WCDMA終端網(wǎng)絡(luò)搜索過程剖析

相關(guān)專題: 無線
吳文 李旭




  摘要:移動終端的網(wǎng)絡(luò)搜索能力是評價終端質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。WCDMA終端的網(wǎng)絡(luò)搜索包括PLMN選擇和小區(qū)搜索兩個子過程。對第一個子過程,具體介紹了PLMN的分類、PLMN的自動和手動選擇方式。對第二個子過程,具體介紹了小區(qū)的分類、小區(qū)搜索過程和小區(qū)選擇的信號質(zhì)量要求。



  關(guān)鍵詞:WCDMA,移動終端,網(wǎng)絡(luò)搜索

  

  通常,移動終端的網(wǎng)絡(luò)搜索過程是很短暫的,在終端開機(jī)后幾秒鐘內(nèi)即可完成。終端的網(wǎng)絡(luò)搜索能力可以作為評價終端質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)搜索能力強(qiáng)的終端在信號質(zhì)量較差的區(qū)域仍然能夠接入網(wǎng)絡(luò),并能夠獲得好的服務(wù);相反,網(wǎng)絡(luò)搜索能力較弱的終端則可能表現(xiàn)為經(jīng)常性脫網(wǎng),從而影響用戶正常使用。因此,本文打算從技術(shù)實現(xiàn)的角度來剖析終端的網(wǎng)絡(luò)搜索過程,使大家對該過程有一定的了解。

  

  終端的網(wǎng)絡(luò)搜索技術(shù)與其使用的無線網(wǎng)絡(luò)制式有關(guān),也就是說,cdma2000終端、GSM終端、WCDMA終端的網(wǎng)絡(luò)搜索過程是不一樣的。限于篇幅,本文只介紹WCDMA終端的網(wǎng)絡(luò)搜索過程。

  

 。祝茫模停两K端的網(wǎng)絡(luò)搜索過程實際上可以分解為公眾陸地移動網(wǎng)(PLMN)選擇與小區(qū)搜索兩個子過程,這兩個子過程密切相關(guān)如圖1所示。




圖1 PLMN選擇與小區(qū)選擇


  

  PLMN 由移動國家代碼(MCC)和移動網(wǎng)絡(luò)代碼(MNC)共同惟一確定,其中,移動國家代碼為3位數(shù)字,移動網(wǎng)絡(luò)代碼為2位數(shù)字。

  

 。校蹋停瓮ǔS珊芏鄠小區(qū)組成。小區(qū)是移動通信網(wǎng)絡(luò)中的最小覆蓋單元,是由其使用的主擾碼(primary scrambling code)惟一標(biāo)識的,該主擾碼在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時即已分配給小區(qū)。小區(qū)所屬的PLMN的信息包含在其下發(fā)的系統(tǒng)消息中。

  

  終端在開機(jī)或脫網(wǎng)時,首先由PLMN選擇過程通過自動或手動方式選擇一個PLMN,然后搜索屬于該PLMN的小區(qū),如果在該PLMN下無法捕捉到合適的小區(qū),則將在小區(qū)搜索過程中得到的可捕獲PLMN列表報告給PLMN選擇過程,由其重新選擇PLMN,啟動新一輪小區(qū)捕獲過程。



  一、PLMN 選擇

  

 。保 PLMN的分類

  

  對于一個特定的終端來說,通常需要維護(hù)幾種不同類型的PLMN列表,每個列表中會有多個PLMN。

  

  已登記PLMN(RPLMN)是終端在上次關(guān)機(jī)或脫網(wǎng)前登記上的PLMN。在3GPP 2003年第TSG TP-21次會議上決定,將該參數(shù)從USIM卡上刪掉,而將其保存在終端的內(nèi)存中。

  

  等效PLMN(EPLMN)為與終端當(dāng)前所選擇的PLMN處于同等地位的PLMN,其優(yōu)先級相同。

  

  歸屬PLMN(HPLMN) 為終端用戶歸屬的PLMN。也就是說,終端USIM卡上的IMSI號中包含的MCC和MNC與HPLMN上的MCC和MNC是一致的,對于某一用戶來說,其歸屬的PLMN只有一個。

  

  用戶控制PLMN(UPLMN)是儲存在USIM 卡上的一個與PLMN選擇有關(guān)的參數(shù)。

  

  運(yùn)營商控制PLMN(OPLMN)是儲存在USIM 卡上的一個與PLMN選擇有關(guān)的參數(shù)。

  

