LTE中小区搜索流程.docx

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LTE中小区搜索流程

LTE中小区搜索流程

版本：

3

时间：

2012/11/20

作者：

zjc

图

表格

1.引言

本文总结了LTE系统R10版本UE进行小区搜索的流程。

1.1.目标读者

谁应该阅读本文档。

1.2.文档内容

介绍每一节的内容如下：

⏹第一节：

描述本文档的基本内容、目标读者、修改历史、名词术语、缩写、参考文献等基本信息

⏹第二节：

分布详细介绍小区搜索流程。

⏹第三节：

介绍UE（UserEquipment）接收SIB（SystemInformationBlock）流程。

1.3.修改历史

版本

时间

修改原因

A

2012.11.15

第一版

B

2012.11.20

修改

C

2012.12.7

增加PDCCH信道处理流程

1.4.作者联系方式

作者

Email

1.5.缩写、名词解释

缩写

全称

CFI

ControlFormatIndicator

CRC

CyclicRedundancyCode

MIB

MasterInformationBlock

PBCH

PhysicalBroadcastCHannel

PCFICH

PhysicalControlFormatIndicatorCHannel

PCI

PhysicalCellID

PDSCH

PhysicalDownlinkSharedCHannel

PSS

PrimarySynchronizationSignal

RE

ResourceElement

REG

ResourceElementGroup

SI

SchedulingInformation

SIB

SystemInformationBlock

SSS

SecondarySynchronizationSignal

UE

UserEquipment（alsocalledamobilestation）

1.6.参考文献

[1]3GPPTS36.321:

"EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess（E-UTRA）;MediumAccessControl（MAC）protocolspecification".

[2]3GPPTS36.211:

"EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess（E-UTRA）;PhysicalChannelsandModulation".

[3]3GPPTS36.331:

"EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess（E-UTRA）;RadioResourceControl（RRC）protocolspecification".

[4]王映民，孙韶辉。

“TD-LTE技术原理与系统设计”。

人民邮电出版社，2010.6。

2.小区搜索流程

UE开机、脱网或切换过程中需要进行小区搜索，小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速、准确地接入系统。

UE首先获取与基站之间时间和频率同步，识别小区ID。

然后接收小区系统信息，包括MIB、SIB1及其他SIB等，完成小区搜索过程。

如图21所示是小区搜索流程，其基本过程是：

UE开机以后扫描可能存在小区的中心频点，然后在扫描到的中心频点上接收主同步信号（PrimarySynchronizationSignal，简记PSS）和（SecondarySynchronizationSignal，简记SSS），获得时隙和帧同步、CP类型、粗频率同步以及物理小区ID（PhysicalCellID，简记PCI）。

获取PCI以后就能知道下行公共参考信号传输结构，可通过解调参考信号获得时隙与频率精确同步。

接下来就可以接收MIB、SIB，完成小区搜索过程。

下面分步详细介绍小区搜索流程。

图21：

小区搜索流程示意图

2.1.UE扫描中心频点

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，则很可能要全频段搜索，发现信号较强的频点，再去尝试驻留。

