LTE小区选择物理层关键过程研究.doc

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1、L TE小区选择物理层关键过程研究王志祥(重庆邮电大学 通信与信息工程学院 ,重庆 400065 )摘 要 :介绍了 L TE系统中小区选择物理层关键过程中最重要的环节 。从解读物理广播信道获得主信息块信息 ,经下行控制信道解出系统信息 ,从而最终完成小区选择过程的主要流程 。关键词 : L TE;物理广播信道 ;系统信息 1;小区选择Re sea rch of ce ll se lec t ion proce ss ba sed on L TE phy s ica l la yerWAN G Zh i2xiang( Co llege of Comm un ica tion s and Inf

2、o rm ation Engineering, Chongq ing U n ive rsity of Po sts and Te lecomm un ication s, Chongq ing 400065 , P. R. Ch ina)A b stra c t: Th is p ap e r in troduce s the mo st impo rtan t link in the ce ll se lec tion p roce ss ba sed on L TE p hysica l laye r. The in2 fo rm a tion in the m a in info rm

3、 a tion b lock wa s ga ined by in te rp re ting the p hysica l b roadca sting channe l, the system info rm a2 tion wa s wo rked ou t by down link con tro l channe l, and then the m a in p roce ss of ce ll se lec tion wa s comp le ted.Key word s:L TE; PBCH; S IB1; ce ll se lec tion步后 ,用户对该小区信号进行解读。首先

4、解读物理广播信道 ( PBCH ) ,根据 PBCH 承载的主信息块 (M IB ) 信息获得系统帧号 ( SFN )等关键信息 ,这时 U E就和 网络端建立帧号同步 ;根据 M IB 相关信息 ,用户尝试 进行控制信道解读 ,首先解读物理控制格式指示信道 ( PCF ICH ) ,接着盲解物理混合自动重传请求指示信 道 ( PH ICH ) ,盲搜物理下行控制信道 ( PDCCH ) ,搜索 到有相关系统信息 ( S I)消息的下行控制指示 (DC I) 后 ,根据 DC I指示进行物理共享信道的解读 ,解出系 统信息 1 ( S IB1)的内容 , S IB1内包含此小区是否适合 驻留等

5、关键信息。根据 S IB1信息再结合参考信号接 收功率 (R SR P)测量值反馈高层 ,以此判断该小区是 否可选 ,是否适合驻留。这样我们就完成了整个小区 选择流程。流程图如图 1所示。其中 M IB 系统信息的 A SN. 1 表示如下 1 :A SN 1 STAR T0 引言长期演进 ( long term evo lution, LTE)项目是 3G的演进。LTE并非人们普遍理解的 4G技术 ,而是 3G与4G技术之间的一个过渡 ,是 319 G的全球标准 ,它改进 并增强了 3G的空中接入技术 ,采用 OFDM 和 M MI O 作 为其无线网络演进的唯一标准。在 20 MHz频谱带

6、宽 下能够提供下行 326 Mbit / s与上行 86 Mbit / s的峰值 速率。LTE下行采用 OFDM ,上行采用 SC2FDMA。小区选择的物理层过程包括小区搜索过程与 小区系统信息读取过程。本文主要研究小区系统 信息读取过程。1 解读系统信息流程简介用户 U E开机后 ,首先进行网络 ( PLMN )选择 ,由 非接入层 (NA S)提供等价网络 ( EPLMN )列表 ,在相 关网络频点内 , U E逐频点进行小区搜索 ,小区搜索过 程包括对该小区信号的粗定时同步、粗频率同步、精 定时同步和精确频率同步 ,并根据同步信号信息获得 小区相应 ID 号和循环前缀类型 ,在和网路建立

7、帧同M a ste r Info rm a tionB lock: : =SEQU ENCE d l - B andw id thENUM ERA TED n6 , n15 ,n25 , n50 , n75 , n100 ,p h ich - ConfigPH ICH - Config,systemFrameNumbe r B IT STR ING ( S IZE (8) ) ,B IT STR IN G ( S IZE ( 10 ) )sp a re收稿日期 : 2009 205 225A SN 1 STO P4 物理 HA RQ指示信道在 L TE FDD 模式下 , 根据 M IB 里的

