（通信与信息系统专业论文）lte系统rrc连接重建过程研究与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着移动通信的发展，第四代通信系统的研究也接近尾声，l t e 即将进入商 用阶段。为了确保3 g i 句4 g 过渡的平滑性和连续性，对l t e 系统的研究显得尤为 重要。在l t e 系统的通信过程中，协议栈无线资源控制子层r r c 对整个协议栈的 运作起着承上启下的作用，因此对r r c 子层的研究是非常必要的。文章正是在这 种情况下产生的，系统的阐述了l t e 系统r r c 层连接重建过程从协议分析到实 现，并对开发过程进行了测试验证。 首先，基于l t e 标准化协议的要求进行研究，介绍了l t e 系统的系统特点和 框架，主要阐述了l t e 系统接入网的优越性。 其次，论述了l t e 系统r r c 层在通信协议栈中的位置及主要功能。在此基础 上，对r r c 连接重建事件中的小区选择过程以及随机接入过程进行了分析和研 究。基于通信协议标准中规定的r r c 状态和实际操作的需要，根据有限状态机原 理，设计了l u 汇层空闲与接入状态下多个小的状态，以及彼此之间的状态转移。 通过设计状态转移下r r c 执行的动作，制定出r r c 与协议栈其他各层之间的原语 及流程图，并重点对l t e 系统重建进行设计与实现，包括出现的异常情况及处理 方案。 最后，采用t t c n 与s d l 协仿真的测试方法验证前期研究和设计的正确性。 通过对测试得出的m s c 图进行详细的分析，把实际结果中的状态转移、m s c 图 中的信号流程、消息交互及数据流等与预期的情况进行比较，验证了r r c 连接重 建过程设计的正确性，也初步验证了t t c n 与s d l 协仿真测试方法的有效性。 关键词：长期演进，无线资源控制，重建，协议测试 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，t h ef o u r t h g e n e r a t i o n c o m m u n i c a t i o ns y s t e ms t u d yi sa l s od r a w i n gt oac l o s e ，a n dl t ei sa b o u tt oe n t e rt h e c o m m e r c i a lp h a s e i no r d e rt oe n s u r et h et r a n s i t i o nf r o m3 gt o4 gs m o o t h l ya n d c o n t i n u o u s l y ， r e s e a r c ho nt h el t es y s t e mi sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t d u r i n gt h e c o m m u n i c a t i o np r o c e s si nt h el t es y s t e m ，t h er a d i or e s o u r c ec o n t r o ls u b - l a y e r p l a y sa l li m p o r t a n tr o l eo nt h eo p e r a t i o no ft h ee n t i r ep r o t o c o ls t a c k ， s or e s e a r c ho n r r cs u b - l a y e ri sn e c e s s a r y i nt h i sc a s e ，t h ep a p e ri s g e n e r a t e d t h ep r o t o c o l a n a l y s i s ，d e s i g na n dt h ea c h i e v e m e n ta r ee l a b o r a t e di nt h ep a p e r ，a n dt h et e s tf o rt h e d e v e l o p m e n ti sa l s ov e r i f i e di nt h ee n d i n g f i r s t l y ，t h er e s e a r c hb a s e so nt h el t es t a n d a r d i z a t i o np r o t o c 0 1 t h es y s t e m f e a t u r ea n df r a m e w o r ko fl t es y s t e ma l ed e s c r i b e di nw h i c ht h ea d v a n t a g e so f a c c e s sn e t w o r ki nl t es y s t e ma r em a i n l ye l a b o r a t e d s e c o n d l y ，t h ep o s i t i o na n d t h ep r i m a r yf u n c