需要指出的是UE进行全频段搜索时，在其支持的工作频段内以100kHz为间隔的频栅上进行扫描，并在每个频点上进行主同步信道检测。

这一过程中，终端仅仅检测1.08MHz的频带上是否存在主同步信号，这是因为PSS在频域上占系统带宽中央1.08MHz，有关PSS的详细信息见第2.2节。

2.2.检测PSS

2.2.1.PSS简介

PSS序列

是频域Zadoff-Chu序列，由下式产生：

（1）

其中，Zadoff-Chu根序列索引u由表格21给出。

表格21：

产生PSS的根索引

Rootindex

0

25

1

29

2

34

PSS映射在时域上：

ØFDD系统：

#0子帧和#5子帧第一个时隙的最后一个OFDM符号。

ØTDD系统：

#1子帧和#6子帧第三个OFDM符号。

PSS映射在频域上位于频率中心的1.08M的带宽上，包含6个RB，72个子载波。

实际上，只使用了频率中心周围的62个子载波，两边各留5个子载波用做保护波段，如图22所示。

图22：

同步信号频域分布

2.2.2.检测PSS

检测PSS的基本原理是使用本地序列和接收信号进行同步相关，进而获得期望的峰值，根据峰值判断出同步信号位置。

检测出PSS可首先获得小区组内ID，即

。

PSS每5ms发送一次，因而可以获得5ms时隙定时。

可进一步利用PSS获取粗频率同步。

2.3.检测SSS

2.3.1.SSS简介

SSS由两个长度为31的m序列交叉级联得到的长度为62的序列，此级联序列由PSS提供的加扰序列加扰。

前半帧的SSS交叉级联方式与后半帧的SSS交叉级联方式相反，如公式

（2）所示：

（2）

a）其中,

。

和

由物理层小区标识组

依据公式（3）产生：

（3）

b）序列

和

由m序列

根据公式（4）循环移位得到：

（4）

其中，

，

定义如下：

（5）

初始值为

。

c）两个加扰序列

和

依靠PSS产生，是m序列

的两种不同循环移位，具体定义如下：

（6）

其中

，

定义如下：

（7）

初始值

。

d）加扰序列

和

由m序列

循环移位得到：

（8）

其中，

和

即为公式（3）产生值。

，

，

定义如下：

（9）

初始值为

。

SSS映射在时域上：

ØFDD系统：

#0子帧和#5子帧第一个时隙的倒数第二个OFDM符号。

ØTDD系统：

#0子帧和#5子帧最后一个OFDM符号。

SSS映射在频域上与PSS一样位于频率中心的1.08M的带宽上，包含6个RB，72个子载波。

实际上，只使用了频率中心周围的62个子载波，两边各留5个子载波用做保护波段，如图22所示。

2.3.2.检测SSS

对于FDD和TDD系统，PSS和SSS之间的时间间隔不同，CP的长度（常规CP或扩展CP）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。

检测到SSS以后可获知如下信息：

ØCP的长度和系统采用FDD或TDD随着SSS的盲检成功而随之确定。

Ø可以获得小区组ID，即

。

综合PSS，根据

=3

+

可获得PCI。

Ø由2.3.1节所述可知，SSS由两个伪随机序列组成，前后半帧映射相反，检测到两个SSS就可以获得10ms定时，达到了帧同步目的。

2.4.解调下行公共参考信号

通过检测到的物理小区ID，可以知道CRS的时频资源位置。

通过解调参考信号可以进一步精确时隙与频率同步，同时为解调PBCH做信道估计。

2.5.解调PBCH

经过前述四步以后，UE获得了PCI并获得与小区精确时频同步，但UE接入系统还需要小区系统信息，包括系统带宽、系统帧号、天线端口号、小区选择和驻留以及重选等重要信息，这些信息由MIB和SIB承载，分别映射在物理广播信道（PhysicalBroadcastCHannel，PBCH）和物理下行共享信道（PhysicalDownlinkSharedCHannel，PDSCH）。

本小节着重叙述解调PBCH获取MIB部分，解调PDSCH获取SIB的过程在第2.6节详细叙述。

2.5.1.PBCH简介

如图23所示，在时域上PBCH位于在一个无线帧内#0子帧第二个时隙（即Slot1）的前4个OFDM符号上（对FDD和TDD都是相同的，除去参考信号占用的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），全部占用带宽内的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中每一个内容相同，且都能够独立解码，首次传输位于SFNmod4=0的无线帧。

图23：

MIB传输示意图

MIB携带系统帧号（SFN）、下行系统带宽和PHICH配置信息，隐含着天线端口数信息。

下面分别介绍：

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（R10）最多支持1.4M到20M系统带宽，对应的资源块数如下图所示：

表格22：

系统带宽与资源块对应关系

系统带宽（MHz）

1.4

3

5

10

15

20

6

15

25

50

75

100

2）PHICH配置信息

在PBCH中使用1bit指示PHICH的长度，分正常长度（1个OFDM符号）和扩展长度（2或3个OFDM符号）两种形式，如表格23（见参考文献[2]中Table6.9.3-1）所示。

