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：MasterInformationBlock（MIB）消息和多个SystemInformationBlocks（SIBs）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。

（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。

（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）。

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。

（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？

（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