LTE系统信息(1)-MIB

1.什么是MIB

为了能正常接入小区,UE在完成扫频(无论是指定频点扫频还是全频段扫频,目的都是为了找到合适的中心载波频点,参考《LTE物理传输资源(3)-时频资源》)和小区同步之后(参考《LTE小区搜索-物理小区ID和同步信号PSS、SSS》),还需要继续读取小区的系统信息。系统信息是由网侧不断的重复广播的,这样无论UE什么时候开机,都能及时的获取到系统信息。

LTE的系统信息被分为两大类:MasterInformationBlockMIB)消息和多个SystemInformationBlocksSIBs)消息。MIB消息在PBCH中传输,不使用RNTI加扰;而SIB消息是在PDSCH中传输,使用SI-RNTI加扰。

LTE系统信息(1)-MIB_第1张图片

(图1 )

当网侧设备开机后,会先发送MIB消息,然后再发送一系列的SIB消息。MIB消息中承载的是最基本的信息,这些信息涉及到PDSCH信道的解码,UE只有先解码到MIB,才能利用MIB中的参数去继续解码PDSCH中的数据,包括解码SIB信息。MIB消息包含的参数如图2所示。

LTE系统信息(1)-MIB_第2张图片

(图2 MIB消息携带的参数)

(1)dl-Bandwidth:下行带宽参数,指示当前下行链路的带宽大小。取值范围是n6(对应1.4MHz)、n15(对应3MHz)、n25(对应5MHz)、n50(对应10MHz)、n75(对应15MHz)、n100(对应20MHz),分别表示当前带宽占用的RB个数,如n6表示带宽占用6个RB。因为下行带宽大小影响了PDSCH的解码,因此必须要将下行带宽dl-Bandwidth参数放到MIB中。本字段只需要3个bit就可以完成编码。

(2)phich-Config:PHICH配置参数,包括phich-Durationphich-Resource这两个参数。phich-Config用于计算PHICH信道的位置(请参考《LTE下行物理层传输机制(3)-PHICH信道》),而PHICH信道的位置会影响PDCCH和PDSCH的解码,因此PHICH的配置参数需要在MIB中传输。本字段只需要3个bit就可以完成编码。


(图3)

(3)systemFrameNumber:系统帧号,用于UE和网侧的帧同步。之前在《LTE小区搜索-物理小区ID和同步信号PSS、SSS》里提到的是子帧的同步,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)。至于为什么系统帧号的低2位不能在本字段中发送,后文在讲到MIB周期发送的时候会解释。

这里说明一下MIB占用的bit位个数以及原因:上述三个字段的有效信息只需要14bits(=3+3+8)就可以完成编码,考虑ASN1编码实现的时候需要字节对齐,所以MIB最低可以使用16bits的空间。但如果MIB占16bits,那么此时预留的bit位(图2中的spare字段)个数只有2个(=16-14),以后扩展的时候会很受限,所以这里协议为MIB分配了24bits的空间,预留的bit位是10bits(=24-14)。