用2bit指示PHICH使用的频域资源，即PHICH组的数量，

，对应PHICH组数为1、2、4、7。

常规CP情况下8个ACK/NACKbit构成一个PHICH组。

扩展CP情况下4个ACK/NACKbit构成一个PHICH组。

表格23：

PHCIH在MBSFN和非MBSFN子帧上的持续时间

PHICHduration

Non-MBSFNsubframes

MBSFNsubframes

onacarriersupportingPDSCH

Subframes1and6incaseofframestructuretype2

Allothercases

Normal

1

1

1

Extended

2

3

2

3）系统帧号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，后两位通过PBCH在40ms周期窗口内的相对位置确定：

第一个10ms帧为00，第二帧为01，第三帧为10，第四帧为11。

UE可通过盲检测确定PBCH的40ms周期窗口。

4）系统天线端口数

系统的天线端口数目隐含在PBCH的循环冗余码（CyclicRedundancyCode，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（AttennaPorts），CRC与天线端口数对应关系如表格24所示。

表格24：

CRC掩码序列与天线端口对应关系

基站的天线端口数配置情况

PBCHCRC掩码序列

1

<0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0>

2

<1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1>

4

<0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1>

2.5.2.解调PBCH

PBCH中承载的MIB信息由上述三种信息组成（隐含信息不算在内）：

系统带宽3bit、PHICH配置信息3bit、系统帧号SFN8bit，有用信息共14bit，再加10bit空闲bit，共24bit。

PBCH信道处理流程如图24所示，BCCH传输块添加16bitCRC校验以后变为40bit，然后经过信道编码、速率匹配得到的信息比特在常规CP下为1920bit，在扩展CP下为1728bit。

在进行QPSK调制前用一个小区专属的序列（即与PCI相关）进行加扰。

加扰后的比特流经过QPSK调制成为信息符号进行层映射和预编码操作，这个过程是与多天线相关的。

层是空间中能够区分的独立信道，与信道环境相关，层映射是把调制好的数据符号映射到层上。

然后每一层的数据进行预编码操作，相当于在发送端做了一个矩阵变化，使信道正交化，以获得最大的信道增益。

最后一步是资源映射，是实现数据到实际物理资源上的映射，如第2.5.1节所述，PBCH在每个无线帧内#0子帧第二个时隙（即Slot1）的前4个OFDM符号上传输。

在频域上，PBCH占据系统带宽中央的1.08MHz（DC子载波除外）。

UE在完成同步信号PSS和SSS的接收及下行参考信号的解调后，就可以知道PBCH的时频位置了，可以按照上述编码与调制方式进行解调PBCH获取MIB信息。

图24：

PBCH信道处理流程

2.6.解调PDSCH

要完成小区搜索，仅仅接收MIB是不够的，还需要接收SIB，即UE接收承载在PDSCH上的BCCH信息。

UE在接收SIB信息是首先接收SIB1信息。

SIB1采用固定周期的调度，调度周期80ms。

第一次传输在SFN满足SFNmod8=0的无线帧上#5子帧传输，并且在SFN满足SFNmod2=0的无线帧（即偶数帧）的#5子帧上传输，如图25所示。

图25：

SIB1传输示意图

除SIB1以外，其它SIB通过系统信息（SI，SchedulingInformation）进行传输，如图26所示。

每个SIBx与跟唯一的一个SI消息相关联，这个SI消息有一个周期，是针对SI-window来说的周期，例如图26中的蓝色SI消息和黄色SI消息表示两个不同周期的SI消息。

SI-window的周期是以子帧为单位的，在TS36.331协议[3]6.2.2节中定义SystemInformationBlockType1中给出{rf8,rf16,rf32,rf64,rf128,rf256,rf512}几种可能，即8个无线帧，16个无线帧等等。

一个SI消息可以包含多个具有相同周期的SIB，这里的周期是指SIB对应的SI-window周期，并且不同SI消息的SI-window相互不重叠。

图26：

SI调度示意图

关于SI-window长度问题，所有的SI消息，SI-window的长度是一样的，如图26所示。

SI-window长度是可以配置的，在TS36.331协议[3]6.2.2节中定义的SystemInformationBlockType1中给出了{ms1,ms2,ms5,ms10,ms15,ms20,ms40}几种可能，表示SI-window长度为1ms，2ms……最大40ms。

