LTEのSystem Informationとは？MIB、SIBについてわかりやすく解説

今回は、LTEのSystem Informationについて解説します。

System Informationは、基地局(eNB)からすべての端末(UE)にブロードキャストされる情報で、そのネットワークに接続するのに必要な情報などが含まれています。
また、緊急地震速報でおなじみのETWS (Earthquake and Tsunami Warning System)に使われるものもあります。

System Informationの種類

System Informationには、Master Information Block (MIB)とSystem Information Block (SIB)があります。
SIBはジャンルごとに分けられ、番号がついています。以下が主なものです。

これ以降、主なSystem Informationについて簡単に解説していきます。

Master Information Block (MIB)

Master Information Block (MIB)は、基地局(eNB)からすべての端末(UE)に対してブロードキャストされる、非常に重要なメッセージです。
端末は基地局と通信する前にMIBの情報を取得している必要があります。

MIBの定義を見てみましょう。データ量はそれほど多くありません。

MasterInformationBlock ::= SEQUENCE {
   dl-Bandwidth ENUMERATED {
      n6, n15, n25, n50, n75, n100},
   phich-Config PHICH-Config,
   systemFrameNumber BIT STRING (SIZE (8)),
   schedulingInfoSIB1-BR-r13 INTEGER (0..31),
   systemInfoUnchanged-BR-r15 BOOLEAN,
   spare BIT STRING (SIZE (4))
}

ここで重要なのは、dl-BandwidthとsystemFrameNumberです。

dl-Bandwidthは帯域幅を意味しており、そのセルがどの帯域幅を使用しているかがわかります。
ただし、帯域幅(MHz)そのものではなく、RB (Resource Block)の数で表されています。
以下がその対応表です。

systemFrameNumberは現在のSFN (System Frame Number)を表しています。
ただし、本来SFNは10bit (0～1023)からなりますが、上の定義のように、MIBでは10bit中の上位8bitしか通知されません。

残りの2bitの情報をどこから取得するかというと、MIBのsystemFrameNumberが変わるタイミングから推測します。
MIBは10ms (1 Radio Frame)ごとに送信されますが、systemFrameNumberにはSFNの上位8bitしか入っていないため、実質40ms (4 Radio Frames)ごとにしか値が変わりません。
この値が変わったタイミングから下位2bitを推測するというわけです。

次の例を見てみましょう。

MIBのsystemFrameNumber (SFNの上位8bit)は4回に1回値が変わっています。
SFN = 100からMIBを受信し始めたとすると、systemFrameNumberの値が00011001から00011010に変わったタイミング(赤文字の部分)で、下位2bitが00ということがわかります。
それらをつなげて、2進数で0001101000、つまり10進数で104が現在のSFNと判断できるわけです。

System Information Block 1 (SIB1)

SIB1は2 Radio Frameごと(つまり20msに1回)に送信されます。「SFN mod 8 = 0」となるSFNで送信され、続く3回は同じものが再送されます。

modは剰余演算子で、割り算の余りを求める演算子です。
「A mod B = C」という計算式は、「AをBで割った余りがC」を意味します。
たとえば「7÷2」の計算結果は「3 余り 1」ですね。これを剰余演算子であらわすと「7 mod 2 = 1」となります。
ですので、「SFN mod 8 = 0」は「SFNを8で割った余りが0」、つまり「SFNが8の倍数」であることを意味します。

次の例を見てみましょう。

SFN = 64が8の倍数ですので、SIB1が送信されます。続くSFN = 66、68、70では同じ内容のSIB1が再送信されます。
次のSFN = 72はまた8の倍数ですので、新たなSIB1が送信されます。続くSFN = 74、76、78ではまた同じ内容のSIB1が再送信されます。

以上のような流れでSIB1が送信されます。
80msごとに新たなSIB1が送信されることになりますが、実際には内容が頻繁に変わるものではありませんので、実質同じ内容のSIB1が送信されることになります。

次にSIB1の定義を見てみましょう。

SystemInformationBlockType1 ::= SEQUENCE {
   cellAccessRelatedInfo SEQUENCE {
      plmn-IdentityList PLMN-IdentityList,
      trackingAreaCode TrackingAreaCode,
      cellIdentity CellIdentity,
      cellBarred ENUMERATED {barred, notBarred},
      intraFreqReselection ENUMERATED {allowed, notAllowed},
      csg-Indication BOOLEAN,
      csg-Identity CSG-Identity OPTIONAL -- Need OR
      },
   cellSelectionInfo SEQUENCE {
      q-RxLevMin Q-RxLevMin,
      q-RxLevMinOffset INTEGER (1..8) OPTIONAL -- Need OP
      },
   p-Max P-Max OPTIONAL, -- Need OP
   freqBandIndicator FreqBandIndicator,
   schedulingInfoList SchedulingInfoList,
   tdd-Config TDD-Config OPTIONAL, -- Cond TDD
   si-WindowLength ENUMERATED {
      ms1, ms2, ms5, ms10, ms15, ms20,
      ms40},
   systemInfoValueTag INTEGER (0..31),
   nonCriticalExtension SystemInformationBlockType1-v890-IEs OPTIONAL
}

SIB1の内容はLTEネットワークにアクセスする上でどれも重要ですが、特にまず重要なのがplmn-IdentityListです。