TDSCDMA 系统接入问题优化的流程方法及项目经验总结.docx
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TDSCDMA系统接入问题优化的流程方法及项目经验总结
TD-SCDMA系统接入问题优化的流程、方法及项目经验总结
(仅供内部使用)
Forinternaluseonly
拟制:
王稳利
日期:
2008-05-24
审核:
日期:
审核:
日期:
批准:
日期:
版权所有XX
Allrightsreserved
修订记录
日期
修订版本
描述
作者
2008-06-10
V1.0
王稳利
TD-SCDMA系统接入问题优化的流程、方法及项目经验总结
关键词:
接入过程,小区搜索,小区选择和重选,随机接入,呼叫流程;
摘要:
本文主要是讲述接入问题的分析和解决方法。
缩略语清单:
略
由于我们遇到的接入和寻呼问题经常会涉及到很多常用的流程,因此在进入专题分析之前首先让我们熟悉一下与接入寻呼问题有关的几个流程。
1接入过程
UE有两种基本的运行模式:
空闲模式和连接模式。
上电开始,UE就停留在空闲模式下,通过非接入层标识如IMSI、TMSI或P-TMSI等标志来区分。
UTRAN不保存空闲模式UE的信息,可以分别寻呼所有开机并驻留小区的UE或同一时刻寻呼一个RNC中所有处于空闲模式的UE。
当UE完成RRC连接建立时,UE才从空闲模式转移到连接模式的CELL_FACH或CELL_DCH状态下。
当RRC连接释放时,UE从连接模式转移到空闲模式。
从接入层看,接入过程就是指UE由空闲模式转移到连接模式的过程,包括:
小区搜索、接收小区系统信息广播、小区选择和小区重选、随机接入这四个基本过程。
一旦UE处于连接模式,就可以进行PLMN选择和重选,位置登记,业务申请,鉴权等非接入层的活动。
本文概述了UE的接入过程的各个步骤,对整个接入过程进行了信令和性能的分析,并在分析的基础上讨论了接入过程的分析方法和路测中问题的解决办法。
1.1小区搜索过程
在TD-SCDMA移动通信系统,其独特的帧结构决定了终端小区搜索算法的实现。
根据实现过程可分为如下6步:
1、利用功率特征,识别导频大致位置,达到符号级同步;
2、利用SYNC-DL作相关,识别本小区的SYNC-DL,达到CHIP级同步;
3、完成频率粗调;
4、根据冲击响应,识别MIDAMBLE码;
5、解P-CCPCH,作频率精调,即达到1/8CHIP级同步;
6、确定相位信息,读取BCH信道信息,完成小区搜索。
1.2小区选择和重选过程
小区重选过程包括:
测量过程、评估过程、触发小区重选过程、登记注册过程。
下面针对各个过程一一描述。
1.2.1测量过程
UE在空闲状态下,以周期DRX测量当前服务小区的P-CCPCH信道上的接收功率(P-CCPCHRSCP)。
并且根据测量结果计算路径损失标准参数Srx。
若当前服务小区的Srx
0、或当前服务小区被阻、或连续Nserv个估算值Srx
Sintrasearch时,UE将触发对同频相邻小区的测量。
相邻小区列表由UE在读取服务小区的系统消息时得到。
测量同频小区的P-CCPCH信道上的接收功率(P-CCPCHRSCP)。
测量周期为TmeasureNTDD,以周期TevaluateNTDD对测量结果进行算术统计平均。
1.2.2评估过程
小区驻留的条件参数准则:
Srx>0
路径损失标准参数
的计算公式为:
(1)
其中:
是UE在P-CCPCH信道上测量的接收功率(P-CCPCHRSCP);
(dBm)是小区要求的最小接收功率,该参数由系统消息广播;
由下式计算:
(2)
其中:
是UE在RACH信道上允许的最大发射功率,由系统广播消息通知UE;
是UE最大的射频发射功率。
是系统允许的UE在RACH信道上的最大发射功率,
是UE实际能够发射的最大功率,它指的是UE实际的发射能力,当
〉
时,表明UE的实际发射能力达不到系统允许的最大发射功率,此时
,为一正值。
否则
等于0。
小区重选的条件参数准则:
>0且Rn>Rs。
1、分层小区结构(HCS)的情况
