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  • LTE同步技术(一)

    2020-06-22 21:51:37
    作为系统同步的重要研究内容,LTE通信系统的小区搜索技术是指用户设备(UE)检测到一个理想小区,选择接入并与之取得时间和频率同步以及检测到小区标识号(ID)的过程。小区ID包括扇区ID(Sector ID,Sector ...

    作为系统同步的重要研究内容,LTE通信系统的小区搜索技术是指用户设备(UE)检测到一个理想小区,选择接入并与之取得时间和频率同步以及检测到小区标识号(ID)的过程。小区ID包括扇区ID(Sector ID,Sector Identifier)和小区组ID(Cell Group ID,Cell Group Identifier)信息。小区搜索主要通过若干下行信道实现,包括同步信道(SCH,Synchronization Channel)、广播信道(BCH,Broadcast Channel)和下行参考信号(RS,Reference Signal),其中同步信道又分为主同步信道(PSCH,Primary Synchronization Channel)和辅同步信道(SSCH,Secondary Synchronization Channel)。SCH可实现小区搜索和LTE系统的时频同步;BCH可以获得天线配置和小区信息;RS可用于信道估计,辅助小区搜索和系统时频同步。位于主同步信道的主同步信号(PSS,Primary Synchronization Signal)负责OFDM符号定时同步和扇区ID的识别。由于PSS每5ms传输一次,即以半帧为周期传输,所以PSS的检测只能确定半帧的起始位置,无法确定是前半帧还是后半帧。位于辅同步信道的辅同步信号(SSS,Secondary Synchronization Signal)负责帧同步、循环前缀(CP)类型和小区组ID的识别。
    帧结构和同步信号分配:
    LTE系统定义了频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种制式。FDD制式下的无线帧结构和同步信号分配如下图所示:
    在这里插入图片描述FDD制式下的无线帧结构和同步信号分配
    一个无线帧的长度是10ms,分成10个1ms的子帧,子帧号0~9。每个子帧包含两个时隙,时隙长度为0.5ms。同步信号PSS和SSS位于时隙0和时隙10。LTE具有两种CP类型,即扩展CP和常规CP。当使用常规CP时,一个时隙包含7个OFDM符号;当使用扩展CP时,每个时隙包含6个OFDM符号,扩展CP用于时隙较大的无线环境。无论是常规CP还是扩展CP,主同步信号都位于时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号,辅同步信号位于PSS的前一个OFDM符号。时隙0和时隙10的PSS内容相同,但是时隙0的SSS1和时隙10的SSS2不同,因此仅仅通过PSS的检测无法确定无线帧的起始位置,即无法确认位于无线帧的前半帧还是后半帧,必须依赖后续SSS的检测。
    LTE系统支持1.4MHz~20MHz乃至100MHz的可变带宽,但对于各种不同的系统带宽(如1.4、3、5、10、15、20MHz),同步信号都位于频带中间的6个物理资源块(PRB),即72个子载波,子载波间隔为15KHz,其中同步信号PSS和SSS都占62个子载波,两边各预留5个子载波作为保护带。
    在这里插入图片描述TDD制式下的无线帧结构和同步信号分配如上图所示。TDD制式下的无线帧分为2个5ms半帧,每个半帧由5个1ms子帧组成,包括常规子帧和特殊子帧。TDD制式下的PSS位于子帧1和子帧6的第三个OFDM符号,SSS则位于子帧0和子帧5的最后一个OFDM符号。

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  • LTE工作过程

    2013-12-02 15:51:00
    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...

    LTE工作过程

    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 in System Information Block Type2;

    > Start timer T300;

    > initiate transmission of the RRC Connection Request message in accordance with

    RRC layer产生RRC connection request并通过CCCH传输:CCCH -> UL-SCH -> PDSCH

       获取UE-identity,要么由上层提供(S-TMSI), 要么是random value。如果UE向当前小区的TA(跟踪区)注册过了,上层就可以提供S-TMSI,并把establishment clause设置的与上层一致

     

    4. RRC connection setup(ENB—>UE)

    UE接收ENB发送的radio Resource Configuration等信息,建立相关的连接,进入RRC connection状态。

    Action about physical layer:

      Addressed to the Temporary C-RNTI on PDCCH

    如果UE检测到RA success,但是还没有C-RNTI,就把temporary C-RNTI升为C-RNTI,否则丢弃。如果UE检测到RA success,而且已经有C-RNTI,继续使用原来的C-RNTI。

     

