【HAPPY LTE 一】PBCH检测和系统消息读取 - MSCBSC 移动通信论坛

zhouyingchuan52

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#1

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发表于 2015-04-21 23:00:30 只看楼主

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小区搜索过程之后，UE已经与小区取得下行同步，得到小区的PCI（Physical Cell ID）以及检测到系统帧的timing（即10ms timing）。接着，UE需要获取到小区的系统信息（System Information），这样才能知道该小区是如何配置的，以便接入该小区并在该小区内正确地工作。小区会不断地广播这些系统信息。
系统信息是小区级别的信息，即对接入该小区的所有UE生效。系统信息可分为MasterInformationBlock（MIB）和多个SystemInformationBlock（SIB），每个系统信息包含了与某个功能相关的一系列参数集合。系统信息类型包括：图2-1

图2-1 MIB和SIB消息信道映射

[attach]319526[/attach]
小区是通过逻辑信道BCCH向该小区内的所有UE发送系统信息的。
从图2-1可以看出，逻辑信道BCCH会映射到传输信道BCH和DL-SCH。其中，BCH只用于传输MIB信息，并映射到物理信道PBCH；DL-SCH用于传输各种SIB信息，并映射到物理信道PDSCH。
各种系统消息归类如图2-2
图2-2 各种系统消息归类
[attach]319527[/attach]
并不是所有的SIB都必须存在。例如对于运营商部署的基站而言，就不需要SIB9；如果某小区不提供MBMS，就不需要SIB13。
有3种类型的RRC消息用于传输系统信息：MIB消息、SIB1消息、一个或多个SI消息。如图2-3
图2-3 3种发送系统消息类型
[attach]319528[/attach]
PBCH物理层过程
l
PBCH只携带MIB消息
l
PBCH使用QPSK调制
l
频域上映射到中心72个子载频，6个RB
l
时域上位4个符号，占用子帧0上
图2-4 PBCH物理层过程
[attach]319529[/attach]
图2-5 PBCH结构
[attach]319530[/attach]
PBCH的24bit数据经过物理层编码后为1920bit。
PBCH的物理层过程先不在这里叙述。我们先说简单的。后面会慢慢解释上面的过程。
[attach]319531[/attach]

图2-6 BCH24bit和经过物理层编码后的映射到PBCH上的1920bit

[attach]319532[/attach]

MIB消息

MIB消息是在BCH上传输，映射到PBCH物理信道上。
从RRC信令中可以看到，在BCH传输，如下图2-7
图2-7 MIB在BCH上传输
[attach]319533[/attach]
对于MIB而言，除了RRC消息（MasterInformationBlock）里所带的信息外，它还有额外一些信息要告诉UE。本节所要介绍的，就是小区会通过MIB告诉UE哪些信息，以及UE是如何检测到这些信息的。

UE通过检测PBCH，还能得到以下信息：
l
通过接收到的MasterInformationBlock可以知道小区的下行系统带宽、PHICH配置、系统帧号（System Frame Number，SFN。更确切地说，获取到的是SFN的高8位，最低2位需要在PBCH盲检时得到，这会在后面介绍）。
l
小区特定的天线端口（cell-specific antenna port）的数目：1或2或4。
l
用于L1/L2 control signal（包括PCFICH、PHICH、PDCCH）的传输分集模式（transmit-diversity scheme）：PBCH和L1/L2 control signal都只能使用单天线传输或传输分集，如果使用传输分集， PBCH和L1/L2 control signal会使用相同的多天线传输分集模式。
把BCH传输限制在72个中心的子载波，而不考虑小区的下行系统带宽的原因在于：UE在接收BCH时并不知道小区的下行系统带宽。因此UE在第一次接收BCH时，可以假定小区的下行系统带宽等于可能的最小下行系统带宽（6个RB，对应72个子载波）。在解码了MIB后，UE就能从MIB中得到实际的下行系统带宽。

MIB在40ms周期内重复4次，每一次发送的PBCH都携带相同的coded bit，也就是说，每一次都是可以独自解码的。因此，在信道质量（SIR）足够好的情况下，UE可能只接收这40ms内的其中一个，就能够成功解码出PBCH的内容；如果不行，就与下一个10ms发送的PBCH的内容进行软合并，再进行解码，直到成功解码出PBCH。
图2-8 MIB在时域上的调度
[attach]319534[/attach]
前面已经说过，通过MIB，UE只能获取到SFN的高8位，最低2位（也就是40ms timing）是通过盲检PBCH得到的。40ms内每次发送的PBCH会使用不同scrambling and bit position（即共有4个不同的phase of the PBCH scrambling code），并且每40ms会重置一次。

