36.201——LTE物理层——总体描述物理层综述协议

主要包括物理层在协议结构中的位置和功能，包括物理层4个规范36.211、36.212、36.213、36.214的主要内容和相互关系等

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　　The radio interface is composed of the Layer 1, 2 and 3.

　　The TS 36.200 series describes the Layer 1 (Physical Layer) specifications. Layers 2 and 3 are described in the 36.300 series.

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通用协议架构

　　

　　　　Figure 1: Radio interface protocol architecture around the physical layer

物理层不仅与L2的MAC(多媒体访问控制)层连接，还与层3的RRC(无线电资源控制)层相连。不同层/子层之间的圆圈表示服务访问点 (SAPs)。其中物理层为 MAC 提供传输通道，传输信道侧重于信息如何通过无线电接口传输。同时MAC 为L 2 的无线电链路控制 (RLC) 子层提供不同的逻辑信道，逻辑信道侧重于传输的信息类型。

为更高层提供的服务

　　物理层可以通过MAC 子层使用传输信道向更高层提供数据传输服务。为了提供数据传输服务，物理层应执行以下功能：

　　- 传输通道上的错误检测和对更高层的指示
　　- 传输信道的 FEC 编码/解码
　　- 混合 ARQ 软组合
　　- 编码后的传输信道与物理信道的速率匹配

　　- 编码传输信道到物理信道的映射
　　- 物理信道的功率加权
　　- 物理信道的调制和解调
　　- 频率和时间同步
　　- 无线电特性测量和对更高层的指示
　　- 多输入多输出 (MIMO) 天线处理
　　- 传输分集（TX 分集）
　　- 波束成形
　　- 射频处理。 （注：射频处理方面在 TS 36.100 系列中有规定）

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多路访问

　　LTE 物理层的多址方案是使用带有CP的OFDM的下行链路，以及带有CP的单载波频分多址 (SC-FDMA)上行链路和侧链路。为了支持成对和非成对频谱中的传输，支持两种双工模式：频分双工 (FDD)，支持全双工和半双工（UE不可同时发送和接收）操作，以及时分双工 (TDD)。

　　L1基于RB定义了适配带宽，允许L1适配分配到的不同频谱资源。一个RB包含频域上的12个子载波（每个子载波的带宽是15kHz）或24个子载波（每个子载波的带宽是7.5kHz），共计180kHz；在时域上每个RB包含一个时隙，为0.5ms；或144个子载波（每个子载波带宽1.25kHz，在时域上为1ms的时隙）。同时还定义了窄带操作，从而某些 UE 可以使用总系统带宽内 6 个连续资源块的最大发送和接收带宽进行操作； 对于窄带操作，也可以在上行链路中使用子资源块操作，使用 2、3 或 6 个子载波。

　　对于窄带物联网 (NB-IoT) ，UE 在下行链路中使用 12 个子载波，子载波带宽为 15kHz，在上行链路中使用单个子载波，子载波带宽为 3.75kHz 或 15kHz 或使用 3、6 或 12 个子载波，子载波带宽为 15kHz。
　　无线帧结构类型 1 仅适用于 FDD（全双工和半双工操作），(没有半帧概念)由20个长为 0.5ms的时隙组成。但子载波带宽为1.25kHz时，一个时隙构成一个子帧。 当子载波带宽为 15kHz 时，一个时隙可以进一步细分为三个长度为 2 或 3 个 OFDM 或 SC-FDMA 符号的子时隙，以减少操作延迟。

　　无线帧结构类型 2 仅适用于 TDD，由两个5ms的半帧组成，每个半帧包含 10 个长度为 0.5ms 的时隙，或 8 个长度为 0.5ms 的时隙和三个特殊字段（DwPTS，GP和 UpPTS），这三个特殊字段总长度为 1ms，可配置各自的长度。一个子帧由两个相邻的时隙组成，除了由 DwPTS、GP 和 UpPTS 组成的子帧，即子帧 1 和在某些配置中的子帧 6。支持 5ms 和 10ms 的下行链路到上行链路切换点周期性。支持通过第 1 层信令适配上下行子帧配置。
　　无线电帧结构类型 3 仅适用于 LAA 辅助小区操作。它的持续时间为 10 ms，由 20 个长为0.5ms的时隙组成。两个相邻的时隙形成一个长度为 1ms 的子帧。任何子帧都可用于下行链路或上行链路传输。对于下行链路传输，eNB 应在传输前执行[36.213] 中规定的信道接入程序。下行链路或上行链路传输可以在子帧边界或更晚开始，并且可以在子帧边界或更早结束。对于上行链路传输，UE 应在传输之前执行[36.213] 中规定的信道接入过程。

