LTE物理层过程

小区搜索过程随机接入过程功率控制LTE物理层过程主要内容为什么要进行小区搜索UE通过小区搜索过程完成下行时间和频率的同步，并识别小区id。完成小区初搜后，UE接收基站发出的广播信息，获取系统信息。小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速，准确的接入系统。小区搜索流程小区搜索流程小区搜索流程——两步法同步LTE系统中采用分级的同步信号结构来实现小区搜索的功能，即规定了主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。LTE系统中最大可以支持504个物理层小区，每个小区分配一个小区标识𝑁𝐼𝐷cell，0~503。这些小区标识平均分成168组，每组分配一个组标识𝑁𝐼𝐷(1)，0~167。每个组标识对应一个辅同步码（SSS）。每个小区组内包括3个物理层小区，每个小区分配一个扇区标识𝑁𝐼𝐷(2)，0~2。每个扇区标识对应一个主同步码(PSS)。所以,根据检测到的主、辅同步信号就可以判断小区标识。小区搜索流程“两步法同步”是指首先通过PSS获得符号级同步，得到扇区标识𝑁𝐼𝐷(2)。在符号同步基础上,通过SSS获得无线帧同步，得到小区组标识𝑁𝐼𝐷(1)。——两步法同步小区搜索流程第一步：UE开机后如果保存了上次关机时的频点和运营商信息，会首次在上次驻留的小区上进行尝试。如果UE在扫描的中心频点上没有发现小区，就会在划分给LTE系统的频带上做全频带扫描。当UE确定了中心频点以后，就在这个中心频点周围收PSS，PSS信号被接收到后，可以得到小区的𝑁𝐼𝐷(2)。但是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5ms时隙同步。第二步：UE在完成5ms时隙同步后，在PSS基础上向前搜索SSS。。UE在检测到SSS之前，还不知道该小区是工作在FDD还是TDD模式下。如果UE同时支持FDD和TDD，则会在2个可能的位置上去尝试解码SSS。如果在PSS的前一个symbol上检测到SSS，则小区工作在FDD模式下；如果在PSS的前3个symbol上检测到SSS，则小区工作在TDD模式下。如果UE只支持FDD或TDD，则只会在相应的位置上去检测SSS，如果检测不到，则认为不能接入该小区。小区搜索流程小区搜索流程检测到SSS后就可以确定10ms的边界，实现帧同步，同时SSS携带𝑁𝐼𝐷(1)参数，再有之前的PSS携带的𝑁𝐼𝐷(2)参数，根据至此UE可以得知完整的小区PCI。第三步：UE在获得帧同步后可以通过解调参考信号完成时隙与频率的精确同步，同时为解调物理广播信道（PBCH）做信道估计。PBCH一共24bit信息，其中3bit用于指示6种可能带宽，3bit用于说明PHICH配置，8bit用于广播系统帧号，预留10bit的空闲位。另外，系统的天线端口数隐含在PBCH的CRC中，所以通过解调PBCH，可以得到系统帧号、带宽信息、PHICH的配置以及天线配置，这些系统信息，称为MIB（主信息块）。小区搜索流程最后：在接收了PBCH后，UE已经完成了与eNodeB的定时同步，但是完成最终的小区搜索还需要进一步接收通过DL-SCH传输的不同系统信息块（SIB）。一个子帧中有关DL-SCH的系统信息的出现与否是通过被标记为特别系统信息RNTI(SI-TNTI)的相关PDCCH传输来指示的。为了接收SIB，首先要接收PCFICH，根据小区的PCI可以算出PCFICH在频域的起始位置和分布情况，对PCFICH解码后可以知道PDCCH的占用OFDM数目。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，由RRC来判断是否接收到足够的SIB，等接收到足够的SIB后结束整个小区搜索过程。小区搜索流程系统信息块（SIB）LTE定义了一系列的SIB，而这些SIB的特征是通过包含在其中的信息类型体现的：SIB1所包含的信息主要是关于终端是否被允许驻留到小区，其中包含小区运营商的信息。SIB1还包含了TDD模式下上下行链路子帧分配以及特殊子帧配置方面的信息。SIB2包含终端接入小区所需的信息，有：上行链路小区带宽、随机接入参数、上行链路功率控制相关参数。SIB3主要包含关于小区重传的信息。SIB4~SIB8包含相邻小区信息（同载波以及不同载波相邻小区信息、相邻非LET小区信息）。SIB9包含家庭基站信息。附：SIB随机接入过程随机接入是UE与网络之间建立无线链路的必经过程。只有随机接入完成后，UE与eNodeB才能进行信息交互，完成诸如呼叫、资源请求、数据传输等操作。随机接入过程涉及物理层、MAC层、RRC层等多个协议层。