LTE中小区搜索过程图解

雪啸晴 2016-06-14

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我们知道，在LTE系统中，UE使用小区搜索过程来识别小区，并获得下行同步，进而UE可以读取小区广播信息并驻留、使用网络提供的各种服务。此过程在初始接入和切换中都会用到。今天春天工作室试图对其中的某些关键部分进行梳理和解析，因文字描述起来篇幅浩大且不容易理解，故本文中更多采用贴图+注释的方式。

小区搜索的目的总结如下：

1）检测小区的物理层小区ID（Physical Cell-ID）

通过PSS和SSS检测获取小区ID

2）完成时间/频率同步

时间同步：获取10ms无线帧同步、40msPBCH TTI同步

频率同步：与eNodeB载波频率同步

3）下行CP模式检测：normal模式或者extended模式

4）检测eNodeB所用的发射天线端口数

5）读取PBCH（即MIB）

获取SFN、下行系统带宽、PHICH配置信息

6）根据不同场景，支持最强小区、多个小区和存储小区列表（Stored-InformationCell Search）等多种模式的小区搜索。

同步信号总是占用可用频谱的中间62个子载波（不考虑DC子载波）。不论小区分配了多大带宽，UE只需处理这62个子载波。同步信号具体来说，是由一个PSS信号和一个SSS信号组成。同步信号每个无线帧发送两次。见下图（TDD）。

规范定义了3个PSS，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对应。SSS信号有168种，与168个物理层小区标识组对应。故UE在获得了PSS和SSS信号后即可确定当前小区标识（cell id）。

下行参考信号用于更精确的时间同步和频率同步。（注意，此步是辅助性的。CRS的目的主要还是测量和信道估计）。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、FDD or TDD等。

更详细的过程描述如下：

1. UE上电之后，在可能存在LTE小区的中心频点上检测主同步信号PSS。UE以接收信号强度(具体取决与终端芯片的实现)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搜索PSS；如果没有，UE就要结合自己的频段支持能力，在划分给LTE系统的band上做全频段扫描，若发现信号较强的频点、就认为可能存在LTE小区、并去尝试匹配PSS；

2. 在这个中心频点周围收PSS（主同步信号）并进行码域的匹配，因为PSS占用了中心频带的6RB，因此这种设计可以兼容所有的系统带宽。 PSS信号以5ms为周期重复，在子帧#0发送，并且是ZC序列，具有良好的相关性。因此，UE将第1步中接收到的6RB上的总能量，用ZC序列进行码域的匹配，据此可以得到小区组里的小区ID，同时确定5ms的时隙边界。另外，在后面检测出来SSS之后，还通过检测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，由此可推断出是FDD还是TDD。但是，由于PSS是5ms重复的，5MS里的PSS完全相同，因此，在第2步中，还无法获得无线帧同步（10ms)，只能获得5MS定时；

3. 5ms时隙同步后，在PSS基础上搜索SSS，SSS由两个m序列级联而成，前后半帧的映射顺序正好相反，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，结合前面的PSS，就可以获得物理小区ID（CELL ID）。

4. 在获得下行同步以后，就可以读取PBCH了，通过上面两步还可以获得下行参考信号的结构(位置)，通过解调参考信号、可以进一步的精确的时隙与频率同步，同时CRS还可以为解调PBCH做信道估计。 PBCH在子帧#0的slot #1上发送，通过解调PBCH，可以得到系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置、天线数配置等。

另外，系统帧号SFN以及天线个数的设计，比较精巧: SFN位长为10bit，取值为0~1023。在PBCH的MIB中，只广播了SFN的前8位，而剩下的SFN的后2位，是根据该帧在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。而PBCH的40ms窗口、手机可以通过盲检确定的。

天线个数，是隐含在PBCH的CRC里面的。因为PBCH的位置固定，承载MIB内容，因而MIB不需要动态调度，所以PBCH的CRC16个比特，还可以再做点文章并加以利用的。基站是通过天线个数对应16比特的特征串（36211里定义），对PBCH的CRC部分进行加扰；反过来，UE又可以通过CRC部分的校验，推断出基站的天线端口的配置。—— 这就是MIB的内容里面，可以不需要携带天线端口数的原因。因为不需要携带。通过CRC能搞定。