t i o no ft h er r c l a y e ri nt h el t e s y s t e ma r ee x p o u n d e d o nt h eb a s i s ，t h em a i np r i n c i p l e so f c e i ls e l e c t i o na n dr a n d o m a c c e s sp r o c e d u r eo ft h er r cc o n n e c t i o nr e e s t a b l i s h m e n te v e n t sa r ea n a l y z e da n d r e s e a r c h e d b a s e do nt h er r cs t a t ep r o v i s i o n e di nt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s t a n d a r d sa n dp r a c t i c a ln e e d s ，m o r et h a no n es m a l ls t a t e so fr r c l a y e ri nt h ei d l e s t a t ea n dc o n n e c t i o ns t a t e ，a n dt h es t a t et r a n s i t i o nb e t w e e ne a c ho t h e ra r ed e s i g n e di n t h ep a p e rw h i c hb a s eo nt h ef i n i t e s t a t em a c h i n et h e o r y a c c o r d i n gt ot h ed e s i g no f r r c p e r f o r m su n d e rs t a t et r a n s i t i o n ，t h ei n t e r f a c e sa n dm e s s a g ef l o wc h a r tb e t w e e n r r ca n do t h e rl a y e r si nt h ep r o t o c o ls t a c ka r ed r a w nu p t h er r cc o n n e c t i o n r e e s t a b l i s h m e n te v e n ba r ed e s i g n e da n dc a r d e do u t ， i n c l u d i n gt h ee m e r g e n c eo ft h e s p e c i a lc i r c u m s t a n c e sa n d t r e a t m e n ts o l u t i o n s f i n a l l y ，t h ec o r r e c t n e s so ft h ep r e l i m i n a r ys t u d ya n dd e s i g na r ev e r i f i e db y u s i n gt h ec o - s i m u l a t o ro f t h es d la n dt t c nt e s tm e t h o d s t h em s co b t a i n e df r o m t h et e s ta r ed e t a i l e da n a l y z e d t h es t a t et r a n s i t i o no fa c t u a lr e s u l t s ， s i g n a lp r o c e s si n t h em s cd i a g r a m ， m e s s a g e si n t e r a c t i o na n dd a t af l o wa r ec o m p a r e dw i t ht h e e x p e c t a t i o n b a s i so na b o v er e s u l t ，t h ec o r r e c t n e s so ft h ed e s i g nf o rt h er r c c o n n e c t i o nr e e s t a b l i s h m e n tp r o c e d u r ei sv e r i f i e da n dt h ee f f e c t i v e n e s so ft h e c o - s i m u l a t o rs d la n dt t c nt e s tm e t h o di sa l s oi n s p e c t e da n dv e r i f i e d k e yw o r d s ：l t e ， r a d i or e s o u r c ec o n t r o l ， r e e s t a b l i s h m e n t ，p r o t o c o lt e s t 