張長(zhǎng)青　　中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)湖南有限公司岳陽(yáng)分公司高級(jí)工程師

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發(fā)展策略

淺析TD-LTE系統(tǒng)應(yīng)用的物理信號(hào)

張長(zhǎng)青中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)湖南有限公司岳陽(yáng)分公司高級(jí)工程師

摘要：TD-LTE系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的通信系統(tǒng)，為了保證用戶的話務(wù)和數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)定義了物理信道、導(dǎo)頻、同步信號(hào)、隔離信號(hào)等物理信號(hào)，其中物理信道是系統(tǒng)為用戶通信信息所為，后者則是保證前者通信的原因。表面上這些物理信號(hào)非常復(fù)雜，但分門別類之后，就會(huì)使人們對(duì)TD-LTE系統(tǒng)有更清晰的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：物理信道；導(dǎo)頻；同步信號(hào)；隔離信號(hào)

1　引言

TD-LTE系統(tǒng)在無(wú)線接口協(xié)議棧中既定義了物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層等基礎(chǔ)層，還定義了應(yīng)用層等高層。在物理層中又定義了在高層可以看見(jiàn)的、表示相關(guān)物理信號(hào)的上下行物理信道。為了維持系統(tǒng)在無(wú)線傳輸過(guò)程中各類物理信道的正常傳輸，系統(tǒng)還在物理層定義了在高層看不見(jiàn)（這些信息不會(huì)出現(xiàn)在高層，僅在低層傳輸）、專門用于承載、僅與物理過(guò)程有關(guān)，是系統(tǒng)功能必需的導(dǎo)頻（參考信號(hào)）和同步信號(hào)。為了降低TDD系統(tǒng)上下行子幀干擾和OFDM符號(hào)間干擾，系統(tǒng)在底層還定義了保護(hù)間隔GP和循環(huán)前綴CP等隔離信號(hào)。

顯然，物理信道、導(dǎo)頻、同步信號(hào)和隔離信號(hào)，幾乎是TD-LTE系統(tǒng)中應(yīng)用的全部物理信號(hào)。其中，移動(dòng)用戶通信的話務(wù)和數(shù)據(jù)，包括專用用戶的通信數(shù)據(jù)等，以及與這些信息相關(guān)的用戶信令、系統(tǒng)控制信息等都包含在物理信道中，它們是系統(tǒng)通信中的主要信息；導(dǎo)頻、同步信號(hào)和隔離信號(hào)等是維持系統(tǒng)正常工作，確保用戶通信信息正常進(jìn)行的輔助信號(hào)，這些輔助信號(hào)雖然同樣占用系統(tǒng)的時(shí)頻空資源，降低系統(tǒng)的通信效率，但它們是系統(tǒng)必不可少的物理信號(hào)。所以，有必要了解這些物理信號(hào)的基本特性。

TD-LTE系統(tǒng)將物理信道、導(dǎo)頻、同步信號(hào)和隔離信號(hào)等物理信號(hào)按照系統(tǒng)要求映射到某個(gè)端口號(hào)對(duì)應(yīng)的資源塊所指定的資源單元上，完成系統(tǒng)多種信息的正常傳輸。雖然這些物理信號(hào)在物理底層工作時(shí)，是以幀結(jié)構(gòu)比特流方式傳輸，但它們上升到抽象信息時(shí)卻有許多不同，有些是系統(tǒng)上下行同時(shí)具備，有些僅為系統(tǒng)上行或下行才具備，有些是特殊類信號(hào)，有些僅僅是時(shí)域的空格而已，為了區(qū)別它們，系統(tǒng)才將其歸類為物理信道、導(dǎo)頻、同步信號(hào)和隔離信號(hào)。下面按類分析這些工作在物理層的物理信號(hào)。

