LTE同步与小区搜索

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1、1.3 同步与小区搜索1.3.1 LTE 小区搜索过程UE 使用小区搜索过程识别并获得小区下行同步，从而可以读取小区广播信息。此过程在初始接入和切换中都会用到。为了简化小区搜索过程，同步信道总是占用可用频谱的中间 63 个子载波。不论小区分配了多少带宽，UE 只需处理这 63 个子载波。UE 通过获取三个物理信号完成小区搜索。这三个信号是 P-SCH 信号、S-SCH 信号和下行参考信号（导频） 。一个同步信道由一个 P-SCH 信号和一个 S-SCH 信号组成。同步信道每个帧发送两次。规范定义了 3 个 P-SCH 信号，使用长度为 62 的频域 Zadoff-Chu 序列。每个 P-SCH

2、 信号与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识对应。S-SCH 信号有 168 种组合，与 168个物理层小区标识组对应。故在获得了 P-SCH 和 S-SCH 信号后 UE 可以确定当前小区标识。下行参考信号用于更精确的时间同步和频率同步。完成小区搜索后 UE 可获得时间 /频率同步，小区 ID 识别， CP 长度检测。S S SD L - R SP B C HP S S5 m s 时隙同步 ， C E L L I D1 0 m s 帧同步 ， C E L L G r o u p I D时隙与频率精确同步系统带宽 、 P H I C H 资源 、 天线数 ， S F NP D S C H接收

3、 S I B 消息小区搜索过程1. UE 开机，在可能存在 LTE 小区的几个中心频点上接收信号（PSS ） ，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 保存了上次关机时的频点和运营商信息，则开机后会先在上次驻留的小区上尝试；如果没有，就要在划分给 LTE 系统的频带范围做全频段扫描，发现信号较强的频点去尝试；2. 然后在这个中心频点周围收 PSS（主同步信号） ，它占用了中心频带的 6RB，因此可以兼容所有的系统带宽，信号以 5ms 为周期重复，在子帧#0 发送，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，据此可以得到小区组里小区 ID，同时确定 5m

4、s 的时隙边界，同时通过检查这个信号就可以知道循环前缀的长度以及采用的是 FDD 还是 TDD（因为 TDD 的 PSS 是放在特殊子帧里面的位置有所不同，基于此来做判断）由于它是 5ms 重复，因为在这一步它还无法获得帧同步；3. 5ms 时隙同步后，在 PSS 基础上向前搜索 SSS，SSS 由两个端随机序列组成，前后半帧的映射正好相反，因此只要接收到两个 SSS 就可以确定 10ms 的边界，达到了帧同步的目的。由于 SSS 信号携带了小区组 ID，跟 PSS 结合就可以获得物理层 ID（CELL ID） ，这样就可以进一步得到下行参考信号的结构信息。4. 在获得帧同步以后就可以读取 P

5、BCH 了，通过上面两步获得了下行参考信号结构，通过解调参考信号可以进一步的精确时隙与频率同步，同时可以为解调 PBCH 做信道估计了。PBCH 在子帧#0 的 slot #1 上发送，就是紧靠 PSS，通过解调 PBCH，可以得到系统帧号和带宽信息，以及 PHICH 的配置以及天线配置。系统帧号以及天线数设计相对比较巧妙: SFN 位长为 10bit，也就是取值从 0-1023 循环。在 PBCH 的 MIB 广播中只广播前 8 位，剩下的两位根据该帧在 PBCH 40ms 周期窗口的位置确定，第一个10ms 帧为 00，第二帧为 01，第三帧为 10，第四帧为 11。PBCH 的 40ms

6、 窗口手机可以通过盲检确定。而天线数隐含在 PBCH 的 CRC 里面，在计算好 PBCH 的 CRC 后跟天线数对应的 MASK 进行异或。5. 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，因为 PBCH 只是携带了非常有限的系统信息，更多更详细的系统信息是由 SIB 携带的，因此此后还需要接收 SIB，即 UE 接收承载在 PDSCH 上的 BCCH 信息。为此必须进行如下操作：1. 接收 PCFICH，此时该信道的时频资源可以根据物理小区 ID 推算出来，通过接收解码得到 PDCCH 的 symbol 数目；2. 在 PDCCH 信道域的公共搜

7、索空间里查找发送到到 SI-RNTI 的候选 PDCCH，如果找到一个并通过了相关的 CRC 校验，那就意味着有相应的 SIB 消息，于是接收 PDSCH，译码后将 SIB 上报给高层协议栈；3. 不断接收 SIB，上层（RRC ）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。1.3.2 同步信号有 504 个唯一的物理层小区 ID。这些物理层小区 ID 分为 168 个唯一的物理层小区 ID组。每组包含三个唯一小区 ID。每个物理层小区 ID 仅仅属于一个物理层小区 ID 组。一个物理层小区 ID ，由标识号 （范围为 0-167）和标识号 （范围为

8、(2)ID(1)IcelID3N(1)IDN(2)IDN0-2）定义，分别代表物理层小区 ID 组和物理层小区 ID 组中的物理层 ID。0 1 2 3 4 5 6 7 8 931子 载 波31子 载 波5子 载 波 预 留5子 载 波 预 留主 同 步 信 号 （ PSS)辅 同 步 信 号 （ SSS）slot #0 slot #10主辅同步信号分布1.3.3 主同步信号主同步信号占用 slot#0 和 slot10 的最后一个 symbol 的 72 个 RE，它有 ZC 序列构成，序列长 63，但是 PSC 序列为 62（中间去除 DC，直流子载波） 。总共有三个 PSC 序列，分别对

