LTE小区搜索

一、开机过程：
1）UE开机，选择PLMN；
2）从所选PLMN中选择信号最好的小区；
3）发起位置登记；
其中，第2）里的小区选择过程分为：1）锁定一个频率；2）时隙同步；3）帧同步；4）获得小区的主扰码；5）读广播信道MIB调度信息；6）读其它所需信息，驻留。

• 选择PLMN

PLMN表示：某个国家或地区，某个运营商的某种制式的蜂窝移动通信网络被称为PLMN，同一国家同一运营商也有几个PLMN。中国的PLMN参见：https://blog.csdn.net/macrohasdefined/article/details/19974069

当UE开机时，NAS层会请求发起PLMN的选择，目的是选择一个可用的、最好的PLMN。PLMN选择有两种模式，自动和手动。自动选网就是UE按照维护的PLMN列表的优先级顺序自动的选择一个PLMN报给NAS层。手动选网就是将当前的所有可用网络呈现给用户，由用户选择一个PLMN。
不论自动选网还是手动选网，其PLMN选择的具体过程是一样的。如果UE事先存储有频率信息，则直接在此频率上搜索最强的小区。如果没有，则UE需要在支持的全频段上搜索可用的PLMN。在每一个频段上，UE只需要搜索最强的小区，并接收它的系统信息，从MIB里即可以读出当前小区属于哪个PLMN。如果该小区的RSCP满足一定的条件，则把此发现的PLMN作为高质量的PLMN上报给NAS；如果找到的PLMN不满足高质量PLMN准则，但是能从系统信息中读出PLMN ID，则也要向NAS报告，同时附上其相应的RSCP值。在频率上对PLMN的搜索完成之后，NAS层根据接入层报告的所有PLMN信息，来决定选择一个PLMN，至此PLMN选择过程结束。

二、小区选择

当UE选定一个PLMN之后，接下来就进行小区选择，目的是选择一个属于这个PLMN的suitable小区。

如果此UE没有先验信息，则要进行初始小区选择，UE在支持的全频段内搜索属于此PLMN的suitable小区。在每一个频点上只需搜索信号最强的小区，一旦发现suitable小区，则选择它，并停止余下的频段搜索。

如果UE存储有先验信息，表示UE已经存储了载波频率相关的信息，同时也可能包括一些小区参数信息。UE会优先选择有相关信息的小区，如果合适，UE会选择它并驻留；如果不合适，UE将发起初始小区选择过程。

比如频率和扰码等，则使用这些信息进行小区搜索，如果发现suitable小区，则选择它，如果没有发现suitable小区，则会启动初始小区选择过程。

 

详细的小区选择过程如下：

1. UE开机，在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收信号（PSS），以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区。

如果UE保存了上次关机时的频点和运营商信息，则开机后会先在上次驻留的小区上尝试；

如果没有，就要在划分给LTE系统的频带范围做全频段扫描，发现信号较强的频点去尝试；

2.然后在这个中心频点周围收PSS（主同步信号），它占用了中心频带的6RB，因此可以兼容所有的系统带宽，信号以5ms为周期重复，在子帧#0发送，并且是ZC序列，具有很强的相关性，因此可以直接检测并接收到，据此可以得到小区组里小区ID，同时确定5ms的时隙边界，同时通过检查这个信号就可以知道循环前缀的长度以及采用的是FDD还是TDD（因为TDD的PSS是放在特殊子帧里面的位置有所不同，基于此来做判断）由于它是5ms重复，因为在这一步它还无法获得帧同步；

3.5ms时隙同步后，在PSS基础上向前搜索SSS，SSS由两个端随机序列组成，前后半帧的映射正好相反，因此只要接收到两个SSS就可以确定10ms的边界，达到了帧同步的目的。由于SSS信号携带了小区组ID，跟PSS结合就可以获得物理层ID（CELL ID），这样就可以进一步得到下行参考信号的结构信息(为什么？？)。