2　TD-LTE系統(tǒng)的物理信道

TD-LTE系統(tǒng)定義的物理信道分為下行鏈路中傳輸?shù)?個(gè)子信道和上行鏈路中傳輸?shù)?個(gè)子信道，前者是物理下行共享信道PDSCH、物理下行控制信道PDCCH、物理廣播信道PBCH、物理多播信道PMCH、物理控制格式指示信道PCFICH和物理HARQ指示信道PHICH，后者是物理上行共享信道PUSCH、物理上行控制信道PUCCH和物理隨機(jī)接入信道PRACH。這9個(gè)物理信道承載的數(shù)據(jù)比特流可能是不同的用戶數(shù)據(jù)或不同的系統(tǒng)信息，在系統(tǒng)承載資源中也擁有各自的配置位置和識(shí)別方法，其中：

（1）物理上行控制信道PUCCH：承載上行控制信息、授權(quán)資源調(diào)度請(qǐng)求、來(lái)自用戶的無(wú)線測(cè)量報(bào)告和無(wú)線傳輸中的確認(rèn)或非確認(rèn)信令等。TD-LTE系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了多種PUCCH格式，以用于傳輸不同類型的控制信令。資源塊映射中PUCCH位于工作頻段的邊緣子載波，即時(shí)域占用一個(gè)OFDM符號(hào)，頻域占用整個(gè)系統(tǒng)帶寬。

（2）物理上行共享信道PUSCH：承載上行用戶數(shù)據(jù)、用戶信令和控制信息，既可以傳輸用戶數(shù)據(jù)也可以傳輸系統(tǒng)控制信息，包括CQIand/orPMI、HARQ-ACK 和RI秩信息。但PUSCH主要用于上行數(shù)據(jù)的調(diào)度，是上行數(shù)據(jù)的主要承載信道。資源塊映射中PUSCH為動(dòng)態(tài)分配，但不會(huì)與PUCCH同時(shí)傳輸。

（3）物理隨機(jī)接入信道PRACH：承載初始接入請(qǐng)求、空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換到連接狀態(tài)的信令，是為了完成網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)接入相關(guān)過(guò)程定義的信道，因?yàn)殡S機(jī)接入是UE請(qǐng)求與網(wǎng)絡(luò)通信前的必需過(guò)程。資源塊映射中PRACH的時(shí)域位置由信令決定每個(gè)無(wú)線幀的子幀1或3，頻域位置占用6個(gè)資源塊共1.08MHz帶寬。

（4）物理下行控制信道PDCCH：承載下行控制信息DCI，如上行調(diào)度信令、下行數(shù)據(jù)傳輸指示、公共控制信息等，指出尋呼消息在資源塊中的位置。資源塊映射中PDCCH的時(shí)域位置在普通子幀的1～3個(gè)OFDM符號(hào)、特殊子幀的1～2個(gè)OFDM符號(hào)處，頻域位置至少占用1個(gè)CCE中的432個(gè)子載波。值得注意的是，與其他控制信道的資源映射以REG為基本單位不同的是，PDCCH資源映射的基本單位是控制信道單元CCE。

（5）物理下行共享信道PDSCH：承載下行用戶數(shù)據(jù)、用戶信令、尋呼消息和系統(tǒng)信息等，包括沒(méi)有在PBCH上傳輸?shù)南到y(tǒng)廣播信息及尋呼信息等，可應(yīng)用于特殊時(shí)隙DwPTS上。資源塊映射時(shí)由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配，且一個(gè)用戶至少占用1個(gè)資源塊對(duì)，映射位置可以在下行信道除了控制區(qū)域及RS外的全部REG。

（6）物理廣播信道PBCH：承載由主信息塊MIB來(lái)傳輸?shù)挠糜诔跏冀尤氲膮?shù)，為保證PBCH的接收性能，PBCH承載信息量只有24比特，是接入系統(tǒng)必需的系統(tǒng)參數(shù)，包括下行系統(tǒng)帶寬、小區(qū)HARQ指示信道配置、系統(tǒng)幀號(hào)SFN、基站天線數(shù)量和PHICH在資源塊中的位置等少量信息。資源塊映射時(shí)，時(shí)域位置是每個(gè)無(wú)線幀的子幀0的第2個(gè)時(shí)隙前的4個(gè)OFDM符號(hào)，頻域占用系統(tǒng)6個(gè)資源塊的1.08MHz帶寬。