UE可以通过使用4个可能的phase of the PBCH scrambling code中的每一个去尝试解码PBCH，如果解码成功，也就知道了小区是在40ms内的第几个系统帧发送MIB，即知道了SFN的最低2位。
PBCH的多天线传输只能使用传输分集，而且在2天线端口传输时，只能使用SFBC；4天线端口传输时，只能使用combined SFBC/FSTD。UE使用3种不同的CRC mask（见36.212的Table 5.3.1.1-1）来盲检PBCH，可得到天线端口数目，而天线端口数目与传输分集模式一一对应（1天线端口 <-> 单天线端口传输；2天线端口 <-> SFBC；4天线端口 <-> combined SFBC/FSTD），因此当UE成功解码PBCH时，就知道了小区特定的天线端口数以及用于L1/L2 control signal的传输分集模式。（关于SFBC、FSTD的说明，详见[1]的5.4.1.4节和10.3.1.2节）
[attach]319535[/attach]

PBCH有3种天线端口组合（1/2/4）和4种不同扰码（phase）组合，所以做盲检PBCH最多有12种可能组合。
1.1 SIB消息
在BCH中传输的MIB只包含非常有限的系统信息。而更多的系统信息是通过在DL-SCH中传输的SIB来告诉UE的。
对于各类SIB而言，RRC消息里所带的信息就是其要告诉UE的所有信息。各类SIB的内容可以参见36.331中对应的RRC消息。
与MIB所在的时频位置固定不同，SIB1和SI消息都在PDSCH上传输，且SIB1和SI消息所占的RB（频域上的位置）及其传输格式等是动态调度的，并由SI-RNTI加扰的PDCCH来指示。也就是说，UE需要先在子帧上盲检使用SI-RNTI加扰的PDCCH，才能知道该子帧是否存在SI消息（SIB1在时域上的位置固定）。小区可以根据具体情况灵活地改变SIB1和SI所占的带宽、使用的RB集合以及传输格式等。

SIB1的周期为80ms，且在该周期内SFN % 2 = 0的系统帧的子帧5上重复发送同一SIB1。SIB1在时域上的位置是固定的，但在频域上的位置可能发生变化，并由对应的PDCCH来指示。如下图2-9
图2-9 SIB1时域调度
[attach]319536[/attach]

每个SI消息包含了一个或多个除SIB1外的拥有相同调度需求的SIB（这些SIB有相同的传输周期）。例如：2个传输周期都是160ms的SIB（如图2-9中的SIB2和SIB3）可以放在同一个SI消息中，但传输周期为320ms的其它SIB（如图2.10中的SIB4和SIB5）必须放在不同的SI消息中。

单个SI消息中包含的信息比特不能超过一个TB块所能传输的最大比特数。

物理层限制了1个SIB（个人觉得更好的描述是SI和SIB1）的最大size。如果使用DCI format 1C，则最大size为1736 bit（217 byte）；如果使用DCI format 1A，则最大size为2216 bit（277 byte）。

一个SI消息包含哪些SIB是通过SIB1中的schedulingInfoList指定的。每个SIB只能包含在一个SI消息中，且SIB2总是放在schedulingInfoList指定的SI列表的第一个SI消息项中，所以schedulingInfoList中并不指定SIB2所在的SI。
图2-10 SIB1消息
[attach]319537[/attach]
每个SI消息只在一个SI窗口（SI-windows）中传输：1）一个SI消息跟一个SI窗口相关联，该SI窗口内只能发这个SI消息且可以重复发送多次（发多少次，在哪些子帧上发送等，取决于eNodeB的实现），但不能发送其它SI消息；2）SI窗口之间是紧挨着的（如果相邻的话），既不重叠，也不会有空隙；3）所有SI消息的SI窗口长度都相同；4）不同SI消息的周期是相互独立的。
前面我们已经介绍过MIB和SIB1的时域调度，接下来我们会详细介绍SI消息的时域调度。
首先需要确认每个SI消息对应的SI窗口的起始位置以及SI窗口的长度。

SI窗口的长度由SystemInformationBlockType1的si-WindowLength字段指定，其以ms为单位。

SystemInformationBlockType1的schedulingInfoList指定了SI消息的列表，每个SI消息在该列表中的顺序以n表示（从1开始）。假如schedulingInfoList中指定了4个SI消息，则会有4个连续的SI窗口用于发送这4个SI消息，而n表明了SI消息在第几个SI窗口。
此时每个SI消息有一个x = (n - 1) * w，其中w为si-WindowLength。可以看出，x是以ms为单位的。
则SI窗口的起始帧满足SFN % T = FLOOR(x / 10)，其中T为对应SI消息的周期，由si-Periodicity指定。SFN % T保证了SI的周期，FLOOR(x / 10)确定SI窗口在周期内的起始系统帧（一个系统帧为10ms，所以有x / 10）。

SI窗口的起始子帧为#a，其中a = x % 10。
从公式可以看出，x决定了SI窗口在该SI周期内的起始帧和起始子帧； SFN % T保证了SI窗口在SI周期内只出现一次；而x = (n - 1) * w保证了SI窗口之间紧挨（如果相邻的话），不重叠，没有空隙。(SI窗口起始帧和起始子帧的的计算，详见36.331的5.2.3节)

