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1、移动通信课程设计报告移动通信课程项目报告题目：LTE小区搜索过程 系 别 电子信息工程 专业班级 电信八九班 组 长 组 员 指导教师 提交日期 2015年4月8日 成 绩 课程设计任务分配表序列学号姓名设计任务1课程设计整体排版系统软件仿真操作2资料的筛选和整理论文摘要部分编写4设计中图形的绘制所有图片最终整理3课程设计资料查找原理部分内容编写5软件仿真资料查找使用软件功能编写6仿真程序步骤优化论文致谢部分编写7参考文献部分整理总结部分内容编写14目录一、设计目的2二、设计要求和设计指标2三、设计内容23.1 UE扫描中心频点33.2检测PSS43.3检测sss43.4解调下行公共参考信号4
2、3.5解调PBCH43.5.1 PBCH简介43.5.2 解调PBCH53.6解调PDSCH63.6.1判断是否存在SIB83.6.2接收PDSCH93.6.3判断接收到的系统信息是否足够10四、本设计改进建议11五、总结与感悟12六、主要参考文献13一、设计目的围绕为了熟悉移动通信课程的相关知识以及了解最新的移动通信技术，所以对于这次的课题“LTE的小区搜索过程”的学习与深入的了解是很有必要的,在这次活动中，我们小组深入的探讨了未来移动通信的发展趋势，从而对未来的移动通信发展趋势有了一个全新的认识，也了解了移动通信最前沿的技术 。二、设计要求和设计指标本课题详细介绍了LTE小区搜索过程。主要
3、涉及PSS/SSS，以及UE通过PSS/SSS能够得到哪些有用的信息。详细描述了UE要接入LTE网络，必须经过的过程，以及搜索的主要目的。能让读者更加深入全面的的了解整个LTE小区搜索过程的流程图及原理。然而我们小组力也图将这些专业化的知识转化为较为易懂的文字，让读者能更加明了的了解LTE的小区搜索过程。同时也为我们小组以后学习更加复杂专业的通信知识打下一定基础。三、设计内容UE开机、脱网或切换过程中需要进行小区搜索，小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速、准确地接入系统。UE首先获取与基站之间时间和频率同步，识别小区ID。然后接收小区系统信息，包括MIB、SIB1及其他SIB等，
4、完成小区搜索过程。如图11所示是小区搜索流程，其基本过程是：UE开机以后扫描可能存在小区的中心频点，然后在扫描到的中心频点上接收主同步信号（Primary Synchronization Signal，简记PSS）和（Secondary Synchronization Signal，简记SSS），获得时隙和帧同步、CP类型、粗频率同步以及物理小区ID（Physical Cell ID，简记PCI）。获取PCI以后就能知道下行公共参考信号传输结构，可通过解调参考信号获得时隙与频率精确同步。接下来就可以接收MIB、SIB，完成小区搜索过程。下面分步详细介绍小区搜索流程。图11：小区搜索流程示意图3
5、.1 UE扫描中心频点UE一开机，就会在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收数据并计算带宽RSSI，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能保存上次关机时的频点和运营商信息，则开机后可能会先在上次驻留的小区上尝试驻留。如果没有先验信息，则很可能要全频段搜索，发现信号较强的频点，再去尝试驻留。需要指出的是UE进行全频段搜索时，在其支持的工作频段内以100kHz为间隔的频栅上进行扫描，并在每个频点上进行主同步信道检测。这一过程中，终端仅仅检测1.08MHz的频带上是否存在主同步信号，这是因为PSS在频域上占系统带宽中央1.08MHz。3.2检测PSS 检测PSS的基本原理是使
6、用本地序列和接收信号进行同步相关，进而获得期望的峰值，根据峰值判断出同步信号位置。检测出PSS可首先获得小区组内ID，即。PSS每5ms发送一次，因而可以获得5ms时隙定时。可进一步利用PSS获取粗频率同步。3.3检测sssSSS由两个长度为31的m序列交叉级联得到的长度为62的序列，此级联序列由PSS提供的加扰序列加扰。前半帧的SSS交叉级联方式与后半帧的SSS交叉级联方式相反，对于FDD和TDD系统，PSS和SSS之间的时间间隔不同，CP的长度（常规CP或扩展CP）也会影响SSS的绝对位置（在PSS确定的情况下）。因而，UE需要进行至多4次的盲检测。检测到SSS以后可获知如下信息： CP的
