信道是不同類型的信息，按照不同傳輸格式、用不同的物理資源承載的信息通道。根據(jù)信息類型的不同、處理過程的不同可將信道分為多種類型。

重點介紹LTE的邏輯信道、傳輸信道、物理信道等常見的信道類型，并和3G相應的信道類型作了比較，通過比較可以加深LTE信道結構的理解。最后給出LTE從邏輯信道到傳輸信道，再到物理信道的映射關系。

依據(jù)不同的貨物類型，采用不同的處理工藝，選擇相應的運送過程，最后保證接收方及時正確地接受貨物。

1.信道結構

1.1 信道的含義

信道就是信息的通道。不同的信息類型需要經(jīng)過不同的處理過程。

廣義地講，發(fā)射端信源信息經(jīng)過層三、層二、物理層處理，在通過無線環(huán)境到接收端，經(jīng)過物理層、層二、層三的處理被用戶高層所識別的全部環(huán)節(jié)，就是信道。

信道就是信息處理的流水線。上一道工序和下一道工序是相互配合、相互支撐的關系。上一道工序把自己處理完的信息交給下一道工序時，要有一個雙方都認可的標準，這個標準就是業(yè)務接入點（Service Access Point，SAP）。

協(xié)議的層與層之間要有許多這樣的業(yè)務接入點，以便接收不同類別的信息。狹義的講，不同協(xié)議之間的SAP就是信道。

1.2 三類信道

LTE采用UMTS相同的三種信道：邏輯信道、傳輸信道和物理信道。從協(xié)議棧角度來看，邏輯信道是MAC層和RLC層之間的，傳輸信道是物理層和MAC層之間的，物理信道是物理層的，如圖所示。

邏輯信道關注的是傳輸什么內容，什么類別的信息。信息首先要被分為兩種類型：控制消息（控制平面的信令，如廣播類消息、尋呼類消息）和業(yè)務消息（業(yè)務平面的消息，承載著高層傳來的實際數(shù)據(jù)）。邏輯信道是高層信息傳到MAC層的SAP。

傳輸信道關注的是怎樣傳？形成怎樣的傳輸塊（TB）？不同類型的傳輸信道對應的是空中接口上不同信號的基帶處理方式，如調制編碼方式、交織方式、冗余校驗方式、空間復用方式等內容。根據(jù)對資源占有的程度不同，傳輸信道還可以分為共享信道和專用信道。前者就是多個用戶共同占用信道資源，而后者就是由某一個用戶獨占信道資源。

與MAC層強相關的信道有傳輸信道和邏輯信道。傳輸信道是物理層提供給MAC層的服務，MAC可以利用傳輸信道向物理層發(fā)送和接受數(shù)據(jù)；而邏輯信道則是MAC層向RLC層提供的服務，RLC層可以使用邏輯信道向MAC層發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。

MAC層一般包括很多功能模塊，如傳輸調度模塊、MBMS功能模塊、傳輸塊TB產(chǎn)生模塊等。經(jīng)過MAC層處理的消息向上傳給RLC層的業(yè)務接入點，要變成邏輯信道的消息；向下傳送到物理層的業(yè)務接入點，要變成傳輸信道的消息。

物理信道就是信號在無線環(huán)境中傳送的方式，即空中接口的承載媒體。物理信道對應的是實際的射頻資源，如時隙（時間）、子載波（頻率）、天線口（空間）。物理信道就是確定好編碼交織方式、調制方式，在特定的頻域、時域、空域上發(fā)送數(shù)據(jù)的無線通道。根據(jù)物理信道所承載的上層信息不同，定義了不同類型的物理信道。

1.3 LTE與UMTS信道總體比較

和UMTS的信道結構相比，LTE的信道結構做了很大簡化。傳輸信道從原來的9個減為現(xiàn)在的5個，物理信道從20個信道簡化為LTE的上行3個，下行6個，再加上2個參考信號。

