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WCDMA终端网络搜索过程

    吴文 李旭  

  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。因此,本文打算从技术实现的角度来剖析终端的网络搜索过程,使大家对该过程有一定的了解。   

  终端的网络搜索技术与其使用的无线网络制式有关,也就是说,cdma2000终端、GSM终端、WCDMA终端的网络搜索过程是不一样的。限于篇幅,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如图1所示。


图1 PLMN选择与小区选择
  

  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   

  从图1知道,PLMN的选择有自动选择和手动选择两种方式,其选择过程分别如图2和图3所示。


图2 PLMN的自动选择



图3 PLMN的手动选择
  

  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中存储的小区列表信息来选择、捕获小区,或启动通用的小区搜索程序来搜索属于该PLMN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),参见图4。


图4 参与小区搜索过程的物理信道
  

  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,38 400码片,又分为15个时隙。从图4可以看到,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218-1个,常用的有8 192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38 400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,如图5所示。


图5 小区选择的信号质量要求
  

  第一个公式是判定终端测量到的主公共导频信道的Ec/N0 是否达到要求。   

  第二个公式是判定终端测量到的主公共导频信道的接收信号的码域功率是否达到要求。   

  如果这两个公式的计算结果都大于零,那么说明该小区的信号质量是可以接受的。否则,终端将无法使用该小区。

  三、结语   

  WCDMA终端网络搜索过程的两个子过程是密切相关的,首先由PLMN选择子过程按照一定的优先顺序选择PLMN,随后启动小区搜索子过程,通过一些有效的机制,使终端能够迅速捕获属于该PLMN的小区,从而最终接入网络。

信息来源:泰尔网 
 

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