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 3 g p p a c a c k a e s a s b a b c c h b c h b i c c c h c r n t i d c c h d l s c h e n b e p c e p s e - u 1 1 r a n g s m h a r q h s d p a m m a c m i b m i m o m m e m s c h 仔伍 n a s o f d m p c c h p c h p d c p 缩略表 3 一g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t a c c e s sc l a s s a c k n o w l e d g e a d v a n c e de n c r y p t i o ns t a n d a r d a c c e s ss t r a t u m b c c ha l l o c a t i o n b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l b r o a d c a s tc h a n n e l b a e k o f fi n d i c a t i o n c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l c e u i 埘t i d e d i c a t e dc o n t r o ic h a n n e l d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l e v o l u t i o nn o d e b e v o l v e dp a c k e tc o r e e v o l v e dp a c k e ts y s t e m e v o l v e du m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t h i g hs p e e dp a c k e ta c c e s s l o n gt e r me v o l u t i o n m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m a s t c q - i n f o r m a t i o nb l o c k m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y m e s s a g es e q u e n c ec h a r t m o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y n o n - a c c e s ss t r a t u m o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g p a g i n gc o n t r o lc h a n n e l p a g i n gc h a n n e l p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c o l v i 第3 代合作伙伴计划 接入等级 确认 高级加密标准 接入层 广播控制信道分配 广播控制信道 广播信道 退避指示 公共控制信道 小区r n l l 专用控制信道 下行共享信道 演迸型n o d e b 演进型分组核心 演进型分组系统 演进型u t r a n 全球移动通信系统 混合自动重传请求 高速分组接入 长期演进 媒体接入控制 主信息块 多入多出 移动性管理实体 消息序列图 移动性管理实体 非接入层 正交频分复用 寻呼控制信道 寻呼信道 分组数据汇聚协议 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 p d u p h i c h p h y p l m n p r a c h p s p s s q o s r a c h r a r r a - r n t i r b r l c r o h c l u 坨 r n c r n l r i s a e s d l s i s i b l s m c s r b s g w s s s t a t d d t d s c d m a t 硎 u e u l s c h u s i m w c d m a p r o t o c o ld a t au n i t p h y s i c a lc o n t r o lf o r m a ti n d i c a t o rc h a n n e l p h y s i c a ll a y e r p u b l i cl a n dm o b i l en e r w o r k p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l p a c k e ts w i t c h p r i m a r ys y n c c h r o