若系统信息指示使用分层小区结构(HCS),则分层小区重选的优先级标准定义如下:
(3)
小区重选的质量标准定义如下:
(4)
(5)
(6)
(7)
2、不使用小区分层结构(HCS)的情况
若系统广播消息中指示不使用分层小区结构(HCS),则小区重选的质量标准定义为:
(8)
下标为s的表示当前服务小区的参数,下标为n的表示邻近小区的参数。
其中,
是在P-CCPCH信道上测得的接收信号功率(P-CCPCHRSCP);
用于规定了优先级的分层小区重选时的质量门限值,由系统消息广播;
为当前服务小区的滞后参数,由系统消息广播得到;
是小区重选时两个小区之间的偏移量,由系统消息广播;HCS_PRIO是服务小区和相邻小区的HCS优先级(0~7),其值由系统消息广播;
是在时间
的持续期间,为相邻小区的H和R参数附加的一个偏移量,由系统消息广播;
是邻近小区的
有效持续时间,由系统消息广播。
Tn是用于每一个相邻小区的定时器,当下述两条件中的任一条件成立时,Tn从0开始计时:
当触发Tn启动的条件不再满足时,与相邻小区相关的Tn就应该立即停止计时。
TOn的值只有在相关的Tn运行期间才有效(即为相邻小区附加一个偏移量,以避免频繁的小区重选)。
在小区重选的过程中,若与Tn对应的小区不再是新服务小区的相邻小区时,或者按新服务小区的参数计算Tn的触发条件不再满足时,Tn都应该立即停止。
小区列表优先级排队
分层小区结构(HCS)的情况
当系统广播消息中指示使用分层小区结构时,UE根据物理层的测量量以及系统广播消息参数,计算本服务小区和相邻小区的Srx、H和R参数。
对于所有满足H
0的小区,选择具有最高HCS优先级并且满足条件Srx>0的小区进行排队,按照R参数的大小进行优先级排列,R越大,优先级越高。
若没有小区满足条件H
0,则不考虑HCS的优先级,对所有满足Srx>0的小区进行排队,按照R参数的大小进行优先级排列,R越大,优先级越高。
不分层小区结构的情况
当系统广播消息指示不使用分层小区结构时,UE计算Srx和R参数,对于所有满足Srx>0的小区进行排队,按照R参数的大小进行优先级排列,R越大,优先级越高。
1.2.3小区选择触发时机:
ØUE在以下情况发起小区选择:
ØUE开机
Ø从连接模式回到空闲模式
Ø连接模式过程中比如失去小区信息
Ø当根据测量控制系统消息提供的小区列表进行小区重选没有找到可正常驻留的小区时
1.2.4小区重选触发时机
ØUE在以下情况发起小区重选:
Ø空闲模式时间触发(当前服务小区质量测量值低于同频测量门限);
Ø空闲模式下,连续Nserv个DRX内服务小区不满足S准则(而不管系统消息里如何设置);
Ø当UE检测到处于“非服务区”;
2随机接入过程
2.1随机接入准备
FPACHi:
:
FPACH号i
Li:
子帧中与FPACHi相关的RACH消息的长度
NRACHi:
与第i个FPACH相关的PRACH的数目
nRACHi:
与第i个FPACH相关的PRACH的编号,范围从0到NRACHi-1
M:
UpPCH中最大发射数目
WT:
用于等待网络对一个发送签名的确认的子帧的数目的最大值
SFN’:
用于子帧计数的子帧数目。
系统帧数SFN=0的帧开始时子帧数目设置为0。
当UE处于空闲模式时,它将保持下行同步并读取小区广播信息。
从DwPTS中使用的SYNC-DL码,UE可以得到为随机接入而分配给UpPTS的8个SYNC_UL码(签名)的码集。
P-RACH,FPACH和S-CCPCH(承载FACH逻辑信道)信道的描述(码,扩频因子,midambles,时隙)都会在BCH上广播。
因此,当发送SYNC-UL序列时,UE知道接入时所使用的FPACH资源,P-RACH资源和CCPCH资源。
UE需要在UpPCH发射之前对关于随机接入的BCH信息进行解码。
当来自MAC子层的PHY-Data-REQ原语发送请求时,本节描述的物理随机接入过程进行初始化(参见[18]和[19])。
在物理随机接入过程可以初始化以前,层1需要通过CPHY-TrCH-Config-REQ接收来自RRC层的下列信息:
