《LTE物理层过程》课件

物理层过程LTELTE物理层负责数据传输的物理信道构建和数据包的传输，是整个LTE系统的重要组成部分物理层概述LTELTE物理层无线信道无线资源管理LTE物理层是整个LTE系统的核心，负责LTE物理层主要处理无线信道，无线信道LTE物理层还负责无线资源的管理，包括无线链路的物理层传输负责将数据转换是指空中无线电波传播的路径，包含了各频率、功率、时间等资源的分配和调度，为无线信号并进行传输，同时还负责接收种影响信号传输的因素，如多径效应、干确保多个用户能够共享无线资源无线信号并将其转换为数据扰等等网络架构LTELTE网络架构主要分为接入层、核心网层和用户设备层接入层负责无线信号的接收和发送，核心网层负责网络控制和数据转发，用户设备层负责与网络通信•接入层eNodeB基站•核心网层MME、S-GW、P-GW•用户设备层UE用户设备物理信道LTE控制信道数据信道主要用于传输控制信息，如系统信息、用于传输用户数据，如语音、视频、数调度信息、同步信号等，确保正常通信据等，构成通信内容基础例如，PDSCH（物理下行共享信道）用例如，PDCCH（物理下行控制信道）用于传输用户数据，PUSCH（物理上行共于传输下行调度信息，PCFICH（物理控享信道）用于传输用户数据制格式指示信道）用于指示控制信道格式技术原理OFDM多载波调制1将宽带信号划分为多个窄带子载波，每个子载波独立传输数据正交频分复用2子载波之间相互正交，避免相互干扰，提高频谱效率快速傅里叶变换3使用FFT变换将时域信号转换为频域信号，提高数据传输速度资源块结构LTE系统使用资源块（Resource Block，RB）来分配无线资源一个RB包含12个连续的子载波，每个子载波对应一个OFDM符号RB是LTE系统中用于分配无线资源的基本单位，每个RB包含12个子载波，每个子载波对应一个OFDM符号12子载波每个RB包含12个连续的子载波1OFDM符号每个子载波对应一个OFDM符号180RB数量每个小区可以分配的最大RB数量为180个技术OFDMA正交频分多址频率复用灵活分配OFDMA技术通过将无线频谱划分为多每个用户分配到不同的子载波集合，系统可以根据用户的需求，动态调整个正交子载波，允许多个用户同时在避免相互干扰，提高系统容量分配给每个用户的子载波数量，提高不同的子载波上传输数据，提高频谱资源利用效率利用率上行链路信号用户设备发送1UE发送数据给基站物理层处理2调制、编码、功率控制无线传输3通过无线信道传输基站接收4基站接收并处理信号上行链路信号是指用户设备（UE）发送给基站的信号UE发送的数据经过物理层处理，包括调制、编码和功率控制，然后通过无线信道传输到基站上行链路信号帧结构帧长10毫秒时隙1毫秒子帧10个时隙时隙结构包括参考信号、数据信号、控制信号等参考信号用于信道估计和同步数据信号承载用户数据控制信号用于控制上行链路传输上行链路参考信号上行链路参考信号时域结构用于上行链路信道估计和同步每个子帧中，特定资源块上的特定符号频域结构编码方式频率域上，参考信号分布于特定子载波采用特定的编码方式，提供信道估计和同步信息上行链路调制方式1QPSK216QAM364QAMQPSK是LTE上行链路常用的调制方16QAM在较高的信噪比环境下可以64QAM能够在更复杂的信道环境下式之一提供更高的数据速率提供更高的数据速率上行链路功率控制目的机制方法优势上行链路功率控制用于调节UE根据接收到的下行链路控采用闭环功率控制，基站通提高系统容量，减少干扰，UE发射功率，以确保信号质制信息调整发射功率，以满过发送功率控制命令来控制延长电池寿命，提升用户体量并避免干扰足小区的信道质量要求UE的发射功率验下行链路信号物理层信号1承载数据和控制信息参考信号2用于同步和信道估计控制信号3用于控制用户设备行为数据信号4承载用户数据LTE下行链路信号由物理层信号、参考信号、控制信号和数据信号组成这些信号通过不同的物理信道传输，并被用户设备接收和处理下行链路信号帧结构LTE下行链路信号帧结构是LTE系统中最重要的概念之一，它定义了数据传输的组织方式帧结构包含多个时隙，每个时隙包含多个子载波，每个子载波对应一个特定频率数据通过不同的信道传输，每个信道对应特定的频率和时隙组合下行链路帧结构保证了数据传输的效率和可靠性下行链路参考信号时频同步信道估计12下行链路参考信号（DMRS）用于接收DMRS用于接收机对下行信道进行估计机进行时频同步，以消除信道衰落带来的影响数据检测多天线技术34DMRS用于接收机进行数据检测，以提在多天线系统中，DMRS还用于接收机高数据传输的可靠性进行天线选择和信号组合，以提升接收信号质量下行链路调制方式正交相移键控QPSK16-正交幅度调制16-QAM64-正交幅度调制64-QAM使用四种不同的相位来表示数据使用16种不同的相位和幅度来表示数据使用64种不同的相位和幅度来表示数据下行链路功率控制目标信号强度干扰抑制确保接收信号的强度达到最佳，以获得高通过功率控制，减少来自其他用户的干扰质量的通信效果，提高系统容量和用户体验电池寿命系统效率降低手机的功率消耗，延长电池使用时间优化资源分配，提高系统整体效率，支持更多用户接入同步过程初始同步UE使用随机接入信道RACH进行初始同步，获取小区的时频同步信息小区搜索UE在接收到的信号中进行小区搜索，找到主同步信号PSS和辅同步信号SSS，并获取小区标识小区获取UE通过主同步信号PSS和辅同步信号SSS获取小区标识，进而获取小区的信息时钟同步UE通过主同步信号PSS和辅同步信号SSS的时间差来调整自身时钟，与基站同步频率同步UE通过辅同步信号SSS的频率偏移来调整自身频率，与基站同步小区搜索网络信号UE首先搜索附近网络的信号，检测可用的LTE小区信号强度根据信号强度和质量评估不同小区的可用性，选择最佳小区系统信息从网络广播的系统信息块中获取小区信息，如小区标识、频率等小区获取小区识别信号强度评估小区信息获取UE通过接收参考信号，识别小区标识，确UE测量小区信号强度，选择信号最佳的小UE获取小区信息，包括系统带宽、时间同认所属小区区步、频率同步等小区选择最佳小区用户设备根据信号强度、信道质量等因素选择最佳服务小区切换条件当信号质量下降或用户位置改变时，触发小区切换过程切换过程用户设备与新小区建立连接并释放旧小区连接小区重选信号强度切换目标当用户设备（UE）检测到当前小UE会搜索周围其他小区的信号区的信号强度下降到一定阈值以，并选择信号强度最高的小区作下时，会触发小区重选过程为目标小区切换过程切换完成UE会向当前小区发送切换请求切换完成后，UE会开始使用新，并在接收到目标小区的切换确的目标小区进行数据传输认后，切换到目标小区时钟同步

