LTE 信道及参考信号

一、信道的含义

信道是不同类型的信息，按照不同传输格式、用不同的物理资源承载的信息通道。根据信息类型的不同、处理过程的不同可将信道分为多种类型。

广义的讲，发射端信源信息经过层三、层二、物理层处理，在通过无线环境到接收端，经过物理层、层二、层三的处理被用户高层所识别的全部环节，就是信道。

上一道工序把自己处理完的信息交给下一道工序时，要有一个双方都认可的标准，这个标准就是业务接入点（Service Access Point，SAP）。协议的层与层之间要有许多这样的业务接入点，以便接收不同类别的信息。

狭义的讲，不同协议之间的SAP就是信道。

二、LTE信道

LTE从上倒下分别有逻辑信道、传输信道、物理信道。从协议栈角度来看，逻辑信道是MAC层和RLC层之间的，传输信道是物理层和MAC层之间的，物理信道是物理层的，如图所示。

• 逻辑信道是高层信息传到MAC层的SAP，关注的是传输什么内容，什么类别的信息。信息分为两种类型：

1.    控制消息（控制平面的信令，如广播类消息、寻呼类消息）；控制信道；
2.    业务消息（业务平面的消息，承载着高层传来的实际数据）；业务信道；

        逻辑信道则是MAC层向RLC层提供的服务，RLC层可以使用逻辑信道向MAC层发送和接受数据。

• 传输信道关注的不是传什么，而是怎么传？形成怎样的传输块（TB）？不同类型的传输信道对应的是空中接口上不同信号的基带处理方式，如调制编码方式、交织方式、冗余校验方式、空间复用方式等内容。根据对资源占有的程度不同，传输信道可分为：

1. 共享信道，多个用户共同占用信道资源
2. 专用信道，由某一个用户独占信道资源。

      传输信道是物理层提供给MAC层的服务，MAC可以利用传输信道向物理层发送和接受数据；

      MAC层一般包括很多功能模块，如传输调度模块、MBMS功能模块、传输块TB产生模块等。经过MAC层处理的消息向上         传给RLC层的业务接入点，要变成逻辑信道的消息；向下传送到物理层的业务接入点，要变成传输信道的消息。

• 物理信道就是信号在无线环境中传送的方式，即空中接口的承载媒体。在LTE中，物理信道是由一个特定的子载波（频率）、时隙（时间）、天线口（空间）确定的。即在特定的天线口上，对应的是一系列无线时频资源（Resource Element，RE）。物理信道就是确定好编码交织方式、调制方式，在特定的频域、时域、空域上发送数据的无线通道。根据物理信道所承载的上层信息不同，定义了不同类型的物理信道。
• 
• 其他信道，在LTE中除了常见的信道外，还有一些参考信道，主要用于信道信号的测量和评估。一些参考信道在LTE中可能并未使用。

三、逻辑信道

• 控制信道（传输控制平面信息）5个

• 业务信道（传输用户平面信息）2个

• LTE与UMTS逻辑信道的比较

四、传输信道

• 分为上行与下行。

• LTE与UMTS传输信道的比较

UMTS的传输信道分为两类：专用信道和公共信道。公共信道资源是小区内的所有用户或一组用户共同分配使用的；而专用信道是由单个用户使用的资源。

LTE的传输信道没有定义专用信道，都属于公共信道（大家都可以用）或共享信道（大家可以同时用）。

五、物理信道

物理信道主要用来承载传输信道来的数据，但还有一类物理信道无须传输信道的映射，直接承载物理层本身产生的控制信令或物理信令（下行：PDCCH、RS、SS；上行：PUCCH、RS）。

• 物理信道两大处理过程

分为比特级处理、符号级处理。

从发射端角度看，比特级处理是物理信道数据处理的前端，主要是在二进制比特数据流上添加CRC校验；进行信道编码、交织、速率匹配以及加扰。加扰之后进行的是符号级处理，包括调制、层映射、预编码、资源块映射、天线发送等过程。

在接收端先进性的是符号级处理，然后是比特级处理，处理顺序与发射端不同。

• 分为上行与下行

• 备注：

1. PDSCH、PMCH、PUSCH可根据无线环境好坏，选择合适的调制方式。当信道质量好时选择高阶调制方式，如64QAM；质量差时选择低阶，如QPSK。其他信道不可变更调制方式。
2. PRACH采用Zadoff-Chu随机序列。ZC序列是自相关特性较好的一种序列（在一点处自相关值最大，在其他处自相关值为0；具有恒定幅值的互相关特性，较低的峰均比特性），在LTE中，发送端和接收端的子载波频率容易出现偏差，接收端需要对这个频偏进行估计，使用ZC序列可以进行频偏的粗略估计。
3. PHICH和PBCH在同一幅天线端口进行传输；PCFICH和PBCH在同一天线端口传输。
4. 