7、长度和系统采用FDD或TDD随着SSS的盲检成功而随之确定。 可以获得小区组ID，即。综合PSS，根据=3+可获得PCI。 SSS由两个伪随机序列组成，前后半帧映射相反，检测到两个SSS就可以获得10ms定时，达到了帧同步目的。3.4解调下行公共参考信号通过检测到的物理小区ID，可以知道CRS的时频资源位置。通过解调参考信号可以进一步精确时隙与频率同步，同时为解调PBCH做信道估计。 3.5解调PBCH经过前述四步以后，UE获得了PCI并获得与小区精确时频同步，但UE接入系统还需要小区系统信息，包括系统带宽、系统帧号、天线端口号、小区选择和驻留以及重选等重要信息，这些信息由MIB和SIB承载，
8、分别映射在物理广播信道（Physical Broadcast CHannel，PBCH）和物理下行共享信道（Physical Downlink Shared CHannel，PDSCH）。3.5.1 PBCH简介如图1-2所示，在时域上PBCH位于在一个无线帧内#0子帧第二个时隙（即Slot1）的前4个OFDM符号上（对FDD和TDD都是相同的，除去参考信号占用的RE）。在频域上，PBCH与PSCH、SSCH一样，占据系统带宽中央的1.08MHz(DC子载波除外)，全部占用带宽内的72个子载波。PBCH信息的更新周期为40ms，在40ms周期内传送4次。这4个PBCH中每一个内容相同，且都能够
9、独立解码，首次传输位于SFN mod 4=0的无线帧。图1-2：MIB传输示意图3.5.2 解调PBCHPBCH中承载的MIB信息由上述三种信息组成（隐含信息不算在内）：系统带宽3bit、PHICH配置信息3bit、系统帧号SFN 8bit，有用信息共14bit，再加10bit空闲bit，共24bit。PBCH信道处理流程如图1-3所示，BCCH传输块添加16bit CRC校验以后变为40bit，然后经过信道编码、速率匹配得到的信息比特在常规CP下为1920bit，在扩展CP下为1728bit。在进行QPSK调制前用一个小区专属的序列（即与PCI相关）进行加扰。加扰后的比特流经过QPSK调制成
10、为信息符号进行层映射和预编码操作，这个过程是与多天线相关的。层是空间中能够区分的独立信道，与信道环境相关，层映射是把调制好的数据符号映射到层上。然后每一层的数据进行预编码操作，相当于在发送端做了一个矩阵变化，使信道正交化，以获得最大的信道增益。最后一步是资源映射，是实现数据到实际物理资源上的映射， PBCH在每个无线帧内#0子帧第二个时隙（即Slot1）的前4个OFDM符号上传输。在频域上，PBCH占据系统带宽中央的1.08MHz(DC子载波除外)。UE在完成同步信号PSS和SSS的接收及下行参考信号的解调后，就可以知道PBCH的时频位置了，可以按照上述编码与调制方式进行解调PBCH获取MIB
11、信息。图1-3：PBCH信道处理流程3.6解调PDSCH要完成小区搜索，仅仅接收MIB是不够的，还需要接收SIB，即UE接收承载在PDSCH上的BCCH信息。UE在接收SIB信息是首先接收SIB1信息。SIB1采用固定周期的调度，调度周期80ms。第一次传输在SFN满足SFN mod 8 = 0的无线帧上#5子帧传输，并且在SFN满足SFN mod 2 = 0的无线帧（即偶数帧）的#5子帧上传输，如图1-4所示。图1-4：SIB1传输示意图解调PDSCH获取SIB的流程如图1-5所示，具体来说是首先接收物理控制格式指示信道（Physical Control Format Indicator C
12、Hannel，PCFICH）以获知当前子帧中控制区域大小（即控制区域占几个OFDM符号），然后解调PDCCH获得SIB的调度信息，接着UE按照调度信息解调PDSCH获得SIB。重复这一获取过程，直至UE高层协议栈认为已经获得足够的系统信息，至此完成小区搜索。下面分步介绍获取SIB流程。图1-5：接收SIB流程3.6.1判断是否存在SIB在控制区域内的公共搜索空间里搜索PDCCH并做译码。目的是检测PDCCH的CRC中的RNTI以判断在PDSCH中是否存在SIB信息。PDCCH的传输带宽内可以同时包含多个PDCCH。每个PDCCH中，包含16bit的CRC校验。CRC使用和UE相关的Identi
