“好的文章總是結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，一氣呵成。掩卷時(shí)齒留余香，意猶未盡。重讀《LTE輕松進(jìn)階》的第八章——LTE的信道，輔以個(gè)人理解，完成本文。請(qǐng)讀者多多指教”
1. 信道與信號(hào)
首先我們區(qū)分一下信道和信號(hào)的概念，
1）信道(Channel)，就是信息的通道。不同信息類(lèi)型需要經(jīng)過(guò)不同的處理過(guò)程。在LTE中，信道就是信息處理流程，層一、二、三相互配合支撐。信道強(qiáng)調(diào)的是LTE各個(gè)層之間不同信息類(lèi)型的處理過(guò)程。
2）信號(hào)(Signal)，物理信號(hào)時(shí)物理層產(chǎn)生并使用的、有特定用途的一些列無(wú)線資源粒(RE)。物理信號(hào)不攜帶從高層而來(lái)的任何信息，它們對(duì)高層而言不是直接可見(jiàn)的，即不存在高層信道的直接映射關(guān)系。
2. LTE的信道分類(lèi)
LTE采用UMTS相同的三種信道：邏輯信道、傳輸信道和物理信道。上一道工序把自己處理完的信息交給下一道工序時(shí)，要有一個(gè)雙方都認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(Service Access Point, SAP)。信道的含義也可理解為下一層向它的上層提供服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)接口，即業(yè)務(wù)接入點(diǎn)SAP。從協(xié)議棧角度來(lái)看，邏輯信道是MAC層和RLC層之間的，傳輸信道是物理層和MAC層之間的，物理信道是物理層的，如圖1所示。
這三類(lèi)信道的側(cè)重點(diǎn)是不一樣的：
1)邏輯信道, 關(guān)注的是傳輸什么內(nèi)容，什么類(lèi)別的信息。信息首先要被分為兩種類(lèi)型：控制消息（控制平面的信令，如廣播類(lèi)消息、尋呼類(lèi)消息）和業(yè)務(wù)消息（業(yè)務(wù)平面的消息，承載著高層傳來(lái)的實(shí)際數(shù)據(jù)）。邏輯信道是高層信息傳到MAC層的SAP。
2)傳輸信道, 關(guān)注的是怎樣傳？形成怎樣的傳輸塊（TB）？不同類(lèi)型的傳輸信道對(duì)應(yīng)的是空中接口上不同信號(hào)的基帶處理方式，如調(diào)制編碼方式、交織方式、冗余校驗(yàn)方式、空間復(fù)用方式等內(nèi)容。根據(jù)對(duì)資源占有的程度不同，傳輸信道還可以分為共享信道和專(zhuān)用信道。前者就是多個(gè)用戶共同占用信道資源，而后者就是由某一個(gè)用戶獨(dú)占信道資源。與MAC層強(qiáng)相關(guān)的信道有傳輸信道和邏輯信道。傳輸信道是物理層提供給MAC層的服務(wù)，MAC可以利用傳輸信道向物理層發(fā)送和接受數(shù)據(jù)；而邏輯信道則是MAC層向RLC層提供的服務(wù)，RLC層可以使用邏輯信道向MAC層發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。MAC層一般包括很多功能模塊，如傳輸調(diào)度模塊、MBMS功能模塊、傳輸塊TB產(chǎn)生模塊等。經(jīng)過(guò)MAC層處理的消息向上傳給RLC層的業(yè)務(wù)接入點(diǎn)，要變成邏輯信道的消息；向下傳送到物理層的業(yè)務(wù)接入點(diǎn)，要變成傳輸信道的消息。
3)物理信道, 就是信號(hào)在無(wú)線環(huán)境中傳送的方式，即空中接口的承載媒體。物理信道對(duì)應(yīng)的是實(shí)際的射頻資源，如時(shí)隙（時(shí)間）、子載波（頻率）、天線口（空間）。物理信道就是確定好編碼交織方式、調(diào)制方式，在特定的頻域、時(shí)域、空域上發(fā)送數(shù)據(jù)的無(wú)線通道。根據(jù)物理信道所承載的上層信息不同，定義了不同類(lèi)型的物理信道。
拋開(kāi)邏輯信道和傳輸信道，本文主要關(guān)注的是物理信道。物理信道主要用來(lái)承載傳輸信道來(lái)的數(shù)據(jù)，但是也有一類(lèi)物理信道無(wú)需傳輸信道的映射，直接承載物理層本身產(chǎn)生的控制信令或者物理信令。
3. LTE物理信道
