LTE下行传输机制--PBCH

1 PBCH概述

MIB消息在PBCH中传输，小区是通过逻辑信道BCCH向该小区内的所有UE发送系统信息的。

PBCH信息比特共24位

dl-bandwidth, 3位, 表示 6, 15, 25, 50, 75, 100 六种带宽.
phich-duration, 1位, 表示Normal or Extend 
phich-resource, 2位, 对应PHICH的参数Ng, ={1/6, 1/2, 1, 2} 
SFN帧号:高8位，系统帧号，用于UE和网侧的帧同步。UE只有成功解码了MIB，才能完成系统帧号的同步。需要注意的是，因为帧号的范围是0~1023，需要10个bit才能完整的编码1024个数据，但本字段并不能使用10个bit，而只能传输系统帧号的高8位（MSB）。
spare预留比特10位. 

MIB在时域上是周期发送的，周期固定是40ms，且所有的MIB消息都只在0号子帧发送，如图4所示。如果系统帧号SFN满足（SFN mod 4 = 0）条件，那么该系统帧的0号子帧是第一次传输（first transmission ）MIB消息，同一个MIB周期内的其他3个0子帧时刻则是重复发送（repetitions），也就是说eNB侧的物理层是每10ms发送一次MIB的。UE只要收到任何一个0子帧中的MIB消息，就可以独立解码，不需要等待收齐全部4个MIB块才能解码。 

2 PBCH过程

MIB的处理流程

原始24bits=>CRC校验16bits(CRC Mask)=>channel coding(1/3截尾卷积编码)=>速率匹配=>加扰=>调制=>映射到相应到RE上进行发送。

MIB数据的CRC处理

在CRC添加过程中，和W处理一致，需要进行反转，CRC的长度为16bits；添加CRC变成40bit信息

CRC加扰

关于CRC Mask的作用，由于PBCH信道可以具有多天线的发送分集，不同的CRC Mask可以得到不同的天线发送情况，所有具有分别指示1、2、4三种天线配置的情况。

编码方式与速率匹配

原始数据为24bits，加上CRC为40bits，1/3cc后的bits数目120bits，而最终需要映射到物理信道上的数目为1920/1728比特。

而根据协议的RateMatching的方式，需要将编码后数据重复得到所有的数据。

加扰

关于加扰：扰码生成的初始值根据cellId得到；加扰的初始值会在Nf%4=0的帧上进行重新初始化，由于BCH数据是重复的，所有虽然TTI为40ms，但只需要一帧的数据即可以解码得到相应的MIB数据。但4frame的扰码是不相同，只需要进行尝试，就可以知道是TTI的第几帧数据，同时得到的是SFN的低2bits的数据。

总共有四种扰码

调制

PBCH采用QPSK调制方式，即每个OFDM符号含有两个比特数据；

3 PBCH位置

    时域上，MIB消息被固定映射到0号子帧第2个时隙的前4个符号中，频域上，MIB消息被映射到带宽中间的72个子载波中（不包括直流子载波）。因为下行带宽参数dl-bandwidth是被放在MIB消息中传输的，因此UE在成功解码MIB之前，是不知道当前的下行带宽但知道中心载波频点的。所以MIB消息需要映射在整个带宽的最中间位置，这样UE就可以在不需要知道具体带宽的情况下，解码得到MIB消息。另外，由于LTE支持的最小带宽是1.4MHz，只包括了72个子载波，所以MIB块也不能映射到超过72个子载波上。

4 PBCH盲检

 

UE通过检测PBCH，能得到以下信息：

      （1）通过接收到的MasterInformationBlock可以知道小区的下行系统带宽、PHICH配置（详见《LTE：PHICH（一）》）、系统帧号（System Frame Number，SFN。更确切地说，获取到的是SFN的高8位，最低2位需要在PBCH盲检时得到，这会在后面介绍）。

      （2）小区特定的天线端口（cell-specific antenna port）的数目：1或2或4。

      （3）用于L1/L2 control signal（包括PCFICH、PHICH、PDCCH）的传输分集模式（transmit-diversity scheme）：PBCH和L1/L2 control signal都只能使用单天线传输或传输分集，如果使用传输分集， PBCH和L1/L2 control signal会使用相同的多天线传输分集模式。

 

图4：MIB在时域上的调度

 

      经过小区搜索过程后，UE已经知道了10ms timing，也即知道了子帧0所在的位置。

      PBCH时域上位于子帧0的第2个slot的前4个OFDM symbol，频域上占据72个中心子载波（不含DC）。

      PBCH在40ms周期内重复4次，每一次发送的PBCH都携带相同的coded bit，也就是说，每一次都是可以独自解码的。因此，在信道质量（SIR）足够好的情况下，UE可能只接收这40ms内的其中一个，就能够成功解码出PBCH的内容；如果不行，就与下一个10ms发送的PBCH的内容进行软合并，再进行解码，直到成功解码出PBCH。

 

      前面已经说过，通过MIB，UE只能获取到SFN的高8位，最低2位（也就是40ms timing）是通过盲检PBCH得到的。40ms内每次发送的PBCH会使用不同scrambling and bit position（即共有4个不同的phase of the PBCH scrambling code），并且每40ms会重置一次。

      UE可以通过使用4个可能的phase of the PBCH scrambling code中的每一个去尝试解码PBCH，如果解码成功，也就知道了小区是在40ms内的第几个系统帧发送MIB，即知道了SFN的最低2位。（[2]和[6]中介绍了检测SFN最低2位的几种策略，有兴趣的可以了解一下）

 

      PBCH的多天线传输只能使用传输分集，而且在2天线端口传输时，只能使用SFBC；4天线端口传输时，只能使用combined SFBC/FSTD。UE使用3种不同的CRC mask（具体见36.212的5.3.1.1节）来盲检PBCH，可得到天线端口数目，而天线端口数目与传输分集模式一一对应（1天线端口 <-> 无；2天线端口 <-> SFBC；4天线端口 <-> combined SFBC/FSTD），因此当UE成功解码PBCH时，就知道了小区特定的天线端口数以及用于L1/L2 control signal的传输分集模式。（关于SFBC、FSTD的说明，详见[1]的5.4.1.4节和10.3.1.2节）

 

      PBCH有三种天线端口组合（1/2/4）和四种不同扰码（phase）组合，所以做盲检PBCH最多有12种可能组合。

 

                                图5：PBCH结构