UE开机流程详解-下行同步PBCHPDSCH解调

UE开机流程1、频率搜索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系统的频带范围内做全频段扫描，发现信号较强的频点去尝试需要指出的是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，问题点：如何通过PSS进行频域同步不管系统带宽是多少，PSS都在在系统带宽中间的6个RB上发送，在带宽内对称发送，所以通过解PSS可以获得频域同步。即通过PSS的频域位置进行频域同步。2、下行同步2.1PSS检测进行5MS时隙同步，检测小区组内ID然后在这个中心频点周围收PSS（主同步信号。对于TDD，PSS在slot2和slot12的第二个OFDM符号上；SSS在slot1和slot11的倒数第一个OFDM符号上。），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5ms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，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。2.2SSS检测进行10MS同步，检测小区组ID、帧同步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（CELLID），这样就可以进一步得到下行参考信号的结构信息。PSS在每个无线帧的2次发送内容一样，SSS每个无线帧2次发送内容不一样，通过解PSS先获得5ms定时，通过解SSS可以获得无线帧的10ms定时。因为先解析PSS获得5ms定时，在解析SSS时根据FDD和TDD其位置不同可以确定是FDD模式还是TDD模式。通过解PSS可以获得物理层小区ID，通过解SSS可以获得小区的组ID，二者组合就可以获得当前小区的物理小区ID。问题点1：为什么PSS只能5ms同步，SSS可以10ms同步首先，小区解调出PSS后，由于PSS在时域上的位置是固定的，因此UE又可以得到该小区的5mstiming（一个系统帧内有两个PSS，且这两个PSS的相同的，因此UE不知道解出的PSS是第一个还是第二个，所以只能得到5mstiming）。然后，盲检SSS，解出SSS后，也就确定了该SSS是位于子帧0还是子帧5，进而也就确定了该系统帧中子帧0所在的位置，即10mstiming。问题点2：为什么先检PSS后检SSSPSS是ZC序列，自相关性和互相关性都很好。另外，PSS序列只有3个，在检测时只需要3次相关运算就能确定是哪一个PSS码。SSS是二进制的M序列，相关性比ZC序列稍微差一些。另外，SSS序列有168个，需要做168次相关才能确定是哪一个SSS码。所以PSS的检测要比SSS快，在PSS检测完成以后，我们也就得到了1ms和10ms的边界，这是SSS就不是每个TS都去检测了小区PCI：PCI=PSS+3*SSS网络制式（TDD/FDD）：根据SSS时隙位置CRS及其时频位置：小区专属参考信号在天线端口0~3上发送，PCI与小区专属参考信号的产生，位置等都有着相关性系统帧中子帧0所在的位置:PSS、SSS时隙位置CP配置(是NormalCP还是ExtendedCP):SSS的确切位置还和CP（CyclicPrefix）的长度有关3、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。4、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）。获得系统带宽，PHICH资源、天线数、SFN（系统帧号）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（系统帧数）位长为10bit，也就是取值从0-1023循环。在PBCH的MIB（masterinformationblock）广播中只广播前8位，剩下的两位根据该帧在PBCH40ms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进行异或至此，UE实现了和ENB的定时同步（MIB传输周期为40ms，在一个周期内，PBCH信道分布在每个无线帧的#0子帧内，占据第二个slot的前4个符号位置；频域与PSS和SSS信号一样，占据中心的1.08MHz，即频域中心的6RB）4.1PBCH简介如图0-1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。SFN012345678周期1周期2时隙0时隙1OFDM符号MIB无线帧=10ms子帧=1ms频域：带宽中央1.08MHz（72个子载波）图0-1：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0-1：系统带宽与资源块对应关系系统带宽（MHz）1.435101520RBN6152550751002）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0-2（见参考文献错误!未找到引用源。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，{1/4,1/2,1,2}gN，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0-2：PHCIH在MBSFN和非MBSFN子帧上的持续时间PHICHdurationNon-MBSFNsubframesMBSFNsubframesonacarriersupportingPDSCHSubframes1and6incaseofframestructuretype2AllothercasesNormal111Extended2323）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0-3所示。表格0-3：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10,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,021,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,140,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,14.2解调PBCHPBCH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0-2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0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。添加CRC加扰QPSK调制预编码与层映射资源映射BCCH传输块40bit……0速率匹配信道编码……0……0……0无线帧4K无线帧4K+1无线帧4K+2无线帧4K+3…………图0-2：PBCH信道处理流程5、解调PDSCH接受SIB消息要完成小区搜索，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（系统信息模块），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信道域的公共搜索空间里查找发送到SI-RNTI（无线网络标识符）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0-3所示。SFN0246810121416周期1周期2无线帧#0无线帧#101234567899876543210子帧SIB1图0-3：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0-4所示。每个SIBx与跟唯一