8、 PH ICH 2Config参数完全可以确定 PH ICH 组的数目 ,即用如 下公式 :NDL1RBN gfo r no rm a l cyc lic p refix8groupN PH ICH=DL2 N gN RB1fo r extended cyc lic p refix8但在 TDD 模式下 , PH ICH 组的数目由 m i N g roupgroupPH ICH 来确定 , 其 N PH ICH 可由上式给出 , m i 由表 1确定。表 1 TDD 配置表图 1小区选择流程TDD 2 Subfram e num be r i Cofig0123456789M IB 里存放的

9、信息是最重要最常用的参数 ,现在我们为了得到 S IB 1 ,依次解读 M IB 里的信息并阐 明其在解读 S IB 1中所起的作用 。021-21-120010-1100010-1102 系统帧号PBCH 中的 M IB 以 40 m s为周期循环发送 , 即 以 4 个无线帧为一周期 。一周期内的 M IB 的第一345100000-0-00000000000111110611-11-1个传输位置在每个无线帧的时隙。0 的第二个subfram e依据 M IB 里所给信息 ,还需TDD 2Config参数才PBCH 承载的 M IB 信息 ,其编码后经过 :b( i) = ( b ( i)

10、 + c ( i) ) mod2进行加扰 ,其中 c ( i) 为本地生成扰码序列 2 ,网络 端将扰码序列分成 4部分对 PBCH 编码后序列进行 加扰 ,每部分又放到一周期内不同的无线帧内进行 传送 ,所以对其解扰就可以根据不同的扰码序列判 别 PBCH 传输周期内无线帧号后两位 ,结合 M IB 消 息内 8位帧号 ,就可以得到全部长度的 10 b it的系 统帧号 ,使用户同网络建立帧号同步。同时 ,根据 PBCH 所用扰码序列的不同可以确 定天线端口数目 ,即可以确定子帧小区专用参考信 号位置。能计算出 PH ICH 组数 ,而组的数目决定了其在频域的排列 , 我们为了最终解读 S

11、IB 1 , 就是要通过 PD 2CCH 里的控制信息 ,为了得到 PDCCH ,就应该在频 域去除 PCF ICH 和 PH ICH。但 TDD 2Config 参数包含在 S IB 1信息中 ,所以 ,这就是一个先有蛋还是先 有鸡的问题 ,目前主要存在 3种解决方案 3 :1)总是根据最差的情况分配 PH ICH 资源 ,不考 虑 TDD 配置 , 那就意味着将会超过 PH ICH ove r2head,尤其是 DL heavy configu ra tion s;2 )创建一个规则使得所有的子帧 5 将包含最 差情况下的 PH ICH 资源 ,因此当试图解码 S IB 1 的时候将有一个

12、一致定义的控制信道结构 ;3 )不做任何特别考虑 , 为得 S IB 1 , 对不同的TDD 配置让终端做额外的解码尝试 (最坏情况下有3次尝试解码 ) 。主流选择第 3 种解决方案 : 即简单的让 U E 做1 , 2 , 3 次盲检在子帧 5 中的 PH ICH 的 size,协同从PBCH (when it doe s the in itia l ce ll sea rch ) 中解码的PH ICH du ra tion / size 信息 ,从而避免对 TDD 做任何3 物理控制格式指示信道物理控制格式指示信道 ( PCF ICH )所承载数据 CF I存在于每个下行子帧的第 1 个

13、O FDM 符号 ,根 据下行带宽 ,我们就能计算每个子帧中 PCF ICH 的 具体映射位置并且得到其指示的 PDCCH 的所占符 号数。特殊说明 。我们知道这种盲检在小区初搜仅作一次 ,在小区活跃期前假定 UL /DL configu ra tion 不变 ,在小区切换时这种行为不要求。注 :只需要注意子帧 5 中的 PH ICH , 所以只需 要监测偶数 SFN 的第 5 子帧的控制信道 PDCCH 和 PCF ICH。这样 ,控制域中除去 PCF ICH 与 PH ICH 和 R S,所剩下的位置就是分配给 PDCCH 的区域 。对于某些 fo rm a t的信息 ,一个 CCE 是不