物理层定义随机接入过程所需要的前导码（preamble）、PRACH信道资源、随机接入过程各消息的时序关系等;MAC层负责控制随机接入过程触发与实施；对于一些特殊的随机接入场景，例如切换过程中的随机接入，则需要RRC层的参与。随机接入过程分为：竞争模式随机接入和非竞争模式随机接入两种。竞争模式随机接入使用全部UE在任何时间都可以使用的Preamble码接入，如初始接入；非竞争模式随机接入是使用在一段时间仅有一个UE可以使用的Preamble码接入，它只发生在切换和收到下行数据的场景下。随机接入过程一、基于竞争模式的随机接入:(1)RRC_IDLE状态下的初始接入:(2)无线链路发生故障后的初始接入;(3)RRC_CONNECTED状态下，当有上行数据需要传输,但是又没有取得上行同步即处于“non-synchronized”状态时,UE需要发起上行随机接入过程进行上行数据的发送。随机接入过程二、基于非竞争模式的随机接入:(1)在处于RRC_CONNECTED状态时,当有下行数据传输,这时上行失步，因为数据的传输除了接收外，还需要ACK反馈，如果上行失步的话，eNB无法保证能够收到UE的确认信息，而此时下行还是同步的，因此可以通过下行消息告诉UE发起随机接入需要使用的资源，比如前导序列以及发送时机等，因为接入资源由基站通过下行信道发送给UE的,所以此时UE使用的上行接入资源不会产生冲突。(2)小区切换过程中的随机接入,在未与目的基站取得同步之前,UE不用先与当前连接的基站断开连接,可以通过当前连接的eNodeB发向目标eNodeB申请可以使用的资源。随机接入过程是否基于竞争取决与UE是否能够正确地监听基站发送的物理下行控制信道，如果可以，那么UE将能够正确的解析出基站配备给UE的上行发送资源；而如果不可以，那么只有通过使用共享的公共资源进行发起竞争的随机接入过程。随机接入过程竞争模式随机接入UE发送随机接入preamble随机接入响应(timing,ULresourceallocation,...)上行数据（调度的）传输冲突解决1234UEE-NodeB基于竞争模式的随机接入流程步骤一：UE发送随机接入前导序列。在发送上行接入前导序列之前，终端应该已经和系统下行同步好了，下行同步意味着UE获得了帧同步以及系统广播消息，但是上行并没有同步。UE随机选择一个Preamble码，在PRACH上发送，让eNB知道存在一个终端试图跟基站建立连接。竞争模式随机接入步骤二：当eNodeB检测到UE发送的前导序列，下行发送随机接入响应，随机接入响应中包含以下信息：Backoff(回退)参数（指示如果本次随接入失败，UE下次发起随机接入的时延最大值）;所收到的Preamble码的编号；所收到的Preamble码对应的时间调整量（用于MSG3上行传输定时提前量）；为该终端（MSG3）分配的上行资源位置指示信息；临时C-RNTI分配（小区级终端标识）。竞争模式随机接入步骤三：MSG3发送当UE收到来自eNodeB的随机接入响应（RAR），获得上行的时间同步和上行资源。但此时并不能确定此RAR消息是发送给UE自己而不是发送给其他的UE的，因为UE的前导序列是随机选择的，存在不同的UE选中了同一个前导序列的可能性，因此会出现随机接入冲突。为此UE需要通过随后的MSG3和MSG4消息,来解决这样的随机接入冲突。MSG3针对不同场景携带不同内容：初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求消息连接重建：携带RRC层生成的RRC重建请求消息切换：包含RRC层生成的RRC切换完成消息及UE的C-RNTI。上下行数据到达：至少传输UE的C-RNTI。竞争模式随机接入步骤四：竞争消除eNodeB向UE发MSG4，MSG4中携带UE竞争解决标识。每个终端均将下行数据中包含的冲突解决标识与其在MSG3中发送的标识进行对比，二者相同则判定为竞争解决成功。在竞争解决成功后，临时C_RNTI升级为UE的C_RNTI；否则用户将使用原有的小区内C-RNTI。竞争模式随机接入非竞争模式随机接入过程不会产生接入冲突，它是使用专用的接入前导进行随机接入的。适用于切换或有下行数据到达且需要重新建立上行同步时非竞争模式随机接入首先，eNodeB给UE分配一个特定的、不在基站广播公布的随机接入前导序列组中的随机接入前导序列；UE接收到这个前导序列后，在特定的时频资源发送指定的preamble序列；基站接收到随机接入序列后，发送随机接入响应，UE与eNodeB完成随机接入过程。非竞争模式随机接入非竞争模式随机接入过程功率控制为什么要进行功率控制?-CDMA系统中使用功率控制主要目的是降低系统自干扰。-OFDMA系统中，由于子载波之间具有良好的正交性，功率控制的主要目的是：降低功耗（上行）、降低小区间干扰（上下行）。LTE的功率控制分为上行功率控制和下行功率分配。说明：具体的有关LTE功率控制的内容详见另一张PPT！