2.邏輯信道

根據(jù)傳送消息的不同類型，邏輯信道分為兩類：控制信道、業(yè)務信道。

2.1 五個控制信道

MAC層提供的控制信道有以下五個：

廣播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）是廣而告之的消息入口，面向轄區(qū)內的所有用戶廣播控制信息。BCCH是網(wǎng)絡到用戶的一個下行信道，他傳送的信息是在用戶實際工作開始之前，做一些必要的通知工作。他是協(xié)調、控制、管理用戶行為的重要信息。雖不干業(yè)務上的活，但沒有它業(yè)務信道就不知如何開始工作。

尋呼控制信道（Paging Control Channel，PCCH）是尋人啟事類消息的入口。當不知道用戶具體處在哪個小區(qū)的時候，用于發(fā)送尋呼消息。PCCH也是一個網(wǎng)絡到用戶的下行信道，一般用于被叫流程（主叫流程比被叫流程少一個尋呼消息）。

公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）類似主管和員工之間協(xié)調工作時信息交互的入口，用于多人干活時，協(xié)調彼此動作的信息渠道。CCCH是上、下行雙向和點對多點的控制信息傳送信道，在UE和網(wǎng)絡沒有建立RRC連接的時候使用。

專用控制信道（Dedicated Control Channel，DCCH）類似領導和某個親信之間面授機宜的信息入口，是兩個建立了親密關系的人干活時，協(xié)調彼此動作的信息渠道。DCCH是上、下行雙向和點到點的控制信息傳送信道，是在UE和網(wǎng)絡建立了RRC連接以后使用。

多播控制信道（MultiCast Control Channel，MCCH）類似領導給多個下屬下達搬運一批貨物命令的入口，是領導指揮多個下屬干活時協(xié)調彼此工作的信息渠道。MCCH是點對多點的從網(wǎng)絡側到UE側（下行）的MBMS控制信息的傳送信道。一個MCCH可以支持一個或多個MTCH（MBMS業(yè)務信道）配置。MCCH在UMTS的信道結構中沒有相關定義。網(wǎng)絡側類似一個電視臺節(jié)目源，UE則是接收節(jié)目的電視機，而MCCH則是為了順利發(fā)送節(jié)目電視臺給電視機發(fā)送的控制命令，讓電視機做好相關接受準備。

2.2 兩個業(yè)務信道

MAC層提供的業(yè)務信道有以下兩個：

專用業(yè)務信道（Dedicated Traffic Channel，DTCH）是待搬運貨物的入口，這個入口按照控制信道的命令或指示，把貨物從這里搬到那里，或從那里搬到這里。DTCH是UE和網(wǎng)絡之間的點對點和上、下行雙向的業(yè)務數(shù)據(jù)傳送渠道。

多播業(yè)務信道（Multicast Traffice Channel，MTCH）類似要搬運的大批貨物，也類似一個電視臺到電視機的節(jié)目傳送入口。MTCH是LTE中區(qū)別于以往制式的一個特色信道，是一個點對多點的從網(wǎng)絡側到UE（下行）傳送多播業(yè)務MBMS的數(shù)據(jù)傳送渠道。

2.3 LTE與UMTS邏輯信道的比較

LTE邏輯信道和UMTS中定義的邏輯信道，BCCH、PCCH、CCCH、DCCH這四個控制信道，DTCH業(yè)務信道是兩者共有的?？刂菩诺繫CCH、業(yè)務信道MTCH是LTE為了支持MBMS而設立的邏輯信道，在UMTS中沒有定義。

3.傳輸信道

傳輸信道定義了空中接口中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶吞匦?。傳輸信道可以配置物理層的很多實現(xiàn)細節(jié)，同時物理層可以通過傳輸信道為MAC層提供服務。傳輸信道關注的不是傳什么，而是怎么傳。