物理信道是高層信息在無(wú)線環(huán)境中的實(shí)際承載。在LTE中，物理信道是由一個(gè)特定的子載波、時(shí)隙、天線口確定的。即在特定的天線口上，對(duì)應(yīng)的是一系列無(wú)線時(shí)頻資源（Resource Element，RE）。一個(gè)物理信道是有開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、持續(xù)時(shí)間的。物理信道在時(shí)域上可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。連續(xù)的物理信道持續(xù)時(shí)間由開(kāi)始時(shí)刻到結(jié)束時(shí)刻，不連續(xù)的物理信道則須明確指示清楚由哪些時(shí)間片組成。LTE含有六個(gè)下行物理信道，他們分別是：
1)物理廣播信道(Physical Broadcast Channel，PBCH), 轄區(qū)內(nèi)的大喇叭，但并不是所有廣而告之的消息都從這里廣播（映射關(guān)系在下一節(jié)介紹），部分廣而告之的消息是通過(guò)下行共享信道（PDSCH）通知大家的。PBCH承載的是小區(qū)ID等系統(tǒng)信息，用于小區(qū)搜索過(guò)程。
2)物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH), 踏踏實(shí)實(shí)干活的信道，而且是一種共享信道，為大家服務(wù)，不偷懶，略有閑暇就接活干。PDSCH承載的是下行用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
3)物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH), 發(fā)號(hào)施令的嘴巴，不干實(shí)事，但干實(shí)事的PDSCH需要它的協(xié)調(diào)。PDCCH傳送用戶數(shù)據(jù)的資源分配的控制信息。
4)物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indicator Channel，PCFICH), 類(lèi)似藏寶圖，指明了控制信息（寶藏）所在的位置。PCFICH是LTE的OFDM特性強(qiáng)相關(guān)的信道，承載的是控制信道在OFDM符號(hào)中的位置信息。
5)物理HARQ指示信道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，PHICH)，主要負(fù)責(zé)點(diǎn)頭搖頭的工作，下屬以此來(lái)判斷上司對(duì)工作是否認(rèn)可。PHICH承載的是混合自動(dòng)重傳（HARQ）的確認(rèn)/非確定（ACK/NACK）信息。
6)物理多播信道(Physical Multicast Channel，PMCH)，類(lèi)似可點(diǎn)播節(jié)目的電視廣播塔，PMCH承載多播信息，負(fù)責(zé)把高層來(lái)的節(jié)目信息或相關(guān)控制命令傳給終端。
4. LTE下行物理信號(hào)
下行方向上定義了兩種物理信號(hào)：
1) 參考信號(hào)(Reference Signal，RS)，本質(zhì)上是一種偽隨機(jī)序列，不含任何實(shí)際信息。這個(gè)隨機(jī)序列通過(guò)時(shí)間和頻率組成的資源單元RE發(fā)送出去，便于接收端進(jìn)行信道估計(jì)，也可以為接收端進(jìn)行信號(hào)解調(diào)提供參考，為保證RS能夠充分且必要反映信道時(shí)頻特性，RS在天線口的時(shí)、頻單元上必須有一定規(guī)則。RS分布越密集，則信道估計(jì)越準(zhǔn)確，但開(kāi)銷(xiāo)會(huì)很大，占用過(guò)多無(wú)線資源會(huì)降低系統(tǒng)傳遞有用信號(hào)的容量。RS分布不宜過(guò)密，也不宜過(guò)分散。 RS在時(shí)、頻域上的分布遵循以下準(zhǔn)則：
（1）RS在頻域上的間隔為6個(gè)子載波。
（2）RS在時(shí)域上的間隔為7個(gè)OFDM符號(hào)周期。
（3）為最大程度降低信號(hào)傳送過(guò)程中的相關(guān)性，不同天線口的RS出現(xiàn)位置不宜相同。
2) 同步信號(hào)(Synchronization Signal，SS)，用于小區(qū)搜索過(guò)程中UE和eUTRAN的時(shí)、頻同步。UE和eUTRAN做業(yè)務(wù)連接的必要前提就是時(shí)隙、頻率的同步。同步信號(hào)包含兩部分：
主同步信號(hào)（Primary Synchronization Signal，PSS）：用于符號(hào)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)，頻率同步以及部分小區(qū)的ID偵測(cè)。
