移动开发一 LTE小区搜索.docx
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移动开发一LTE小区搜索
移动开发系列
之
LTE小区搜索流程
概述
小区搜索是手机等移动设备跟网络取得联系的第一步，小区搜索其实就移动设备寻找移动网络的过程。
基本思想就是移动设备在一些特定频段上测量特定的信号，检测到属于LTE的特定信号后读取系统信息后，就认为移动设备搜索到了LTE网络。
本文档主要针对LTE小区搜索过程做一个全面的介绍，主要内容包括：
●目的：
介绍小区搜索的作用。
●原理：
介绍小区搜索的实现原理。
●流程：
介绍小区搜索的触发条件以及步骤。
●步骤：
详细介绍流程中的每一步的作用，可以获取到小区的哪些信息，以及如何来获取这些信息的
●示例：
通过抓一个手机的开机Log，来进一步理解LTE搜网的过程。
（通过以高通平台的手机为例，使用QXDM抓完Log后，如何使用QCAT来分析搜网过程）
阅读完本文档，会对读者理解LTE小区搜索有很大的帮助，适合希望对LTE感兴趣的读者。
对于协议开发人员，可以了解如何使用QCAT工具来分析高通平台的手机等移动设备的开机过程结束后搜索小区的过程。
目的
小区搜索的目的：
与小区取得频率同步，帧同步，确定基站的ID，读取系统信息。
频率同步是针对频域而言，帧同步是针对时域而言。
通过搜索网络的过程，UE就知道当前的LTE网络的频段的位置，带宽大小，周围有哪些小区可以驻留，知道了一帧的起始位置，那么其它业务信道的位置也就能知道了。
通过解析广播信道的系统广播消息，就能知道网络的系统参数，有了这些信息，移动设备就能跟网络进行交互，从而进一步为上层进行业务做准备。
原理
要想让UE能搜索到网络，那么网络必须不间断地周期性地发送一些好检测的信号，这种信号一般称为同步信号，其主要的作用是为了让手机来发现网络的，检测到这些同步信号就能确定一帧的开始位置。
在LTE中，一帧的时长是10ms，在10ms的帧中会发两次同步信号。
如下图
（一）的黄色和红色的小块就是LTE帧中的同步信号，红色的称为主同步信号（PSS）,黄色的称为辅同步信号（SSS）。
图
（一）
为什么要分主同步与辅同步信号呢，为什么不能只要一种同步信号就可以了呢？
首先为了缩短搜索时间，在一帧发两次同步信号，这样5ms内如果一个频段有同步信号必定能检测到，如果5ms内没有检测到，就认为该频段没有同步信号，再换另一个频段来检测。
否则，10ms发一次同步信号的话，就得等10ms才能判断有没有同步信号。
既然一帧发2次同步信号，那么一帧的两次同步信号携带的信息必须不一样，否则就没法区分一帧的开始位置，而只能区分半帧的开始位置，也就是说上图的第一次的发同步信号为开始还是第二次的同步信号为开始就没法判断出来，所以两次发的内容必须不一样。
这又为检测带来了复杂度上的提升。
一种比较好解决的办法是把同步信号分为2种：
主同步信号和辅同步信号，主同步信号发的内容是一样的，这样便于检测，不过检测也只能知道半帧（5ms）的开始位置；辅同步信号在同一帧发的内容不一样，这样也就能确定一帧的开始位置了。
检测到了同步信号，大体上已经实现频域和时域的同步了，可以继续往下检测其它信道了。
移动设备获取到了整个网络系统的基本信息后，搜索工作基本完成。
流程
小区搜索的触发条件：
有以下这么几种情况：
1、从非接入层过来的请求：
包括有开机请求，用户手动搜网等
2、无服务：
比如从有服务地方到没有服务的地方
3、频段重定向：
由一个频段重定向到另一个频段
4、网络切换：
比如从WCDMA，GSM，EVDO等其他网络切换到LTE
5、无线链路失败：
比如在连接态，但是无法建立链路了。
6、状态转移：
从Connected到IDLE态
搜索步骤：
图
（二）
同上图
（二）可以看出小区搜索的几个步骤：
1）检测主同步信号：
通过这一步可以获得系统的5ms定时，并且获得小区ID组内的具体小区ID
2）检测辅同步信号：
通过这一步可以获得10ms定时，也就是一帧的开始位置，小区组ID
3）检测下行参考信号：
进行信道估计，以了解信道特性。
4）读取广播信道信息：
获取MIB的信息，主要有系统带宽，天线配置,系统帧号，PHICH配置
5）接收共享信道信息：
获取系统的其它广播信息
具体步骤
步骤一、检测主同步信号
LTE的符号占据频段中心的72的子载波，占据频带中间的1.08MHz，PSS使用的是ZC序列
PSS序列采用长度为63的频域Zadoff-Chu（ZC）序列，表示为：
M可选的值为25,29,34，在一些指定频段接收信号，然后分别用不同的M值ZC进行自相关检测，结果那个大，就能知道是M哪个值，通过下面的表
（1）的映射关系就能知道小区组内ID，表示为
表
（1）
步骤二、检测辅同步信号
检测到PSS信号后，那么检测SSS信号就比较有目的了，但是SSS信号的相对与PSS的位置有两种，如下图（三）所示：
对于FDD的网络，SSS在PSS的前面一个符号；对于TDD网络，SSS在PSSS的前三个符号，尝试从这两个位置去检测就能把SSS符号检测到。
根据图（三）所示，只有知道了PSS与SSS的相对位置，也就能知道网络是FDD还是TDD网络。
图（三）
SSS使用的是m序列，3GPP36.211的6.11.2.1有描述m序列的产生方法。
SSS实际上是使用2个长度31的m序列交织而成，如下图所示，而在同帧的的两个SSS序列，X和Y交织成新序列在位置上是相反的。
由于同一帧的两个SSS序列不一样，可以确定一帧的开始位置。
也就是获得了10ms时钟
图（四）
两个序列m0，m1是同一个序列的不同偏移，偏移后的结果就是上图的X和Y序列，因此检测到SSS信号后，也就能知道m0和m1的值，根据m0和m1的值可以
的值，该值就是小区的组内ID
0
0
1
34
4
6
68
9
12
102
15
19
136
22
27
1
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2
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23
23
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14
18
135
21
26
-
-
-
表
（2）
从上面可以看出，检测PSS可以知道
，检测SSS可以知道
，通过下面公式可以得到PCI，也就是物理小区ID：
还可以根据PSS与SSS的距离来知道系统的CP（循环前缀）是NormalCP还是ExtendedCP，从下图可以看到两者的在时域上的距离是不一样的。
因此通过确定PSS和SSS的相对距离也是可以确定CP的值的。
图（五）
步骤三、检测参考信号
多径和时变是移动通信系统的两大特点，并且当系统使用空时编码时，接收端只有知道信道特效才能进行有效地解码，因此要进行信道估计，这就是要检测参考信号的意义
参考信号的位置：
时域（端口0和1的CRS位于每个slot第1和倒数第3个符号,端口2和3位于每个slot第2个符号）,频域（每隔6个子载波插入1个），如下图（六）中的小蓝格就是参考信号的位置，这些只要经过上两步确定完10ms帧的开始位置也就能确定下来。
图（六）
这些小蓝格上发送的内容是已知的，在接收端接收这些信息是为了将接收结果与实际的结果对比，以得知实时的信道特性。
步骤四、接收PBCH
通过检测PSS和SSS信号后，PBCH信道也就能确定：
时域（子帧0时
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