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一文看懂LTE物理层是如何工作的?

时间:03-05 来源:网络整理 点击:

一、LTE开机及工作过程

如下图所示:

二、小区搜索及同步过程

整个小区搜索及同步过程的示意图及流程图如下:

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系统的频带范围内做全频段扫描,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;

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PBCH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(系统帧数)位长为10bit,也就是取值从0-1023循环。在PBCH的MIB(master informaTIon block)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(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;

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。

三、随机接入过程

在同步和小区搜索过程结束之后,紧接着就是随机接入过程,整个随机过程的示意图如下:

1. UE sends preamble sequence to ENB on PRACH

Physical non-synchronizaTIon random access procedure

Physical channel: PRACH

Message: preamble sequence

2. ENB给UE回复响应消息

Address to RA-RNTI on PDCCH

Random access response grant

Physical channel: PDSCH

ENB向UE传输的信息至少包括以下内容:RA-preamble identifier, Timing Alignment information, initial UL-grant and assignment of Temporary C-RNTI 。

注:

RA-preamble identifier指UE 发送的preamble的标志符,和index有关。

Timing Alignment information是时间提前量信息,因为空间的无线传输存在延迟,ENB计算出这个延迟量并告诉UE,以确定下一次发送数据的实际时间。

UL-grant: 授权UE在上行链路上传输信息,有这个信息UE才能进行下一步的RRC连接请求。其中会给出UL-SCH可以传输的transport block的大小,最小为80bits.

3. RRC connection request(UE—》 ENB)

在进行RRC连接请求以前先完成一些基本的配置:

》 apply the default physical channel configuration

》 apply the default semi-persistent scheduling configuration

》 apply the default MAC main configuration

》 apply the CCCH configuration

》 apply the time Alignment Timer Common included

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