n i z e ds i g n a l q u a l i t yo fs e r v i c e r a n d o ma c c e s sc h a n n e l r a n d o ma c c e s sr e s p o n s e r a n d o ma c c e s si 斟1 r i r e s o u r c eb l o c k r a d i ol i n kc o n t r o l r o b u s th e a d e rc o m p r e s s i o n r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n 仃o l l e r r a d i on e t w o r kt e m p o r a r yi d e n t i f i e r s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n s p e c i f i c a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e s y s t e mi n f o r m a t i o n s y s t e mi n f o r m a t i o nb l o c k l s c c - - u r i t ym o d ec o m m a n d s i g n a l l i n gr a d i ob e a r e r s e r v i c eg a t e w a y s e c o n d o r ys y n c c h r o n i z e ds i g n a l t r a c k i n ga r e a t i m ed i v i s i o nd u p l e x t u n ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc d m a t r e ea n dt i b u l a rc o m b i n e dn o t a t i o n u s e re q u i p m e n t u p l i n ks h a r e dc h a n n e l u n i v e r s a ls u b s c r i b e ri d e n t i t ym o d u l e w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 1 分组数据单元 物理控制格式指示信道 物理层 公共陆地移动网 理随机接入信道 分组交换 主同步信号 服务质量 随机接入信道 随机接入响应 随机接入r n t i 资源块 无线链路控制 鲁棒头压缩 无线资源控制 无线网络控制器 无线网络临时标识 系统架构演进 规范描述语言 系统信息 系统信息块1 安全模式命令 信令无线承载 服务网关 辅同步信号 跟踪区域 时分双工 时分同步码分多址 数表结合表示法 用户设备 上行共享信道 全球用户标识模块 宽带码分多址 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1引言 第一章绪论 随着移动用户数的增长和人们对移动通信业务多元化的要求，现有的第二代 移动通信系统无论是在频谱资源还是在所能提供的业务方面，都已不能满足移动 通信发展的需求，因此，第二代移动通信系统必将被第三代移动通信系统取代【1 】。 第三代移动通信中的t d s c d m a 是我国具有自主知识产权的标准，它基于 c d m a 技术，可使语音、数据、多媒体业务实现综合，并可实现全球一体化的 个人通信【l 】。3 g 系统相对于2 g 来说，其频谱利用率更高，同时可以提供更丰富、 更个性化的业务，目前3 g 正在初步的取代2 g ，成为市场的主流。 为了在未来移动通信技术激烈竞争的环境中处于有利位置，3 g p p 在 w c d m a 、h s p a 等的基础上提出了l t e 无线接入技术【2 】【3 】【4 】，于2 0 0 5 年启动 系统演进项目。主要包括两个：一个是3 g 长期演进项目即l t e ，现更名为 e u t r a n ；另外一个是整体系统结构演进的s a e ，现更名为e p c ，主要侧重核 心网的功能和机构演进，e u t r a n 和e p c 旨在推进3 g p p 系统向更好的方向发 展，例如提高数据速率，低延时，增强的系统容量和覆盖面积，提高频谱资源利 用率及降低运营商成本等。 基于现有的网络，l t e 对空中接口、物理层技术和网络架构都提出了更高要 求，也期待着能有更大的革新，因此对l t e 的研究成为了近年来通信行业的主 要研究方向，本课题正是基于此提出的。 。 1 2 演进型分组系统整体架构 整个演进型分组系统( e p s ) 由核心网( e p c ) ，基站( 心i b ) 和用户设备 ( u e ) 三部分组成，其中e p c 负责核心网部分，数据处理部分被称为s g w ， 信令处理部分被称为m m e ，e n b 负责接入网部分，称为e u t r a n ，u e 则称为 用户终端设备p j 。 