LTE 空中接口物理层过程浅析

1、概述

LTE是3GPP在2005年启动的新一代无线系统研究项目。LTE采用了基于OFDM技术的空中接口设计，目标是构建出高速率、低时延、分组优化的无线接入系统，提供更高的数据速率和频谱利用率。

整个系统由核心网络（EPC）、无线网络（E-UTRAN）和用户设备（UE）3部分组成，见上图。其中EPC负责核心网部分；E-UTRAN（LTE）负责接入网部分，由eNode B节点组成；UE指用户终端设备。系统支持FDD和TDD两种双工方式，并对传统UMTS网络架构进行了优化，其中LTE仅包含eNode B，不再有RNC；EPC也做了较大的简化。这使得整个系统呈现扁平化特性。

系统的扁平化设计使得接口也得到简化。其中eNode B与EPC通过S1接口连接；eNode B之间通过X2接口连接；eNode B与UE 通过Uu接口连接。

图1-1  LTE系统网络架构

2、物理层过程

本文重点讨论LTE空中接口物理层的一些主要过程。

2.1　下行物理层过程

2.1.1　小区搜索过程

UE使用小区搜索过程识别并获得小区下行同步，从而可以读取小区广播信息。此过程在初始接入和切换中都会用到。

为了简化小区搜索过程，同步信道总是占用可用频谱的中间63个子载波。不论小区分配了多少带宽，UE只需处理这63个子载波。

UE通过获取三个物理信号完成小区搜索。这三个信号是P-SCH信号、S-SCH信号和下行参考信号（导频）。

一个同步信道由一个P-SCH信号和一个S-SCH信号组成。同步信道每个帧发送两次。

规范定义了3个P-SCH信号，使用长度为62的频域Zadoff-Chu序列。每个P-SCH信号与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识对应。S-SCH信号有168种组合，与168个物理层小区标识组对应。

在获得了P-SCH和S-SCH信号后UE可以确定当前小区标识。

下行参考信号用于更精确的时间同步和频率同步。

完成小区搜索后UE可获得时间/频率同步，小区ID识别，CP长度检测。

图2.1.1-1  小区搜索过程

2.1.2 下行功率控制

下行功率控制适用于数据信道（PDSCH）和控制信道（PBCH、PDCCH、PCFICH和PHICH）。

eNode B 决定每个资源单元的下行发射功率。对于数据信道（PDSCH）方法如下：

2.1.2.1 eNodeB RNTP 限制

系统通过定义"RNTP (Relative Narrowband TX Power) "来支持可能进行的下行功率协调，该消息通过X2接口在基站间交换。

RNTPtreshold 定义了一个门限，由RNTP(n PRB)以比特图的形式指示每个PRB将要使用的发射功率是否超过该门限。RNTP(n PRB)由下式确定：

其中：

nPRB  PRB 数目

EA：不包含参考符号的OFDM符号中的数据子载波的发射功率

EB：包含参考符号的OFDM符号中的数据子载波的发射功率

作者：赵 铁   来源：C114中国通信网