LTE物理信道与信号

1. 概述

本文补充LTE物理层专题中“LTE物理信道与信号”的规划内容，主要依据3GPP TS 36.211、TS 36.212、TS 36.213、TS 36.214和TS 36.300整理。

LTE physical layer负责把MAC层transport channel和L1/L2 control information映射到time-frequency resource grid。与NR不同，LTE的控制区、参考信号和物理信道结构更固定，理解它们是分析接入、吞吐、覆盖和干扰问题的基础。

2. 信道与信号总览

graph TD
    MAC["MAC transport channels"] --> DL_SCH["DL-SCH"]
    MAC --> UL_SCH["UL-SCH"]
    MAC --> BCH["BCH"]
    MAC --> RACH["RACH"]
    MAC --> PCH["PCH"]
    DL_SCH --> PDSCH["PDSCH"]
    UL_SCH --> PUSCH["PUSCH"]
    BCH --> PBCH["PBCH"]
    RACH --> PRACH["PRACH"]
    PCH --> PDSCH
    DCI["DCI"] --> PDCCH["PDCCH"]
    DCI --> EPDCCH["EPDCCH optional"]
    HARQ["UL HARQ ACK/NACK"] --> PHICH["PHICH"]
    CFI["Control format"] --> PCFICH["PCFICH"]
    UCI["UCI"] --> PUCCH["PUCCH"]
    UCI --> PUSCH
    RS["Reference / sync signals"] --> CRS["Cell-specific RS"]
    RS --> DMRS["DM-RS"]
    RS --> SRS["SRS"]
    RS --> PSS["PSS"]
    RS --> SSS["SSS"]

类型	作用	典型对象
Transport channel	MAC与PHY之间的承载抽象	`DL-SCH`、`UL-SCH`、`BCH`、`RACH`、`PCH`
Physical channel	在resource grid上承载编码bit	`PDSCH`、`PUSCH`、`PDCCH`、`PUCCH`、`PBCH`、`PRACH`、`PHICH`、`PCFICH`
Physical signal	不承载MAC transport block，用于同步/参考/测量	`PSS`、`SSS`、`CRS`、`DM-RS`、`SRS`、`CSI-RS`

3. 下行物理信道

3.1 PDSCH

PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）承载DL-SCH和paging/system information等，是LTE下行业务数据主承载。

flowchart LR
    TB["DL transport block"] --> CRC["CRC attachment"]
    CRC --> TURBO["Turbo coding / rate matching"]
    TURBO --> SCR["Scrambling"]
    SCR --> MOD["QPSK / 16QAM / 64QAM / 256QAM"]
    MOD --> LAY["Layer mapping"]
    LAY --> PREC["Precoding"]
    PREC --> RE["Resource element mapping"]
    RE --> OFDM["OFDM signal generation"]

参数	来源	含义
`RNTI`	PDCCH/UE context	加扰和调度寻址
`MCS`	DCI	调制阶数和TBS索引
`Resource allocation`	DCI	PRB分配，Type 0/1/2等
`HARQ process`	DCI/子帧关系	HARQ soft combining上下文
`RV`	DCI	redundancy version
`Transmission mode`	RRC配置	单天线、Transmit diversity、Spatial multiplexing、Beamforming等

3.2 PDCCH / PCFICH / PHICH

LTE每个子帧前部若干OFDM symbol形成control region。

信道	作用
`PCFICH`	指示control region占用的OFDM symbol数量，即`CFI`
`PDCCH`	承载DCI，调度PDSCH/PUSCH或传递控制命令
`PHICH`	承载上行PUSCH HARQ ACK/NACK

PDCCH由CCE聚合形成，UE在search space中blind decode。

graph LR
    REG["REG"] --> CCE["CCE"]
    CCE --> AL["Aggregation level 1/2/4/8"]
    AL --> PDCCH["PDCCH candidate"]
    UE["UE blind decoding"] --> PDCCH

3.3 PBCH

PBCH承载MIB，周期广播。UE完成PSS/SSS同步后，通过PBCH获取系统带宽、PHICH配置和SFN等初始接入信息。

4. 上行物理信道

4.1 PUSCH

PUSCH承载UL-SCH，也可复用UCI。LTE上行采用SC-FDMA（DFT-s-OFDM），以降低PAPR并改善UE功放效率。

flowchart LR
    UL_TB["UL transport block"] --> CRC["CRC"]
    CRC --> TURBO["Turbo coding / rate matching"]
    UCI["UCI optional"] --> MUX["UCI multiplexing"]
    TURBO --> MUX
    MUX --> MOD["Modulation"]
    MOD --> DFT["DFT precoding"]
    DFT --> MAP["SC-FDMA resource mapping"]
    MAP --> TX["UL signal"]

4.2 PUCCH

PUCCH承载UCI：HARQ-ACK、SR、CQI/PMI/RI等。PUCCH通常位于系统带宽两端，便于频域分集。

UCI	说明
HARQ-ACK	下行PDSCH反馈
SR	Scheduling Request，请求上行资源
CQI/PMI/RI	下行信道状态与MIMO反馈

4.3 PRACH

PRACH用于随机接入preamble发送。eNB通过preamble检测估计上行定时，并通过RAR下发Timing Advance和Msg3 grant。

5. 同步与参考信号

信号	方向	作用
`PSS`	DL	小区搜索、子帧定时、`N_ID2`
`SSS`	DL	帧定时、`N_ID1`
`CRS`	DL	下行信道估计、测量，LTE中常驻
`UE-specific RS / DM-RS`	DL/UL	特定传输模式或上行PUSCH/PUCCH解调
`CSI-RS`	DL	Rel-10引入，用于CSI测量
`SRS`	UL	上行信道探测、调度和频选

Physical Cell ID由下式得到：

N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}} = 3N_{\mathrm{ID}}^{(1)} + N_{\mathrm{ID}}^{(2)}

6. 信道映射关系

方向	Transport channel / control	Physical channel
DL	`DL-SCH`	`PDSCH`
DL	`BCH`	`PBCH`
DL	`PCH`	`PDSCH`
DL	DCI	`PDCCH` / `EPDCCH`
DL	CFI	`PCFICH`
DL	UL HARQ ACK/NACK	`PHICH`
UL	`UL-SCH`	`PUSCH`
UL	UCI	`PUCCH` / `PUSCH`
UL	`RACH`	`PRACH`

7. 工程排查视角

现象	优先检查
无法驻留	PSS/SSS、PBCH/MIB、CRS RSRP/RSRQ、SIB调度
PDCCH漏检	CFI、CCE aggregation、search space、RNTI、PCFICH解码
下行BLER高	CRS/CSI、MCS、Transmission mode、HARQ、干扰
上行BLER高	PUSCH功控、DM-RS、TA、PHICH反馈、PUCCH/PUSCH资源
RACH失败	PRACH配置、preamble format、RAR window、功率爬坡
CQI异常	CRS/CSI-RS测量、RI/PMI、干扰和测量配置

8. 参考资料

3GPP TS 36.211：E-UTRA physical channels and modulation。
3GPP TS 36.212：Multiplexing and channel coding。
3GPP TS 36.213：Physical layer procedures。
3GPP TS 36.214：Physical layer measurements。
3GPP TS 36.300：E-UTRAN overall description。

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