在这个时间窗内，除去MBSFN子帧、TDD上行子帧和发送SIB1的子帧，其余子帧都可以发送SI消息，且可以发送多次，具体由eNB决定。

SI-window的起始时间由当前SI消息在SIB1中的schedulingInfoList中的序号n、SI-window长度w以及周期T相关，具体参考TS36.331协议[3]5.2.3节，现简述如下：

先根据x=（n–1）*w得到一个整数值，则SI-window开始于子帧#a，其中a=xmod10，对应无线帧为SFNmodT=FLOOR（x/10）。

SI-window结束时间由起始时间和长度w决定。

下面以SIB2和SIB5为例。

SIB2默认映射在schedulingInfoList中的第1个SI消息，因此序号n=1，假设SI-window长度为w=2ms，周期是8个无线帧即T=8。

那么x=（1-1）*2=0，a=0mod10=0，那么SI-window起始时间是#0子帧，对应无线帧为SFNmod8=FLOOR（0/10）=0，也就起始时间是在系统帧号是8的整数倍的无线帧上的0号子帧上，结束时间是1号子帧。

假设SIB5映射在schedulingInfoList中的第3个SI消息，因此序号n=3，SI-window长度仍然是w=2ms，周期是16个无线帧，即T=16。

那么x=（3-1）*2=4，a=4mod10=4，那么SI-window起始时间是#4子帧，对应无线帧为SFNmod16=FLOOR（4/10）=4，也就起始时间是在系统帧号是除以16余4的无线帧上的4号子帧上，结束时间是5号子帧。

图27：

接收SIB流程

SIB1和SI的传输通过携带SI-RNTI（SI-RadioNetworkTemporaryIndicator，系统专用的RNTI）的PDCCH调度完成，UE从PDCCH（详见TS36.321[1]）上解码的SI-RNTI中获得具体的时域调度（其它信息，比如频域调度、使用的传输格式）。

解调PDSCH获取SIB的流程如图27所示，具体来说是首先接收物理控制格式指示信道（PhysicalControlFormatIndicatorCHannel，PCFICH）以获知当前子帧中控制区域大小（即控制区域占几个OFDM符号），然后解调PDCCH获得SIB的调度信息，接着UE按照调度信息解调PDSCH获得SIB。

重复这一获取过程，直至UE高层协议栈认为已经获得足够的系统信息，至此完成小区搜索。

下面分步介绍获取SIB流程。

2.6.1.接收PCFICH

PCFICH承载的是控制格式指示（ControlFormatIndicator，CFI），CFI大小是2bit，用来指明PDCCH在子帧内所占用符号个数，见表格25（TS36.211[2]，Table6.7-1）。

表格25：

控制区域大小（OFDM符号数）

子帧号

较大带宽情况下（

）的控制区域大小

较小带宽情况下（

）的控制区域大小

TDD子帧1和子帧6

1,2

2

在支持PDSCH的载波上的MBSFN子帧，配置1或2小区专属天线端口情况下

1,2

2

在支持PDSCH的载波上的MBSFN子帧，配置4小区专属天线端口情况下

2

2

在不支持PDSCH的载波上的子帧

0

0

配置了定位参考信号的非MBSFN子帧（除了TDD子帧6）

1,2,3

2,3

其他情况

1,2,3

2,3,4

图28：

PCFICH信道处理流程

PCFICH信道处理流程如图28所示。

2bitCFI经（32，2）的块编码变成32bit，进行小区级的加扰以及QPSK调制变成16个信息符号，映射到第一个OFDM符号的4个资源单元组（ResourceElementGroup，REG，4个非CRSRE组成一个REG）上。