（7）物理多播信道PMCH：承載可以將同一業(yè)務(wù)源發(fā)出的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)給多個(gè)接收MBMS的多播多媒體下行數(shù)據(jù)信息。MBMS既可以擴(kuò)展移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)種類，還能通過(guò)承載和資源共享降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。TD-LTE采用的MBSFN技術(shù)，可以在相同時(shí)間和頻率資源上實(shí)現(xiàn)MBMS。資源塊映射時(shí)，時(shí)域只在MBSFN子幀上的MBSFN區(qū)域傳送，頻域則占用系統(tǒng)帶寬。

（8）物理控制格式指示信道FCFICH：承載一個(gè)子幀中用于PDCCH傳輸?shù)腛FDM符號(hào)數(shù)量和位置信息，可引導(dǎo)UE去讀PDCCH信息、攜帶CFI信息、指示PDCCH占用的符號(hào)數(shù)量。資源塊映中，時(shí)域占用4個(gè)資源組REG的4個(gè)OFDM符號(hào)，頻域占用每個(gè)子載波的第1個(gè)OFDM符號(hào)。

（9）物理HARQ指示信道PHICH：承載對(duì)于終端上行數(shù)據(jù)的ACK/NACK反饋信息，因?yàn)樵赨E發(fā)送上行PDSCH數(shù)據(jù)后，基站是通過(guò)PHICH向UE發(fā)送HARQ的ACK/NACK消息。資源塊映中，時(shí)域占用每個(gè)子幀的第1或第3個(gè)OFDM符號(hào)，且由系統(tǒng)參數(shù)配置，頻域占用3個(gè)資源組的12個(gè)連續(xù)子載波。

總之，在TD-LTE系統(tǒng)的半幀或無(wú)線幀中，通過(guò)上行子幀傳輸?shù)纳闲形锢硇诺溃墙K端向基站傳輸?shù)奈锢硇盘?hào)，這些信息主要是終端申請(qǐng)系統(tǒng)提交的鑒權(quán)、開(kāi)始通信的資源調(diào)度請(qǐng)求、提交終端所處無(wú)線環(huán)境的質(zhì)量報(bào)告、承載終端上行發(fā)送的數(shù)據(jù)和信令，以及終端初始接入或空閑轉(zhuǎn)連接的請(qǐng)求等，信息量相對(duì)較少，只需要3種不同的物理信道表述；而通過(guò)下行子幀傳輸?shù)南滦形锢硇诺?，是基站向終端傳送的物理信息，這些信息主要是下行控制信息、用戶下行數(shù)據(jù)和信令、用戶尋呼消息和系統(tǒng)消息、終端接入必需的（帶寬、天線數(shù)量和小區(qū)ID）廣播信息、MBMS多播信息和一些專門的控制信息，信息量相對(duì)較大，需要6種不同的物理信道表述。

3　TD-LTE系統(tǒng)的導(dǎo)頻

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了有效地檢測(cè)經(jīng)過(guò)無(wú)線信道傳輸?shù)男盘?hào)并能解調(diào)，需要用相關(guān)檢測(cè)或盲檢測(cè)獲取信道信息，其中相關(guān)檢測(cè)是當(dāng)前無(wú)線通信的主要技術(shù)，該方式在發(fā)送端發(fā)送預(yù)先約定已知序列，接收端通過(guò)對(duì)已知序列進(jìn)行測(cè)量獲取信道信息，這些已知序列也叫導(dǎo)頻序列或參考信號(hào)。TD-LTE系統(tǒng)采用的是相關(guān)檢測(cè)方式，基站與終端同步后，所有物理層信道都依賴相關(guān)檢測(cè)，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)則是物理層的關(guān)鍵技術(shù)。導(dǎo)頻設(shè)計(jì)時(shí)需要針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景和支持的天線端口數(shù)，從導(dǎo)頻資源開(kāi)銷和性能兩方面綜合考慮設(shè)計(jì)具體的復(fù)用方式和圖樣。

