LTE物理层是如何工作的(必读)

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：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；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；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（CELLID），这样就可以进一步得到下行参考信号的结构信息。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（masterinformationblock）广播中只广播前8位，剩下的两位根据该帧在PBCH40ms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。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：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；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.UEsendspreamblesequencetoENBonPRACHPhysicalnon-synchronizationrandomaccessprocedurePhysicalchannel:PRACHMessage:preamblesequence2.ENB给UE回复响应消息AddresstoRA-RNTIonPDCCHRandomaccessresponsegrantPhysicalchannel:PDSCHENB向UE传输的信息至少包括以下内容：RA-preambleidentifier,TimingAlignmentinformation,initialUL-grantandassignmentofTemporaryC-RNTI。注：RA-preambleidentifier指UE发送的preamble的标志符，和index有关。TimingAlignmentinformation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transportblock的大小，最小为80bits.3.RRCconnectionrequest（UE—>ENB）在进行RRC连接请求以前先完成一些基本的配置：>applythedefaultphysicalchannelconfiguration>applythedefaultsemi-persistentschedulingconfiguration>applythedefaultMACmainconfiguration>applytheCCCHconfiguration>applythetimeAlignmentTimerCommonincludedinSystemInformationBlockType2;>StarttimerT300;>initiatetransmissionoftheRRCConnectionRequestmessageinaccordancewithRRClayer产生RRCconnectionrequest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randomvalue。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establishmentclause设置的与上层一致4.RRCconnectionsetup（ENB—>UE）UE接收ENB发送的radioResourceConfiguration等信息，建立相关的连接，进入RRCconnection状态。Actionaboutphysicallayer:AddressedtotheTemporaryC-RNTIonPDCCH如果UE检测到RAsuccess,但是还没有C-RNTI，就把temporaryC-RNTI升为C-RNTI，否则丢弃。如果UE检测到RAsuccess,而且已经有C-RNTI，继续使用原来的C-RNTI。5.RRCconnectionsetupcomplete（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RRCconnectionsetup消息，ENB应该会重发。不然RRCconnectionsetupcomplete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。上行调度过程1.UE向ENB请求上行资源Physicalchannel:PUCCHMessage:SR(schedulerequest)

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：Schedulingrequest(SR)usingPUCCHformat1，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Physicalsignal:soundingreferencesignalPhysicalchannel:PUCCHENB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。

Soundingreferencesignal应该对UE和ENB都是已知的，ENB根据从UE接收到的soundingreferencesignal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soundingreferencesignal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soundingreferencesignal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UEPhysicalchannel: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Physicalchannel:PUSCHUE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commonsearchspace中获取公共信息，从UEspecificsearchspace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Physicalchannel:PHICH6.UE重传数据/发送新数据同4。下行调度过程1.下行信道质量测量ENB发送cellspecificreferencesignal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。PeriodicCQIreportingchannel:PUCCHAperiodicCQIreportingchannel:PUSCH接收到的DCIformat0的CQIrequest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Physicalchannel:PDSCH根据资源分配的结果在PDSCH上填充数