LTE移动性管理(经典)
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主同步信号PSS (Primary synchronization signal) 辅同步信号SSS(Secondary synchronization signal)
LTE支持504个物理层小区id，分为168组，称组标识，每一 组包含3个组内小区标识。
(1) 一个物理层id就可以由代表组标识的数字N ID （0～167）， (2) 和组内小区标识 N ID （0~2）来唯一定义，即 ：
Msg4：竞争解决
初始接入和连接重建场景 竞争 判定 调度 切换，上/下行数据到达场景
Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝，UE UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令， 将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比 则竞争成功 较，两者相同则判定为竞争成功 Msg4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度 eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度Msg4 UE之前已分配C-RNTI，在Msg3中也将其传给 eNB。竞争解决后，临时C-RNTI被收回，继续 使用UE原C-RNTI
小区重选相关概念
小区重选（cell reselection）指UE在空闲模式下通过监测邻区和当前小 区的信号质量以选择一个最好的小区提供服务信号的过程。当邻区的信号 质量及电平满足S准则且满足一定重选判决准则时，终端将接入该小区驻 留。 UE驻留到合适的LTE小区停留1s后，就可以进行小区重选的过程 小区重选过程包括测量和重选两部分过程，终端根据网络配置的相关参数 ，在满足条件时发起相应的流程
与小区ID组一一对应
扰码序列与PSS绑定，同样由m序列的循环移位构成
~((n N ( 2) ) mod 31), c (n) c ~((n N ( 2) 3) mod 31) c0 (n) c ID 1 ID
第二扰码序列与小区ID组绑定
( m0 ) z1 ( n) ~ z ((n (m0 mod 8)) mod 31)
其他SIB:周期和窗口
重复周期可配置，相同周期的可以级联在一个SI中 每个SI在一个窗口内传输，不同子帧用不同的HARQ冗余版本 SI的周期和窗口参数(大小)在SIB1中给出 各个SI的窗口大小相同 窗口内MBSFN子帧，TDD UL子帧，SIB1所在子帧均不可用
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入过程
LTE移动性管理
移动性管理 寻呼
随机接入过程
随机接入实现的基本功能
申请上行资源 与基站间的上行时间同步
随机接入的使用场景
从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始 接入和TAU更新 无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或 虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源 在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据
(1) (2) cell N ID 3N ID N ID
同步信号的时频位置-FDD
时频位置
Slot 0 / Slot 10 Slot 1 / Slot 11
PSS 位于Slot 0和Slot 10 的最后一个OFDM符号位上； SSS 位 于 Slot 0和Slot 10 的倒数第二个OFDM符号位 上； 占系统带宽的中间72个子 载波 (实际上序列只映射在中 间的62个子载波上，两侧各 预留5个子载波的保护带)。
小区选择 目的:找到一个suitable cell或者acceptable cell 触发原因
开机/重入覆盖区
根据NAS指定的PLMN (s)进行搜索 可以利用存储信息加速搜索过程
离开Connected状态 若RRCConnectionRelease消息携带了重定向信息
UE端使用3个预定义的主同步序列与接收到的时域信号做相关，取峰值 (2) 进行序列判断，得到5ms定时，并确定参数 N ID ；此时完成时间的粗 同步，和频率的粗同步。
小区初搜的流程详述—步骤2
完成时隙同步后，进行CP类型盲检测，确定CP类型：
CP类型直接影响PSS与SSS信号的相对位置；
Msg1：发送Preamble码
UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指 定的Preamble码发起随机接入
Msg2：随机接入响应
Msg2与竞争机制的格式与内容完全一样 ，可以响应多个UE发送的Msg1
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区选择的触发原因
针对不同的场景，Msg3包含不同的内容
初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机数 连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI 切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI 上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI
LTE移动性管理
集团技术部
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区搜索过程
为什么要进行小区搜索
UE通过小区搜索过程完成下行时间和频率的同步，并识别小区id。
完成小区初搜后，UE接收基站发出的广播信息，获取系统信息。
小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速，准确的接入系 统。
cell N ID cell N ID
确定下行导频，并对PBCH进行信道估计，完成 确定扰码序列，进行解扰；
小区初搜的流程详述—步骤6
在下行子帧内接收使用SI-RNTI标识的PDCCH信令调度的系统 信息块SIB：
SIB1
重复周期为80ms， 不与其他SIB级联 传输使用的时域资源:固定为偶数无线帧的子帧5