14、够承载的 ,可能需要多个 CCE, 因此规范规定了所谓的 CCE A ggrega tion L eve l取值为 1 , 2 , 4 , 8。对于位于 公共空间里的信息 A ggrega tion L eve l只有 4 , 8 两种 取值 ,而且根据上面公式可以计算得到公共搜索空 间是最前面的 16 个 CCE, 那么对公共搜索空间而言 , U E搜索的时候就先按 4 CCE 为粒度搜索一遍 ,再按 8 CCE为粒度搜索一遍就可以。所以 U E能做 的是把所有可能性都尝试一遍 ,便可以得到想要的 相关信息。5 PD CC H控制域及盲搜在 PDCCH 上 ,承载 DC I的基本单元是 CC

15、E。每 个 CCE包含 9个 R EGs ( re sou rce e lem en t group ) ,每个 R EG包含 4 个 R E s,也就是一个 CCE 是包含 36 个 R E的一个连续资源块。那么在系统带宽和用于 PDCCH 的数量确定后基本可以计算出总的 CCE 数 量 (从总的 R E 数量中去掉 PCF ICH , PH ICH 以及参 考信号所占的 R E,再除以 36 ) 。控制区由一组 CCE组成 ,组内 CCE按照由 0到PD CC H对 S IB1 的指示DC I fo rm a t 1C是用来对 PD SCH 码字传输 S IB 1内容时的具体指示 ,这是一

16、个非常紧凑型调度。DC I fo rm a t 1C所承载的信息如下 :1) 1 b it指示了 gap 值 , 0指示 N gap = N gap, 1 , 1指 示 N gap = N gap, 2 ;6DL- 1排序 , N CC E, k 是子帧 k 里全部控制区域的2 )对 N RB 50 ,就没有 1 b it用来指示 gap 值 ;3 )资源块分配N CC E, kCCE的总数 ( CCE:控制信道元素 ,每个 CCE 包含 9个 R EG,一个 PDCCH 在一个或多个 CCE 上传输 ) 。 为了得到控制信息 ,终端需要在每个非 - DRX 子帧 监控一系列 PDCCH 候选

17、集合 , 这里监控的含义就 是将集合中的每个 PDCCH 按照已被监控到的 DC I 格式来进行解码。要被监控的 PDCCH 候选集合我们称为搜索空DLN, 1 /N stepDL step/Nlog2 ( VRB gapRB ) ( NVRB gapRB + 1 ) / 2 1114 )源块块型号指示 5 b it。到了这里 ,解出物理下行共享信道 ( PD SCH )中 有关 S IB 1的时频位置 ,便可以解出所需要的 S IB 1 , 从而判断该小区是否适合驻留。间 ,搜索空间 S (L ) 是一系列 CCE 的集合 ,其中集合7 结束语对于蜂窝移动通信系统来说 , U E 开机后 ,

18、首先 需要所搜附近网络 , 并在相应 EPLMN 下选择合适 的小区进行驻留。只有在 U E 驻留到合适的小区 后 ,才能够获取该小区及相邻小区更详细的系统信 息 ,以便发起随机进入连接模式或进行位置登记等 其他过程。所以 ,如何有效且正确地选择小区进行 驻留对于 L TE 研究及最终的实现是一个非常重要 的过程。k等级可以为 1 , 2 , 4或 8 ,即 L 1, 2, 4, 8 ,这是由空间中的 PDCCH 而定的 。搜索空间 S (L ) 中候选序k号为 m 的 PDCCH 相应的 CCE由下式决定 4 L ( Yk + m ) mod + iN CC E, k /L其中 :公共搜索区

19、间中 Yk 为 0;i = 0,- 1 ;, L(L ), M - 1 。m = 0,U E一般不知道当前 DC I传送的是什么fo rm a t的信息 ,也不知道自己需要的信息在哪个位置 。但是 U E知道自己当前在期待什么信息 , 例如在 Id le 态 U E期待的信息是 p aging, S I;发起 R andom A cce ss 后期待的是 RACH R e spon se; 在有上行数据等待发 送的时候期待 UL Gran t等 。对于不同的期望信息 U E用相应的 X2RN T I去和 CCE 信息做 CRC 校验 , 如果 CRC 校验成功 ,那么 U E 就知道这个信息是