導(dǎo)頻序列也以資源單元為單位，在資源塊中插入導(dǎo)頻資源單元的方式有梳狀、塊狀和星狀3種，這3種方式各有優(yōu)劣。在時(shí)域快速變化的信道中，梳狀分布因?qū)ьl分布的連續(xù)性，能夠很好地跟蹤不同符號(hào)下信道狀態(tài)的變化，信道變化越快該優(yōu)勢(shì)越明顯；在頻域頻率選擇性衰落信道中，因子載波變化較快，塊狀分布因頻域子載波選擇的連續(xù)性要明顯優(yōu)于梳狀分布；星狀分布因時(shí)域頻域的離散性，可以通過(guò)調(diào)整子載波間隔和OFDM符號(hào)間隔來(lái)適應(yīng)頻率選擇性衰落信道和時(shí)間選擇性衰落信道，因而要優(yōu)于梳狀和塊狀分布。

TD-LTE系統(tǒng)的導(dǎo)頻序列在資源塊中，在上行鏈路多用梳狀或塊狀，在下行鏈路多用星狀，導(dǎo)頻序列插入數(shù)據(jù)流中的具體位置如圖1所示，發(fā)射端是在基帶調(diào)制后插入導(dǎo)頻，接收端是在基帶解調(diào)前抽出導(dǎo)頻，所以系統(tǒng)的導(dǎo)頻序列僅僅應(yīng)用在基帶調(diào)制與解調(diào)之間。TD-LTE系統(tǒng)的導(dǎo)頻有應(yīng)用于上行鏈路的上行解調(diào)導(dǎo)頻DMRS、上行探測(cè)導(dǎo)頻SRS，應(yīng)用于下行鏈路的下行公共導(dǎo)頻CRS、UE專用導(dǎo)頻URS、多媒體廣播多播業(yè)務(wù)單頻網(wǎng)專用導(dǎo)頻MBSFN、下行狀態(tài)測(cè)量導(dǎo)頻CSIRS、定位導(dǎo)頻PRS，下面逐一分析這些導(dǎo)頻信號(hào)。

圖1　TD-LTE系統(tǒng)物理層傳輸過(guò)程

（1）上行解調(diào)導(dǎo)頻DMRS：包括上行共享信道PUSCH和上行控制信道PUCCH解調(diào)導(dǎo)頻兩種，分別用于PUSCH和PUCCH的數(shù)據(jù)解調(diào)，信號(hào)結(jié)構(gòu)主要采用的是Zadoff-Chu（ZC）序列，因用途不同序列設(shè)計(jì)和資源映射存在差異。常規(guī)CP中的PUSCH解調(diào)導(dǎo)頻映射在每個(gè)時(shí)隙的第4個(gè)符號(hào)上。擴(kuò)展CP中的PUSCH解調(diào)導(dǎo)頻映射在每個(gè)時(shí)隙的第3個(gè)符號(hào)上。PUCCH解調(diào)導(dǎo)頻的映射與PUCCH的格式有關(guān)。

（2）上行探測(cè)導(dǎo)頻SRS：用于上行信道質(zhì)量測(cè)量，以支持頻率選擇性調(diào)度、功率控制和定時(shí)提前等功能，保證每個(gè)被調(diào)度用戶的信道狀態(tài)良好。在TD-LTE系統(tǒng)中，因TDD上下信道的對(duì)稱性，利用信道互易性系統(tǒng)可以同時(shí)得到下行信道質(zhì)量。導(dǎo)頻的映射位置，若上行特殊時(shí)隙UpPTS中有兩個(gè)OFDM符號(hào)，則系統(tǒng)可以在這兩個(gè)OFDM符號(hào)上配置，也可以位于某個(gè)上行子幀的最后一個(gè)OFDM符號(hào)。

（3）下行公共導(dǎo)頻CRS：用于廣播信道、下行控制信道和下行共享信道的數(shù)據(jù)解調(diào)與傳輸、下行共享信道的信道質(zhì)量測(cè)量等。由于CRS是小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)用戶使用的導(dǎo)頻，且覆蓋整個(gè)帶寬，所以又叫小區(qū)專用導(dǎo)頻。CRS信號(hào)結(jié)構(gòu)是由一個(gè)長(zhǎng)度為31的Gold序列組成的隨機(jī)序列，其資源單元在資源塊中的映射呈星形分布。CRS在時(shí)域的下行子幀、頻域的全帶寬和天線端口0～3中的一個(gè)或多個(gè)端口上發(fā)送。

