2012年12月10日 星期一

LTE: Downlink Physical Channel

Physical Layer 作什麼用途呢? 主要有兩個目的

  • Physical Channel，乘載上層資訊並送出訊號給UE或EnodeB，簡單的說就是將Resourse Block(RB)分配的機制，規定每一個RB要做為什麼用途，會介紹這個是為了延續上篇介紹的主題。
  • Physical Signal，跟上層沒有直接關係，僅跟Physical有關，通常是拿來作信號同步之用，這個部分將會另外作介紹。

我們今天要介紹的是Downlink Physical Channel，包括Data Channel與Control Channel的部分。

Downlink Data-Transporting Channel

Physical Broadcast Channel (PBCH)

給基地台做廣播資訊用的，用來廣播基地台的最基本的訊息，乘載著上乘的Master Information Block(MIB)訊息，至於Syetem information Block(SIB)則是使用PDSCH(下面會介紹)來乘載，手機收到MIB、SIB訊息才會對基地台進行連線，並且與核心網路進行註冊。所以這是很重要的Channel。這隱含了一些設計的概念。

  1. UE不需要知道系統使用的頻寬就可以抓到訊息，UE固定抓取支援Band中間的72個subcarrier(6 RBs)，就可以抓到MIB
  2. 高可靠度，訊號不好的狀況下仍能抓到訊號。
  3. 低資料量，僅發送最基本的資訊，讓UE可以連上即可。
  4. 每40ms進行傳送，從上層BCH的transport block會分成四等份，在每10ms裡面傳輸一等份，連傳四份，四份傳完，再傳下一個四份，周而復始。
  5. 使用QPSK調變

PBCH

Physical Downlink Shared CHannel (PDSCH)

這個是下行的共用頻道，最主要乘載Data的Channel， 另外用來乘載Paging訊息及SIB訊息。

Data 訊息的部分

  • 一般我們說的Transmission Mode，就是指PDSCH的的傳輸模式，要用SISO，MIMO，或是Diversity等等。以現階段MIMO最高傳送2個stream，代表，上層MAC必須要提供兩個Transport Block給PHY層，分別送到兩個不同的天線送出。
  • 由PDSCH傳送的Data，我們稱之Transport Block，而從MAC層所送出的PDU的Transmission Time Interval是1ms，映射到每個subframe的週期1ms
  • 但是實際上有一些PDSCH的Resource element(RE)是拿去用作為實體層的同步訊號，稱之為synchronization signals，
  • 而分配User Data就要靠PDCCH中的Downlink Control indicator(DCI)去告知UE。

在一些應用場合內，若是使用PDSCH的一般分配方式(一般我們稱Localized mapping)，則會使得訊號容易受到空間上面的窄頻效應，因為信號在很小的頻寬內傳送(通常是VoLTE)，所以只要稍微一個空間效應，就會讓訊號大幅劣化。所以則會有Distributed Mapping的方式，讓UE分配在比較大的頻段不斷的跳躍，改變頻段，類似Frequency Hopping，這樣就比較不會造成窄頻效應，進而讓訊號穩定度更高。這個詳細敘述，請參考本站文章。

system information Block(SIB)的部分

 

SIB1

SIB的部分有從SIB1到SIB13功能皆不同，但SIB1在UE進入網路時是不可或缺的，所以SIB1雖然是在PDSCH之中，但其實是有特定的位置，不若SIB2到SIB13需要去做映射與另外排程。 請參考下圖

PDSCH_SIB1

SIB2-SIB13

而從SIB2到SIB13的部分，則是由SIB1去傳送相關的資訊，讓UE去讀取SIB1進而知道，剩餘的SIB是怎麼傳送的，這也是為什麼SIB1會有特定的位置，進行傳送。

安排的方式為SI-Message。並且引進了SI-Window的概念

什麼是SI-window，就是指好幾個SIB分成SI一同發送，同一群SIB會集中在一個SI-window，讓UE不需要長時間都在聆聽SIB訊息，只聆聽某些特定Frame，在這些frame裡面會重複傳送SIB訊息。不同的SI互相不重疊。讓同一個時間不會傳送過多的SIB。

schedulingInfoListt會將要傳送的SIB列表

si-Periodicity指出這個SIB要用多少週期傳送

si-MappingInfo指出SI內包含哪一些SIB

si-WindowLength到了傳送週期之後，要重複傳送多長的時間

SIB-Type SI內包含哪一些SIB  

以下是SIB1關於SIB排程的訊息部分

        +-schedulingInfoList ::= SEQUENCE OF SIZE(1..maxSI-Message[32]) [2]

        | +-SchedulingInfo ::= SEQUENCE

        | | +-si-Periodicity ::= ENUMERATED [rf16]

        | | +-sib-MappingInfo ::= SEQUENCE OF SIZE(0..maxSIB-1[31]) [0]

        | +-SchedulingInfo ::= SEQUENCE

        |   +-si-Periodicity ::= ENUMERATED [rf32]

        |   +-sib-MappingInfo ::= SEQUENCE OF SIZE(0..maxSIB-1[31]) [1]

        |     +-SIB-Type ::= ENUMERATED [sibType3]