UMTS的傳輸信道分為兩類：專用信道和公共信道。公共信道資源是小區(qū)內的所有用戶或一組用戶共同分配使用的；而專用信道是由單個用戶使用的資源。

LTE的傳輸信道沒有定義專用信道，都屬于公共信道（大家都可以用）或共享信道（大家可以同時用）。

LTE傳輸信道只有公共信道，一個可行的分類方法是將LTE傳輸信道分為上行和下行信道。但LTE的共享信道（SCH）支持上、下行兩個方向，為了區(qū)別，將SCH分為DL-SCH和UL-SCH。

3.1 四個下行信道

LTE下行傳輸信道有以下四個：

廣播信道（Broadcast Channel，BCH），為廣而告之消息規(guī)范了預先定義好的固定格式、固定發(fā)送周期、固定調制編碼方式，不允許靈活機動。BCH是在整個小區(qū)內發(fā)射的、固定傳輸格式的下行傳輸信道，用于給小區(qū)內的所有用戶廣播特定的系統(tǒng)消息。

尋呼信道（Paging Channel，PCH）規(guī)定了尋人啟示傳輸?shù)母袷?，將尋人啟示貼在公告欄之前（映射到物理信道之前），要確定尋人啟示的措辭、發(fā)布間隔等。尋呼信道是在整個小區(qū)內進行發(fā)送尋呼信息的一個下行傳輸信道。為了減少UE的耗電，UE支持尋呼消息的非連續(xù)接收（DRX）。為支持終端的非連續(xù)接收，PCH的發(fā)射與物理層產(chǎn)生的尋呼指示的發(fā)射是前后相隨的。

下行共享信道（DL-SCH）規(guī)定了待搬運貨物的傳送格式。DL-SCH是傳送業(yè)務數(shù)據(jù)的下行共享信道，支持自動混合重傳（HARQ）；支持編碼調制方式的自適應調制（AMC）；支持傳輸功率的動態(tài)調整；支持動態(tài)、半靜態(tài)的資源分配。

多播信道（Multicast Channel，MCH）規(guī)定了給多個用戶傳送節(jié)目的傳送格式，是LTE的規(guī)定區(qū)別于以往無線制式的下行傳送信道。在多小區(qū)發(fā)送時，支持MBMS的同頻合并模式MBSFN。MCH支持半靜態(tài)的無線資源分配，在物理層上對應的是長CP的時隙。

3.2  兩個上行信道

LTE上行傳輸信道有以下兩個：

隨機接入信道（Random Access Channel，RACH）規(guī)定了終端要接入網(wǎng)絡時的初始協(xié)調信息格式。RACH是一個上行傳輸信道，在終端接入網(wǎng)絡開始業(yè)務之前使用。由于終端和網(wǎng)絡還沒有正式建立鏈接，RACH信道使用開環(huán)功率控制。RACH發(fā)射信息時是基于碰撞（競爭）的資源申請機制（有一定的冒險精神）。

上行共享信道（Uplink Shared Channel，UL-SCH）和下行共享信道一樣，也規(guī)定了帶搬運貨物的傳送格式，只不過方向不同。UL-SCH是傳送業(yè)務數(shù)據(jù)的從終端到網(wǎng)絡的上行共享信道，同樣支持混合自動重傳HARQ，支持編碼調制方式的自適應調整（AMC）；支持傳輸功率動態(tài)調整；支持動態(tài)、半靜態(tài)的資源分配。

上述傳輸信道所采用的編碼方案如圖。

4.物理信道

物理信道是高層信息在無線環(huán)境中的實際承載。在LTE中，物理信道是由一個特定的子載波、時隙、天線口確定的。即在特定的天線口上，對應的是一系列無線時頻資源（Resource Element，RE）。

一個物理信道是有開始時間、結束時間、持續(xù)時間的。物理信道在時域上可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。連續(xù)的物理信道持續(xù)時間由開始時刻到結束時刻，不連續(xù)的物理信道則須明確指示清楚由哪些時間片組成。