（4）用戶專用導(dǎo)頻URS：用于下行共享信道的數(shù)據(jù)解調(diào)，只在采用傳輸模式7～9傳輸?shù)馁Y源塊上發(fā)送，并且與數(shù)據(jù)一起進(jìn)行預(yù)編碼。URS只在發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的RB中發(fā)送，可以減少相鄰小區(qū)間干擾，節(jié)約能量，導(dǎo)頻端口數(shù)與MIMO傳輸并行數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)相同，避免了公共導(dǎo)頻開(kāi)銷過(guò)大。URS導(dǎo)頻在天線端口5用于支持模式7的單流波束賦形，在天線端口7～14用于支持模式8和9的雙流波束賦形。

（5）多媒體廣播多播業(yè)務(wù)單頻網(wǎng)專用導(dǎo)頻MBSFN：用于多播信道的數(shù)據(jù)解調(diào)。僅在多播信道天線端口4上發(fā)送。在TD-LTE中根據(jù)子幀發(fā)送業(yè)務(wù)的不同，分為常規(guī)子幀和MBSFN子幀，常規(guī)子幀用于單播業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸，MBSFN子幀用于多個(gè)小區(qū)的廣播和多播業(yè)務(wù)傳輸。由于MBSFN子幀包括子載波間隔為15和7.5kHz兩種配置，所以MBSFN導(dǎo)頻也包括這兩種形式，其中15kHz支持?jǐn)U展CP。

（6）下行狀態(tài)測(cè)量導(dǎo)頻CSIRS：用于為終端提供下行共享信道的信道質(zhì)量測(cè)量信息，用戶通過(guò)CSIRS可獲得信道質(zhì)量信息。適用于傳輸模式9的信道測(cè)量，在天線端口15～22上全帶寬周期發(fā)送，是用戶專屬導(dǎo)頻，可測(cè)量整個(gè)帶寬的信道信息，不與數(shù)據(jù)一起作預(yù)處理。

（7）定位導(dǎo)頻PRS：用于系統(tǒng)對(duì)終端定位，只有系統(tǒng)配置成定位子幀的下行子幀中，并由天線端口6發(fā)送。

TD-LTE系統(tǒng)生成的導(dǎo)頻編碼結(jié)構(gòu)是序列，不同的導(dǎo)頻對(duì)應(yīng)的序列不同，且固定不變。發(fā)送端針對(duì)某信道插入某種導(dǎo)頻序列，經(jīng)過(guò)無(wú)線信道后，接收端仍然用這種導(dǎo)頻序列來(lái)檢測(cè)，從而比較無(wú)線信道傳輸特征，為接收端調(diào)整針對(duì)某種信道的修正補(bǔ)償算法提供修正參數(shù)。導(dǎo)頻的主要服務(wù)對(duì)象是物理信道。

4　TD-LTE系統(tǒng)的同步信號(hào)

TD-LTE是TDD時(shí)分雙工系統(tǒng)，必須保證基站與終端在通信過(guò)程中的嚴(yán)格同步。所謂小區(qū)搜索過(guò)程是指終端UE獲得與基站eNodeB的下行同步，檢測(cè)到該小區(qū)物理層的小區(qū)ID。也說(shuō)是說(shuō)，UE是通過(guò)接收并讀取該小區(qū)的廣播信息，從中獲取小區(qū)的系統(tǒng)信息以決定小區(qū)重選、駐留和發(fā)起隨機(jī)接入等后續(xù)操作的。當(dāng)然，UE完成與基站的下行同步后，還需要不斷檢測(cè)服務(wù)小區(qū)的下行鏈路質(zhì)量，確保UE能夠正確接收下行廣播和控制信息。同時(shí)，為了保證基站能夠正確接收UE發(fā)送的數(shù)據(jù)，UE還必須取得并保持與基站的上行同步。