    5. RRC connection setup complete(UE—> ENB)

    RRC连接建立完成,UE向ENB表示接收到了连接的应答信息,应该是为了保证连接的可靠性的。

    如果UE未成功接收到RRC connection setup消息,ENB应该会重发。不然RRC connection setup complete就没有存在必要。

    在完成以上过程后,便可以进入正常的数据传输过程了。

     

    四、数据传输过程

      数据传输过程包括两方面过程:上行调度过程和下行调度过程。

    l  上行调度过程

     

    1. UE向ENB请求上行资源

    Physical channel: PUCCH

    Message: SR (schedule request)

       SR发送的周期以及在子帧中的位置由上层的配置决定。

    UE需要告诉ENB自己要传输的数据量,同时SR中UE必须告诉ENB自己的identity (C-RNTI)。

     注:

    根据上层的配置UE按照一定的周期在PUCCH的固定位置传输SR,而ENB对SR的发送者的识别是通过UE和ENB事先约定好的伪随机序列来实现的。当UE有发送数据的需求是,就把相应得SR置1,没有资源请求时SR为空。SR只负责告诉ENB是否有资源需求,而具体需要多少资源则由上层的信令交互告诉ENB。

       在TS36.213中指定:Scheduling request (SR) using PUCCH format 1,不需要进行编码调制,用presence/absence携带信息。

     

    2. 上行信道质量测量

    Physical signal: sounding reference signal

    Physical channel: PUCCH

    ENB给UE分配上行资源之前首先必须要知道上行信道的质量,如果UE的上行信道质量较好且有传输数据的需求,ENB才会给UE分配资源。

       Sounding reference signal应该对UE和ENB都是已知的,ENB根据从UE接收到的sounding reference signal 和自己已知的信号的对比就可以知道当前上行信道的质量了。当然,如果信道质量的变换很快,再加上空间信号传输的延迟估计的误差,由sounding reference signal测量出的信道质量可能会变得不准确。所以UE需要每过一段时间就发送sounding reference signal给ENB,以尽可能准确地得到当前信道的质量。

     

    3. ENB分配资源并通知UE

    Physical channel: PDCCH

    分配完资源后ENB还必须把分配的结果告诉UE,即UE可以在哪个时间哪个载波上传输数据,以及采用的调制编码方案。

    E-UTRAN在每个TTI动态地给UE分配资源(PRBs & MCS),并在PDCCH上传输相应的C-RNTI。

     

    4. UE接收资源分配结果的通知并传输数据

    Physical channel: PUSCH

    UE首先接收ENB下发的资源分配通知,监视PDCCH以查找可能的上行传输资源分配,从common search space中获取公共信息,从UE specific search space中搜索关于自己的调度信息。根据搜索到的结果后就可以在PUSCH对应的PRB上传输数据信息。

    注:

    在上行链路中没有盲解码,当UE没有足够的数据填充分配的资源时,补0。

     

    5. ENB指示是否需要重传

    Physical channel: PHICH

     

    6. UE重传数据/发送新数据

    同4。

    l  下行调度过程

     

    1.下行信道质量测量

    ENB发送cell specific reference signal 给UE,UE估计CQI并上报给ENB。 

    CQI不仅告诉ENB信道的质量,还包含推荐的编码调制方式。

    Periodic CQI reporting channel: PUCCH

    Aperiodic CQI reporting channel: PUSCH

    接收到的DCI format 0的CQI request设置为1时,UE非周期上报CQI、PMI和RI,上层可以半静态地配置UE周期性地上报不同的CQI、PMI和RI。

     

    2. ENB分配下行资源

    ENB根据下行信道的质量好坏自适应地分配下行资源(针对 UE选择不同的载波和slot)。

    下行链路中,E-UTRAN在每个TTI动态地给UE分配资源(PRBs & MCS)。

     

    3. ENB在下行信道传输数据

    Physical channel: PDSCH

    根据资源分配的结果在PDSCH上填充数据, 并在PDCCH上传输相应的C-RNTI。

     

    4. UE接收数据并判断是否需要发送请求重传指示

    Physical channel: PUCCH

    Physical channel: PDSCH

    UE根据检测PDCCH信道,解码对应的PDSCH信息。UE根据PDCCH告知的DCI format在common search spaces中接收PDSCH 广播控制信息。此外,UE通过PDCCH UE specific search spaces接收PDSCH数据传输。

     

    5. ENB重传数据/发送新数据。

    转载于:https://www.cnblogs.com/fickleness/p/3454121.html

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  • 时间同步过程 定时同步的过程可以描述如下: i)使用三个不同的主同步序列对主同步进行解码,找出为小区分配的序列,并获得主时间同步。 ii)应用主同步序列对辅同步码进行解码,并找出为小区分配的序列。 ...