在LTE中，度量時間長度的單位是采樣周期Ts。UMTS中度量時間長度的單位則是碼片周期Tchip。物理信道主要用來承載傳輸信道來的數(shù)據(jù)，但還有一類物理信道無須傳輸信道的映射，直接承載物理層本身產(chǎn)生的控制信令或物理信令（下行：PDCCH、RS、SS；上行：PUCCH、RS）。這些物理信令和傳輸信道映射的物理信道一樣，是有著相同的空中載體的，可以支持物理信道的功能。

4.1 兩大處理過程

物理信道一般要進行兩大處理過程：比特級處理和符號級處理。

從發(fā)射端角度看，比特級處理是物理信道數(shù)據(jù)處理的前端，主要是在二進制比特數(shù)據(jù)流上添加CRC校驗；進行信道編碼、交織、速率匹配以及加擾。

加擾之后進行的是符號級處理，包括調制、層映射、預編碼、資源塊映射、天線發(fā)送等過程。

在接收端先進性的是符號級處理，然后是比特級處理，處理順序與發(fā)射端不同。

4.2 六個下行物理信道

下行方向有六個物理信道

物理廣播信道（Physical Broadcast Channel，PBCH）：轄區(qū)內的大喇叭，但并不是所有廣而告之的消息都從這里廣播（映射關系在下一節(jié)介紹），部分廣而告之的消息是通過下行共享信道（PDSCH）通知大家的。PBCH承載的是小區(qū)ID等系統(tǒng)信息，用于小區(qū)搜索過程。

物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）：踏踏實實干活的信道，而且是一種共享信道，為大家服務，不偷懶，略有閑暇就接活干。PDSCH承載的是下行用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)。

物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）：發(fā)號施令的嘴巴，不干實事，但干實事的PDSCH需要它的協(xié)調。PDCCH傳送用戶數(shù)據(jù)的資源分配的控制信息。

舉例來說，UMTS中，UE在預定時刻監(jiān)聽物理層尋呼指示信道（PICH），此信道指示UE是否去接受尋呼消息；在LTE中因為PDCCH傳輸時間很短，引入PICH節(jié)省的能量有限，所以沒有PICH，尋呼指示依靠PDCCH。UE依照特定的DRX周期在預定時刻監(jiān)聽PDCCH。同樣UMTS有隨機接入響應信道（AICH），指示UE隨機接入成功；在LTE中，也沒有物理層的隨機接入響應信道，隨機接入響應同樣依靠PDCCH。

物理控制格式指示信道（Physical Control Format Indicator Channel，PCFICH）：類似藏寶圖，指明了控制信息（寶藏）所在的位置。PCFICH是LTE的OFDM特性強相關的信道，承載的是控制信道在OFDM符號中的位置信息。

物理HARQ指示信道（Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，PHICH）：主要負責點頭搖頭的工作，下屬以此來判斷上司對工作是否認可。PHICH承載的是混合自動重傳（HARQ）的確認/非確定（ACK/NACK）信息。

物理多播信道（Physical Multicast Channel，PMCH）：類似可點播節(jié)目的電視廣播塔，PMCH承載多播信息，負責把高層來的節(jié)目信息或相關控制命令傳給終端。

每一種物理信道根據(jù)其承載的信息不同，對應著不同的調制方式。

PCSCH和PMCH可根據(jù)無線環(huán)境好壞，選擇合適的調制方式。當信道質量好時選擇高階調制方式，如64QAM；質量差時選擇低階，如QPSK。其他信道不可變更調制方式。

4.3 三個上行物理信道

上行方向有三個物理信道。

物理隨機接入信道（Physical Random Access Channel，PRACH）：干的是拜訪領導時叩門的活，領導開了門才能進行下面的事，如果叩門失敗后面的事就沒法干了。PRACH承載UE想接入網(wǎng)絡時的叩門信號——隨機接入前導，網(wǎng)絡一旦答應了，UE便可進一步和網(wǎng)絡溝通信息。