TD-LTE系統(tǒng)的小區(qū)同步是通過(guò)下行信道中的同步信號(hào)與之實(shí)現(xiàn)的，有主同步PSS和輔同步SSS兩種，其實(shí)系統(tǒng)中僅有下行信道配置同步信號(hào)。時(shí)域中PSS 和SSS在幀結(jié)構(gòu)中的位置如圖2所示，PSS和SSS信號(hào)在時(shí)域中占用一個(gè)OFDM符號(hào)，其中PSS占用子幀1、6的第3個(gè)OFDM符號(hào)，SSS占用子幀0、5的最后1個(gè)（正常CP第7個(gè)）OFDM符號(hào)，且位置相對(duì)固定，與TDD系統(tǒng)的上下子幀配置和小區(qū)覆蓋大小等因素?zé)o關(guān)。顯然，主同步信號(hào)PSS位于特殊子幀中下行特殊時(shí)隙DwPTS內(nèi)，輔同步信號(hào)SSS位于DwPTS之前。

TD-LTE系統(tǒng)支持504個(gè)小區(qū)ID，并將該小區(qū)ID劃分為168個(gè)小區(qū)組，每組3個(gè)小區(qū)ID，系統(tǒng)利用小區(qū)ID幫助用戶終端識(shí)別基站和小區(qū)。小區(qū)ID號(hào)由主同步序列和輔同步序列共同決定，若小區(qū)ID號(hào)為NCell、主同步序列為NPSS、輔同步序列為NSSS，則有NCell= NPSS+3NSSS。因終端進(jìn)行小區(qū)搜索時(shí)的第一步是檢測(cè)PSS，再根據(jù)二者間的位置偏移檢測(cè)SSS，最后根據(jù)上述公式算出小區(qū)ID號(hào)，而終端的小區(qū)搜索過(guò)程是獲取基站下行同步并檢測(cè)小區(qū)ID，所以采用PSS和SSS兩種同步信號(hào)能夠加快小區(qū)搜索的速度。

圖2　TD-LTE系統(tǒng)物理層幀結(jié)構(gòu)

（1）主同步信號(hào)PSS：為了快速準(zhǔn)確地搜索小區(qū)，PSS序列必須具備良好的相關(guān)性、頻域平坦性、低復(fù)雜度等性能。TD-LTE系統(tǒng)的PSS序列采用長(zhǎng)度為63的頻域Zadoff-Chu序列，為了標(biāo)識(shí)小區(qū)ID，系統(tǒng)中包含了3個(gè)PSS序列，分別對(duì)應(yīng)不同小區(qū)組內(nèi)的小區(qū)ID，一般情況下這正好對(duì)應(yīng)于每個(gè)基站下的3個(gè)小區(qū)。由于ZC序列具有良好的周期自相關(guān)性和互相關(guān)性，從UE來(lái)看選擇PSS根指數(shù)組合可以滿足時(shí)域的根對(duì)稱性，從而可以用單相關(guān)器檢測(cè)，使得復(fù)雜度明顯降低。

（2）輔同步信號(hào)SSS：輔同步序列SSS有168個(gè)，正好對(duì)應(yīng)168個(gè)基站，采用M序列，信號(hào)由兩個(gè)長(zhǎng)度為31 的M序列交叉級(jí)聯(lián)得到長(zhǎng)度為62的序列組成。在一個(gè)無(wú)線幀內(nèi)，前半幀中輔同步信號(hào)的交叉級(jí)聯(lián)方式與后半幀中輔同步信號(hào)的交叉級(jí)聯(lián)方式正好相反。為了提高不同小區(qū)間同步信號(hào)的辨識(shí)度，輔同步信號(hào)SSS使用兩組擾碼進(jìn)行加擾，因?yàn)榻?jīng)過(guò)兩次加擾后的輔同步信號(hào)具有更好的相關(guān)性，能夠保證在正確檢測(cè)到主同步信號(hào)后，更加準(zhǔn)確地檢測(cè)出輔同步信號(hào)。

