WCDMA终端网络搜索过程剖析 点击:224 | 回复:0



xilinxue

    
发表于:2010-03-31 10:14:41
楼主
通常,移动终端的网络搜索过程是很短暂的,在终端开机后几秒钟内即可完成。终端的网络搜索能力可以作为评价终端质量的一项重要指标。网络搜索能力强的终端在信号质量较差的区域仍然能够接入网络,并能够获得好的服务;相反,网络搜索能力较弱的终端则可能表现为经常性脱网,从而影响用户正常使用。本文只介绍WCDMA终端的网络搜索过程。   

WCDMA终端的网络搜索过程实际上可以分解为公众陆地移动网(PLMN)选择与小区搜索两个子过程,这两个子过程密切相关。

PLMN 由移动国家代码(MCC)和移动网络代码(MNC)共同惟一确定,其中,移动国家代码为3位数字,移动网络代码为2位数字。

PLMN通常由很多个小区组成。小区是移动通信网络中的最小覆盖单元,是由其使用的主扰码(Primary Scrambling Code)惟一标识的,该主扰码在网络规划时即已分配给小区。小区所属的PLMN的信息包含在其下发的系统消息中。  

终端在开机或脱网时,首先由PLMN选择过程通过自动或手动方式选择一个PLMN,然后搜索属于该PLMN的小区,如果在该PLMN下无法捕捉到合适的小区,则将在小区搜索过程中得到的可捕获PLMN列表报告给PLMN选择过程,由其重新选择PLMN,启动新一轮小区捕获过程。

一、PLMN 选择

1.PLMN的分类
对于一个特定的终端来说,通常需要维护几种不同类型的PLMN列表,每个列表中会有多个PLMN。
已登记PLMN(RPLMN)是终端在上次关机或脱网前登记上的PLMN。在3GPP 2003年第TSG TP-21次会议上决定,将该参数从USIM卡上删掉,而将其保存在终端的内存中。   
等效PLMN(EPLMN)为与终端当前所选择的PLMN处于同等地位的PLMN,其优先级相同。
归属PLMN(HPLMN) 为终端用户归属的PLMN。也就是说,终端USIM卡上的IMSI号中包含的MCC和MNC与HPLMN上的MCC和MNC是一致的,对于某一用户来说,其归属的PLMN只有一个。
用户控制PLMN(UPLMN)是储存在USIM 卡上的一个与PLMN选择有关的参数。
运营商控制PLMN(OPLMN)是储存在USIM 卡上的一个与PLMN选择有关的参数。
禁用PLMN(FPLMN)为被禁止访问的PLMN,通常终端在尝试接入某个PLMN被拒绝以后,会将其加到本列表中。
可捕获PLMN(APLMN)为终端能在其上找到至少一个小区,并能读出其PLMN标识信息的PLMN。   

2.PLMN的选择方式
PLMN的选择有自动选择和手动选择两种方式,如果是自动选择,终端开机或脱网时,其非接入层功能模块会利用终端中存储的PLMN信息首先选择一个PLMN,然后命令接入层功能模块去搜索该PLMN。相应地,接入层功能模块会利用终端写娲⒌男∏斜硇畔⒗囱≡瘛⒉痘裥∏蚱舳ㄓ玫男∏阉鞒绦蚶此阉魇粲诟肞LMN的小区。如果捕获成功,则将搜索结果报告非接入层;否则,将由非接入层再次选择一个PLMN,重新启动本搜索过程。   
不同类型的PLMN其优先级别不同,终端在进行PLMN选择时将按照以下顺序依次进行:   
①RPLMN和EPLMN
②HPLMN
③UPLMN
④OPLMN
⑤其他的PLMN
而如果是手动选择,终端开机或脱网时,其非接入层功能模块会命令接入层去搜索所有的PLMN,然后接入层将搜索到的所有PLMN信息报告给非接入层,由用户通过一些手动操作来选定一个特定的PLMN。其后的搜索过程与自动选择过程相同,在此不再赘述。

