LTE系统信息 --- MIB、SIB

前言

       UE在搜索小区过程之后， 已经与小区取得下行同步，得到小区的 PCI（Physical-layer-Cell Identity） 以及检测到系统帧的 timing（即 10ms timing）。 接着，UE 需要获取到小区的系统信息（System Information），这样才能知道该小区是如何配置的，以便接入该小区并在该小区内正确地工作。
        系统信息是小区级别的信息，即对接入该小区的所有 UE 生效。 系统信息可分为MIB （ MasterInformationBlock）和多个 SIB （SystemInformationBlock），每个系统信息包含了与某个功能相关的一系列参数集合。系统信息类型如下：

        并不是所有的SIB都必须存在，对运营商部署的基站而言，就不需要SIB9；小区会不断的广播这些系统信息，有三种类型的RRC消息用于传输系统信息：MIB消息，SIB1消息，一个或者多个SI消息。                                                          

        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。

        从下图可以看出：逻辑信道BCCH会映射到传输信道BCH和DL-SCH，其中BCH只用于传输MIB信息，并映射到物理信道PBCH；DL-SCH用于传输各种SIB信息，并映射到物理信道PDSCH。

 

MIB

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。

（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-Duration和phich-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）。

MIB的解析

UE通过检测PBCH，能够得到一下信息：

（1）通过接收到MIB可以知道小区的下行系统带宽、PHICH配置，系统帧号（SFN，System Frame Number，更确切地说是获得SFN的高8位，最低两位需要在PBCH盲检的时候得到）。

（2）小区特点的天线端口（cell-specific antenna port）的数目：1或2或4.

（3）用于L1/L2 控制信令（包括 PCFICH、PHICH、PDCCH)的传输分集模式（transmit-diversity scheme）：PBCH和L1/L2l控制信令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 控制信令会使用相同的多天线传输分集模式。

通过下图可知，PBCH时域上位于每个系统帧的子帧0的第2个slot的前4个OFDM符号上，并且在频域上占据72个中心子载波（不含DC）。

       把BCH传输限制在72个中心的子载波，而不考虑小区的下行系统带宽的原因在于：UE在接受BCH时并不知道小区的下行系统带宽。因此UE第一次接收BCH时，可以假定小区的下行系统带宽等于可能的最小下行系统带宽（6个RB，对应于72个子载波）。在解码了MIB之后，UE就能从MIB中得到实际的下行系统带宽。

      MIB在40ms的周期内重复了4次，每一次发送的PBCH都携带相同的coded bit ，也就是说，每一次都是可以单独解码的。因此，在信道质量（SIR）足够好的情况下，UE可能只接受这40ms内其中一个，就能成功的解码出PBCH的内容；如果不行，就在与下一个10ms发送的PBCH的内容进行软合并，在进行解码，直到成功解码出PBCH。

      40ms内每次发送的PBCH会使用不同的scrambling and bit position（即共有4个不同的 phase of the PBCH scrambing 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 中的每一次去尝试解码 PBCH，如果解码成功，也就知道小区是在40ms内的第几个系统帧发送MIB，即知道了SFN的最低两位。

  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来盲检PBCH，可以得到天线端口数目与传输分集模式--对应（1天线端口端口对应单天线端口传输；2天线端口对应SFBC；4天线端口对应combined SFBC/FSTD），因此当UE成功解码PBCH时，就知道小区特定的天线端口数以及用于L1/L2控制信令的传输分集模式。

 PBCH有三种天线端口组合（1/2/4）和4种不同扰码（phase）组合，所以盲检PBCH具有12中可能组合。

MIB在物理层的编码处理和流程映射如下图：

 

 

SIB

 

       LTE的SIB类型有很多种，对于R9版本的协议来说，SIB具体包括SIB1、SIB2、SIB3、SIB4、SIB5、SIB6、SIB7、SIB8、SIB9、SIB10、SIB11、SIB12、SIB13这13类。早期的SIB1也被称作SU-1，全称是Scheduling Unit-1，其他的SIB块被称为SU-n，MIB也被叫做SI-M，现在已经不这么叫了，如果有在其他资料中看到这种提法，也不要惊讶。不同的SIB携带不同的参数，具备不同的目的，具体如下：

SIB1：主要携带小区接入和小区选择相关信息，以及LTE-TDD子帧配置、其他SIB块的调度和窗口信息等。

SIB2：主要携带公共的无线资源配置相关信息，包括接入BAR信息、PRACH配置信息、上行频点信息、MBSFN配置等。

SIB3：携带同频、异频、跨制式小区重选相关的公共信息。

SIB4：携带用于同频小区重选的邻区信息。

SIB5：携带用于异频小区重选的邻区信息。

SIB6：携带用于跨制式（UTRA）小区重选的邻区信息。

SIB7：携带用于跨制式（GERAN）小区重选的邻区信息。

SIB8：携带用于跨制式（CDMA2000）小区重选的邻区信息。

SIB9：携带HOME eNB（HNB）的相关信息。

SIB10/11：携带ETWS（Earthquake and Tsunami Warning System）的相关信息。当UE从寻呼消息中解码发现有ETWS消息存在时，就需要从SIB10/11中获取具体的ETWS内容。这些告警信息是在paging中通知。

SIB12：携带CMAS（Commercial Mobile Alerting System）的相关信息。当UE从寻呼消息中解码发现有CMAS消息存在时，就需要从SIB12中获取具体的CMAS内容。

SIB13：携带MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）的相关信息。

所有SIB中最重要的当属SIB1，因为SIB1除携带了UE接入小区等所需的参数之外，还携带了其他SIB类型的调度信息。

     

UE能不能驻留这个小区，取决于红框中的3个参数：

• PLMN：小区的PLMN
• Cell barred：小区是否bar掉
•  RxlevMin：UE能够驻留到此cell最小RSRP.