在TD-LTE系統(tǒng)中，頻域針對(duì)不同的系統(tǒng)帶寬時(shí)，同步信號(hào)均占據(jù)中央6個(gè)資源塊的1.08MHz的位置；時(shí)域則固定在特殊時(shí)隙DwPTS之中和之前。同步信號(hào)的使用是為了保證系統(tǒng)的時(shí)間同步和頻率同步，其中時(shí)間同步是使用本地同步序列和接收信號(hào)進(jìn)行同步相關(guān)，進(jìn)而獲取期望的峰值，根據(jù)峰值判斷出同步信號(hào)的位置。時(shí)間同步完成后再進(jìn)行頻率同步，以確保收發(fā)兩端信號(hào)頻偏一致性，為此可通過(guò)輔同步序列、導(dǎo)頻序列、CP等信號(hào)進(jìn)行頻偏估計(jì)，對(duì)頻率偏移進(jìn)行糾正，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的頻率同步。

5　TD-LTE系統(tǒng)的隔離信號(hào)

除了物理信道、導(dǎo)頻信號(hào)和同步信號(hào)，在TD-LTE系統(tǒng)中還有保護(hù)間隔GP和循環(huán)前綴CP等的隔離信號(hào)，它們的主要作用是抵抗上下行子幀間干擾和OFDM符號(hào)間干擾，隔離上下行子幀和OFDM符號(hào)。如圖3所示，GP是子幀隔離信號(hào)，CP是OFDM符號(hào)隔離信號(hào)，但它們不承載任何信息，只有抗干擾和隔離作用，所以人們一般不把它們叫信號(hào)，但它們確實(shí)是TD-LTE系統(tǒng)中占用有效信號(hào)資源的必不可少的另類信號(hào)。

（1）保護(hù)間隔GP：TD-LTE是TDD系統(tǒng)，上下行為同一工作頻率，只能通過(guò)幀結(jié)構(gòu)定義來(lái)約束數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間參數(shù)，以此保證接收數(shù)據(jù)的正確執(zhí)行，所以幀結(jié)構(gòu)需要同時(shí)給出上下行占用資源的時(shí)間和位置的信息。TD-LTE系統(tǒng)的無(wú)線幀由下行子幀群、保護(hù)間隔GP和上行子幀群3個(gè)部分組成，其中GP位于下行轉(zhuǎn)上行時(shí)刻，主要作用是隔離上下行子幀和保護(hù)下行信號(hào)對(duì)上行信號(hào)的干擾。保護(hù)間隔GP是應(yīng)用在每個(gè)無(wú)線幀中占用時(shí)域資源的無(wú)效信號(hào)，大小是由維護(hù)工程師根據(jù)無(wú)線環(huán)境情況專門設(shè)置的。

圖3A所示為基站的1個(gè)無(wú)線幀在用戶UE1和UE2處的情況。因?yàn)閁E1距基站較近，傳輸時(shí)延Tp1較小，UE2距基上較遠(yuǎn)，傳輸時(shí)延Tp2較大，為了保證不同用戶到達(dá)基站的數(shù)據(jù)保持同步，UE1和UE2在發(fā)送上行數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)間提前量也應(yīng)為Tp1和Tp2，隨著用戶與基站間距離越來(lái)越大，傳輸時(shí)延也會(huì)增加，最后可能出現(xiàn)GP被提前量“吃掉”的情況，如用戶UE3距基站更遠(yuǎn)，則會(huì)出現(xiàn)下行子幀與上行子幀重疊。也就是說(shuō)，下行信號(hào)還沒(méi)有完全接收就要發(fā)送上行信號(hào)。所以，GP越大越好，但會(huì)損失傳輸效率。

（2）循環(huán)前綴CP：多徑效應(yīng)會(huì)使完全不同的傳播路徑產(chǎn)生完全不同的傳輸時(shí)延，使得經(jīng)過(guò)多徑的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)后發(fā)生混疊，出現(xiàn)某一徑的前一OFDM符號(hào)與另一徑的后一OFDM符號(hào)在同一時(shí)間到達(dá)接收機(jī)，這就是多徑效應(yīng)的時(shí)延擴(kuò)展，這種時(shí)域展寬會(huì)使前一OFDM符號(hào)的擴(kuò)展影響到下一OFDM符號(hào)而產(chǎn)生符號(hào)間干擾ISI。如圖3B所示，一個(gè)OFDM符號(hào)后部信號(hào)被復(fù)制并放在該OFDM符號(hào)的最前端，因?yàn)檫@種方式類似于一個(gè)具有循環(huán)卷積特征的信號(hào)，在信號(hào)的多徑時(shí)延不大于CP長(zhǎng)度時(shí)可有效減小ISI。