　　为了支持多媒体广播和多播服务 (MBMS)，LTE 提供了通过单频网络传输多播/广播(MBSFN)的可能性，即在给定的持续时间内传输来自多个小区的时间同步的相同波形。 MBSFN 传输提高了 MBMS的效率，在UE中的多小区传输进行空口结合，其中循环前缀用于弥补传播延迟的差异，这使得 MBSFN 传输在 UE 看来是从单个较大的小区传输而来的。支持 MBSFN 在专用载波上的传输，以及使用时分复用在具有 MBMS 传输和点对点传输功能的载波上传输 MBSFN。除了 15kHz 的子载波带宽外，专用 MBSFN 载波还支持 7.5kHz 的较长 CP 的子载波带宽和 1.25kHz 的超长 CP (200µs) 的子载波带宽，而 MBSFN 子帧与非 MBSFN 子帧在同一载波上进行时分复用，可以配置 1.25kHz 子载波带宽。也支持在不用于MCH 的 MBSFN 子帧中传输 PDSCH。

　　支持多输入多输出天线 (MIMO) 的传输，下行链路配置支持多达 32 个发射天线端口和 8 个接收天线，支持多达 8 个流的多层下行链路传输以及水平和垂直波束成形的功能。支持多达四个流的多层上行链路传输，上行链路配置最多具有四个发射天线端口和四个接收天线。多用户 MIMO，即在 UL 和 DL 中都支持将不同的流分配给不同的用户。
　　支持协调多点 (CoMP) 传输和接收，包括为 UE 配置多个信道状态信息 (CSI) 反馈过程的可能性。
　　在上行链路和下行链路中支持多个小区的聚合，最多支持 32 个服务小区，其中每个服务小区可以使用多达 110 个资源块的传输带宽，并且可以使用帧结构类型 1 或帧结构类型 2 的配置。还支持与属于两个不同 eNode-B 的服务小区组的双连接。

　　边链路传输是为 UE 之间的 ProSe Direct Discovery 和 ProSe Direct Communication 定义的。 当 UE 处于网络覆盖范围内时，侧链传输使用与上行链路和下行链路相同的帧结构； 然而，侧链路传输仅限于上行链路资源的子集。 UE 之间的 V2X 通信通过侧链传输或通过 eNB 来支持。

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物理通道和调制

下行链路中定义的物理信道有：
　　- 物理下行链路共享信道（PDSCH），
　　- 物理多播信道（PMCH），the Physical Multicast Channel
　　- 物理下行链路控制信道（PDCCH），
　　- 增强型物理下行链路控制信道（EPDCCH），the Enhanced Physical Downlink Control Channel 
　　- MTC物理下行链路控制信道（MPDCCH），
　　- 中继物理下行链路控制信道（R-PDCCH），the Relay Physical Downlink Control Channel
　　- 短物理下行链路控制信道（SPDCCH），
　　- 物理广播频道（PBCH），
　　- 物理控制格式指示信道（PCFICH），the Physical Control Format Indicator Channel 
　　- 物理混合 ARQ 指示信道 (PHICH)，the Physical Hybrid ARQ Indicator Channel 
　　- 窄带物理广播频道（NPBCH），
　　- 窄带物理下行链路控制信道（NPDCCH），
　　- 和窄带物理下行链路共享信道 (NPDSCH)。

上行链路中定义的物理信道是：
　　- 物理随机接入信道（PRACH），
　　- 物理上行链路共享信道（PUSCH），
　　- 物理上行链路控制信道（PUCCH），
　　- 短物理上行链路控制信道（SPUCCH），
　　- 窄带物理随机接入信道（NPRACH），
　　- 和窄带物理上行链路共享信道 (NPUSCH)。
侧链中定义的物理信道是：
　　- 物理侧链广播信道 (PSBCH)，the Physical Sidelink Broadcast Channel
　　- 物理侧链路控制信道（PSCCH），the Physical Sidelink Control Channel
　　- 物理侧链路发现信道 (PSSCH)，the Physical Sidelink Discovery Channel
　　- 和物理侧链共享信道 (PSSCH)。the Physical Sidelink Shared Channel
此外，信号被定义为参考信号、主同步和辅同步信号、resynchronization signals, wake-up signals, and discovery signals.
支持的调制方案有：
　　- 在上行链路中，取决于操作类型，π/2 BPSK、π/4 QPSK、QPSK、16QAM、64QAM 和 256QAM，
　　- 在下行链路中，QPSK、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM，
　　- 在sidelink、QPSK、16QAM和64QAM。

