参考其他资料，资料的来源尽量会标注清楚。

1. 帧结构

        LTE中最小时间单位：.

三种无线帧结构：1）类型1，FDD（Frequency Division Duplexing, 频分双工），通过不同频谱，上下行数据同时传输；2）类型2，TDD（Time Division Duplexing，时分双工），通过控制，上下行数据在不同时段单项传输；3）类型3，LAA。

1.1 FDD帧结构

帧结构类型1只用于全双工和半双工FDD，每个无线帧的时域长度为，一个系统帧中包含10个子帧，每个子帧长度为，序号由0 ~ 9. 系统帧中的子帧有一个绝对子帧号，其中是系统帧号。

对于子载波间隔为或的子帧，其中包含两个时隙（slot）以及, 每个时隙长。

对于子载波间隔为的子帧，其只有一个时隙，长度为。

Figure 1.1 FDD帧结构标题

子帧也可以按表1.1被分为6个子时隙.

Table 1.1 不同子时隙中OFDM符号划分

Subslot number

0

1

2

3

4

5

Slot number

2i

2i+1

Uplink subslot pattern

0, 1, 2

3, 4

5, 6

0, 1

2, 3

4, 5, 6

Downlink subslot pattern 1

0, 1, 2

3, 4

5, 6

0, 1

2, 3

4, 5, 6

Downlink subslot pattern 2

0, 1

2, 3, 4

5, 6

0, 1

2, 3

4, 5, 6

在FDD中，每10ms各有10个系统帧分别用于下行和上行传输，上行和下行通过频谱区分。对于半双工FDD，UE无法同时进行上行和下行传输，而在全双工中则可以。

1.2 TDD帧结构

     TDD帧结构中，每个无线帧时长为，其中包括两个半帧，每个半帧时长为，每个半帧包含五个时长为的子帧，每个子帧由两个时隙构成，和，每个时隙长。系统帧中的子帧有一个绝对子帧号。

Figure 1.2 TDD帧结构标题

一个小区的上下行调度在不同的系统帧上可能是不同的，决定于当前系统帧上那些子帧用于上行或下行传输。目前支七种上下行调度，如下图所示，其中“U”代表用于上行传输的上行子帧，“D”代表下行子帧，“S”指特殊子帧。上下行调度支撑5ms和10ms周期转换，对于5ms周期的来说，每个半帧中都存在一个特殊子帧；对于10ms周期的来说，特殊子帧只存在于第一个半帧中。

特殊子帧中包含三个域，DwPTS、GP和UpPTS，它们在子帧中所占长度如表1.3所示。

子帧0和子帧5以及DwPTS只用于下行传输，UpPTS以及特殊子帧后的第一个子帧只用于上行传输。

Table 1.2 上下行调度

Uplink-downlink

configuration

Downlink-to-Uplink

Switch-point periodicity

Subframe number

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

5 ms

D

S

U

U

U

D

S

U

U

U

1

5 ms

D

S

U

U

D

D

S

U

U

D

2

5 ms

D

S

U

D

D

D

S

U

D

D

3

10 ms

D

S

U

U

U

D

D

D

D

D

4

10 ms

D

S

U

U

D

D

D

D

D

D

5

10 ms

D

S

U

D

D

D

D

D

D

D

6

5 ms

D

S

U

U

U

D

S

U

U

D

Table 1.3 特殊子帧结构标题

      上面先容了FDD和TDD的结构，下面就部分问题再延申以下。

Figure 1.3 时隙结构

      一个时隙由多个OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)符号组成 ，每个符号由循环前缀（Cylie Prefix, CP)和可用的符号时间组成。

• 当使用正常的循环前缀（Normal CP)，一个Slot由七个符号组成。其中第一个循环前缀中有160个采样点，其后六个循环前缀中各有144个采样点，一个OFDM符号包含2048个采样点。所以一个子帧采样点个数有个。
• 当使用扩展的循环前缀（Extended CP)，每个Slot由六个符号组成。OFDM符号有2048个采样点，循环前缀有512个采样点，加起来一个子帧共有30720个采样点。
  

       这样再来理解LTE中最小时间单位,可以看出它其实代表的是傅里叶变换的采样周期，一秒钟共有307200个采样点（“每一秒，天线端口发出307200个调制符号”）。这样也就能算出采样频率为30.72MHz。所以系统带宽 = 采样频率 = 30.72MHz.

     在接收端，大家取2048个采样点做FFT，变换到频域，共有2048个子载波，每个子载波的间隔为。而协议又规定，真正使用的是中间的1200个子载波，所以真正承载信息的带宽为.在协议中，有用子载波两边各预留了1MHz的保护带宽，所以该系统公用了20MHz。

        概念：FFT输出的子载波间隔就是离散频域数据所能代表的频域精度。

        说明：例如采样率为每秒一个采样点，FFT的输入为16个采样点，那么时间就是16s，在这16s信号中，能完整容纳的周期信号的周期必须小于16s，即频率大于1/16Hz，其也就是FFT所能代表的频域的最低精度。