    时间同步过程

            定时同步的过程可以描述如下:

            i)使用三个不同的主同步序列对主同步进行解码,找出为小区分配的序列,并获得主时间同步。

            ii)应用主同步序列对辅同步码进行解码,并找出为小区分配的序列。

            此同步检测每5毫秒进行一次。(该时间间隔可参考LTE下行帧结构)

            如前文所述,三个不同的序列用作主同步信号,并且在三个序列中的每个序列和小区标识组中的小区ID之间都有一对一的映射。在UE检测到这个小区标识组后,它就可以确定帧定时。从这个信元标识组中,UE还可以确定哪个伪随机序列用于在该小区中生成参考信号。

            iii)一旦建立了该定时同步,由于MIB中带有SFN号,因此UE可以解码MIB并计算出SFN号。

            如果想进一步了解细节,需要以下几个附加步骤(下图中的步骤(1)和步骤(2))。要检测PSS和SSS,需要准确地获取具有特定资源粒子(RE)序列的数据。要准确地从特定的资源粒子(RE)中提取数据,需要知道确切的符号边界(OFDM符号的起始采样点和结束采样点)。一旦检测到确切的符号边界,就可以检测频率偏移(一种频率误差),以进一步补偿信号。在某种意义上,这两个步骤比PSS、SSS检测更困难。

                                       

            检测符号边界的一种常见方法是使用循环前缀的属性。循环前缀是来自OFDM符号结束部分的数据序列的副本,这意味着循环前缀和符号结束部分之间的相关性应该非常大,如图所示:

            通过合理的使用此方法,如果在沿着捕获的时间域数据向下滑动两个相关窗口时找到了相关性最高的点,就可以找到符号边界。

            下图是一个在逐样本滑动窗口时绘制这些相关性的示例。很明显,间隔为一个OFDM符号时可以看到峰值(这是从以7.62兆赫采样率采样的5兆赫BW LTE下行链路数据)。

                            

            理论上循环前缀应该与符号的结束部分完全相同,但实际上它并不完全相同,因为在信号生成和通过信号路径时附加不同的噪声(或衰落)。因此相关峰值可能正好出现在预期的点上。此外,峰值可能不止一个点,在峰值附近的几个采样点,可能会看到类似的高相关性。所以在一些采样点,峰值的位置会有一些错误。

            随着相关窗口长度的增加,这些相关性峰值的准确度将提高,这意味着在更宽的带宽中可能具有更好好的准确性,因为CP长度在更宽的带宽中更长。然而,由于CP长度变短,随着系统带宽变窄,相关精度变差。因此,在实际的实现中,通常需要一些额外的方法来补偿这种错误。 

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  • LTE同步技术(二)

    2020-06-22 21:53:32
    小区搜索过程: UE开机后,开始扫描系统中心频带内的同步信号PSS和SSS,进行小区搜索。具体过程如下图所示: 第一步:PSS检测。利用ZC的相关性检测主同步信号(PSS),取得最大相关值的位置即为OFDM符号的起始位置,...

    小区搜索过程:
    UE开机后,开始扫描系统中心频带内的同步信号PSS和SSS,进行小区搜索。具体过程如下图所示:
    在这里插入图片描述第一步:PSS检测。利用ZC的相关性检测主同步信号(PSS),取得最大相关值的位置即为OFDM符号的起始位置,同时可以确定最大相关值对应的PSS中的u值,即可确定扇区ID 。PSS的检测只能实现5ms的半帧同步,即PSS检测无法确定同步信号位于无线帧的前半帧还是后半帧。
    第二步:SSS检测。在SSS检测前,为了确定SSS所在的OFDM符号的起始位置,需要先进行CP类型的检测;然后移出CP,将SSS所在的OFDM符号通过快速傅里叶变换(FFT)变换到频域,再利用SSS自身的PN序列相关性进行检测,确定最大相关值对应的小区组ID;同时根据无线帧前半帧和后半帧中SSS信号的不同,获得无线帧同步。
    第三步:RS检测。因为,根据扇区ID和小区组ID得到小区ID。参考信号(RS)可由GOLD序列码或PN序列码产生,检测RS,进一步验证系统同步和小区搜索,同时获得BCH配置,进而或者小区的其他信息(例如系统带宽等)。获得小区基本信息后,UE进行宽带参数的调整等,为监听和发起寻呼做好准备。

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