13、ty进行扰码，可以用来进行扰码的UE Identity包括有：C-RNTI，SPS-RNTI，以及公用的SI-RNTI，P-RNTI和RA-RNTI等。PDCCH中承载的是下行控制信息（Downlink Control Information，DCI），包含一个或多个UE上的资源分配和其他的控制信息。在LTE中上下行的资源调度信息（调制编码方式（Modulation and Coding Scheme，MCS）, 资源分配等信息）都是由PDCCH来承载的。一般来说，在一个子帧内，可以有多个PDCCH。UE需要首先解调PDCCH中的DCI，然后才能够在相应的资源位置上解调属于UE自己的PDSCH
14、（包括广播消息，寻呼，UE的数据等）。1）PDCCH信道处理流程PDCCH资源映射的基本单位是控制信道单元（Control Channel Element，CCE），CCE是一个逻辑单元，1个CCE包含9个连续的REG，假设没有分配给PCFICH和PHICH的REG数目表示为 ，则系统中可用的CCE从0到 计数，。PDCCH格式是PDCCH在物力资源上的映射格式，与PDCCH的内容不相关。1个PDCCH在1个或几个连续的CCE上传输，PDCCH有四种格式，对应的CCE个数是1、2、4、8，见表1-1。表1-1：PDCCH格式与资源占用PDCCH格式CCE个数REG个数PDCCH比特数01972
15、121814424362883872576PDCCH采用什么样的聚合等级进行传输是由基站决定的，取决于负载量和信道条件等因素。当负载量比较大时，可能就需要采用比较高的聚合度；当信道条件比较恶劣时，比如边缘用户小区，为了保证接收性能，也会采用较高的聚合等级进行传输。2）PDCCH盲检测UE一般不知道当前PDCCH占用的CCE的数目大小，传送的是什么DCI format的信息，也不知道自己需要的信息在哪个位置。但是UE知道自己当前在期待什么信息，例如在Idle态UE期待的信息是paging、SI；发起Random Access后期待的是RACH Response；在有上行数据等待发送的时候期待UL
16、 Grant等。对于不同的期望信息UE用相应的X-RNTI去和CCE信息做CRC校验，如果CRC校验成功，那么UE就知道这个信息是自己需要的，也可以进一步知道相应的DCI format，调制方式，从而解出DCI内容。这就是所谓的盲检过程。3.6.2接收PDSCH前面叙述了检测到调度SIB的PDCCH，UE根据PDCCH承载的资源调度信息在PDSCH上的特定位置接收SIB，同时PDCCH中还指示了SIB信息的调制编码方式，UE可以进行相应解调、解码获取SIB信息。然后将获得的SIB信息上报搞成协议栈，由高层协议栈判断已接收到的系统信息是否足够。3.6.3判断接收到的系统信息是否足够不断接收SIB
17、，高层协议栈判断接收的系统消息是否足够，如果足够则停止接收SIB；否则返回步骤1）。如果UE处在 RRC_IDLE状态，那么需要MIB，SIB1以及SIB2SIB8取决于相关RAT的支持。如果UE处在RRC_CONNECTED状态，那么需要MIB，SIB1，SIB2，SIB8（取决于 CDMA2000的支持）。SIB携带的信息见表格 。表格 1-2：系统信息块（SIB）携带的信息SIB1 小区选择和驻留相关信息 PLMN标识、小区是否被禁止驻留、是否为CSG小区、小区选择的信息、小区偏移、所用的频段信息等。 其他系统信息块的调度信息 SI-window长度、周期，SIB映射信息、系统信息变更标
18、签等。 SIB2 接入限制信息 提供了接入服务的级别等信息，以控制UE接入概率 公共信道参数 提供了公共信道资源配置信息 MBSFN配置 提供了预留给MBSFN子帧的位置信息 SIB3 小区重选相关信息 重选信息包括同频、异频以及异系统的公用信息、服务的频点信息以及部分同频小区重选信息 SIB4 同频小区重选信息 提供了同频邻小区的列表 SIB5 异频小区重选信息 提供了异频载波的相关小区重选参数，也可以提供异频小区的小区列表信息（该内容为可选提供） SIB6 异系统小区重选信息（UTRAN） 提供UTRAN的小区重选相关参数，相关载波信息 SIB7 异系统小区重选信息（GERAN） 提供GE