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信道编码和交织

　　LTE 中传输块的信道编码方案是 Turbo 编码，编码率为 R=1/3，两个 8 状态组成编码器和一个无竞争二次置换多项式 (QPP) turbo 码内部交织器 Coding with a coding rate of R=1/3, two 8-state constituent encoders and a contention-free quadratic permutation polynomial (QPP) turbo code internal interleaver. （NB-IoT 操作中的下行传输块除外）。Trellis termination is used for the turbo coding. 在进行 Turbo 编码之前，首先将传输块分割成字节对齐的码段（其中最大信息块的比特长度为 6144 位），并使用 24 位 CRC 进行错误检测。 NB-IoT 操作中的 BCH、控制信息和下行链路传输块的进一步信道编码方案在 [TS 36.212] 中指定。

物理层流程

在LTE操作中有一些涉及到物理层的过程。这些物理层涉及的过程是：
- 小区搜索；
- 功率控制；
- 上行同步和上行时序控制；
- 随机接入相关过程，
- HARQ相关过程，

-    Relay related procedures,

-    Sidelink related procedures,

-    Channel Access procedures.

通过对频域，时域和功率域上的物理层资源进行控制，LTE隐式地提供了干扰协调的功能。换句话说，要想整个系统正常有效地运行，系统各个部分之间不会发生干涉，而如何达到这个效果就需要PHY层对整个资源(频域，时域和功率域)进行控制，控制的结果就是使系统得以正常运行，避免了干扰

物理层测量

UE 和 eNode-B 测量无线电特性并报告给网络中的更高层。 主要包括，同频切换测量，异频切换测量，异制式(不同系统)切换测量、时序测量、RRM(Radio Resource Managerment)测量以及对定位的支持。
其中异制式切换测量主要包含对GSM, UTRA FDD, UTRA TDD, CDMA2000 1x RTT和CDMA2000 HRPD制式的支持。

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TS 36.200系列整体结构

整个TS 36.200系列主要包含TS 36.201、TS 36.211、TS 36.212、TS 36.213、TS 36.201、TS 36.214、TS 36.216。其中TS 36.216主要是eNB和RN之间的传输，不包含在下图中。

TS 36.201-PHY层通用描述

TS 36.211-物理信道和调制：主要包含L1中物理信道的特性，物理信号的产生和调制，并规定：

• 上下行物理信道的定义
• 物理信道、帧、RE的结构等
• 调制映射(BPSK、QPSK等)
• 上下行的物理共享信道
• 上下行的参考信号
• 随机接入信道
• 主辅同步信号
• Resynchronization signals；
• Wake-up signals；
• 下行OFDM信号生成
• 上行SC-FDMA信号生成
• 加扰、调制和上变频
• 上下行时序关系
• 上下行层映射和预编码

TS 36.212-复用和信道编码：主要包含传输信道和控制信道的数据处理，包括复用、信道编码和交织，并规定：

• 信道编码方案
• L1/L2控制信息编码
• 交织
• 速率匹配

TS 36.213-物理层过程：主要包含物理层在系统层面上的相关过程，并规定：

• 同步过程、包括小区搜索和时序同步
• 功率控制过程
• 随机接入过程
• 物理下行共享信道相关过程，包括CSI反馈报告
• 物理上行共享信道相关过程，包括UE sounding和HARQ ACK/NACK检测
• 物理共享控制信道过程，包括共享控制信道分配
• 物理多播信道相关过程
• Sidelink related procedures
• Channel access procedures

TS 36.214-物理层测量：主要包括物理层测量，并规定：

• UE和eNB在L1中进行的测量
• 测量结果上报到高层和网络
• 切换测量、idle态测量等

TS 36.216-中继处理的物理层：主要包含eNB和RN之间的传输特性，并规定与中继相关的特定改进：

• 物理信道和调制
• 复用和信道编码
• 中继节点过程