從同步信號(hào)（Secondary Synchronization Signal，SSS）：用于幀時(shí)間對(duì)準(zhǔn)，CP長(zhǎng)度偵測(cè)及小區(qū)組ID偵測(cè)。
5. 信道映射關(guān)系
信道映射就是指邏輯信道、傳輸信道、物理信道之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系包括底層信道對(duì)高層信道的服務(wù)支撐關(guān)系，高層信道對(duì)底層信道的控制命令關(guān)系。LTE信道映射關(guān)系如圖2.所示。
從圖2可以看出，LTE信道映射的關(guān)系有如下幾個(gè)規(guī)律
（1）高層一定需要底層的支撐，工作需要落地；
（2）底層不一定都和上面有關(guān)系，只要干好自己分內(nèi)的活，無(wú)須全部走上層路線；
（3）無(wú)論傳輸信道還是物理信道，共享信道干的活種類(lèi)最多；
（4）由于信道簡(jiǎn)化、信道職能加強(qiáng)，映射關(guān)系變得更加清晰，傳輸信道DL/UL-SCH功能強(qiáng)大，物理信道PUSCH、PDSCH比UMTS干活的信道增強(qiáng)了很多。
圖3.舉例說(shuō)明了不同的消息的處理流程：
6. 下行物理信道和物理信號(hào)時(shí)頻資源映射圖
LTE下行鏈路子幀通常被分為由幾個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成的控制區(qū)以及有其余部分構(gòu)成的數(shù)據(jù)區(qū)組成�？刂茀^(qū)承載控制上行鏈路和下行鏈路數(shù)據(jù)所需要的L1/L2信令。
時(shí)頻資源圖與RB
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖4. 時(shí)頻資源映射圖
6.1. 下行物理參考信號(hào)
整體資源映射圖
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖5 下行物理參考信號(hào)映射圖
6.2. 下行物理同步信號(hào)
整體資源映射圖
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖6. 下行物理同步信號(hào)時(shí)頻資源映射圖
6.3. 物理廣播信道
整體資源映射圖
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖7. 下行廣播信道映射圖
6.4. 物理下行共享信道
整體資源映射圖
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖8. 物理下行共享信道時(shí)頻資源映射圖
6.5.物理控制信道
整體資源映射圖
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖9. 物理控制信道時(shí)頻資源映射圖
6.6. 物理控制格式指示信道
整體資源映射圖
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖10. 物理控制格式指示信道時(shí)頻資源映射圖
6.7. 物理HARQ指示信道
整體資源映射圖
一個(gè)RB內(nèi)的資源映射圖
圖11. 物理HARQ指示信道時(shí)頻資源映射圖
7. LTE 峰值速率計(jì)算
計(jì)算LTE下行峰值速率，首先假設(shè)如下三個(gè)前提：
在如上的三個(gè)前提下計(jì)算LTE的峰值速率，以FDD下行峰值速率為例。
1) 首先1modulation symbol = 6bits（64QAM調(diào)制）；
2) 1slot 包涵 7modulation symbols (正常長(zhǎng)度的循環(huán)前綴CP)；
3) 1slot = 0.5ms;
4) 計(jì)算單個(gè)子載波的下載速率為：
5）20M帶寬，一共包涵100個(gè)RB，每個(gè)RB包涵12個(gè)子載波，所以20M帶寬的系統(tǒng)共有1200個(gè)子載波，于是單天線下行峰值速率為：
6）在前文我們已經(jīng)講過(guò)，只有物理下行共享信道才能承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其他的物理信道和信號(hào)都占用時(shí)頻資源，我們假設(shè)在25%的開(kāi)銷(xiāo)情況下，下行速率可以得到：
7）如果采用2×2MIMO天線，峰值速率為單天線的2倍，如果采用4×4MIMO，峰值速率是單天線的4倍，下行速率分別為：
完
2019/1/1
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