PS：这里还有另外10ms边界确定方法。5ms边界得到后，根据PBCH的时频位置，使用滑窗方法盲检测，一旦发现CRC校验结果正确，则说明当前滑动窗就是10ms的帧边界，可以接收PBCH了。因为PBCH信号是存在于10ms无线帧的每个slot#1中；如果UE以上面提到的5ms边界来向后推算一个Slot，很可能接收到PBCH信号，所以就必须使用滑动窗的方法，在多个可能存在PBCH的位置上接收并作译码，只有接收数据块的crc校验结果正确，才基本可以确认这次试探的滑窗落到了10ms边界上，也就是无线帧的帧头找到了。也就是说主同步信号PSS是5ms周期的，而PBCH和无线帧是10ms周期的，因此从主同步信号PSS到帧头映射有一个试探的过程。接着可以根据PBCH的内容得到系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置；一旦UE可读取PBCH,并且接收机预先保留了整个子帧的数据，则UE同时可读取获得固定位置的PHICH及PCIFICH信息，否则一般来说至少要等到下一个下行子帧才可以解析PCFICH和PHICH，因为PBCH存在于slot#1上，本子帧的PHICH和PCFICH的接收时间点已经错过了。 

4.在获得帧同步以后就可以读取PBCH了，通过上面两步获得了下行参考信号结构，通过解调参考信号可以进一步的精确时隙与频率同步，同时可以为解调PBCH做信道估计了。PBCH在子帧#0的slot #1上发送，就是紧靠PSS，通过解调PBCH，可以得到系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置以及天线配置。

• 系统帧号以及天线数设计相对比较巧妙: SFN位长为10bit，也就是取值从0-1023循环。在PBCH的MIB广播中只广播前8位，剩下的两位根据该帧在PBCH 40ms周期窗口的位置确定，第一个10ms帧为00，第二帧为01，第三帧为10，第四帧为11。PBCH的40ms窗口手机可以通过盲检确定。
• 天线数隐含在PBCH的CRC里面，在计算好PBCH的CRC后跟天线数对应的MASK进行异或(一般的做法是用天线端口数目来加扰PBCH的内容，UE在检测PBCH的时候分别用1，2，4三种天线端口假设来解扰，只到成功解析PBCH，从而同时确定小区的天线端口数目)。

5. 至此，UE实现了和eNB的定时同步；

要完成小区搜索，仅仅接收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，因此此后还需要接收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以根据物理小区ID推算出来？？，通过接收解码得到PDCCH的symbol数目；（ 知道小区天线端口数目后，配合小区ID，UE就可以知道小区公共导频的位置，就可以进行信道估计，解析PCFICH了？？）

2. 在PDCCH信道域的公共搜索空间里查找发送到SI-RNTI的候选PDCCH，如果找到一个并通过了相关的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。（此时的PDCCH是用SI-RNTI加扰的，（因为没有接入，此时UE还没有UE ID）属于系统的广播消息，系统消息中包含UE接入小区的一些配置，接收到这些系统消息后，UE就可以发起接入了）；

3.不断接收SIB，上层（RRC）会判断接收的系统消息是否足够，如果足够则停止接收SIB至此，小区搜索过程才差不多结束。

备注：PDCCH:用DCI指示PUSCH/PDSCH相关的 格式，资源分配，HARQ信息。

            PCFICH:用CFI表示1个子帧中用于PDCCH中OFDM符号数目。

三、随机接入

UE告知eNB自己的存在
UE发现eNB，而eNB并不知道UE的存在，所以他们之间进行正常的通信之前，UE必须先向eNB介绍自己。这个过程主要通过UE通过PRACH信道向eNB发送preamble实现的，即术语中所讲的physical random access procedure.eNB，接受到接入请求后eNB给出响应。

• 如果eNB给出响应(  这也就是术语中讲的random access response grant 过程，应该对应的是PDSCH信道)，则UE会根据Node B指示的信息在PRACH信道发送RRC Connection Request消息，进行RRC连接的建立。
• 如果在给定的时间内UE没有收到响应，就重新发送preamble给eNB。

PRACH信道preamble的发送

系统信息广播由网络实周期性发送，UE开机后，会接收到由eNode B通过物理广播信道（PBCH）和物理性下行控制信道（PDCCH）发送的基站指示信息。包括本小区的物理随机接入信道（PRACH）配置索引、逻辑根序列初始值、循环移位索引、上下行配置索引等于随机接入有关的参数。 UE通过这些指示信息生成要发送给eNode B的随机接入前导序号。