9、应不同的小区，这三个序列的根序列号分别为：M=n1 , M=N-n1 , M=n2 (N=63, n1 =29, n2 =25, N-n1 =34)中间的第 32 个符合打掉，同时两边预留 10 个子载波做保护带，它包含了一部分的参考信号配置信息。这样的设置主要是考虑不同系统带宽下的兼容性，无论在那种带宽下，UE都只需要接频带中心的 6 个 RB 上的这些 ZC 序列就可以了。1.3.3.1 序列生成主同步信号的序列 由频域 Zadoff-Chu 序列生成，根据下面的公式：)(nd61,.320)(63)2(1nenujju其中 Zadoff-Chu 根序列索引 由表 3.11.1.1-1 给

10、出，同时也跟小区 ID 号对应，表 3.11.1.1-1 主同步信号的根索引(2)IDN根索引 u0 251 292 341.3.3.2 PSS 资源映射主同步信号不考虑天线端口的问题，也就是不存在它与某一个天线端口对应，所有只存在一个实例，无论采用多少个天线端口。序列 按照如下的公式应映射到资源粒子上： nd 23161,.0 ,RBscDL, Nnkdal对幀格式 1，主同步信号应该映射到时隙 0 和 10 的最后一个 OFDM 符号。其中满足下式的用于主同步信号传输的资源粒子 被预留起来不使用： ),(lk6,.321,.45RBscDLnN主同步信号的映射示意图1.3.4 辅同步信号1

11、.3.4.1 序列生成辅同步信号的序列 是由两个长度为 31 位的序列组成的交织串，该序列用一)61(),.0d个主同步信号给定的扰码序列加扰。辅同步信号的两个长 31 的序列的结合顺序在子幀 0 和子幀 5 上不同的，由下式定义5 subframein )( 0)12( i sfr)()(10001zcnsndsm其中 ，这样当 UE 接收到 10ms 里的两份内容时，由于前后映射时反转的，就能30n够获得 10ms 的帧同步了。索引 和 由物理层小区 ID 组 产生，根据为0m1(1)IDN30,302)1(,2)1(od3od (1)ID(1)ID1)ID0 qqqN其中描述的输出列于表

12、 3.11.2.1-1.两个序列 和 定义为 m 序列 的两个不同循环移位获得：)(0nsm)(1s)(ns31od)()(100nss其中， ， 定义如下2)(ixis3i 250 ,2mod)(2()5( iixiix初始值 14,3,0,1,0)( x两个扰码序列 和 由主同步信号决定，且由 m 序列 的两个不同循环移位产生：)nc( )(nc)31od()2(ID10Nnc其中 为物理层小区 ID 组 中的物理层 ID， ， 定义如2,10)(IDN(1)I )(21)(ixic30i下50 ,2mod)(3()5( iixiix初始值 1)4(,02,1,0)( x扰码序列 和 由

13、m 序列 的一个循环移位定义： )(0nzm)(1znz)31od)8(0)(10)(1nzzm其中 和 从表 3.11.2.1-1 中得到， ， ，由下式定义：01 )(2)(ixi30i25 ,mod1)4()5( iiiixiix初始值 。)4(,0)3(,2,01,)0 x表 3.11.2.1-1 物理层小区 ID 组 合索引 ， 之间的映射(1)IDN01(1)IDN0m1()IDN0m1()IDN0m1()IDN0m1()IDN0m10 0 1 34 4 6 68 9 12 102 15 19 136 22 271 1 2 35 5 7 69 10 13 103 16 20 137

14、 23 282 2 3 36 6 8 70 11 14 104 17 21 138 24 293 3 4 37 7 9 71 12 15 105 18 22 139 25 304 4 5 38 8 10 72 13 16 106 19 23 140 0 65 5 6 39 9 11 73 14 17 107 20 24 141 1 76 6 7 40 10 12 74 15 18 108 21 25 142 2 87 7 8 41 11 13 75 16 19 109 22 26 143 3 98 8 9 42 12 14 76 17 20 110 23 27 144 4 109 9 10 4

15、3 13 15 77 18 21 111 24 28 145 5 1110 10 11 44 14 16 78 19 22 112 25 29 146 6 1211 11 12 45 15 17 79 20 23 113 26 30 147 7 1312 12 13 46 16 18 80 21 24 114 0 5 148 8 1413 13 14 47 17 19 81 22 25 115 1 6 149 9 1514 14 15 48 18 20 82 23 26 116 2 7 150 10 1615 15 16 49 19 21 83 24 27 117 3 8 151 11 171

16、6 16 17 50 20 22 84 25 28 118 4 9 152 12 1817 17 18 51 21 23 85 26 29 119 5 10 153 13 1918 18 19 52 22 24 86 27 30 120 6 11 154 14 2019 19 20 53 23 25 87 0 4 121 7 12 155 15 2120 20 21 54 24 26 88 1 5 122 8 13 156 16 2221 21 22 55 25 27 89 2 6 123 9 14 157 17 2322 22 23 56 26 28 90 3 7 124 10 15 158 18 2423 23 24 57 27 29 91 4 8 125 1