物理上行共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）：這是一個上行方向踏踏實實干活的信道。PUSCH也采用共享的機制，承載上行用戶數(shù)據(jù)。

物理上行控制信道（Physical Uplink Control Channel，PUCCH）：上行方向發(fā)號施令的嘴巴，但干實活的PUSCH需要它的協(xié)調。PUCCH承載著HARQ的ACK/NACK，調度請求（Scheduling Request），信道質量指示（Channel Quality Indicator）等信息。

PUSCH可根據(jù)信道質量好壞選擇相應的調制方式。

PUCCH有兩種調制方式，PRACH則采用Zadoff-Chu隨機序列。ZC序列是自相關特性較好的一種序列（在一點處自相關值最大，在其他處自相關值為0；具有恒定幅值的互相關特性，較低的峰均比特性），在LTE中，發(fā)送端和接收端的子載波頻率容易出現(xiàn)偏差，接收端需要對這個頻偏進行估計，使用ZC序列可以進行頻偏的粗略估計。

5.物理信號

物理信號是物理層產(chǎn)生并使用的、有特定用途的一系列無線資源單元（Resource Element）。物理信號并不攜帶從高層來的任何信息，類似沒有高層背景的底層員工，配合其他員工工作時，彼此約定好使用的信號。它們對高層而言不是直接可見的，即不存在高層信道的映射關系，但從系統(tǒng)觀點來講是必須的。

下行方向上定義了兩種物理信號：參考信號（Reference Signal，RS）和同步信號（Synchronization Signal，SS）。

上行方向上，只定義了一種物理信號：參考信號（RS）。

5.1 下行參考信號

下行參考信號RS本質上是一種偽隨機序列，不含任何實際信息。這個隨機序列通過時間和頻率組成的資源單元RE發(fā)送出去，便于接收端進行信道估計，也可以為接收端進行信號解調提供參考，類似CDMA系統(tǒng)中的導頻信道。

RS信號如同潛藏在人群中的特務分子，不斷把一方的重要信息透露給另一方，便于另一方對這一方的情況進行判斷。

頻譜、衰落、干擾等因素都會使得發(fā)送端信號與接收端收到的信號存在一定偏差。信道估計的目的就是使接收端找到這個偏差，以便正確接收信息。

信道估計并不需要時時刻刻進行，只需關鍵位置出現(xiàn)一下即可。即RS離散的分布在時、頻域上，它只是對信道的時、頻域特性進行抽樣而已。

為保證RS能夠充分且必要反映信道時頻特性，RS在天線口的時、頻單元上必須有一定規(guī)則。

RS分布越密集，則信道估計越準確，但開銷會很大，占用過多無線資源會降低系統(tǒng)傳遞有用信號的容量。RS分布不宜過密，也不宜過分散。

RS在時、頻域上的分布遵循以下準則：

（1）RS在頻域上的間隔為6個子載波。

（2）RS在時域上的間隔為7個OFDM符號周期。

（3）為最大程度降低信號傳送過程中的相關性，不同天線口的RS出現(xiàn)位置不宜相同。

5.2下行同步信號

同步信號SS用于小區(qū)搜索過程中UE和eUTRAN的時、頻同步。UE和eUTRAN做業(yè)務連接的必要前提就是時隙、頻率的同步。

同步信號包含兩部分：

主同步信號（Primary  Synchronization Signal，PSS）：用于符號時間對準，頻率同步以及部分小區(qū)的ID偵測。

從同步信號（Secondary Synchronization Signal，SSS）：用于幀時間對準，CP長度偵測及小區(qū)組ID偵測。

補充：LTE的物理層小區(qū)ID（Physical Cell ID，PCI）分為兩部分：小區(qū)組ID（Cell Group ID）和組內ID。LTE物理層小區(qū)組有168個，每個小區(qū)組由3個組內ID組成。于是共有168×3=504個獨立的小區(qū)ID。

