LTE-时间同步和小区搜索

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时间同步过程

（1）UE解码三个不同的PSS的主同步，并找出为小区分配的序列，获得主时间同步。
（2）用PSS来解码SSS，并找出为小区分配的序列。
这种同步每过5ms就进行一次。

三个不同的序列作为PSS，三个序列中的每个序列与小区ID组中的小区ID之间存在一一对应关系。UE检测到这个小区ID组后，就可以确定帧定时。从这个小区ID组，UE还可以得到在小区中用于生成参考信号的伪随机序列。

（3）一旦这个定时同步建立起来，UE就可以解码MIB并计算出SFN编号，因为MIB携带SFN编号。

要检测PSS和SSS，需要精确地获得具有特定资源元素序列的数据。要准确地从特定的资源元素中提取数据，就需要知道精确的符号边界(OFDM符号的起始位置和结束位置)。一旦检测到精确的符号边界，就可以检测频率偏移(一种频率误差)来进一步对信号进行补偿。从某种意义上讲，这两个步骤比PSS、SSS的检测更加困难。

有许多不同的技术来检测符号边界，但是其中一种常用的技术是使用循环前缀(CP)的特性。众所周知，CP是一个OFDM符号尾部数据序列的拷贝，这意味着CP和符号的尾部之间的相关性应该比其他区域大得多，如下所示：


如果在沿着接收到的时域信号向下滑动相关窗口时找到了相关性最高的点，那么这个位置就是OFDM符号的边界。

下面是一个在滑动窗口时绘制这些相关性的示例。可以明显地看到一个OFDM符号间隔的峰值(这是来自于以7.62 MHz采样率采样，带宽为5MHz的LTE下行数据)。

理论上，尽管CP应该与符号的结束部分相同，但实际上有所差异，因为在信号生成和通过信道时叠加了不同的噪声(或衰落)。因此，相关峰值现在可能正好出现在预期的点上，也可能不只有一个点。我们可以在峰值附近的几个样本周围看到类似的高相关性。所以在几个样本中，峰的位置会有误差。随着相关窗口长度的增加，相关性的峰值的精度也会提高。这意味着在更宽的带宽下可以有相当好的准确性，因为CP长度在更宽的带宽下更长。然而，当系统带宽变窄时，由于CP长度变短，相关性的准确性变差。因此，在实际实现中，往往都需要一些额外的技巧来补偿这类错误。

小区搜索

小区搜索指的是测量、评估、检测过程的集合。这与小区选择过程密切相关，因为UE在进行小区选择之前首先进行搜索过程。这一过程对空闲模式下UE的能量消耗也有很大的影响。

小区搜索步骤、算法

下面的描述显示了WCDMA的初始扫描和小区搜索机制的一个例子。它不是LTE，但也可以在LTE的系统中找到类似的逻辑。每一步的具体描述如下:
当UE第一次开机或设备进入覆盖范围，试图检测/搜索一个新小区时，UE不知道它应该在哪个频率上进行搜索，所以它可能需要做一些盲目的搜索。例如，假设设备支持WCDMA第I波段。
UE周围的节点可以使用10562到10838之间的任何频段。
eNB可能使用的频率有276种可能。那么UE如何检测/找到它需要附着的小区(NodeB)呢?
在3GPP中没有定义任何的算法。因此，这完全取决于在UE端或芯片组实现。
目前使用最广范的一种算法如下:

i) UE调到它支持的每一个频段并测量RSSI。
(RSSI仅仅是它所能测量的信号的能量/功率。这种测量不需要任何信道编码过程。所以在这一步，UE不需要知道任何关于网络的信息。在这一步，UE没有通过解码PCPICH(在WCDMA中)或同步/参考信号(在LTE中)来检测物理小区ID，只是测量每个信道频段的功率。当UE测量每个通道的RSSI时，它用测量的RSSI创建每个信道频段的列表。

ii) 然后UE遍历步骤 i) 中的列表并找出所有RSSI值大于阈值的频段(该阈值也取决于UE/芯片组的实现，不是由3GPP决定的)。为了找到更合适的频段，UE需要继续执行以下步骤。

iii) UE解码PCPICH并测量功率，从步骤 ii) 的每个候选小区中检测物理小区ID。
(一些小区能检测成功，一些则会失败。UE会列出检测成功的小区列表)。

iv) 从 iii) 的成功检测的列表中，UE为每个候选小区解码MIB。通过这个过程，现在UE可以列出一个列表，表中包含频率、物理小区ID 和PLMN(公共陆地移动网，Public Land Mobile Network，PLMN = MCC国家码 + MNC网络码)。

v) 根据USIM信息和 iv) 的候选表，可以判断出哪个小区是真正可以附着的候选小区，并尝试解码系统信息，继续进行注册过程。

如果UE在上面的步骤 v) 中没有找到任何Home PLMN(用户归属的PLMN)小区，并且只找到VPLMN(Visited PLMN 访问PLMN小区)，那么它将在VPLMN小区上附着。但是一旦在VPLMN小区中进入空闲模式，UE将尝试执行小区搜索搜索HPLMN。这个过程可能包括上面描述的所有步骤，或者根据不同的UE实现稍微简化的过程。通常这些HPLMN搜索过程周期性地发生，如下所示。HPLMN搜索的周期由USIM参数决定，具体搜索算法由UE实现决定。如果UE在进行周期性搜索的地区没有HPLMN，将会消耗大量的电池电量。因此，为了节约能源消耗，大多数UE/芯片组制造商倾向于采用一种“backoff”的方法。这种“backoff”的周期不是由3GPP定义的。

小区搜索的几种情景

在以下场景会执行小区搜索:

i) UE开机

ii) UE尝试在空闲模式下的每个DRX周期中查找服务小区

iii) 如果UE在一定数量的测试中没有发现服务小区，它将启动邻区搜索(这个邻区搜索可以是内部小区或外部小区。这些相邻小区搜索之间的间隔随DRX周期和内部/外部频率模式的变化而变化。通常这种搜索的间隔是 N x DRX，“N”会随情况的变化而有所不同。详见36.304、36.133)。

iv) 当UE服务受限时(例如只能进行SOS和紧急呼救)，UE会定期寻找合适的小区以便进行正常服务。

v) 当UE不在覆盖范围内，UE会尝试重新扫描现有小区，看看它是否能恢复正常服务，或者尝试访问其他小区，看看它是否能获得正常服务。

vi) 当UE处于漫游状态(意味着它当前在VPLMN小区上附着)时，它应该周期性地搜索HPLMN小区(周期通常为N x 6分钟，其中N在USIM的HPPLMN字段中指定)。

服务小区的测量/评估

UE在每个DRX周期中都执行对服务小区的测量，并检查它是否满足小区选择标准。如果它在一定数量的尝试之后，成功地找到了一个满足标准的小区,它就会呆在小区内。但如果在几次测试后没有找到满足标准的小区(见表所示),它就会启动对所有邻区的测量/评估，而这些邻区由服务小区系统信息所指定。(详见36.133第4.2.2.1条)
DRX周期:这是一种时钟(定时器)。测量/评估/检测过程是在DRX周期数指定的特定间隔内进行的。(在空闲模式下，此DRX周期由网络通过SIB1确定)