为了将信令流程简化，缩短数据发送的时延，e p s 的接入网部分将r n c 取 消，全部由e n b 组成。而e n b 之间则是通过x 2 接口互相连接通信，该接口的 主要作用是尽可能减少因用户移动导致的分组丢失【5 】。接入网和核心网之间的接 1 2 1 被称为s 1 接口，接入网和l i e 之间的接口则被称作u u 接口【2 。e p s 的拓扑结 构见图1 1 ，尽管l t e 取消了r n c 的布局，但是在3 g p p 中，r n c 发挥的作用 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 并没有随之取消，其功能的实现由e n b 分担。这种变革使得l t e 在网络架构上 能够明显的体现优势，减少了基站先于r n c 通信再与其它基站进行通信的繁琐 过程，极大的提高了通信过程的流畅性，缩短了通信时间。 图1 1e p s 的拓扑结构图 l t e 的设计目标主要是发展3 g p p 无线技术，特点是通过无线技术，来达到 低时延，分组优化，以及高数据速率的目标，其具体设计指标具有如下技术特征 【6 】： ( 1 ) 显著增加峰值速率，达到下行10 0 m b p s ，上行5 0 m b p s ； ( 2 ) 在保持现有的站址不变的前提下，增加小区边缘比特速率； ( 3 ) 增加频谱效率，达至u 3 g p pr 6 的2 到4 倍； ( 4 ) 为保证较高的实时业务的服务质量，制定严格的q o s 机制； ( 5 ) 显著降低网络时延，可达用户平面小于5 m s ，控制平面小于l o o m s ； ( 6 ) 带宽可扩展，支持多种系统带宽，从1 2 5 m h z 到2 0 m h z 均有可支持的带宽； ( 7 ) 无论是现有3 g p p 系统还是非3 g p p 系统，均支持其他系统之间的互操作； ( 8 ) 有效支持不同类型的业务，以分组域( p s ) 业务为主【6 1 。 1 3 接口协议的整体结构 e u 1 1 r a n 的空中接口协议可分为控制平面与用户平面，用户平面协议栈 主要包括m a c ，r l c ，p d c p l 6 j ，如图1 2 所示，主要实现的功能如下： ( 1 ) 基于r o h c ( 鲁棒头压缩) 协议，对i p 数据流进行头压缩解压缩以及下层 重建时，顺序递交上层p d u ，对数据进行加密或解密处理，对信令进行完 整性保护等，这部分的功能主要f 1 3 p d c p 层实现【6 】【7 】。 ( 2 ) 对r l c 确认模式或非确认模式数据p d u 的级联，分段与重组，对r l c 确认 模式数据p d u 的重分段，对高层确认模式数据或非确认模式数据p d u 的顺 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 序递交等，这部分的功能主要由r l c 层实现【6 】【8 】； ( 3 ) 信道映射，即逻辑信道与传输信道之间的映射；s d u 艮用与解复用，调度 信息上报，动态调度以及优先级操作等，这部分的功能主要由m a c 层实 现【6 1 1 9 。 ；： ：+ ； u ee n b p d c p 卜刊p d c p 巫二砖 卫 i 巫 虻j 叵 l l 亘 一爿二丑 ! ；! 一； 图1 2l t e 系统用户平面协议栈 控制平面协议栈包括p d c p ，r l c ，m a c ，r r c ，n a s ，只有n a s 层在网 络侧终止于m m e ，其他各子层均终止在e n b ，其中p d c p 层执行例如加密和完整 性保护的功能，r l c 和m a c 执行和用户面相同的功能，r r c 执行的功能主要有 广播，寻呼，r r c 连接管理，无线资源控制，移动性功能，u e 测量上报和控制 等1 6 】【1 0 】【1 2 】，n a s 包括会话管理，用户管理，安全控制和管理等功能【6 】【1 1 】【1 2 】。控 制平面的协议栈结构图，如图1 3 所示： u e e n bm m e i n a s 卜- f n a s f i r r c - i r r c 1 p d c p - l p d c p l r l c - i r l c l 1 m a c - i m a c i 1 p h y - l p h y 图1 3l t e 系统控制平面协议栈 本文重点对无线资源控制子层【lu ( r r c ) 层进行研究。r r c 层协议是l t e 系 统中支持终端和e n o d e b 间多种功能最为关键的信令协议，位于接入层的项层， 主要完成无线资源的控制和管理功能。e p c 控制平面的信令( 例如终端注册或认 证的信令) 通过r r c 协议由网络端传递给终端，因此要进行正常通信，必须建 立起r r c 和上下各层的连接1 0 】f 1 2 1 。r r c 层的主要功能如下： ( 1 ) 系统信息的广播，其中包括n a s 公共信息，u e 在r r ci d l e 和 r r cc 0 1 心唧d 下的信息，例如小区选择和重选的参数，p l m n 的信息，邻 小区信息，无线资源配置信息，地震海啸预警通知等。