  禁用PLMN(FPLMN)為被禁止訪問的PLMN,通常終端在嘗試接入某個PLMN被拒絕以后,會將其加到本列表中。

  

  可捕獲PLMN(APLMN)為終端能在其上找到至少一個小區(qū),并能讀出其PLMN標(biāo)識信息的PLMN。

  

 。玻 PLMN的選擇方式

  

  從圖1知道,PLMN的選擇有自動選擇和手動選擇兩種方式,其選擇過程分別如圖2和圖3所示。






圖2 PLMN的自動選擇







圖3 PLMN的手動選擇


  

  如果是自動選擇,終端開機(jī)或脫網(wǎng)時,其非接入層功能模塊會利用終端中存儲的PLMN信息首先選擇一個PLMN,然后命令接入層功能模塊去搜索該PLMN。相應(yīng)地,接入層功能模塊會利用終端中存儲的小區(qū)列表信息來選擇、捕獲小區(qū),或啟動通用的小區(qū)搜索程序來搜索屬于該PLMN的小區(qū)。如果捕獲成功,則將搜索結(jié)果報告非接入層;否則,將由非接入層再次選擇一個PLMN,重新啟動本搜索過程。

  

  不同類型的PLMN其優(yōu)先級別不同,終端在進(jìn)行PLMN選擇時將按照以下順序依次進(jìn)行:

  

 、伲遥校蹋停魏停牛校蹋停

  

 、冢龋校蹋停

  

 、郏眨校蹋停

  

 、埽希校蹋停

  

 、萜渌模校蹋停

  

  而如果是手動選擇,終端開機(jī)或脫網(wǎng)時,其非接入層功能模塊會命令接入層去搜索所有的PLMN,然后接入層將搜索到的所有PLMN信息報告給非接入層,由用戶通過一些手動操作來選定一個特定的PLMN。其后的搜索過程與自動選擇過程相同,在此不再贅述。



  二、小區(qū)搜索

  

 。保 小區(qū)的分類

  

  與PLMN類似,小區(qū)也分為幾種類型。

  

  可接受的小區(qū)(acceptable cell)是指終端用戶在小區(qū)中只可以獲得一些受限的最基本的服務(wù),比如只能撥打緊急電話。它的判定條件是不在禁止的小區(qū)之列,而且其信號質(zhì)量滿足一定的要求。

  

  合適的小區(qū)(suitable cell)是指終端用戶可以在小區(qū)中獲得正常的通信服務(wù),比如撥打語音電話、發(fā)送短信等。它的判定條件是不在禁止的小區(qū)之列,其信號質(zhì)量滿足一定的要求,其所屬的PLMN是被選擇的PLMN,或EPLMN,且不在被禁止的路由位置區(qū)內(nèi)。

  

  禁止的小區(qū)(barred cell)是指終端無法駐留的小區(qū)。通常,此類小區(qū)會在其發(fā)送的系統(tǒng)消息中有明確的指示信息。

  

  運(yùn)營商預(yù)留的小區(qū)(reserved cell)是指被運(yùn)營商用來作為其他一些特殊用途的小區(qū),通常這類小區(qū)也會在其發(fā)送的系統(tǒng)消息中有明確的指示。

  

  2. 小區(qū)搜索過程

  

  通常,終端在事先不知道小區(qū)任何信息的情況下搜索小區(qū),需要經(jīng)過時隙同步、幀同步、捕獲主擾碼三個步驟。這三個步驟涉及到四個下行物理信道:主同步信道(P-SCH)、從同步信道(S-SCH)、主公共導(dǎo)頻信道 (P-CPICH)、主公共控制物理信道(P-CCPCH),參見圖4。






圖4 參與小區(qū)搜索過程的物理信道


  

  當(dāng)然,如果終端上已經(jīng)存有某個小區(qū)的信息,如頻率、主擾碼等,那么終端可以利用這些信息來簡化小區(qū)搜索過程。但我們知道,這實際上只是前一種情況的特殊現(xiàn)象,其搜索過程仍大致需要遵循這三個步驟,因此本文討論第一種情況,以便為大家做較為全面的介紹。

  

  (1)時隙同步

  

  我們知道,一個無線幀為10 ms,38 400碼片,又分為15個時隙。從圖4可以看到,上文提到的四個物理信道之間是同步的。第一步的目的就是要獲取各時隙的邊界,從而與各物理信道實現(xiàn)時隙同步。這一步是通過捕獲主同步信道來實現(xiàn)的。