SI窗口确定了以后，eNodeB会决定在该窗口内调度多少次同一SI，不同厂商的实现可能不同。但某些子帧不能用于调度SI消息：
l
SFN % 2 = 0的系统帧内的子帧5
l
任一MBSFN子帧
l
TDD中的上行子帧

下图2-11是一个关于SI调度的例子。
图2-11 SI调度举例
[attach]319538[/attach]
可以看出，SI不需要在时间窗内的连续子帧上传输。并且某个子帧上是否存在SI消息，是通过SI-RNTI加扰的PDCCH来指示的。

这里计算的是SI窗口的起始帧和起始子帧，并不是计算SI消息具体所在的系统帧和子帧。SI消息是在SI窗口内发送的，UE需要在SI窗口内盲检使用SI-RNTI加扰的PDCCH，才能知道对应子帧上是否有SI消息。

在SI较小而系统带宽较大的情况下，一个子帧可能足以发送该SI，但在其它情况下，可能需要使用多个子帧来发送一个SI消息。在后一种情况，会将整个SI消息进行信道编码后分成多份，然后放在多个子帧（不要求是连续子帧）上传输。而不是先分割成多份，然后独立地信道编码后传输。

注意：对于SIB1和SI消息，其调制阶数固定为2。（见36.213的7.1.7.1节）

小结：MIB和SIB1在时域上的位置和周期是固定的，而SI消息在时域上的位置和周期是由SIB1指定的。eNodeB 只会通过SystemInformationBlockType1告诉UE有哪些SI，每个SI包含了哪些SIB，这些SI会在哪个SI窗口发送以及SI窗口的时域位置和长度，但不会告诉UE在 SI窗口的哪些子帧调度了该SI。当UE需要某个SIB时，它就会在该SIB对应的SI消息对应的SI窗口的每个子帧（从SI窗口的起始子帧开始，共持续si-WindowLength个子帧，但不包含那些不能调度SI的子帧），使用SI-RNTI去尝试解码，直到成功接收到SI消息为止。

[ 本帖最后由 zhouyingchuan52 于 2015-4-22 23:03 编辑 ]

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陈小浪威望 +3 个
· 上传个word，没图真心不行啊详细.. 回复发表与：2015-5-3 10:52:53
tongxin0801 威望 +3 个
· 不错的东西，楼主能把每个资料的附件上传一下吗，网页上图片有时候看不见。详细.. 回复发表与：2015-4-27 16:17:09
蓝佐专家指数 +5 , 威望 +28 个
· 加分，很好的资料详细.. 发表与：2015-4-21 23:29:08

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#2

大中小

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发表于 2015-04-22 00:03:17

很好顶楼主，楼主好人

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chricky

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#3

大中小

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发表于 2015-04-22 11:16:43

很好材料，值得学习！！！

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303493454

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#4

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发表于 2015-04-22 16:25:59

大神，我看不懂啊

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dtmyjt

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#5

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发表于 2015-04-22 19:59:40

意味着LTE 从开机到做业务至少需要经历10ms

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1.人生不是单行线，一条路走不通，你可以转弯；2.一个频频回头的人，是走不了远路的；3.成功的时候不要忘记过去；失败的时候不要忘记还有未来.

DDDDDS

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#6

大中小

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发表于 2015-04-22 20:55:26

不错的资料，很透彻啊、、谢谢了 ~

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chuanyi

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#7

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发表于 2015-04-23 10:53:12

很好材料，值得学习！

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单天线

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#8

大中小

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发表于 2015-04-23 13:43:12

很好材料，值得学习！！！

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tongxin0801

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#9

大中小

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发表于 2015-04-27 16:17:09

QUOTE:

原帖由 zhouyingchuan52 于 2015-4-21 23:00:30 发表

小区搜索过程之后，UE已经与小区取得下行同步，得到小区的PCI（Physical Cell ID）以及检测到系统帧的timing（即10ms timing）。接着，UE需要获取到小区的系统信息（System Information），这样才能知道该小 ...

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#10

大中小

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发表于 2015-04-29 09:18:12

感谢楼主分享，受教了！

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wuxiaochuan239

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#11

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发表于 2015-05-02 16:17:31

感谢

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陈小浪

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#12

大中小

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发表于 2015-05-03 10:52:53

QUOTE:

原帖由 zhouyingchuan52 于 2015-4-21 23:00:30 发表

小区搜索过程之后，UE已经与小区取得下行同步，得到小区的PCI（Physical Cell ID）以及检测到系统帧的timing（即10ms timing）。接着，UE需要获取到小区的系统信息（System Information），这样才能知道该小 ...

上传个word，没图真心不行啊

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lasa

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#13

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发表于 2015-05-05 11:50:20

楼主，图片看不了

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chige

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#14

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发表于 2015-05-05 13:29:40

学习了、、、、、、、、、

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gaigeming

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#15

大中小

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发表于 2015-05-06 15:19:22

看不见图片呀遗憾的很

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