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) r r c 连接控制，其中包含寻呼，r r c 连接移动性控制如切换，安全性 处理以及r r c 消息在网络节点间的传递等；无线链路失败的恢复如r r c 连接重 建；r r c 连接的建立修改释放，如u e 标识的分配或修改，信令无线承载的建立 修改释放等；数据无线承载的建立修改释放；q o s 控制，包括上行速率控制的 参数分配或修改，r r c 对于上下行s p s 配置的分配或修改等；安全模式激活的初 始化，如接入层加密和完整性保护的初始化配置等。 ( 3 ) i n t e r - r a t 的移动性，其中包括安全性激活和r r c 内容信息的传输。 ( 4 ) 测量配置和报告，其中包括测量的建立，修改或释放，测量间隔的建 立和释放，测量报告的上报等。 ( 5 ) 其他功能，包括二i i e 3 g p p 专用信息和专用n a s 信息的传输；u e 无线接 入能力信息的传输。 ( 6 ) 常见的协议错误处理。 ( 7 ) 支持自我配置等。 1 4 相关逻辑信道和信令无线承载 c c c h t l o 】：公共控制信道是一个在u e 端和网络端之间传输控制信息的逻辑 信道，一般在二者之间不存在r r c 连接时使用。适用于上行，也适用于下行。 d c c h i 0 1 ：专用控制信道是双向的上下行信道，当u e 端建立了r r c 连接后， 可用于传送专用控制信息。 在l t e 系统中，信令无线承载s r b 定义为只用于传送n a s 和r r c 消息的无线 承载，共有三个，分别是s r b 0 ，s i m l ，s r b 2 。s r b o 只承载i 浪c 消息，这些r r c 消息也仅在逻辑信道c c c h 上传送。s r b l 承载可能带枞s 消息的r r c 消息， 它还承载s r b 2 建立前的n a s 消息，并且都使用逻辑信道d c c h ，s r b 2 使用逻辑 信道d c c h ，承载n a s 消息1 6 。s r b l 的优先级高于s r b 2 ，安全性被激活后由 e u t r a n 配置s r b 2 1 6 1 。 1 5 论文的结构和内容 本论文内容安排如下： 第一章：绪论。首先介绍了论文的研究背景，其中包括演进型分组系统的整 体架构，l t e 的主要技术特征，以及空中接e l 协议栈的整体结构，然后阐述了 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 r r c 层在协议栈中的位置，论述了r r c 子层的主要功能，并简要介绍了同r r c 重建过程相关的逻辑信道和信令承载，最后提出了论文的结构和研究内容。 第二章：r r c 连接重建的协议分析。首先介绍了与重建密切相关的两个过 程，即小区选择和随机接入过程，并分别对它们进行了详细分析，最后重点研究 了重建中的连接建立情况。 第三章：r r c 连接重建过程的设计。本章是全文的重点章节。首先，介绍 了有限状态机理论，进而对r r c 层的状态进行了划分，并提出了具体的设计方 案，制定r r c 层同其他各层的接口原语，对重要原语进行详细剖析。最后设计 了r r c 连接重建过程的消息流程图，为后期的仿真测试提供条件。 第四章对r r c 连接重建过程进行仿真测试，并分析仿真测试结果。通过对 软件仿真得出的m s c 图进行详细的分析，将实际结果中的状态转移、m s c 图中 的信号流程、消息交互及数据流等与预期的情况进行比较，验证二者的一致性， 证明了软件开发的正确性。 第五章对研究课题进行总结，并针对研究课题，提出下一步工作的设想和展 望。 重庆邮电大学硕士论文第二章r r c 连接重建的过程研究 2 1引言 第二章r r c 连接重建的过程研究 基于第一章对r r c 的基本介绍，可知r r c 在控制平面对无线资源配置，信令 连接起着重要的作用。正常情况下，通过r r c 连接建立和重配置过程，可以建立 s r b i ，s r b 2 和其他r b s 。但是由于受各种因素的影响，无线环境会变的不稳定， 导致u e 端和网络端的信令或数据传送出现异常。因此需要特定的操作对异常进 行恢复和重新建立。 如果检测到从e u t r a n 的移动性失败，切换失败，无线链路失败，r r c 连 接重配置失败，接收到来自于低层的完整性检验失败【1 2 】这五种情况之一发生时， 触发整个r r c 重建过程。但是要基于u e 端a s 的安全性已经被激活，即r r c 已完 成了s m c ，重建过程才可以进行；如果安全性没有激活，则不能进行r r c 连接 重建过程【l 引。 2 2 小区选择过程 r r c 连接重建初始化时，u e 端的r r c 挂起除了s r b o 外的所有的r b s ，重新 设置m a c ，并对下层应用缺省的物理信道配置和m a c 主要的配置，基本配置完 成后，为了实现基站和u e 端的下行同步，需要在此时进行小区选择过程。小区 选择过程可分为四个步骤，即p l m n 的选择，小区搜索，同步过程，系统信息的 读取。经过最终判决，得出是否找到合适小区的结论。 