在頻域里，不管系統(tǒng)帶寬是多少，主/從同步信號總是位于系統(tǒng)帶寬的中心（中間的64個子載波上，協(xié)議版本不同，數(shù)值不同），占據(jù)1.25MHz的頻帶寬地。這樣的好處是即使UE在剛開機的情況下還不知道系統(tǒng)帶寬，也可以在相對固定子載波上找到同步信號，方便進行小區(qū)搜索，如圖所示。時域上同步信號的發(fā)送也須遵循一定規(guī)則，為了方便UE尋找，要在固定的位置發(fā)送，不能過密也不能過疏。

時域里，同步信號在FDD-LTE和TDD-LTE的幀結構里的位置略有不同。協(xié)議規(guī)定FDD幀結構傳送的同步信號，位于每幀（10ms）的第0個和第5個子幀的第1個時隙中；主同步信號位于該傳送時隙的最后一個OFDM符號里；次同步信號位于該傳送時隙的倒數(shù)第二個OFDM符號里，如圖所示。

時域中TDD-LTE的同步信號位置與FDD不一樣。TDD中，主同步信號位于特殊時隙DwPTS里，位置與特殊時隙的長度配置有一定關系；次同步信號位于0號子幀的1#時隙的最后一個符號里，如圖所示。

5.3 上行參考信號

上行參考信號RS類似下行參考信號的實現(xiàn)機制。也是在特定的時頻單元中發(fā)送一串偽隨機碼，類似TD-SCDMA里的上行導頻信道（UpPCH），用于eUTRAN與UE的同步以及eUTRAN對上行信道進行估計。

上行參考信號有兩種情況：

（1）UE和eUTRAN已建立業(yè)務連接

PUSCH和PUCCH傳輸時的導頻信號，是便于eUTRAN解調上行信息的參考信號，這種上行參考信號稱為解調參考信號（Demodulation Reference Signal，DM RS）。DM RS可以伴隨PUSCH傳輸，也可以伴隨PUCCH傳輸，占用的時隙位置及數(shù)量兩者不同。

（2）UE和eUTRAN未建立業(yè)務連接

處于空閑態(tài)的UE，無PUSCH和PUCCH可以寄生。這種情況下UE發(fā)送的RS信號，不是某個信道的參考信號，而是無線環(huán)境的一種參考導頻信號，稱做環(huán)境參考信號（Sounding Reference Signal，SRS）。這時UE沒有業(yè)務連接，仍然給eUTRAN匯報一下信道環(huán)境，是一種高尚的品質。

既然是參考信號，就需要方便被參考。要做到容易被參考，就需要在約定好的固定位置出現(xiàn)。

如圖所示，伴隨PUSCH傳輸?shù)腄M RS約定好的出現(xiàn)位置是每個時隙的第4個符號。PUCCH攜帶不同的信息時DM RS占用的時隙數(shù)不同。

SRS由多少個UE發(fā)送，發(fā)送周期、帶寬是多大可由系統(tǒng)調度配置。SRS一般在每個子幀的最后一個符號發(fā)送。

6.信道映射

信道映射是指邏輯信道、傳輸信道、物理信道之間的對應關系，這種對應關系包括底層信道對高層信道的服務支撐關系及高層信道對底層信道的控制命令關系。

LTE的信道映射關系如圖所示。

從圖中可以看出LTE信道映射的關系有以下幾個規(guī)律：

（1）高層一定需要底層的支撐，工作需要落地；

（2）底層不一定都和上面有關系，只要干好自己分內的活，無須全部走上層路線；

（3）無論傳輸信道還是物理信道，共享信道干的活種類最多；

（4）由于信道簡化、信道職能加強，映射關系變得更加清晰，傳輸信道DL/UL-SCH功能強大，物理信道PUSCH、PDSCH比UMTS干活的信道增強了很多。