20、自 己需要的 ,也知道相应的 DC I fo rm a t调制方式 ,从而 进一步解出 DC I内容。这就是所谓的“盲检 ”过程。参考文献 : 1 3GPP. TS361331 R adio R e source Con tro l ( RRC) S /OL . 2009204212 ( 2009204220) . h ttp: www. 3gpp. o rg.3 GPP. TS 361211 Physica l Channe ls and Modu la tion S / OL . 2009204 212 ( 2009204 220 ) . h tpp: www. 3gpp.o rg, 20

21、09.(下转第 30页 ) 2 一个随地理位置变化的函数 ,与人为制定的干扰温度门限值作比较 ,可以有效地对考察区域的频谱空 洞进行判定 。图 2和图 3都是逐点地对考察区域的干扰温度进行判断 ,精细程度和频谱利用率高。参考文献 : 1 M ito la J , M agu ire G J. Cogn itive rad io: M ak ing softwa rerad io s mo re p e rsona l J . IEEE Pe rsona l Comm un ica tion sM agazine, 1999 , 6 ( 4) : 13218.M ITOLA J. Cogn it

22、ive rad io fo r flexib le mob ile m u ltim ed ia comm un ica tion s. Mob ile M u ltim ed ia Comm un ica tion s1999 J . IEEE In te rna tiona l W o rk shop on, 1999 ( 11 ) :15 217.M ITOLA J. Cogn itive rad io: A n in tegra ted agen t a rch itec2 tu re of softwa re defined rad io. Doc to r of Techno lo

23、gyM . Stockho lm , Sweden: Roya l In st, Techno l. ( KTH ) , 2000. WAX M , KA ILA TH T. D e tec tion of Signa ls by Info rm a tion Theo re tic C rite ria J . IEEE Tran s. O n A cou stic s, 1985,33 ( 2 ) : 387 2392.WU H T, YAN G J F, CH EN F K. Sou rce N um be r E stim a2 to rs U sing Tran sfo rm ed

24、Ge rschgo rin R ad ii J . IEEE Tran s. O n Signa l P roce ssing, 1995, 43 ( 6) : 132521333.张雯. 认知无线电中频谱检测的空域研究 D . 西安 :西安电子科技大学 , 2007. 2 3 4 图 2 考察区域的干扰温度分布图 3 显示的是考察区域的频谱空洞分布图 ,可 以清楚地看到考察区域内的白空、灰空以及黑空分 布 ,以作为认知用户频谱接入的前提判断 。 5 6 作者简介 :杨丰瑞 ( 1963 - ) , 男 , 博士 , 硕士生导师 , 教授 , 主要研 究方向为通信新技术应用 ; 刘 辉 ( 1

25、981 - ) ,男 ,硕士 ,主要 研究方向为通信新技术应用 。图 3 考察区域的空洞分布图(上接第 15页 )Inc, 2007: 1132133.ZHAN G J ie, CA I Peng, , ZHAN G P ing. A Nove l O FDM Tim ing Synch ron iza tion A lgo rithm s in M u ltip a th Fad ing Channe l J . Jou rna l of B e ijing U n ive rsity ofPo stsandT2 e lecomm un ica tion s, 2005 , 28 ( 2 )

26、 : 105 2108.沈嘉 ,索士强 ,全海洋 ,等. 3 GPP长期演进 (L TE ) 技术原理与系统设计 M . 北京 :人民邮电出版社 , 2008. 3 Nok ia, Nok ia Siem en s N e two rk s. 3 GPP TSG RAN W G1M ee ting 52b is EB /OL 2008 204230 ( 2009204 220 ) . h t2tp: www. 3 gpp. o rg.3GPP. TS361213 Physica l laye r p rocedu re s S /OL . 2009204213 ( 2009 204220 )

27、. h ttp: www. 3gpp. o rg, 2009.SES IA S, ITOU F IK I, BA KER M. L TE2The UM TS Long Te rm Evo lu tion: F rom Theo ry to P rac tice M . N ew Yo rk: : John W iley & Son s, Inc, 2009: 181 2206.HOLMA H , TO SKALA A. W CDMA Fo r UM TS2H SPA E2vo lu tion and L TE M . N ew Yo rk: John W iley & Son s, 7 4 8 5 作者简介 :王志祥 ( 1981 - ) ,男 ,山东济宁人 ,在读硕士研究生 ,主 要研究方向为 L TE / TD - SCDMA / GSM 物理层算法研究 。 6