19、RAN的小区重选相关参数，相关载波信息 SIB8 异系统小区重选信息（cdma2000） 提供cdma2000的小区重选相关参数，相关载波信息 SIB9 家庭eNB名字 提供家庭eNB的名字SIB10 ETWS的主要通知信息 提供地震、海啸告警系统的主要通知信息 SIB11 ETWS的次要通知信息 提供地震、海啸告警系统的次要通知信息，支持分段传输 SIB12 CMAS的告警通知消息 提供商用UE告警服务 四、本设计改进建议LTE (长期演进)系统改进并增强了3G的空口接入技术,提升了数据传输速率和频谱利用率。空闲模式是指用户开机、但没有分配专门的信道资源给用户的状态。引入空闲模式一方面能够优
20、化接入,通过小区选择和重选择算法,选择最强信号的小区驻留,使正常通信的几率最大；另一方面,能够降低寻呼负荷,即通过选择适当的寻呼策略,降低不必要的负荷；此外,在空闲模式下,能够降低移动台的功耗。因此,空闲模式下的小区选择算法是LTE系统中的一个研究热点。 针对上述小区选择问题在现有研究中的不足,本文基于用户自身状态,围绕着呼叫中断概率、资源块使用效率以及合理的小区选择参数等方面,开展了小区选择算法的研究。 空闲模式用户进行小区选择时使用的参数对用户的服务体验和新呼叫中断概率具有至关重要的影响。本文首先研究了用户小区选择的主要参数(如触发重选时间间隔、参考信号接收功率(RSRP)测量带宽、触发重
21、选门限等)对用户重选次数的影响,并基于空闲模式用户自身的特点,提出了一种新的小区选择算法,在进行小区选择时同时考虑目标小区的负载情况,以降低用户新呼叫的受阻率。 在LTE系统中,若仅仅基于RSRP值来选择小区,会导致发射功率大的小区更可能被选为服务小区,导致此小区容易出现业务拥塞的情况。在处理用户小区选择请求时,充分考虑了用户自身的状态,即空闲用户和链接状态用户的差异性,给出了一种具有平衡网络负载功能的小区选择策略。该策略为空闲用户和链接用户设置了不同的小区选择接入门限,空闲用户具有更高的门限值,即为链接状态用户设置了一定数目的保护资源块。同时在用户进行小区选择时,采用负载均衡方法将重负载小区
22、用户转移到轻负载小区,合理有效地利用了无线资源块,降低了空闲用户的新呼叫受阻率和链接状态用户的掉话率。五、总结与感悟移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM技术实际上是多载波调制的一种。OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM有很多独特的优点：频谱利用率高，频谱效率比串行系统高近一倍。抗衰落能力强。适合高速数据传输抗码间干扰(ISI)能力强。移动通信与互联网的结合，给移动通信与互联网的发展都将注入更大的活力。随着互联网高速发展，第四代移动通信系统将会得到更快的发展。我们要积极参与ITU关于第四代移动通信标准建议的研究，掌握世界移动通信技术的研究动向和最新成果，加强国际合作，关注并
23、积极进行第四代移动通信技术的研究与开发工作，把第四代移动通信的研发与建立我国移动通信产业结合起来，加快我国移动通信产业的发展，使我国的移动通信产业在国内外拥有强大的市场。TD-LTE-Advanced(LTE-AdvancedTDD制式)是中国继TD-SCDMA之后，提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术，已获批成为ITU第四代移动通信六大标准之一。拥有标准就等于拥有发言权，相信在未来的移动通信领域，我国将会占有不容忽视的地位。在这信息技术快速发展的时代，人们对于信息生活质量的要求也也越来越高，移动通信必然会快速发展以满足人们日益增长的需求。我们的专业通信工程也注定会是改变时代的一种技术，
24、因此我们专业有着无限的发展前景，只要我们努力学好我们的专业知识，不断提升自身的素养，有朝一日我们就真的会成为时代的主人！六、主要参考文献1柴远波，郭云飞. 3G高速数据无线传输技术M. 北京：电子工业出版社，20092DAHLMAN E,EKSTROM H,FURUSKAR A,et al. The 3G long term evolution radio interface concepts and perfoemance evolution C. VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE,IEEE 63rd，MELBOURNE,MAY ,2006:137-1413原荣.光纤通信（第三版）M. 北京：电子工业出版社4从欣，梁光胜，用多核CPU实现高性能UTM J.网络安全与技术引用.2006