11.时间基准

22.时间校准LTE系统使用公共时间基准，UE通过接收下行参考信号进确保不同节点之间的同步行时间校准，确保与基站同步

33.误差补偿

44.时间同步重要性时间同步过程中会产生误差，保证数据传输的时序性，保证通过补偿机制来降低误差影响系统的正常运行频率同步频率偏差估计频率校正频率同步首先需要估计发射端和接收端的频率偏差根据估计的频率偏差，进行频率校正LTE系统使用参考信号进行频率偏差估计频率校正通过数字信号处理技术实现功率控制目的原理优化信号质量和电池寿命，避免通过调整发射功率，确保信号强干扰度足够，同时避免过强信号造成干扰方法方法上行链路基于接收信号强度和下行链路基于用户设备的反馈干扰情况，动态调整发射功率信息和网络规划，动态调整发射功率码分复用码分复用原理LTE中的码分复用码分复用CDMA是一种多址技术，允许多个用户同时共享同一LTE采用了一种名为“正交变量扩频”OVSF的码分复用技术频段OVSF码片序列具有正交性，可以有效地抑制来自其他用户的干每个用户使用唯一的码片序列，通过将数据与码片序列相乘进行扰，提高信道容量调制，并在接收端利用码片序列进行解调信道估计信道模型估计技术估计结果信道估计模型用于模拟真实信道，帮助评各种信道估计技术，如最小二乘估计、维信道估计结果用于补偿无线信道带来的信估无线通信系统的性能纳滤波和卡尔曼滤波号失真，提高数据传输质量信道解调解调过程将接收到的信号转换为原始数据使用特定的算法将已调制的信号还原为原始信息频率恢复恢复原始信号的载波频率，使解调能够正确进行数据还原通过解调过程还原成用户可以理解的信息例如，将数字信号转换为文字或图像信号检测

11.接收信号处理

22.信号估计信号检测首先接收来自基站的对接收信号进行信道估计，以信号，进行滤波、采样和数字补偿信道衰落和干扰的影响化处理

33.信号解调

44.误码率控制基于信道估计结果，进行信号检测过程中，还会执行纠错编解调，将数字信号转换为原始码，降低误码率，保证数据传数据输的可靠性误码率控制

11.编码技术

22.交织技术通过添加冗余信息，有效提高将数据打乱排列，降低突发误信号传输的可靠性，降低误码码对数据的影响率

33.重传机制

44.信道估计当接收端检测到误码时，请求根据信道状态信息，对信号进发送端重新发送数据行补偿，降低误码率物理层性能LTE性能指标指标值峰值速率下行高达1Gbps，上行高达500Mbps时延小于10毫秒频谱效率高于3bps/Hz覆盖范围与3G相比显著提升用户容量支持更多用户同时接入总结与展望LTE物理层技术已成为移动通信的关键组成部分未来将继续发展，以满足不断增长的数据流量需求。