• LTE与UMTS物理信道的比较

六、物理信号

物理信号是物理层产生并使用的、有特定用途的一系列无线资源单元（Resource Element）。物理信号并不携带从高层来的任何信息，类似没有高层背景的底层员工，配合其他员工工作时，彼此约定好使用的信号。它们对高层而言不是直接可见的，即不存在高层信道的映射关系，但从系统观点来讲是必须的。
物理信号包括：

下行：参考信号（Reference Signal，RS）和同步信号（Synchronization Signal，SS）。

上行：只定义了一种物理信号：参考信号（RS）。

• 下行参考信号

下行参考信号RS本质上是一种伪随机序列，不含任何实际信息。这个随机序列通过时间和频率组成的资源单元RE发送出去，便于接收端进行信道估计，也可以为接收端进行信号解调提供参考，类似CDMA系统中的导频信道。RS信号如同潜藏在人群中的特务分子，不断把一方的重要信息透露给另一方，便于另一方对这一方的情况进行判断。

频谱、衰落、干扰等因素都会使得发送端信号与接收端收到的信号存在一定偏差。信道估计的目的就是使接收端找到这个偏差，以便正确接收信息。信道估计并不需要时时刻刻进行，只需关键位置出现一下即可。即RS离散的分布在时、频域上，它只是对信道的时、频域特性进行抽样而已。

为保证RS能够充分且必要反映信道时频特性，RS在天线口的时、频单元上必须有一定规则。RS分布越密集，则信道估计越准确，但开销会很大，占用过多无线资源会降低系统传递有用信号的容量。RS分布不宜过密，也不宜过分散。

RS在时、频域上的分布遵循以下准则：

（1）RS在频域上的间隔为6个子载波。

（2）RS在时域上的间隔为7个OFDM符号周期。

（3）为最大程度降低信号传送过程中的相关性，不同天线口的RS出现位置不宜相同。

下行参考信号作用

   下行是指从eNodeB到UE发送信号，即发射端为eNodeB，接收端为UE。下行参考信号的作用主要包含如下几个方面：

1. 下行信道估计，用于UE端的相干检测和解调。

2. 下行信道质量测量（信道探测）。

3. 小区重选或切换的基础。 

• 下行同步信号

同步信号SS用于小区搜索过程中UE和eUTRAN的时、频同步。UE和eUTRAN做业务连接的必要前提就是时隙、频率的同步。

同步信号包含两部分：

主同步信号（Primary  Synchronization Signal，PSS）：用于符号时间对准，频率同步以及部分小区的ID侦测。

从同步信号（Secondary Synchronization Signal，SSS）：用于帧时间对准，CP长度侦测及小区组ID侦测。

可参考博文：PSS与SSSS https://blog.csdn.net/weixin_42227141/article/details/84065963

• 上行参考信号

上行参考信号RS类似下行参考信号的实现机制。也是在特定的时频单元中发送一串伪随机码，类似TD-SCDMA里的上行导频信道（UpPCH），用于eUTRAN与UE的同步以及eUTRAN对上行信道进行估计。

上行参考信号有两种情况：

（1）UE和eUTRAN已建立业务连接

PUSCH和PUCCH传输时的导频信号，是便于eUTRAN解调上行信息的参考信号，这种上行参考信号称为解调参考信号（Demodulation Reference Signal，DM RS）。DM RS可以伴随PUSCH传输，也可以伴随PUCCH传输，占用的时隙位置及数量两者不同。

（2）UE和eUTRAN未建立业务连接

处于空闲态的UE，无PUSCH和PUCCH可以寄生。这种情况下UE发送的RS信号，不是某个信道的参考信号，而是无线环境的一种参考导频信号，称做环境参考信号（Sounding Reference Signal，SRS）。这时UE没有业务连接，仍然给eUTRAN汇报一下信道环境，是一种高尚的品质。

既然是参考信号，就需要方便被参考。要做到容易被参考，就需要在约定好的固定位置出现。

如图所示，伴随PUSCH传输的DM RS约定好的出现位置是每个时隙的第4个符号。PUCCH携带不同的信息时DM RS占用的时隙数不同。

SRS由多少个UE发送，发送周期、带宽是多大可由系统调度配置。SRS一般在每个子帧的最后一个符号发送。
 

上行参考信号作用

      上行是指从UE到eNodeB发送信号，即发射端为UE，接收端为eNodeB。上行参考信号用于两个目的：

1. 上行信道估计，用于eNodeB端的相干解调和检测。

2. 上行信道质量测量。

3. 

七、信道映射

信道映射是指逻辑信道、传输信道、物理信道之间的对应关系。

从图中可以看出LTE信道映射的关系有以下几个规律：

（1）高层一定需要底层的支撑，工作需要落地；

（2）底层不一定都和上面有关系，只要干好自己分内的活，无须全部走上层路线；

（3）无论传输信道还是物理信道，共享信道干的活种类最多；

（4）由于信道简化、信道职能加强，映射关系变得更加清晰，传输信道DL/UL-SCH功能强大，物理信道PUSCH、PDSCH比UMTS干活的信道增强了很多。

参考：

3GPP 36.321

3GPP 36.300

3GPP 36.211

http://blog.sina.com.cn/s/blog_746b60460102wejh.html

https://blog.csdn.net/jyqxerxes/article/details/79052617 

最后

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