二、小区搜索  

1.小区的分类   
与PLMN类似,小区也分为几种类型。   
可接受的小区(Acceptable Cell)是指终端用户在小区中只可以获得一些受限的最基本的服务,比如只能拨打紧急电话。它的判定条件是不在禁止的小区之列,而且其信号质量满足一定的要求。   
合适的小区(Suitable Cell)是指终端用户可以在小区中获得正常的通信服务,比如拨打语音电话、发送短信等。它的判定条件是不在禁止的小区之列,其信号质量满足一定的要求,其所属的PLMN是被选择的PLMN,或EPLMN,且不在被禁止的路由位置区内。   
禁止的小区(Barred Cell)是指终端无法驻留的小区。通常,此类小区会在其发送的系统消息中有明确的指示信息。   
运营商预留的小区(Reserved Cell)是指被运营商用来作为其他一些特殊用途的小区,通常这类小区也会在其发送的系统消息中有明确的指示。   

2.小区搜索过程   
通常,终端在事先不知道小区任何信息的情况下搜索小区,需要经过时隙同步、帧同步、捕获主扰码三个步骤。这三个步骤涉及到四个下行物理信道:主同步信道(P-SCH)、从同步信道(S-SCH)、主公共导频信道 (P-CPICH)、主公共控制物理信道(P-CCPCH)。

  当然,如果终端上已经存有某个小区的信息,如频率、主扰码等,那么终端可以利用这些信息来简化小区搜索过程。但我们知道,这实际上只是前一种情况的特殊现象,其搜索过程仍大致需要遵循这三个步骤,因此本文讨论第一种情况,以便为大家做较为全面的介绍。   

(1)时隙同步
我们知道,一个无线帧为10 ms,38400码片,又分为15个时隙。上文提到的四个物理信道之间是同步的。第一步的目的就是要获取各时隙的边界,从而与各物理信道实现时隙同步。这一步是通过捕获主同步信道来实现的。   
主同步信道不属于码信道,没有经过扩频和加扰处理。主同步信道在每个时隙的起始处重复发送主同步码,为256码片,占整个时隙的1/10。所有小区的主同步码相同,而且终端预先知道其码片序列,因此只需要用一个性能较好的匹配滤波器就可以检测、捕获到该主同步码,从而确定各物理信道的时隙边界。   

(2)帧同步   
这一步是通过捕获从同步信道来实现的。从同步信道也不属于码信道,没有经过扩频和加扰处理。从同步信道上发送从同步码,从同步码也是256个码片,在每个时隙的开始处与主同步码一起发送,每个时隙使用一个从同步码。所不同的是,从同步码总共有16个不同的码片序列,这些从同步码又被编排成64个不同的组合,每个组合为15个从同步码字长,用于一个无线帧,需要注意的是,在某一组合中同一从同步码可能出现若干次,而每个组合对应于一组主扰码。
我们知道,下行扰码是由长度为18位的移位寄存器生成的PN序列,因此总共有2(18)-1个,常用的有8192个,又分为主扰码和从扰码,其中主扰码有512个,分为64组,每组8个。因此,在第二步实现物理信道的帧同步的同时,终端可以获悉该小区的无线帧中使用的从同步码字组合,从而可以确定该小区使用的主扰码所属的组别。   

(3)捕获主扰码   
有了前两步的基础,并且知道主公共导频信道的信道化码为Cch,256,0,终端即能够同步到主公共导频信道的无线帧。   
主公共导频信道是一个码信道,在整个小区内广播,每个小区有且仅有一个主公共导频信道。该信道在发射前需要经过扩频和加扰。在扩频前,该信道发送4个符号“1”,即“1111”。经过扩频,该信道发送256个符号“1”。再用一个主扰码进行加扰,最后在该信道的每一帧上发射的就是38400码片的主扰码。而第二步已经确定该主扰码所属的组号,因此,只需要定位到该主扰码组,然后从8个主扰码中找到与本小区匹配的主扰码,捕获主扰码的工作即告结束。   
然后,就可以用主扰码解码主公共控制物理信道,从而解调出系统下发的广播消息。   

3.小区选择的信号质量要求   

在经过前面的小区搜索过程后,终端仍需判定该小区的信号质量是否达到一定的要求,才能进一步确定是否可以驻留在该小区,以获得正常的通信服务。   
对于WCDMA终端来说,通常需要通过两个公式的计算结果来进行判定。

00
Sa:小区选择的质量要求;
Sb:小区选择的接收电平质量要求;
Q1:小区的信号质量测量值 FDD:CPICH Eb/No;
Q2:小区选择的信号质量最低要求;
Q3:接收电平测量值 FDD:CPICH 信道接收信号码域功率;
Q4:小区选择的接收电平最低要求;
P:UE_TXPWR_MA


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