TD-LTE小区同步与搜索
LTE学习笔记
一、同步信号
TDD-LTE系统，下行同步信号分为主、辅同步信号，优势在于保证UE能准确快速检测出主同步信号，并在已知主同步信号的前提下检测辅同步信号，加快小区搜索速度。
1个无线帧有10个子帧，每个子帧2个Slot，每个Slot有7个OFDM信号。在频域上，每12个子载波组成一个资源单元（总共占用180KHz带宽）。因此，频率上的一个单元资源，时间上一个持续时隙资源被称为资源块（RB）
同步信号的作用
LTE系统共有504个小区识别码，3个一组形成168个物理层小区识别组，对应LTE的eNodeB，范围在0~167，其中每组中的码分别对应同一eNodeB下的三个扇区，范围为0~2，可以唯一确定小区识别码；在小区搜索时，利用两个同步信号分别取得小区识别信息，得到目前UE所要接入的小区识别码
1.时间同步 时间同步是小区搜索中第一步，基本原理是：用本地同步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的位置。TDD-LTE系统的时域同步检测分两个步骤：第一步检测出PSS，之后根据PSS和SSS之间的固定关系，检测SSS
当UE处于初始接入状态，对接入小区的带宽是未知的，PSS和SSS处于整个带宽的中央，并占有1.08MHz带宽。因此，在初始接入时，UE首先在其支持的工作频段内以100KHz的间隔在频栅上进行扫描，并在每个频点上进行PSS检测。这一过程，UE仅仅检测1.08MHz的频带上是否存在PSS
当检测出PSS信号，可获得主同步序列的序号。完成PSS接收和检测后，还要完成对子帧CP类型检测。因为系统中可能是常规CP，也可能是扩展CP，对应PSS和SSS之间的距离存在两种可能，需要UE采用盲检方式识别，通常采用PSS和SSS相关峰的距离进行判断。
确定了子帧和CP类型后，SSS的位置和SSS序列也就确定了。由于SSS序列比较复杂，且采用了两次加扰，因此检测过程相对复杂。从实现角度看，SSS序列在已知PSS位置情况下，可通过频域检测降低计算复杂度。
2.频率同步
为了确保下行信号正确接收，在小区初搜索过程中，完成时间同步后，要进行更精细化的频谱同步，确保收发两端信号频偏一致性。为了时隙频率同步，可通过SSS序列、导频序列、CP等信号来进行频偏估计，对频率偏移进行纠正。 频偏是由于收发设备的本地载频之间的偏差、信道的多普勒频域等引起。频偏包括与子载波间隔的整数倍偏移和子载波间隔的小数倍偏移两种情况。对整数倍频偏，由于接收端的抽样店位置仍然在载波的定点，并不造成子载波间干扰，但解调出来的信息符号的错误率是50%（无法正确接收）；而小数倍频偏，由于收发抽样点不对齐，会破坏子载波之间的正交性，进而导致子载波间ICI，影响信号正确接收。
二、小区搜索过程
UE通过小区搜索过程识别并获得小区下行同步，从而读取小区广播信息。此过程在初始接入和切换中都会用到。
为了简化小区搜索过程，同步信道总是占可用频谱的中间62个子载波。不论小区分了多少带宽，UE只需处理这62个子载波。
UE通过获取三个物理信号完成小区搜索。分别是P-SCH信号、S-SCH信号、下行参考信号（导频）。同步信道每个帧发送两次。
规范定义了3个P-SCH，用长度为62的频域Zadoff-Chu序列。每个P-SCH信号与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识对应。S-SCH信号有168种组合，与168个物理层小区标识组对应。故在获得了P-SCHheS-SCH信号后UE可确定当前小区标识。
下行参考信号用于更精确的时间同步和频率同步。
完成小区搜索后UE可获得时间、频率同步，小区ID识别，CP长度检测 2
1、EUTRA支持的带宽从1.4M到20M。UE一开机并不知道系统带宽是多少。为了让UE尽快获得系统频率和同步信息。LTE设计了主辅同步信道。无论系统带
宽为多少，主辅同步信道都位于频率中心的1.08M上，含6个RB，72个子载波。实际上，同步信道只使用了频率中心（DC）周围的62个子载波，两边各留5个做保护。
2、同步信号在一个10面的帧内，传送2次。在TDD-LTE中，主同步信号位于子帧1、6的第三个OFDM符号上，辅同步信号位于子帧0、5的最后一个OFDM符号上（也就是Slot1和Slot11）。利用主辅同步信号相对位置的不同，UE可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD
3、UE一开机，就会在可能存在LTE小区的几个中心频点上接受数据并计算带宽RSSI，以接收信号强度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；否则要进行全频段搜索。
4、然后UE在这个中心频点周围尝试接收PSS，36.211定义了3种PSS信号，使用长度为62的频域Zadoff-Chu序列，每个PSS信号与物理层小区标识组内的一个物理层小区标识相对应。UE捕获了系统的PSS后，就可以获知： （1）：小区中心频点的频率 （2）：小区在物理组内的标识（在0、1、2之间取值） （3）：子帧的同步信息 对FDD而言，由于主同步信号位于Slot0或Slot10的最后一个OFDM符号，因而不管CP的长度是多少，确定了PSS后就可以确定Slot（也就是子帧）的边界。但是PSS在Slot0和Slot10上的内容是相同的，目前还无法区分这两个时隙，无法获得系统帧信息。 对TDD而言，捕获PSS后还无法确定子帧边界。但随后UE捕获SSS，就可确定子帧边界，道理同上。
5、SSS信号有168种不同组合，对应168个不同的物理小区组的标识（在0到167之间取值）。这样在SSS捕获后，就可以获得小区的物理ID，PCI=PSS+3xSSS。PCI是在物理层上用于小区间多种信号与信道的随机化干扰的重要参数。SSS的每一帧的两个子帧所填内容是不同的，进而可以确定是前半帧还是后半帧，完整帧同步。同时，CP长度也随着SSS的盲检成功而随之确定
6、至此，UE可以进一步读取PBCH。PBCH承载了系统MIB信息。时域上，在一个无线帧内，PBCH位于Slot1的前4个OFDM符号上。频域上，PBCH和PSCH、SSCH一样，占据系统带宽中央的1.08MHz。这样在未知系统带宽的情况下，UE也可快速的捕获PBCH信息。不同的是，次数已取得精确同步，PBCH不需像PSCH、SSCH那样在信道两侧留空闲子载波，而是全部占用带宽内的72个子载波。
要完成小区搜索，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，因此之后还要接收SIB，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查找发送到SI-RNTI的候选PDCCH，如果找到一个并通过了相关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
3、不断接收SIB，上层（RRC）会判断接收的系统消息是否足够，如果够了则停止接收SIB。至此，小区搜索过程差不多结束。
TD-LTE同步与小区搜索-学习笔记