  

  主同步信道不屬于碼信道,沒有經(jīng)過擴(kuò)頻和加擾處理。主同步信道在每個時隙的起始處重復(fù)發(fā)送主同步碼,為256碼片,占整個時隙的1/10。所有小區(qū)的主同步碼相同,而且終端預(yù)先知道其碼片序列,因此只需要用一個性能較好的匹配濾波器就可以檢測、捕獲到該主同步碼,從而確定各物理信道的時隙邊界。

  

 。ǎ玻⿴

  

  這一步是通過捕獲從同步信道來實現(xiàn)的。從同步信道也不屬于碼信道,沒有經(jīng)過擴(kuò)頻和加擾處理。從同步信道上發(fā)送從同步碼,從同步碼也是256個碼片,在每個時隙的開始處與主同步碼一起發(fā)送,每個時隙使用一個從同步碼。所不同的是,從同步碼總共有16個不同的碼片序列,這些從同步碼又被編排成64個不同的組合,每個組合為15個從同步碼字長,用于一個無線幀,需要注意的是,在某一組合中同一從同步碼可能出現(xiàn)若干次,而每個組合對應(yīng)于一組主擾碼。

  

  我們知道,下行擾碼是由長度為18位的移位寄存器生成的PN序列,因此總共有218-1個,常用的有8 192個,又分為主擾碼和從擾碼,其中主擾碼有512個,分為64組,每組8個。因此,在第二步實現(xiàn)物理信道的幀同步的同時,終端可以獲悉該小區(qū)的無線幀中使用的從同步碼字組合,從而可以確定該小區(qū)使用的主擾碼所屬的組別。

  

 。ǎ常┎东@主擾碼

  

  有了前兩步的基礎(chǔ),并且知道主公共導(dǎo)頻信道的信道化碼為Cch2560,終端即能夠同步到主公共導(dǎo)頻信道的無線幀。

  

  主公共導(dǎo)頻信道是一個碼信道,在整個小區(qū)內(nèi)廣播,每個小區(qū)有且僅有一個主公共導(dǎo)頻信道。該信道在發(fā)射前需要經(jīng)過擴(kuò)頻和加擾。在擴(kuò)頻前,該信道發(fā)送4個符號“1”,即“1111”。經(jīng)過擴(kuò)頻,該信道發(fā)送256個符號“1”。再用一個主擾碼進(jìn)行加擾,最后在該信道的每一幀上發(fā)射的就是38 400碼片的主擾碼。

  

  而第二步已經(jīng)確定該主擾碼所屬的組號,因此,只需要定位到該主擾碼組,然后從8個主擾碼中找到與本小區(qū)匹配的主擾碼,捕獲主擾碼的工作即告結(jié)束。

  

  然后,就可以用主擾碼解碼主公共控制物理信道,從而解調(diào)出系統(tǒng)下發(fā)的廣播消息。

  

 。常 小區(qū)選擇的信號質(zhì)量要求

  

  在經(jīng)過前面的小區(qū)搜索過程后,終端仍需判定該小區(qū)的信號質(zhì)量是否達(dá)到一定的要求,才能進(jìn)一步確定是否可以駐留在該小區(qū),以獲得正常的通信服務(wù)。

  

  對于WCDMA終端來說,通常需要通過兩個公式的計算結(jié)果來進(jìn)行判定,如圖5所示。






圖5 小區(qū)選擇的信號質(zhì)量要求


  

  第一個公式是判定終端測量到的主公共導(dǎo)頻信道的Ec/N0 是否達(dá)到要求。

  

  第二個公式是判定終端測量到的主公共導(dǎo)頻信道的接收信號的碼域功率是否達(dá)到要求。

  

  如果這兩個公式的計算結(jié)果都大于零,那么說明該小區(qū)的信號質(zhì)量是可以接受的。否則,終端將無法使用該小區(qū)。



  三、結(jié)語

  

  WCDMA終端網(wǎng)絡(luò)搜索過程的兩個子過程是密切相關(guān)的,首先由PLMN選擇子過程按照一定的優(yōu)先順序選擇PLMN,隨后啟動小區(qū)搜索子過程,通過一些有效的機(jī)制,使終端能夠迅速捕獲屬于該PLMN的小區(qū),從而最終接入網(wǎng)絡(luò)。


  
摘自 泰爾網(wǎng)
   

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