小区搜索的流程
同步信号
5ms 定时，获得
主同步信息 辅同步信息
(2) N ID
10ms 定时，获得
(1) N ID
小区ID
cell (1) (2) 计算得到 N ID 3N ID N ID
PBCH DBCH
读取MIB
读取SIB
系统信息
SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息 其他系统信息
同步信号和小区标识分组
小区初搜的流程详述—步骤4
(2) (1) cell 根据 N ID 和 N ID 确定物理层小区id N ID ：
用于后续PBCH中的主信息块和PDSCH中的系统信息块的解调；
N
cell ID
3N
(1) ID
N
( 2) ID
小区初搜的流程详述—步骤5
在固定的时频位置上接收并解码PBCH，得到主信息块 MIB：
小区初搜的流程详述—步骤3
读取SSS，获得10ms定时和小区组标识：
时域产生的二进制SSS信号序列需经过BPSK调制映射在OFDM符号上发送， UE端只能通过BPSK解调和序列检测法对SSS进行检测；
一个无线帧中两个SSS信号不同，相同SSS的时间间隔为10ms，因此SSS 检测可获得10ms定时同步；
非竞争随机接入只包括后2种
基于竞争的随机接入（1）
UE随机选择preamble码发起 Msg1：发送Preamble码
eNB可以选择64个Preamble码中的部分或全部用于竞争 1 接入 Msg1承载于PRACH上
2 3 4
Msg2：随机接入响应
Msg2由eNB的MAC层组织，并由DL_SCH承载 一条Msg2可同时响应多个UE的随机接入请求
Slot 1 / Slot 11
DwPTS
PSS位于DwPTS的第3个 OFDM符号位置 SSS位于子帧0的最后一个 OFDM符号位置
主同步信号
辅同步信号
控制区域
数据区域
主同步信号序列产生
主同步信号PSS：
由长度为63的的Zadoff-Chu序列截去处于DC载波上的一点得到了一 个长度为62长度的序列，共有3个PSS序列，分别与三个物理层小区 (2) NID id 一 一对应； 每5ms传输一次，一个无线帧中前后两个半帧所使用的序列相同，产 生5ms定时； un ( n 1)
在指定的freq/RAT选择一个suitable的小区
否则 在E-UTRAN freq选择一个suitable的小区
小区选择的准则
小区选择
准则
S准则
Srxlev > 0
AND
Squal > 0
Where: Srxlev = Qrxlevmeas – (Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) – Pcompensation Squal = Qqualmeas – (Qqualmin + Qqualminoffset)
40ms，传输4次，UE盲检定时40ms； 占连续的4个无线帧资源，每个都可独立解码，解码成功一个即可； 解码过程可对照PBCH的编码过程，为其逆过程：
1）盲检基站天线端口和发射分集方式； 2）根据小区id QPSK解调； 3）根据小区id 4）信道译码； 5）CRC校验，获取相关系统信息；
子帧0和子帧5 SSS有所区别，利用这个不同可以用来进行10ms定时
(m ) s0 0 (n)c0 n in subframe 0 d ( 2n) ( m ) 1 s1 (n)c0 n in subframe 5 (m ) (m ) s 1 (n)c1 n z1 0 n in subframe 0 d (2n 1) 1 ( m0 ) ( m1 ) s0 (n)c1 n z1 n in subframe 5
j 63 e d u (n) u ( n 1)( n 2) e j 63
Root index u
n 0,1,...,30 n 31,32,...,61
0
1 2
25
29 34
辅同步信号SSS的产生
序列生成
SSS由2个31长的m序列通过循环移位构成
( m0 ) s0 (n) ~ s (n m0 ) mod 31, s1( m1 ) (n) ~ s (n m1 ) mod 31
按照SSS与PSS的时序关系，对SSS信号进行相关检测，得到两个m序列的 循环移位值：
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值小于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于前半帧；
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值大于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于后半帧；
根据循环移位值的关系，完成半帧同步并获得参数；此时完成时间的精 同步，和频率的精同步。
Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升 C-RNTI 级为UE的C-RNTI
基于非竞争的随机接入
UE根据eNB的指示，在指定的 PRACH上使用指定的Preamble码发 起随机接入 Msg0：随机接入指示
对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE 对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB 通过PDCCH通知UE
eNB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA-RNTI进行寻址 ，RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定 Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资 源、临时C-RNTI等
Msg3：第一次调度传输
UE在接收Msg2后，在其分配的上行资源上传输Msg3
基于竞争的随机接入（2）
Nc subcarriers
72 subcarriers
辅同步信号
主同步信号
控制区域
数据区域
同步信号的时频位置-TDD
时频位置
系统带宽的中间72个子载波( 实际上序列只映射在中间的 62个子载波上，两侧各预留5 个子载波的保护带)
Nc subcarriers 72 subcarriers
Slot 0 / Slot 10
( m1 ) z1 ( n) ~ z ((n (m1 mod 8)) mod 31)
小区初搜的流程详述—步骤1