圖3　保護(hù)間隔GP和循環(huán)前綴CP結(jié)構(gòu)

在TD-LTE系統(tǒng)中，CP的作用是分離相鄰的OFDM符號(hào)，從而提高系統(tǒng)的抗ISI和時(shí)間偏差能力。CP信號(hào)在每個(gè)OFDM符號(hào)前面添加，發(fā)送端添加CP的位置是在IFFT變換形成OFDM符號(hào)之后，接收端除去CP的位置則是在FFT變換之前（見(jiàn)圖1），所以CP僅生成在IFFT和FFT之間。CP的作用主要是針對(duì)無(wú)線信道中的多徑效應(yīng)。CP信號(hào)在時(shí)域的長(zhǎng)度，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置有正常CP和擴(kuò)展CP的兩種，正常CP時(shí)每個(gè)資源塊RB中的OFDM符號(hào)數(shù)為7，擴(kuò)展CP時(shí)每個(gè)資源塊RB中的OFDM符號(hào)數(shù)為6。

6　結(jié)束語(yǔ)

在TD-LTE系統(tǒng)中，通信的物理信號(hào)不僅有用戶的互通話務(wù)通信和上傳下載數(shù)據(jù)，還有用戶執(zhí)行的相關(guān)指令，如網(wǎng)上交易、手機(jī)銀行等執(zhí)行信令，這些都是與用戶直接關(guān)聯(lián)的物理信號(hào)。為了保證用戶通信的數(shù)據(jù)和信令的正常進(jìn)行，系統(tǒng)還定義了有許多輔助通信的物理信號(hào)，導(dǎo)頻、同步、隔離信號(hào)等都是這類與用戶通信信息間接關(guān)聯(lián)的物理信號(hào)。

上下行物理信道是與用戶直接關(guān)聯(lián)的物理信號(hào)，基本上貫穿系統(tǒng)的基礎(chǔ)層到應(yīng)用層，主要承載用戶數(shù)據(jù)、用戶信令、系統(tǒng)控制信息、系統(tǒng)請(qǐng)求信令、廣播信息、多播業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，及相關(guān)系統(tǒng)測(cè)量和指示信息等。

導(dǎo)頻信號(hào)是物理信道傳輸中的識(shí)別信號(hào)，是專為物理信道服務(wù)的，可幫助系統(tǒng)識(shí)別物理信道，主要執(zhí)行物理信道的數(shù)據(jù)解調(diào)、質(zhì)量測(cè)量和終端的定位等工作。

主輔同步信號(hào)主要為系統(tǒng)提供時(shí)間和頻率同步，時(shí)間同步在前，頻率同步在后。之所以采用主輔兩種同步信號(hào)，是因?yàn)檫@兩種信號(hào)相互影響、相得益彰，可以加快終端對(duì)小區(qū)搜索的速度。

GP信號(hào)實(shí)際上是系統(tǒng)在時(shí)域預(yù)留的一段時(shí)間空格，并非真正的信號(hào)，不像CP是OFDM符號(hào)的復(fù)制部分，但GP和CP都具有時(shí)域隔離和抗干擾作用。GP是基站信號(hào)的有效工作半徑。

物理信道承載的信號(hào)貫穿整個(gè)通信系統(tǒng)，是系統(tǒng)高層可見(jiàn)的物理信號(hào)。導(dǎo)頻、同步、隔離信號(hào)只工作在系統(tǒng)的物理層，僅為系統(tǒng)低層可見(jiàn)，它們的存在更多的是因?yàn)闊o(wú)線信道通信的原因。

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收稿日期：（2016-04-08）

The analysis of TD-LTE system application's physics signal

ZHANGChangqing

Abstract：The TD-LTE system is a complicated communication system，for promising the voice and data transmit，the system defines a physical channel and reference signal，synchronous signal，separate signal，physical channel is defined for user's communication information，the latter promises the reason that the former communication.Superficial these physical signals are very complicated，after classifying，will make us understanding more clearly TD-LTE system.

Key words：physics channel；reference；signal；synchronization signal；separate signal