终端可以在合适小区中获得正常的服务，合适小区即符合正常驻留条件的小 区，需要满足以下条件【1 3 】： ( 0 d 区属于e p l m n 或核心网指定的p l m n 或者选择的p l m n ； ( 2 ) d , l g 所处的跟踪区不在被禁止的区域列表中； ( 3 ) 小区本身是未被禁止的，前三点的信息都可以从s i b l 中获知； ( 4 ) 小区没有被特定操作者预留； ( 5 ) 满足小区选择的s 标准【1 3 】。 s 标准即小区的s l “大于0 。综合测量结果以及从s i b 3 中获得的参数可以计算 出s 幽。如果s r x l “删，则此小区不可用。 s 喇“的计算公式如下： s d 【l c v = q r x l w a 锄 - ( q 喇e 啪佃+ q 1 w n i n o f f s e t ) - p 洲n 嗍斌i 6 重庆邮电大学硕士论文第二章r r c 连接重建的过程研究 式中：s 喇州为小区选择的接收值；q l ，m 哪为测量得到的小区的接收值，即 r s r p 的值；q l 州m i 。为小区要求的最小接收功率；q r x l 啪i 脑为相对q 刚v m i n 的一 个偏移量，为了防止p l m n 之间的乒乓效应，这个偏移量仅当终端已驻留到一个 v p l m n 的一个小区上，而进行更高优先级的p l m n 搜索时使用；p c o m p c n s a t i o n ： m a x ( p e m a x - - p u m a x ，0 ) ，p e m a x 为终端在小区中允许使用的最大发射功率，p u u a x 为终端的最大射频发送功率。 只有满足了以上所有条件的小区才是可以驻留的合适小区。 2 2 1p l m n 的选择 通常情况下，几种不同类型的p l m n 列表被终端维护，在每个p l m n 列表中， 又分别有多个p l m n ，表2 1 显示了p l m n 的分类： 表2 1p l m n 的分类【 1 p l m n 的名称简介 已登记p l m n ( 1 1 r p l m n )之前登记在l i e 端的p l m n ，参数保存在 u s i m 卡中 等价p l m n ( 昆p e p l m n ) 与u e 端当前选择的p l m n 具有相同优先级的 p l m n 归属p l m n ( 即h p l m n )l i e 端归属p l m n ，即u e 端u s i m 卡的i m s i 中 包含的m c c 和m n c ，与h p l m n 上的m c c 和 m n c 相同 用户控制的p l m n ( 即u p l m n )存储在u s i m 卡上的一个与p l m n 选择相关 的参数，可由某些特定用户控制 运营商控制的p l m n ( 1 l o o p l m n )存储在u s i m 卡上的一个与p l m n 选择相关 的参数，可由运营商控制 禁止使用的p l m n ( 1 p f p l m n )禁止访问的p l m n ，通常终端在尝试接入某 个p l m n 被拒绝后，将其加到这个列表中 访问p l m n ( 1 i p v p l m n ) 终端访问的p l m n ，v p l m n 上存储的信息和 存在s i m 卡中的i m s i 的m c c ，m n c 是不完全 相同的。当移动终端丢失覆盖后，一个 v p l m n 将被选择 p l m n 的选择分为两种情况，一种是自动选择，有一个按p l m n 优先级排序 7 重庆邮电大学硕士论文第二章r r c 连接重建的过程研究 的列表保存在l i e 端的n a s 层，当需要选择p l m n 时，由n a s 直接将选择结果告 知a s 层；一种是手动选择，即用户自己手动选择终端提供的可用p l m n e l 3 】。 不管是手动还是自动选择p l m n 的方式，都存在两种可能，即有先验信息和 无先验信息，先验信息是存于用户的u s i m 卡中的。 通常情况下，对于一个只有一张卡的终端，它能驻留的网络是有限的，n a s 会将终端中存储的r p l m n 信息告诉a s ，并且首先在上次驻留的小区上进行小区 选择【1 3 】。在r r c 连接重建过程中，由于之前u e 曾同网络建立过连接，并曾在某 小区驻留过，会有之前登记的p l m n 的信息和小区信息，因此r r c 连接重建中的 小区选择属于有先验信息的情况。 具有小区的先验信息，并不意味着跳过小区搜索过程，直接驻留到此小区， 而是利用这些先验信息进行搜索，当该小区不合适时，u e 会搜索其他小区。当 然，最后找到的合适小区一定是属于先前n a s 指定的p l m n 。如果在此p l m n 中 还是没有合适小区，则按照p l m n 的优先级排序列表，选择一个新的p l m n ，继 续小区选择过程。 p l m n 的优先级排序如下： 1 上次关机或脱离服务区之前注册的p l m n 或者等价p l m n ； 2 等价p l m n 或者归属p l m n ； 3 用户控制的p l m n ；用户控制或者运营商定义的p l m n ； 4 高质量的p l m n ( r s r p = - i1 0 d b m 的p l m n 称之为高质量的p l m n ) ； 5 按照r s r p 排序的非高质量的p l m n 列表 2 2 2 小区搜索的过程研究 选定了p l m n 后，u e 将搜索一个属于此p l m n 的小区以驻留。