        +-tdd-Config ::= SEQUENCE OPTIONAL:Omit

        +-si-WindowLength ::= ENUMERATED [ms20]

要注意的是第一個SchedulingInfo則是固定保留給SIB2

所以這個例子可以看的到SI1包含SIB2 傳送週期radio frame 16，SI2包含SIB3傳送週期radio frame 32。

不論什麼樣的SIB都是使用SI-RNTI去做識別，讓UE更容易去偵測到SIB資訊，什麼是RNTI，請參閱本站解說

而SIB的排程會有SI-window的機制去作排程，避免重複的SI同時在一個sub-frame內。

畫了以下的圖來解釋上面的排程

SI windows

詳細的SIB信令解說會另外寫一篇文章解釋

Paging的部分


Paging的部分，UE實際上是監聽PDCCH去檢測是否有給自己的Paging訊號，若檢測到PDCCH有訊號的話，依據PDCCH裡面的資訊可以找到Paging詳細資訊在PDSCH的哪邊，會再來解讀PDSCH訊號。

 

Physical Multicast Channel (PMCH)


使用做廣播服務 Multicast Services (MBMS)服務，讓LTE上也可以享受，特定的媒體廣播服務，例如世足賽期間，可以藉由LTE來做播送，而PMCH就是用作此廣播服務所用，實作的方式為保留特定的Subframe的所有頻寬作為PMCH之用，為LTE rel 9之後訂定之規格，目前Samsung已作出支援MBMS服務的手機，MBMS服務詳情以後有機會再提。

Downlink Control Channels


Physical Control Format Indicator CHannel (PCFICH)

 

用來乘載上層CFI(Control Format Indicator)，用來指示那些OFDM Symbol是用作來為，通常為1,2或3，表示每一個subframe裡面有幾個symbol是拿來作control channel information。但實際上在PCFICH中的容量不是只有1個bit，所以CFI的值會與真正要送出的codeword會有對應關係，讓錯誤率降低，並以QPSK調變，放在16個RE之中。

Image

Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)


用作讓EnodeB來回應上行(PUSCH)的資料是否傳送正常，也就是我們所知道的ACK與NACK。原始的上層資料只有0與1，1代表NACK，0代表ACK。這個channel的重點是要在一個channel內能夠容納所有要傳送給UE的ACK(multiplexing)，必須要有強固性，所以使用BPSK做傳送，因為如果ACK訊息沒辦法正確地傳達，將會大大的影響效率。所以這個PHICH的訊號有以下幾個重點

  1. 使用Factor-3 repetition coding及BPSK去增加強固性
  2. 因為要在一個Channel中要容納許多UE的ACK，故使用Orthogonal Seqeunce去讓一個channel可以容納更多傳送給UE的ACK，藉由傳送前使用不同的code來達到正交編碼的需求，而編碼僅有七組，所以必須要再使用PHICH GROUP去做區別，所以一個PHICH完整的調變必須要有PHICH Group Numer及PHICH Sequence Number，UE才可以知道這個是否為自己的ACK或NACK。
  3. 由上層設定的 PHICH Ng factor(Ng)來決定PHICH Group的數量，這個參數會隨著MIB一同送出，讓UE知道有幾個PHICH Group。
  4. PHICH實際上是存在於PDCCH裡的Symbol，也就是每個subframe的前一到三個symbol，要看CFI的設置，而PHICH則是在其中特定的位置，若是CFI為3，PHICH就可以設定成Extend，讓PHICH在第三個symbol中出現。
  5. PHICH使用的 資源數量是可以設定的，藉由設定PHICH-Resource與PHICH duration，可以去增加或減少PHICH在系統上的資源分配。
  6. 至於實際PHICH要怎麼跟UE相關聯，是利用PUSCH分配的RB來去做關聯，就不需要另外信令去分配PHICH index給UE。

可以到本篇文章最後面連結試試看，就可以知道實際的PHICH channel是怎麼分布。

Physical Downlink Control CHannel (PDCCH)

用作分配資源或是指示其他control資訊的Channel，每一個PDCCH的訊息都叫做Downlink Control Information(DCI)，Subframe內的symbol數，受到CFI的控制，symbol數為1~3，這個DCI容我另外再寫文章，再寫下去，這篇文章就要爆炸了。

 

 

敘述了這麼多的Downlink Physical Channel，到底他們跟Resource Block與subFrame是如何進行映射的呢?可以參考以下的網站玩玩看，就知道實際上RB與Physical Channel的關係是如何

LTE Resource Grid

http://paul.wad.homepage.dk/LTE/lte_resource_grid.html

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