这样映射的原因是，UE需要先知道控制区域的大小，才能进行相应的数据解调，因此PCFICH始终映射在子帧的第一个OFDM符号上。

为了保持PCFICH接收的正确性，4个REG的位置均匀分布在第一个控制符号上，相互之间相差1/4带宽，通过这种频率分集增益来保证PCFICH的接收性能。

另外，为了随机化小区间的干扰，第1个REG的位置取决于小区ID，如图29所示，详见TS36.211第6.7节[2]。

PCFICH使用与发送PBCH相同的发送天线配置。

图29：

PCFICH传输示意图

由上述映射可知，在第2.1节到第2.5节所述的步骤基础上，已获得PCI和PBCH的发送天线配置，因而可以解调PCFICH，获得控制区域所占符号数，达到本步骤的目的。

2.6.2.判断是否存在SIB

在控制区域内的公共搜索空间里搜索PDCCH并做译码。

目的是检测PDCCH的CRC中的RNTI以判断在PDSCH中是否存在SIB信息。

PDCCH的传输带宽内可以同时包含多个PDCCH。

每个PDCCH中，包含16bit的CRC校验。

CRC使用和UE相关的Identity进行扰码，可以用来进行扰码的UEIdentity包括有：

C-RNTI，SPS-RNTI，以及公用的SI-RNTI，P-RNTI和RA-RNTI等。

PDCCH中承载的是下行控制信息（DownlinkControlInformation，DCI），包含一个或多个UE上的资源分配和其他的控制信息。

在LTE中上下行的资源调度信息（调制编码方式（ModulationandCodingScheme，MCS）,资源分配等信息）都是由PDCCH来承载的。

一般来说，在一个子帧内，可以有多个PDCCH。

UE需要首先解调PDCCH中的DCI，然后才能够在相应的资源位置上解调属于UE自己的PDSCH（包括广播消息，寻呼，UE的数据等）。

1）PDCCH信道处理流程

PDCCH资源映射的基本单位是控制信道单元（ControlChannelElement，CCE），CCE是一个逻辑单元，1个CCE包含9个连续的REG，假设没有分配给PCFICH和PHICH的REG数目表示为

，则系统中可用的CCE从0到

计数，

。

PDCCH格式是PDCCH在物力资源上的映射格式，与PDCCH的内容不相关。

1个PDCCH在1个或几个连续的CCE上传输，PDCCH有四种格式，对应的CCE个数是1、2、4、8，见表格26。

表格26：

PDCCH格式与资源占用

PDCCH格式

CCE个数

REG个数

PDCCH比特数

0

1

9

72

1

2

18

144

2

4

36

288

3

8

72

576

PDCCH采用什么样的聚合等级进行传输是由基站决定的，取决于负载量和信道条件等因素。

当负载量比较大时，可能就需要采用比较高的聚合度；当信道条件比较恶劣时，比如边缘用户小区，为了保证接收性能，也会采用较高的聚合等级进行传输。

1个PDCCH含有整数个CCE，由于所有用户的下行控制信道映射在同一视频资源区域，因此为了减少处理的复杂度，对于PDCCH的资源映射有一定的限制，即含有

个CCE的PDCCH起点在

的整数倍CCE上，如图210所示。

图210：

PDCCH起始位置示意图

PDCCH的处理流程如图211所示。

控制信息源比特首先添加CRC，CRC是由RNTI加扰的，长度16bit。

对于不同的控制信息比特用途，RNTI的类型不同。

对于传输公共控制信息的DCI，用RA-RNTI（随机接入）、SI-RNTI（系统信息传输）、P-RNTI（寻呼）、TPC-RNTI（功控）等加扰，而对于传输针对单个用户的DCI，用SPS-C-RNTI（半持续调度）、C-RNTI进行加扰。

添加完CRC后，经过信道编码、速率匹配等操作，多个PDCCH复用一起传输，所有的PDCCH的比特序列顺序连接起来，然后和加扰序列求模2和。

为了确保PDCCH的长度满足实际的映射长度，在加扰之前可以填充一定的NULL比特。

加扰后的比特进行QPSK调制、层映射和预编码等相关操作，最后成为天线端口上的复值数据符号，资源单元的映射是基于4个复值符号构成的一组进行操作的。

为了增加分集增益以及干扰随机化