WCDMA終端網絡搜索過程剖析

    通常，移動終端的網絡搜索過程是很短暫的，在終端開機后幾秒鐘內即可完成。終端的網絡搜索能力可以作為評價終端質量的一項重要指標。網絡搜索能力強的終端在信號質量較差的區域仍然能夠接入網絡，并能夠獲得好的服務；相反，網絡搜索能力較弱的終端則可能表現為經常性脫網，從而影響用戶正常使用。本文只介紹WCDMA終端的網絡搜索過程。 　　
    WCDMA終端的網絡搜索過程實際上可以分解為公眾陸地移動網（PLMN）選擇與小區搜索兩個子過程，這兩個子過程密切相關。
    PLMN 由移動國家代碼（MCC）和移動網絡代碼（MNC）共同惟一確定，其中，移動國家代碼為３位數字，移動網絡代碼為２位數字。
    PLMN通常由很多個小區組成。小區是移動通信網絡中的最小覆蓋單元，是由其使用的主擾碼（Primary Scrambling Code）惟一標識的，該主擾碼在網絡規劃時即已分配給小區。小區所屬的PLMN的信息包含在其下發的系統消息中。 　
    終端在開機或脫網時，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，如果在該PLMN下無法捕捉到合適的小區，則將在小區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，啟動新一輪小區捕獲過程。
一、PLMN 選擇
    1.PLMN的分類
    對于一個特定的終端來說，通常需要維護幾種不同類型的PLMN列表，每個列表中會有多個PLMN。
    已登記PLMN（ＲPLMN）是終端在上次關機或脫網前登記上的PLMN。在３ＧＰＰ ２００３年第ＴＳＧ ＴＰ－２１次會議上決定，將該參數從ＵＳＩＭ卡上刪掉，而將其保存在終端的內存中。 　　
    等效PLMN（ＥPLMN）為與終端當前所選擇的PLMN處于同等地位的PLMN，其優先級相同。
    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選擇有關的參數。
    運營商控制PLMN（ＯPLMN）是儲存在ＵＳＩＭ 卡上的一個與PLMN選擇有關的參數。
    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，并能讀出其PLMN標識信息的PLMN。 　　
    2.PLMN的選擇方式
    PLMN的選擇有自動選擇和手動選擇兩種方式，如果是自動選擇，終端開機或脫網時，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。相應地，接入層功能模塊會利用終端寫媧⒌男∏?斜硇畔⒗囪≡?、捕获小??蚱舳?ㄓ玫男∏?閹鞒絳蚶此閹魘粲詬肞LMN的小區。如果捕獲成功，則將搜索結果報告非接入層；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其優先級別不同，終端在進行PLMN選擇時將按照以下順序依次進行： 　　
    ①RPLMN和ＥPLMN
    ②HPLMN
    ③UPLMN
    ④OPLMN
    ⑤其他的PLMN
    而如果是手動選擇，終端開機或脫網時，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、小區搜索　　

    1.小區的分類 　　
    與PLMN類似，小區也分為幾種類型。 　　
    可接受的小區（Aclearcase/" target="_blank" >cceptable Cell）是指終端用戶在小區中只可以獲得一些受限的最基本的服務，比如只能撥打緊急電話。它的判定條件是不在禁止的小區之列，而且其信號質量滿足一定的要求。 　　
    合適的小區（Suitable Cell）是指終端用戶可以在小區中獲得正常的通信服務，比如撥打語音電話、發送短信等。它的判定條件是不在禁止的小區之列，其信號質量滿足一定的要求，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內。 　　
    禁止的小區（Barred Cell）是指終端無法駐留的小區。通常，此類小區會在其發送的系統消息中有明確的指示信息。 　　
    運營商預留的小區（Reserved Cell）是指被運營商用來作為其他一些特殊用途的小區，通常這類小區也會在其發送的系統消息中有明確的指示。 　　
    2.小區搜索過程 　　
    通常，終端在事先不知道小區任何信息的情況下搜索小區，需要經過時隙同步、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）、主公共導頻信道 （P-CPICH）、主公共控制物理信道（P-CCPCH）。
　　當然，如果終端上已經存有某個小區的信息，如頻率、主擾碼等，那么終端可以利用這些信息來簡化小區搜索過程。但我們知道，這實際上只是前一種情況的特殊現象，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，38400碼片，又分為15個時隙。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時隙同步。這一步是通過捕獲主同步信道來實現的。 　　
    主同步信道不屬于碼信道，沒有經過擴頻和加擾處理。主同步信道在每個時隙的起始處重復發送主同步碼，為256碼片，占整個時隙的1/10。所有小區的主同步碼相同，而且終端預先知道其碼片序列，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。 　　
    (2)幀同步 　　
    這一步是通過捕獲從同步信道來實現的。從同步信道也不屬于碼信道，沒有經過擴頻和加擾處理。從同步信道上發送從同步碼，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若干次，而每個組合對應于一組主擾碼。
    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2(18)-1個，常用的有8192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，在第二步實現物理信道的幀同步的同時，終端可以獲悉該小區的無線幀中使用的從同步碼字組合，從而可以確定該小區使用的主擾碼所屬的組別。 　　
    (3)捕獲主擾碼 　　
    有了前兩步的基礎，并且知道主公共導頻信道的信道化碼為Cch,256,0，終端即能夠同步到主公共導頻信道的無線幀。 　　
    主公共導頻信道是一個碼信道，在整個小區內廣播，每個小區有且僅有一個主公共導頻信道。該信道在發射前需要經過擴頻和加擾。在擴頻前，該信道發送４個符號“１”，即“１１１１”。經過擴頻，該信道發送256個符號“１”。再用一個主擾碼進行加擾，最后在該信道的每一幀上發射的就是38400碼片的主擾碼。而第二步已經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匹配的主擾碼，捕獲主擾碼的工作即告結束。 　　
    然后，就可以用主擾碼解碼主公共控制物理信道，從而解調出系統下發的廣播消息。 　　
    3.小區選擇的信號質量要求 　　
    在經過前面的小區搜索過程后，終端仍需判定該小區的信號質量是否達到一定的要求，才能進一步確定是否可以駐留在該小區，以獲得正常的通信服務。 　　
    對于WCDMA終端來說，通常需要通過兩個公式的計算結果來進行判定。
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Sa：小區選擇的質量要求；
Sb：小區選擇的接收電平質量要求；
Q1：小區的信號質量測量值 FDD：CPICH Eb/No；
Q2：小區選擇的信號質量最低要求；
Q3：接收電平測量值 FDD：CPICH 信道接收信號碼域功率；
Q4：小區選擇的接收電平最低要求；
P：UE_TXPWR_MAX_RACH（終端允許的最大發射功率） - P_MAX（終端允許的最大的標稱發射功率）和0中兩者的較大值。
    第一個公式是判定終端測量到的主公共導頻信道的Ec/No是否達到要求。 　　
    第二個公式是判定終端測量到的主公共導頻信道的接收信號的碼域功率是否達到要求。 　　
    如果這兩個公式的計算結果都大于零，那么說明該小區的信號質量是可以接受的。否則，終端將無法使用該小區。
三、結語 　　
    WCDMA終端網絡搜索過程的兩個子過程是密切相關的，首先由PLMN選擇子過程按照一定的優先順序選擇PLMN，隨后啟動小區搜索子過程，通過一些有效的機制，使終端能夠迅速捕獲屬于該PLMN的小區，從而最終接入網絡。

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