-哪些签名与哪些FPACH关联;哪些FPACH和哪些PRACH关联;哪些PRACH和哪些CCPCH关联;包括每一个列出的物理信道的参数值。
-与FPACHi相关的RACH消息的长度Li,可以配置成1或2或4,对应时间长度分别为5ms或10ms或20ms。
注解1:
NRACHiPRACHs可以与FPACHi关联。
最大允许的
NRACHi等于Li。
-每个接入业务等级(ASC)可用的UpPCH子信道;
注解2:
一个UpPCH子信道定义为一个签名(签名子集)和多个子帧号。
-PRACH消息的传输格式参数集合;
-UpPCH中最大发射数目"M";
-用于等待网络对一个发送签名的确认的子帧的数目的最大值"WT";(1..4)层1支持的最大值是4个子帧。
-初始签名功率"Signature_Initial_Power";
注解3:
在每个物理随机接入过程初始化前,上述参数可以从高层更新。
物理随机接入过程的每次初始化,层1需要从高层(MAC)接收如下信息:
-对特定PRACH消息使用的传输格式;
-带有时间和功率电平指示的特定随机接入过程的ASC;
-要传输的数据(传输模块集)。
2.2随机接入冲突
UE侧:
1设置签名重发计数器为M。
2设置签名发射功率为Signature_Initial_Power。
3从给定ASC可用的UpPCH子信道中随机选择一个。
所用的随机函数必须满足每个允许的选择被选中的概率相同。
4用选定的UpPCH子信道以签名发射功率发射一个签名。
5发射签名后,听取相关的FPACH从随后的WT子帧中获取网络确认。
UE将从满足下列关系的子帧中读取与发射UpPCH相关的FPACHi:
(SFN’modLi)=nRACHi;nRACHi=0,…,NRACHi-1,
6如果在预期时间内没有检测到有效应答:
签名重发计数器减1,如果计数器仍大于0,则返回到第3步;否则向MAC子层报告一次随机接入失败;
7如果在预期时间内检测到有效应答
a)按照FPACHi网络接收到的指示设置时间和功率电平值
b)在承载签名确认的子帧后,相隔两个子帧,在相关PRACH上发送RACH消息。
如果Li大于1,且确认的子帧号是奇数,UE需要再等待一个子帧。
如果下列等式成立,相关PRACH就是与FPACHi关联的第nRACHi个PRACH:
(SFN’modL)=nRACHi;
这里SFN’是确认到达的子帧号。
UpPCH和PRACH上的发射功率电平都不能超过网络用信令指示的数值。
网络侧:
-nodeB仅在满足下列关系的帧中发射与UpPCH相关的FPACHi:
(SFN’modL)=nRACHi;nRACHi=0,…,NRACHi-1,
-NodeB不会确认WT个子帧前发射的UpPCH。
一个有效签名接收后:
-从UpPCH测量相对接收到的第一径的参考时间Tref的时间偏差,并在相关FPACH上发送FPACH突发确认检测到的签名。
FPACH中发射的信息域的使用和生成
NodeB使用快速物理接入信道(FPACH)在一个突发内承载对一个检测到的签名的确认,以及对用户设备的有关时间和功率电平调整的指示。
签名参考号区域包含确认的签名的编号。
用户设备利用这一信息验证是否是FPACH消息的接受器。
相对子帧号区域指示相对于确认的签名被检测到的子帧的当前子帧号。
用户设备利用这一信息验证是否是FPACH消息的接受器。
FPACH中包含收到的SYNC_UL的ID以示区分回给不同的用户,对于相同ID不同帧发送的用户,基站在不同的帧回给用户,在FPACH中以相对帧号区分;如果发生了碰撞(基站同一时间收到两个相同的SYNCUL),基站就不会给UE回响应了
在FPACH中还包含对UE的闭环控制信息,以便于UE计算通路的延时和路径损耗,使PRACH的发送可以在准确的时间,以期望的接收功率到达NodeB;
3开环功控过程
3.1上行开环功控
在TDD系统中,开环功率控制分为上行和下行.对于上行来说,UE通过对下行信号的测量,估算出下行链路的损耗,将该损耗值等同于上行链路的损耗,然后计算上行链路的发射功率,存在一个环路.对于下行来说,NodeB和RNC直接决定下行各个信道的初始发射功率,不存在任何环路,所以准确的来说,开环只是针对上行链路.