如果UE解码不到SIB1，也就无法解码其他类型的SIB。基于此，协议规定eNB通过两种不同的方式广播SIB：第一种是通过SystemInformationBlockType1消息周期广播SIB1，第二种是通过多个SI（SystemInformation）消息周期广播除SIB1之外的其它SIB，如图所示。

 

 

需要说明的是，除了SIB1之外的其他SIB块，如SIB2、SIB3等等，同一个SIB块只能放在同一条SI消息中传输，不能分割映射到两条不同的SI消息中。多个SIB块也可以封装到同一条SI消息中一起发送，但前提是这几个SIB块的周期必须相同。这个地方要注意，以后SI特指除SIB1之外的SIB消息。

不同于MIB在PBCH中的发送，所有SIB均需要使用SI-RNTI加扰，在CCE公共空间中通过PDSCH信道传输。

2、SIB的周期发送

SystemInformationBlockType1消息（下文简称SIB1消息）的周期固定等于80ms，且只在5号子帧中传输。之所以选择5号子帧，是因为无论哪种LTE-TDD配置，5号子帧都是下行子帧，不需要区分上下行子帧配置。

类似于MIB的发送机制，SIB1消息在80ms内也是重复发送4次。若系统帧号SFN满足条件（SFN mod 8 = 0），则认为该系统帧的5号子帧是第一次发送本周期的SIB1块，然后在同个周期内其它系统帧号满足条件（SFN mod 2 = 0）的5号子帧上重复发送SIB1块，如图2所示。

（图2 SIB周期）

 

不同SI消息的周期既可以相同也可以不同，图3所示的就是一种可能的情况。在这个图中，SIB2在SI-2消息中发送，周期是160ms；SIB3和SIB4的周期都是320ms，被封装在SI-3消息中一起下发。

（图3 不同SI的周期示例）

 

每个SI消息的发送时机都被限制在一个独立的窗口之内，这个窗口也被叫做SI窗口，如图4所示。每个SI消息对应着一个SI窗口，这些不同的SI窗口并不会重叠，在某个SI窗口内，只有这个SI窗口对应的SI消息才会被传输，其他的SI消息不会发送。所有SI消息的窗口长度都是相等的，值可以在SIB1中配置。在一个SI窗口内，该窗口对应的SI消息可以发送多次，且可以在任意子帧中发送，当然这些子帧不包括MBSFN子帧、TDD上行子帧和被SIB1占用的发送子帧。

从图4中可以看到，相邻两个SI窗口之间的距离就是该SI的周期长度，每个SI的周期长度也是在SIB1中配置的。在一个SI窗口内，SI消息可以在多个子帧中连续发送，也可以跳过某个子帧不发送。

（图4 SI窗口示意）

从上面可以看出，每个SI的窗口长度，周期都是在SIB1中定义的，且各个窗口都是相等，不能重叠，若是周期一样，可以放在一起传输。然后在窗口内就可以发送该SI，只要不与其他一些冲突就可以。

 

3.SIB1中的SI调度和窗口参数

SIB1携带了所有SI消息的调度和窗口参数，通过这些参数可以计算出每条SI消息的周期和发送时刻，如图5中的黄色区域所示。

（图5 SIB1中关于SI周期和窗口的参数）

图5中的相关参数说明如下：

SchedulingInfoList：指示结构体SchedulingInfo数组的长度。SI消息序列中必须至少包含SIB2，且SIB2需要放在数组SchedulingInfo中的第一个位置，所以SchedulingInfoList参数的取值范围是1到maxSI-message。虽然目前SI消息的总个数只有13个，考虑到后续的扩展，maxSI-message仍然被固定设置为32。

SchedulingInfo：指示每个SI消息的调度信息，包括周期si-Periodicity和承载的SIB类型SIB-Type。si-Periodicity的单位是无线帧号，比如rf8表示该SI的周期是8个系统帧即80ms。SIB-Type并不需要显式的包含SIB2类型，因为SIB2默认放在SchedulingInfo数组的第一个位置。如下面的图6所示，数组SchedulingInfo的第一个元素只填写了周期rf16，而没有填写sibType，因为此时默认是传输SIB2块。

si-WindowLength：所有SI消息的窗口长度，单位是ms，ms20表示SI的窗口长度是20ms。

图6是一种可能的SIB1配置。在这个配置中，eNB将会发送两个SI，分别是：第一个SI只携带SIB2，周期是160ms，窗口长度是20ms；第二个SI只携带SIB3，周期是320ms，窗口长度同样是20ms。

（图6）