读取PSS，获得5ms定时和组内小区标识：
频域产生的PSS信号序列直接映射行检测；
一个无线帧中两个PSS相同，且时间间隔为5ms，因此PSS检测可获得5ms 定时同步；
LTE支持504个物理层小区id，分为168组，称组标识，每一 组包含3个组内小区标识。
(1) 一个物理层id就可以由代表组标识的数字N ID （0～167）， (2) 和组内小区标识 N ID （0~2）来唯一定义，即 ：
Msg4：竞争解决
初始接入和连接重建场景 竞争 判定 调度 切换，上/下行数据到达场景
Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝，UE UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令， 将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比 则竞争成功 较，两者相同则判定为竞争成功 Msg4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度 eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度Msg4 UE之前已分配C-RNTI，在Msg3中也将其传给 eNB。竞争解决后，临时C-RNTI被收回，继续 使用UE原C-RNTI
小区重选相关概念
小区重选（cell reselection）指UE在空闲模式下通过监测邻区和当前小 区的信号质量以选择一个最好的小区提供服务信号的过程。当邻区的信号 质量及电平满足S准则且满足一定重选判决准则时，终端将接入该小区驻 留。 UE驻留到合适的LTE小区停留1s后，就可以进行小区重选的过程 小区重选过程包括测量和重选两部分过程，终端根据网络配置的相关参数 ，在满足条件时发起相应的流程
与小区ID组一一对应
扰码序列与PSS绑定，同样由m序列的循环移位构成
~((n N ( 2) ) mod 31), c (n) c ~((n N ( 2) 3) mod 31) c0 (n) c ID 1 ID
第二扰码序列与小区ID组绑定
( m0 ) z1 ( n) ~ z ((n (m0 mod 8)) mod 31)
其他SIB:周期和窗口
重复周期可配置，相同周期的可以级联在一个SI中 每个SI在一个窗口内传输，不同子帧用不同的HARQ冗余版本 SI的周期和窗口参数(大小)在SIB1中给出 各个SI的窗口大小相同 窗口内MBSFN子帧，TDD UL子帧，SIB1所在子帧均不可用
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入过程
LTE移动性管理
移动性管理 寻呼
随机接入过程
随机接入实现的基本功能
申请上行资源 与基站间的上行时间同步
随机接入的使用场景
从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始 接入和TAU更新 无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或 虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源 在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据
(1) (2) cell N ID 3N ID N ID
同步信号的时频位置-FDD
时频位置
Slot 0 / Slot 10 Slot 1 / Slot 11
PSS 位于Slot 0和Slot 10 的最后一个OFDM符号位上； SSS 位 于 Slot 0和Slot 10 的倒数第二个OFDM符号位 上； 占系统带宽的中间72个子 载波 (实际上序列只映射在中 间的62个子载波上，两侧各 预留5个子载波的保护带)。
小区选择 目的:找到一个suitable cell或者acceptable cell 触发原因
开机/重入覆盖区
根据NAS指定的PLMN (s)进行搜索 可以利用存储信息加速搜索过程
离开Connected状态 若RRCConnectionRelease消息携带了重定向信息
UE端使用3个预定义的主同步序列与接收到的时域信号做相关，取峰值 (2) 进行序列判断，得到5ms定时，并确定参数 N ID ；此时完成时间的粗 同步，和频率的粗同步。
小区初搜的流程详述—步骤2
完成时隙同步后，进行CP类型盲检测，确定CP类型：
CP类型直接影响PSS与SSS信号的相对位置；
Msg1：发送Preamble码
UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指 定的Preamble码发起随机接入
Msg2：随机接入响应
Msg2与竞争机制的格式与内容完全一样 ，可以响应多个UE发送的Msg1
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区选择的触发原因
针对不同的场景，Msg3包含不同的内容
初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机数 连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI 切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI 上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI
LTE移动性管理
集团技术部
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区搜索过程
为什么要进行小区搜索
UE通过小区搜索过程完成下行时间和频率的同步，并识别小区id。
完成小区初搜后，UE接收基站发出的广播信息，获取系统信息。
小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速，准确的接入系 统。
cell N ID cell N ID
确定下行导频，并对PBCH进行信道估计，完成 确定扰码序列，进行解扰；
小区初搜的流程详述—步骤6
在下行子帧内接收使用SI-RNTI标识的PDCCH信令调度的系统 信息块SIB：
SIB1
重复周期为80ms， 不与其他SIB级联 传输使用的时域资源:固定为偶数无线帧的子帧5
小区搜索的流程
同步信号
5ms 定时，获得
主同步信息 辅同步信息
(2) N ID
10ms 定时，获得