3.1.1特性的原理和描述
3.1.1.1.1UE在idle模式下的部分工作
开环功率控制在idle模式下流程图
3.1.1.1.2UE的随机接入过程
其中的SYNCmax是MaxSYNC_ULTransmissions,指的是在一次接入中,允许SYNC_UL的最大发射次数,其取值为1,2,4或8,实现中默认值为4.可以通过O&M来设置。
3.1.1.1.3上行各个信道的初始功率的计算
1、UpPCH信道
PUpPCH=LPCCPCH+PRXUpPCHdes+(i-1)*Pwrramp
(1)
参数说明:
LPCCPCH:
下行链路的路径损耗,该值是UE通过测量PCCPCH信道的下行信号所得,在测量报告中报给高层。
LPCCPCH的计算方法是:
将广播消息中(SIB5)的PCCPCH发射功率减去UE测量到的PCCPCH_RSCP即为路损。
PRXUpPCHdes:
网络侧提出的期望接收到的UpPCH信道的功率值,该值的确定受每个小区干扰大小的影响。
比如说小区干扰大时,这个期望值就应该高一些。
该值在RNC侧配置,通过系统消息通知UE。
I:
重发次数,当UE在UpPTS发射了SYNC—UL码,进行了上行同步以后,期望NodeB将定时调整信息通过FPACH信道发射下去,但如果在发送SYNCUL后的WT帧以内,UE还没有收到FPACH信息,则说明UpPCH信道的发射功率太小了,NodeB根本没有检测出来,这时UE需要重新确定UpPCH的发射功率,这里的I就是尝试次数,重新发了一次,I就取1,尝试了两次I就取2。
Pwrramp:
上面在介绍I时说到UE可能会重新计算UpPCH的发射功率,那么每次增加多少呢?
这个增加的量就叫做一个爬坡功率,由高层指配。
Pwrramp的范围为Integer(0、1、2、3)。
如果Pwrramp=0,则没有功率攀升过程。
2、PRACH信道
(2);
其中:
已经在UpPCH发射功率的计算过程中获得
是UpPCH被成功检测到时
的最终值。
与UpPCH中一致。
是期望在小区接收机得到的P-RACH接收功率(dBm).
为了保证小区边缘的UE的申请也能被接收到并正确解码,PRACH信道的接收也应该有一个信噪比要求
。
就编码、扩频等物理层过程而言,RACH信道上的数据与业务信道上的数据没有什么区别,因此
与误码率的关系可以参考同等速率的业务信道的情况。
PRACH的期望接收功率是由NB计算的。
NodeB能通过测量PRACH所在时隙的干扰功率
计算一个较为准确的
,并通过F-PACH告知UE。
目前实现中,PRACH的期望接收功率的处理过程是:
基站的OM配置一个PRACH的期望C/I,然后SD在检测到SYNC_UL后,将PRACH的所处时隙的时隙干扰加上PRACH的期望C/I,得到PRACH的期望接收功率通过FPACH下发给UE。
计算PRACH的期望功率公式为:
TXPA=NB期望的PRACHC/I+RACH平均干扰功率-天线增益;(3)
3、DPCH信道
初始上行DPCH采用下面的式子计算
;(4)
可以按照下面的公式计算
(5)
其中
为噪声加干扰功率,通过测量报告“时隙ISCP”获得。
如果不支持ISCP上报,可以通过OMC_R配置
,但不建议使用OMC_R配置。
3.2下行各个信道的初始功率的计算
下行需要计算初始发射功率的信道包括DPCH、PCCPCH、SCCPCH、DwPCH、FPACH。
在目前实现中,DPCH的初始下行发射功率是基站按照业务所占码道数固定分配的,即(基站最大发射功率/16)*业务所占码道数。
其余信道直接分配下行初始发射功率(RNC配置),不存在任何公式。
4寻呼过程
与固定通信不一样,移动通信中的通信终端位置是不固定的。
为了建立一次呼叫,核心网(CN)通过Iu接口向UTRAN发送寻呼信息,UTRAN通过Uu接口上的寻呼过程发送给
UE,使被寻呼的UE发起与CN的信令连接建立过程。
当UTRAN收到某个CN域(CS域或PS域)的寻呼消息时,首先判断UE是否与另一个CN域建立了信令连接,如果没有建立信令连接,那么UTRAN只能知道UE当前所在的服务区,并通过寻呼控制信道将寻呼消息发送给UE,这就是PAGINGTYPE1消息。
如果已经建立信令连接,在CELL-DCH或CELL-FACH状态下,UTRAN就可以知道UE当前活动属于那种信道上并通过专用控制信道将寻呼消息发送给UE,这就是PAGINGTYPE2消息。
根据UE所处的状态,寻呼可以分为以下两种类型。
4.1寻呼IDLE模式或PCH状态下的UE
该过程用于在寻呼控制信道(PCCH)上给选定的处于空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态下的UE传输寻呼信息。
寻呼过程通常有以下几个功能:
网络高层(核心网)可能要求寻呼,发起呼叫或建立信令连接。
