wcdma网络搜索流程.doc

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一般, 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能够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依然能够接入网络, 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能够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一般由很多个小区组成。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选择过程经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, 一般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, 一般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其它的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, 由用户经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能够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) 是指终端用户能够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。一般, 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它一些特殊用途的小区, 一般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 　　
一般, 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, 那么终端能够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能够看到, 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。这一步是经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能够检测、 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 　　
这一步是经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, 常见的有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, 终端能够获悉该小区的无线帧中使用的从同步码字组合, 从而能够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, 而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, 就能够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能够驻留在该小区, 以获得正常的通信服务。 　　
对于ＷＣＤＭＡ终端来说, 一般需要经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能够接受的。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, 经过一些有效的机制, 使终端能够迅速捕获属于该ＰＬＭＮ的小区, 从而最终接入网络。