(1) N ID
小区ID
cell (1) (2) 计算得到 N ID 3N ID N ID
PBCH DBCH
读取MIB
读取SIB
系统信息
SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息 其他系统信息
同步信号和小区标识分组
小区初搜的流程详述—步骤4
(2) (1) cell 根据 N ID 和 N ID 确定物理层小区id N ID ：
用于后续PBCH中的主信息块和PDSCH中的系统信息块的解调；
N
cell ID
3N
(1) ID
N
( 2) ID
小区初搜的流程详述—步骤5
在固定的时频位置上接收并解码PBCH，得到主信息块 MIB：
小区初搜的流程详述—步骤3
读取SSS，获得10ms定时和小区组标识：
时域产生的二进制SSS信号序列需经过BPSK调制映射在OFDM符号上发送， UE端只能通过BPSK解调和序列检测法对SSS进行检测；
一个无线帧中两个SSS信号不同，相同SSS的时间间隔为10ms，因此SSS 检测可获得10ms定时同步；
非竞争随机接入只包括后2种
基于竞争的随机接入（1）
UE随机选择preamble码发起 Msg1：发送Preamble码
eNB可以选择64个Preamble码中的部分或全部用于竞争 1 接入 Msg1承载于PRACH上
2 3 4
Msg2：随机接入响应
Msg2由eNB的MAC层组织，并由DL_SCH承载 一条Msg2可同时响应多个UE的随机接入请求
Slot 1 / Slot 11
DwPTS
PSS位于DwPTS的第3个 OFDM符号位置 SSS位于子帧0的最后一个 OFDM符号位置
主同步信号
辅同步信号
控制区域
数据区域
主同步信号序列产生
主同步信号PSS：
由长度为63的的Zadoff-Chu序列截去处于DC载波上的一点得到了一 个长度为62长度的序列，共有3个PSS序列，分别与三个物理层小区 (2) NID id 一 一对应； 每5ms传输一次，一个无线帧中前后两个半帧所使用的序列相同，产 生5ms定时； un ( n 1)
在指定的freq/RAT选择一个suitable的小区
否则 在E-UTRAN freq选择一个suitable的小区
小区选择的准则
小区选择
准则
S准则
Srxlev > 0
AND
Squal > 0
Where: Srxlev = Qrxlevmeas – (Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) – Pcompensation Squal = Qqualmeas – (Qqualmin + Qqualminoffset)
40ms，传输4次，UE盲检定时40ms； 占连续的4个无线帧资源，每个都可独立解码，解码成功一个即可； 解码过程可对照PBCH的编码过程，为其逆过程：
1）盲检基站天线端口和发射分集方式； 2）根据小区id QPSK解调； 3）根据小区id 4）信道译码； 5）CRC校验，获取相关系统信息；
子帧0和子帧5 SSS有所区别，利用这个不同可以用来进行10ms定时
(m ) s0 0 (n)c0 n in subframe 0 d ( 2n) ( m ) 1 s1 (n)c0 n in subframe 5 (m ) (m ) s 1 (n)c1 n z1 0 n in subframe 0 d (2n 1) 1 ( m0 ) ( m1 ) s0 (n)c1 n z1 n in subframe 5
j 63 e d u (n) u ( n 1)( n 2) e j 63
Root index u
n 0,1,...,30 n 31,32,...,61
0
1 2
25
29 34
辅同步信号SSS的产生
序列生成
SSS由2个31长的m序列通过循环移位构成
( m0 ) s0 (n) ~ s (n m0 ) mod 31, s1( m1 ) (n) ~ s (n m1 ) mod 31
按照SSS与PSS的时序关系，对SSS信号进行相关检测，得到两个m序列的 循环移位值：
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值小于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于前半帧；
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值大于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于后半帧；
根据循环移位值的关系，完成半帧同步并获得参数；此时完成时间的精 同步，和频率的精同步。
Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升 C-RNTI 级为UE的C-RNTI
基于非竞争的随机接入
UE根据eNB的指示，在指定的 PRACH上使用指定的Preamble码发 起随机接入 Msg0：随机接入指示
对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE 对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB 通过PDCCH通知UE
eNB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA-RNTI进行寻址 ，RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定 Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资 源、临时C-RNTI等
Msg3：第一次调度传输
UE在接收Msg2后，在其分配的上行资源上传输Msg3
基于竞争的随机接入（2）
Nc subcarriers
72 subcarriers
辅同步信号
主同步信号
控制区域
数据区域
同步信号的时频位置-TDD
时频位置
系统带宽的中间72个子载波( 实际上序列只映射在中间的 62个子载波上，两侧各预留5 个子载波的保护带)
Nc subcarriers 72 subcarriers
Slot 0 / Slot 10
( m1 ) z1 ( n) ~ z ((n (m1 mod 8)) mod 31)
小区初搜的流程详述—步骤1
读取PSS，获得5ms定时和组内小区标识：
频域产生的PSS信号序列直接映射行检测；
一个无线帧中两个PSS相同，且时间间隔为5ms，因此PSS检测可获得5ms 定时同步；