2.MIB的周期发送

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。


(图4 MIB的周期发送)
现在就可以解释为什么MIB中systemFrameNumber字段只能携带系统帧号高8位这个问题了:eNB物理层在PBCH中发送的MIB块,并不是上文图2所示的原始的24bit信息,而是经过了一系列的物理层处理过程,包括插入CRC、信道编码、速率匹配、加扰、调制等等过程,经过这些过程处理后的数据被划分了4块,分配到4个连续的0号子帧中传输,如上文图4所示。如果systemFrameNumber字段编码10个bit位,那么经过物理层的处理,划分的4个块的内容将是一致的,且都等于第一个10ms的系统帧号,无法发出后三个10ms的系统帧号;而如果systemFrameNumber字段只传输系统帧号的高8位,那么eNB物理层在40ms周期内划分的4个MIB块中,传输的数据都是相同的,而动态变化的低2比特则由UE侧补充完整。
UE在成功解码到MIB后,怎么来获取范围为0~1023的系统帧号值呢?下面就来分析一下:
网侧在时刻(0,0)发送第1次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000000);
网侧在时刻(1,0)发送第2次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000000);
网侧在时刻(2,0)发送第3次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000000);
网侧在时刻(3,0)发送第4次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000000);
网侧在时刻(4,0)发送第5次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000001),由于systemFrameNumber字段发生变化,所以UE解码后知道这是本周期内第1次收MIB。
网侧在时刻(5,0)发送第6次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000001),这是本周期内第2次收MIB。
网侧在时刻(6,0)发送第7次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000001),这是本周期内第3次收MIB。
网侧在时刻(7,0)发送第8次MIB,携带的系统帧号高8位=(00000001),这是本周期内第4次收MIB。
通过分析,对于任意时刻开机接入网络的UE来说,只要MIB中systemFrameNumber字段值发生了变化(上文从00000000变为00000001),那么在新的周期内就可以知道当前本UE是第几次解码到MIB。如果UE是第1次接收本周期的MIB,则系统帧号的低2位等于(00);如果UE是第2次接收本周期的MIB,则低2位等于(01);如果UE是第3次接收本周期的MIB,则低2位等于(10);如果UE是第4次接收本周期的MIB,则低2位等于(11)。此时UE得到完整系统帧号的过程为:
UE在时刻(4,0)解码得到系统帧号高8位=(00000001),这是本周期内第1次收MIB,那么低2位值=(00),所以当前完整的系统帧号=(0000000100)=4。
UE在时刻(5,0)解码得到系统帧号高8位=(00000001),这是本周期内第2次收MIB,那么低2位值=(01),所以当前完整的系统帧号=(0000000101)=5。
UE在时刻(6,0)解码得到系统帧号高8位=(00000001),这是本周期内第3次收MIB,那么低2位值=(10),所以当前完整的系统帧号=(0000000110)=6。
UE在时刻(7,0)解码得到系统帧号高8位=(00000001),这是本周期内第4次收MIB,那么低2位值=(11),所以当前完整的系统帧号=(0000000111)=7。
上述过程整理如图5所示。
LTE系统信息(1)-MIB_第3张图片
(图5)
从上面的推导可以看到,MIB中systemFrameNumber字段只需要携带帧号的高8位,UE就可以解码得到完整的系统帧号信息。

3.MIB的时频位置

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),如上文的图4所示。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。

在博客《LTE下行物理层传输机制(1)-天线端口Antenna Port和小区特定参考信号CRS》里已经提到天线端口的概念,承载MIB的PBCH信道所使用的CRC掩码,是根据天线端口数目来选择的。UE可以依次尝试不同的CRC掩码序列,从而在解码出MIB的时候,就能得到小区特定参考信号对应的天线端口数。

4.为什么协议规定在收到SIB2之前ul-bandwidth的值等于dl-bandwidth

上行带宽参数ul-bandwidth是放在SIB2字段中传输的,如图6所示。前文已经说过,MIB是在SIB消息之前发送的,UE在解码SIB的时候已经知道dl-bandwidth但还不知道ul-bandwidth,那么UE在解码SIB2的时候需不需要用到ul-bandwidth参数

LTE系统信息(1)-MIB_第4张图片

(图6)

在考虑这个问题之前,我们先看下解码SIB2的过程:UE盲检测CCE,获取DCI,然后根据DCI中的RB/MCS等信息解码PDSCH中的SIB2。《LTE下行物理层传输机制(5)-DCI格式的选择和DCI1A》中已经提到,承载SIB2的PDSCH信道使用SI-RNTI加扰,采用的DCI格式是DCI1A或DCI1C。如果eNB采用DCI1A格式,且生成的DCI1A的码流长度小于DCI0的码流长度,则需要在DCI1A的末尾补0,而计算DCI0码流的长度是需要用到ul-bandwidth参数的(关于DCI0格式的详细内容以后再写)。

基于此,在收到SIB2之前,UE侧在编写代码计算DCI1A长度的时候,需要先计算DCI0格式的长度,而计算DCI0格式的长度必须需要提供ul-bandwidth参数的一个默认值,因而协议规定:UE在收到SIB2之前,ul-bandwidth的值等于dl-bandwidth的值

参考资料:

(1)3GPP TS 36.331 V9.18.0 (2014-06) Radio Resource Control (RRC)

(2)3GPP TS 36.300 V9.10.0 (2012-12) Overall description

(3)《4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband》

(4)http://www.sharetechnote.com 

(5)3GPP TS 36.211 V9.1.0 (2010-03) Physical Channels and Modulation

(6)3GPP TS 36.212 V9.4.0 (2011-09) Multiplexing and channel coding


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