LTE小区搜索过程(详解)

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LTE小区搜索过程 a) UE一开机,就会在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收数据并计算带宽RSSI,以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区(应该说只是可能),如果UE能保存上次关机时的频点和运营商信息,则开机后可能会先在上次驻留的小区上尝试驻留;如果没有先验信息,则很可能要全频段搜索,发现信号较强的频点,再去尝试驻留。

b) 然后在这个中心频点周围收PSS(primary synchronization signal)和SSS(secondary synchronization signal),这两个信号和系统带宽没有限制,配置是固定的,而且信号本身以5ms为周期重复,并且是ZC序列,具有很强的相关性,因此可以直接检测并接收到,据此可以得到小区ID,同时得到小区定时的5ms边界;这里5ms的意思是说:当获得同步的时候,我们可以根据辅同步信号往前推一个时隙左右,得到5ms的边界,也就是得到Subframe#0或者Subframe#5,但是UE尚无法准确区分。 c)5ms边界得到后,根据PBCH的时频位置,使用滑窗方法盲检测,一旦发现CRC校验结果正确,则说明当前滑动窗就是10ms的帧边界,可以接收PBCH了,因为PBCH信号是存在于每个slot#1中,而且是以10ms为周期;如果UE以上面提到的5ms边界来向后推算一个Slot,很可能接收到slot#6,所以就必须使用滑动窗的方法,在多个可能存在PBCH的位置上接收并作译码,只有接收数据块的crc校验结果正确,才基本可以确认这次试探的滑窗落到了10ms边界上,也就是无线帧的帧头找到了。也就是说同步信号是5ms周期的,而PBCH和无线帧是10ms周期的,因此从同步信号到帧头映射有一个试探的过程。接着可以根据PBCH的内容得到系统帧号和带宽信息,以及PHICH的配置;一旦UE可读取PBCH,并且接收机预先保留了整个子帧的数据,则UE同时可读取获得固定位置的PHICH及PCIFICH信息,否则一般来说至少要等到下一个下行子帧才可以解析PCFICH和PHICH,因为PBCH存在于slot#1上,本子帧的PHICH和PCFICH的接收时间点已经错过了。 d)至此,UE实现了和eNB的定时同步; 要完成小区搜索,仅仅接收PBCH是不够的,还需要接收SIB,即UE接收承载在PDSCH上的BCCH信息。为此必须进行如下操作: a) 接收PCFICH,此时该信道的时频资源就是固定已知的了,可以接收并解析得到PDCCH的symbol数目; b) 接收PHICH,根据PBCH中指示的配置信息接收PHICH; c) 在控制区域内,除去PCFICH和PHICH的其他CCE上,搜索PDCCH并做译码; d) 检测PDCCH的CRC中的RNTI,如果为SI-RNTI,则说明后面的PDSCH是一个SIB,于是接收PDSCH,译码后将SIB上报给高层协议栈; e)不断接收SIB,HLS会判断接收的系统消息是否足够,如果足够则停止接收SIB 至此,小区搜索过程才差不多结束。 2 在数据接收过程中,UE还要根据接收信号测量频偏并进行纠正,实现和eNB的频率同步; 对于PHY来说,一般不作SIB的解析,只是接收SIB并上报。只要高层协议栈没有下发命令停止接收,则PHY要持续检测PDCCH的SI-RNTI,并接收后面的PDSCH。 DRX在MAC层的概念,应该是说对PDCCH的监视是否是持续的还是周期性的,DRX功能的启用与否只在RRC connect状态下才有意义。 BCCH映射到DLSCH上的PDU是通过SI-RNTI在物理层CRC之后在PDSCH上发送的,这其中包含SIB1和SIB2的内容,PBCH上发送的MIB只包含三个内容:系统带宽,系统帧号,PHICH配置信息。 UE在两种搜索空间完成PDCCH的解码工作,一种是common search space,另一种是UE-specific search space,前者起始位置固定,用于存放由RARNTI,SIRNTI,PRNTI标识的TB。

当上层指示物理层需要读取SIB后,物理层可以在第一个搜素空间搜索SIRNTI标识的TB。

UE读取PDSCH中的BCCH,与读取PDCCH,获得control information过程属于control plane的内容,在小区搜索过程中,要判断是否能够驻留该小区,应该有一个SIB接收过程,而因为BCCH映射到物理信道上也是PDSCH,要接收BCCH,前面这些过程不能或缺。当然了,这个过程并不是永久性做下去,高层协议栈判断,如果接收到了想要的SIB,就可以停下来了。

SIB的接收其实也并不一定需要一直接收检测,你说的DRX可以有这样的作法:在通过PBCCH获得MIB以后,可

——仅供参考

以判断出想要的SIB的位置,只在该位置上接收PDSCH就可以了。这样可以省电,但是需要HLS和PHY交互更加紧密,需要能够根据帧号唯一确定想要的SIB的位置。

2 在数据接收过程中,UE还要根据接收信号测量频偏并进行纠正,实现和eNB的频率同步; UE的频偏校正,应该在读取PBCH等控制信道过程中获得纠正。频偏估计和纠正不必等到滑窗结束,只要确信当前频点上有LTE信号,则可以根据OFDM信号的特点做FOE,并纠正频偏。不过只有滑窗成功,才可以得到PBCH。

