当你打开手机，你会发现要等几秒钟，手机画面才会显示网络信息，比如中国移动或者中国联通等，然后会显示有几格信号。这几秒钟里，手机在干什么呢？其中最重要的、最先做的就是下行同步了。

为什么要下行同步呢？你的手机可以关机，然后再开机，但是基站一般是24小时在线服务，你不打电话，还有很多其他人要煲电话粥啊。也就是说，你开机的时候，基站一直在一个无线帧接一个无线帧，一个子帧接一个子帧，一个OFDM符号接一个OFDM符号地和其他UE通信。由于不同UE距离基站的位置不同，基站发射的信号传播到达不同UE的时间不同，如图18-3所示。你的手机要能接收基站发的数据，必须知道基站发的信号传播到达你的手机时，各个OFDM符号的起始位置是怎样的，各个子帧/无线帧的起始位置是怎样的，就像去火车站接人一样，你得知道列车什么时候到站，你接的人在哪一节车厢等，这就是下行同步的目的。

图18-3 下行无线帧同步

怎么实现同步呢？先看一个例子，假设北京电视台正在播出电视剧《上海滩》，每天播出时间是北京时间晚上8点整。你要想从头开始看，必须和北京电视台的播出时间同步。怎么同步呢？很简单，看一下时钟就可以了。手机跟基站怎么同步呢？难道手机自己会看时钟？即使手机可以看时钟，比如通过GPS全球定位系统，那手机也只能知道绝对时间。比如，基站告诉说，GPS时间8∶00为一个OFDM符号的开始，手机根据GPS时间也仅仅是知道基站侧OFDM符号的起始位置而已，但手机仍然不知道基站在GPS时间8∶00发射出来的OFDM符号经过传播后，到达手机自身时的起始位置怎样，因为手机自身无法知道它到基站的传播时延是多少。

那么，比较靠谱的方法是基站发的信号里携带有比较特殊的信号作为标记，手机只要检测到这些特殊标记，就能以此为参考知道OFDM符号的起始位置了。另一方面，基站也不知道什么时候会由哪个UE来做下行同步，所以比较自然的解决办法就是基站周期性地发这个特殊标记。

这个特殊标记对于LTE系统来说，就是同步信道，分为主同步信道（Primary Synchroniza-tion Channel，PSCH）和辅同步信道（Secondary Synchronization Channel，SSCH）。同步信道每个无线半帧都有，即以5 ms为周期，以FDD系统为例，其所在位置如图18-4所示，即在每个无线帧的子帧0的时隙0的最后两个OFDM符号上。

不论是FDD系统还是TDD系统，主同步信道和辅同步信道的相对位置关系是固定的。但LTE里FDD和TDD系统主同步信道和辅同步信道的相对位置关系并不一样，即TDD里并不像FDD一样两者位于相邻的两个OFDM符号上。那么如果检测出这个相对位置关系的情况，还能区分出当前系统是FDD还是TDD系统。上面我们讲同步主要是讲时间上的同步，其实同步还有频率上的同步，即用户手机需要知道当前系统是在哪个频点/频带上工作，这也是以同步信道为参考来完成的。LTE里不管系统的实际带宽是多少，同步信道都是位于整个系统带宽的中间6个PRB的位置，即载波中心频点两边各有36个子载波。虽然一共有72个子载波，但实际上只有中间63个子载波上有数据，两边其他子载波为保护隔离。

图18-4 FDD主辅同步信道

频率同步就是指用户终端事先不知道系统的中心载频，对于LTE标准，其可用的频带是标准规定好的，从而可能的中心频点位置也是固定的。若用户终端没有任何先验信息（比如把曾经接入过的网络信息存储下来），用户终端可以一个频点一个频点地尝试，即把每一个尝试的频点周围6个PRB的信号过滤接收下来处理，从而判断系统的中心载频是哪个。具体的处理过程，协议不规定，由厂商产品的算法实现。下面介绍一些常见算法的步骤。(www.daowen.com)

先通过检测主同步信道可以知道5 ms同步，即所谓的粗同步。也就是说，用户终端知道它检测到主同步信道的地方，再过5 ms的任意倍数位置都是主同步信道，至于5 ms里面每个子帧和每个OFDM符号的起止边界仍不清楚。LTE里同步信道的子载波上承载的是ZC（Zad-off-Chu）序列，ZC序列有很多好的性质，例如：

●相同长度，同一个根序列的不同循环移位序列之间正交。

●相同长度但不同根的任意两个序列之间正交。

●对ZC序列做DFT/IDFT变换得到的序列仍为ZC序列。

●ZC序列的PAPR特性很好。

接下来，用户终端可以和辅信道进行同步，即所谓的精同步。通过精同步，用户终端能知道每个子帧以及每个OFDM符号的起始位置。具体地，因为主信道和辅信道间隔多少个OFDM符号是已知的，用户不知道的仅仅是CP到底采用的是长CP还是短CP、当前系统是FDD还是TDD、辅信道采用的是哪一个ZC序列。不过，所有这些都可以一一尝试，比如先假设系统是FDD系统（那么辅同步信道就在主同步信道前一个OFDM符号上），采用的CP是长CP，把所有可能的序列都尝试一遍。最后，对应的信息就是当前能同步上时用到的假设信息。

因为同一个无线帧里两个辅信道上的序列不完全一样，用户终端还能根据这一点检测出一个5 ms是一个无线帧的前5 ms还是后5 ms，即知道每个无线帧的起始位置。LTE里每个小区有自己的物理小区标识（Physical Cell Identification，PCI），通过当前小区主辅信道采用的ZC序列索引号，用户终端还可以计算出基站小区的物理层小区标识，这在后面数据处理中经常用到。最后需要说明的是，不论当前系统采用的是几天线配置，协议规定主辅同步信道都是按照单流模式发送，但具体是单天线还是多根天线，协议里没有限定。至此，下行同步过程就基本上算完成了。

注意现在的状态是用户终端自己偷偷摸摸地把下行同步完成了，整个过程完全和基站没有任何关系，基站也不知道该用户终端的存在，所以基站也不会有数据发给用户终端。但是，用户终端已经可以接收数据了，最起码能够接收处理基站发给对应小区里所有用户终端的公共数据，比如广播数据。广播数据包括一些基本的重要的系统参数集合，比如系统实际带宽是多少、上行频点在哪里等。实际上，用户终端为了能完成后续的上行同步、数据传输等，也必须接收处理广播数据。广播数据承载在广播信道上，广播信道在每个无线帧里都有，具体在下行т帧0时隙1里中间6个PRB上。广播信道是按照实际系统配置的天线个数，采用发射分集方式发送，这个设计还很有意思，接下来具体讲发射分集的时候我们再仔细讲解调广播信道的过程。

在完成初始下行同步后，UE还需要一直维护下行同步。具体地，UE还可以随时通过检测主辅同步信道，甚至公共参考信号，来检测下行同步是否有变化，如果有变化，UE自己调整就可以了，基站侧不需要知道。而具体同步维护的细节由各厂商的实现算法确定，这里也就不讨论具体实现细节了。