对于r r c 连接 重建中有先验信息的情况，u e 端会优先使用发生异常状况之前的先验信息，如 p l m n 标识，之前的源小区与邻小区的信息等。从这里可以看出，在一定程度上， 有先验信息的小区选择会比没有先验信息的小区选择效率稍高一些。小区搜索的 过程主要由对汇指示p h y 来执行。 p h y 通过测量，将测量结果上报给r r c ，r r c 根据测量结果的排序，找出最 强小区。 2 2 3小区选择中的下行同步 要想知道此最强小区是不是合适小区，u e 端就要进行同小区的下行同步。 l t e 系统中设计了主同步信号和辅同步信号，且p p s s 和s s s ，主要完成符号同步 和帧同步，通过对同步信号的解读，u e 能够较快的获得系统的频率和同步信息。 重庆邮电大学硕士论文第二章r r c 连接重建的过程研究 l t e 的系统带宽域很广，但无论系统的带宽为多少，主同步信号和辅同步信号都 位于频带中心的带宽上，包含6 个资源块即r b ，7 2 个子载波。在实际使用中，同 步信号只占用了频带中心的6 2 个子载波，两边分别预留的5 个子载波是为了做保 护波段的1 6 j 【j 。 具体的同步过程为：首先通过解读p s s ，u e 获知小区的组内i d ，然后通过解 读s s s ，u e 确定小区组i d ，小区组i d 从0 n 1 6 7 取值，小区组内i d 从0 到2 取值。 通过对同步信号的检测和小区获得同步后，u e 可以利用下行导频信号进行更精 确的时间与频率同步，也包括同步的维持【6 】【14 1 。 2 2 4 系统信息解读 同步过程完成之后，r r c 请求底层解读已同步小区的系统信息。主信息块 m i b 首先被解读，m i b 中包含了系统帧号，p h i c h 配置以及下行带宽。接着开始 对s i b l 的解读，s i b l 中包含了p l m n 和小区的相关信息，以及对其他系统信息的 调度列表。接着根据调度列表解读其他的系统信息，这样系统信息的读取完成。 最后将小区搜索的结果与解读的系统信息结合起来，综合判断当前同步的最强小 区是不是合适小区。如果是合适小区，则可在此小区驻留，否则就重新开始小区 选择。 在这里，值得强调的是在r r c 连接重建过程中的小区选择中，通过测量得到 最强小区时，这个最强小区还不能确定是合适小区，只有与最强小区同步后，读 取系统信息，通过对比s i b l 中的信息，才能知道，所选p l m n 是不是在许可的 p l m n 列表，所选小区是否被禁止等【1 2 】【1 4 1 。 2 3 随机接入过程 与网络进行上行同步，并获取上行授权，这是随机接入过程的目的。根据协 议栈标准可知，随机接入的初始化由两种情况引起，一种是网络端通过p d c c h 向u e 端发送随机接入命令，要求l i e 向网络发起连接请求；一种是u e 端同网络失 去连接，而本端资源准备已经完毕，此时u e 端的r r c 层请求m a c 层发起随机接 入。 2 3 1 随机接入的初始化 随机接入初始化时，需要进行一些必须的信息准备工作，包括： ( 1 ) 物理随机接入信道p r a c h 的资源可以在读取系统信息时，从s i b 2 中获 9 重庆邮电大学硕士论文第二章r r c 连接重建的过程研究 取，用于发送随机接入前导。切换时进行的随机接入属于非竞争性的随机接入， 因此使用专用模式下p r a c h 和r a c h 信道的信息配置【6 l 。 ( 2 ) 随机接入前导及其分组 l i e 通过解读s i b 2 中的r a c h c o n f i g c o m m o n ，就可知是否存在b 组前导序 列。s 讫e o f r a p r e a m b l e s g r o u p a 与s i z e o f r a p r e a m b l e s g r o u p b 的二者之和，即为 n u m b e r o f r a p r e a m b l e s 的值。 若n u m b e r o f r a p r e a m b l e s = s i z e o f r a p r e a m b l e s g r o u p a ，则可知供选择的只 存在a 组，不存在b 组。a 组的前导取值范围为 ( 0 s i z e o f r a p r e a m b l e s g r o u p a 1 ) ；如果b 组存在的话，b 组前导取值范围为 ( s i z e o f r a p r e a m b l e s g r o u p a n u m b e r o f r a p r e a m b l e s 1 ) 【9 】o ( 3 ) 随机接入响应窗口的大小，即r a r e s p o n s e w i n d o w s i z e ，u e 在响应窗 口内接收随机接入响应。 ( 4 ) 发送前导的初始功率p r e a m b l e l n i t i a l r e c e i v e d t