EUTRA支持的带宽从1.4M到20M(Rel.8). UE在刚一开机时,并不知道系统的带宽是多少。为了使UE能够较快的获得系统的频率和同步信息。与UMTS类似,LTE中设计了主同步信道和辅同步信道。无论系统的带宽为多少,主同步信道和附同步信道都位于频率中心的1.08M的带宽上,包含6个RB,72个子载波。实际上,同步信道只使用了频率中心(DC)周围的62个子载波,两边各留5个子载波用做保护波段。

同步信号在一个十秒的帧内,传送两次。在LTE FDD的帧格式中,主同步信号位于slot0和slot10的最后一个OFDM符号上。辅同步信号位于主同步信号的前面一个OFDM符号上。

在LTE TDD的帧格式中,主同步信号位于子帧1和子帧6的第三个OFDM符号上。辅同步信号位于子帧0和子帧5的最后一个OFDM符号上(也就是Slot 1 和Slot 11)。 利用主、辅同步信号相对位置的不同,终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD。 UE一开机,就会在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收数据并计算带宽RSSI,以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区,如果UE能保存上次关机时的频点和运营商信息,则开机后可能会先在上次驻留的小区上尝试驻留;如果没有先验信息,则需要进行全频段搜索。 然后UE在这个中心频点周围尝试接收PSS(primary synchronization signal),规范中(36.211)定义了3个PSS信号,使用长度为62的频域Zadoff-Chu序列,每个PSS信号与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识相对应。UE捕获了系统的PSS后,就可以获知:(1):小区中心频点的频率。(2):小区在物理组内的标识(在0,1,2中间取值)。(3):子帧的同步信息。对于FDD而言,由于主同步信号是位于Slot0或Slot10的最后一个OFDM符号,因而不管CP的长度是多少,确定了PSS后就可以确定Slot(也就是子帧)的边界。但是PSS在Slot0和Slot10上的内容是相同的,目前还无法区分这两个时系,无法获得系统帧的信息。 对于TDD而言,我的理解是,捕获PSS后尚无法确定子帧边界。但是随后UE捕获SSS,就可以确定子帧边界,道理同上。 LTE中,传输模式不同(FDD OR TDD),PSS和SSS之间的时间间隔不同。CP的长度也会影响SSS的绝对位置(在PSS确定的情况下),因而,UE需要进行至多4次的盲检测。 SSS信号有168种不同的组合,对应168个不同的物理小区组的标识(在0到167之间取值)。这样在SSS捕获后,就可以获得小区的物理ID,PCI=PSS+3×SSS。PCI是在物理层上用于小区间多种信号与信道的随机化干扰的重要参数。SSS在每一帧的两个子帧中所填内容是不同的,进而可以确定是前半帧还是后半帧,完成帧同步。同时,CP的长度也随着SSS的盲检成功而随之确定。 在多天线传输的情况下,同一子帧内,PSS和SSS总是在相同的天线端口上发射,而在不同的子帧上,则可以利用多天线增益,在不同的天线端口上发射。 至此,UE可以进一步读取PBCH了。PBCH中承载了系统MIB的信息。时域上,在一个无线帧内,PBCH位于Slot1的前4个OFDM符号上(对FDD和TDD都是相同的,除去被参考信号占据的RE)。在频域上,PBCH与PSCH、SSCH一样,占据系统带宽中央的1.08MHz(DC子载波除外)。这样在未知系统带宽的情况下,UE也可以快速地捕获PBCH的信息。所不同的是,此时已取得精确同步,PBCH不需要像PSCH、SSCH那样在信道两侧保留空闲子载波,而是全部占用了带宽内的72个子载波。 PBCH信息的更新周期为40ms,在40ms周期内传送4次。这4个PBCH中每一个都能够独立解码。通过解调PBCH,可以获得: (1):系统的带宽信息。系统的带宽信息是以资源块个数的形式来表示的,有3个比特。LTE(Rel.8)支持 1.4M到20M的系统带宽,对应的资源块数如下图所示 (2):PHICH的配置。

在PBCH中使用lbit指示PHICH的长度,2bit指示PHICH使用的频域资源,即PHICH组的数量(每个PHICH组包含8个PHICH)。 (3):系统的帧号SFN。系统帧号SFN的长度为10Bit,在0到1023之间取值。在PBCH中只广播SFN的前8位, ——仅供参考

因此,PBCH中的SFN只是在40ms的发送周期边界发生变化。通过PBCH在40ms周期内的相对位置就可以确定SFN的后两位。 (4):系统的天线配置信息。系统的天线端口数目隐含在PBCH的CRC里面,通过盲检PBCH的CRC就可以确定其对应的天线端口数目(Attenna Ports)。

PBCH的MIB中只携带了非常有限的信息,更多的系统信息是在SIB中携带的。SIB信息是通过PDSCH来传送的。 UE需要读取PDCCH中的控制信息,才能够正确解调PDSCH中的数据。为了读取PDCCH,首先必须了解PDCCH在子帧内占用的符号数目,这是由PCFICH来决定的。

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