这种寻呼请求通过Iu接口来自核心网;UTRAN能在CELL_PCH或URA_PCH状态下启动对一个UE的寻呼以触发小区更新过程或通知在空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态下的UE读取更新的系统信息。
触发条件:
寻呼类型1由UTRAN发起,UE中的处理过程由接收到的消息触发。
用于CS域连接
流程图
图3.2
流程说明
在PAGINGTYPE1消息中,包括被寻呼的UE的识别符:
IMSI或TMSI;CNdomainidentity=CS;不包含IE“BCCHmodification”;PAGINGArea=LAorNone。
UE在收到PAGINGTYPE1消息后,向UTRAN发送RRCCONNECTIONREQUEST消息,以建立和UTRAN之间的RRC连接;
用于PS域连接
流程图
图3.3
流程说明
UMTS中,PS域的PAGING消息是由网络侧请求建立一个PS域的信令连接或者网络侧提示移动台再次进行attach(如果必要,由于网络失败的原因),如果终端没有进行GPRS附着,终端将会不理睬收到的PS域PAGING消息。
PAGING消息包括:
被寻呼的UE的标识符:
P-TMSI,IMSI;CNdomainidentity=PS;不包含IE“BCCHmodification”;PAGINGArea=RA。
UE在收到PAGINGTYPE1消息后,向UTRAN发送RRCCONNECTIONREQUEST消息,以建立和UTRAN之间的RRC连接。
用于系统消息更新
流程图
图3.4
流程说明
PAGINGTYPE1消息由UTRAN发起,用于指示系统消息的更新,在PAGINGTYPE1消息IE“BCCHmodificationinformation”中指示系统消息的更新;UE在收到PAGINGTYPE1消息后,读取更新的系统消息。
4.2寻呼处于连接模式下的UE
该过程用于寻呼处于连接模式CELL_DCH或CELL_FACH状态的某个UE。
触发条件:
寻呼类型2由UTRAN发起,UE被动接收。
流程图
图3.5
流程说明
UTRAN在DCCH信道上发送PAGINGTYPE2消息,其中包含:
寻呼UE的“PAGINGRecordTypeIdentifier”;CNdomainidentity=CS.UE在接收到“PAGINGTYPE2”消息后,在上行DCCH信道上发送“INITIALDIRECTTRANSFER”消息。
5RRC连接建立过程
UE处于空闲模式下,当UE的非接入层请求建立信令连接时,UE将发起RRC连接建立过程。
每个UE最多只有一个RRC连接。
当RNC接收到UE的RRCCONNECTIONREQUEST消息,由其无线资源管理模块RRM根据特定的算法确定是接受还是拒绝该RRC连接建立请求,如果接受,则再判决是建立在专用信道还是公共信道。
对于RRC连接建立使用不同的信道,则RRC连接建立流程也不一样。
5.1RRC连接建立在专用信道
图3.8
信令流程说明:
(1)UE在上行CCCH上发送一个RRCConnectionRequest消息,请求建立一条RRC连接。
主要参数为:
InitialUEIdentity:
初始的UE标识,如IMSI,TMSI等参数,用来让网络识别发送该建立请求消息的UE;
Establishmentcause:
建立原因,有多种类型,但UE每次只能选择其一。
ProtocolErrorIndicator:
协议错误标识,用来标明是否有协议错误发生。
测量IE:
给出在Uu接口上的测量结果;
(2)RNC根据RRC连接建立请求的原因及系统的资源状态决定UE建立在专用信道并分配RNTI和L1,L2资源。
(一般情况下在发起电路型业务或Speech业务、以及QoS较高的分组业务时,尽可能的将RRC连接建立在DCH上)。
(3)RNC向NodeB发送RadioLinkSetupRequest消息,请求NodeB分配RRC连接所需要的特定无线链路资源。
在该消息中包含有建立无线链路所必需的参数(功率、时隙、扰码、midable码等参数)。
(4)在RL成功建立后,RNC使用ALCAP协议发起Iub接口用户面传输承载的建立(用于承载RRC信令的ATM连接,并完成RNC与NodeB同步过程。
(5)RNC在下行CCCH上向UE发送RRCConnectionSetup消息。
主要参数:
UEIE,RBIE,TrCHIE,上行传输信道,下行传输信道,物理信道IE,UL无线资源和DL无线资源。
(6)UE在上行DCCH上向RNC发送RRCConnectionSetupComplete。
主要参数:
RRCtransactionidentifier:
RRC事务标识。
STARTlist:
开始列表,包含CN域标识和开始值列表信息。
UEradioaccesscapability:
UE无线接入特性。
UEradioaccesscapabilityextension:
UE无线接入特性扩展。
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