TD-SCDMA系统中终端对寻呼块监视算法分析

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1 概述
　　在终端开启电源之后，进行小区初搜过程，最终进入到空闲模式。在空闲模式下，终端的主要任务就是不定期地解读系统信息，对邻近小区进行测量，收听寻呼以及小区的重选。网络广播的系统信息以及寻呼内容是以固定周期进行的，所以终端没有必要时时的解读所有的系统信息以及寻呼块的内容，从而可以大大节省终端的电源功耗，提高终端的待机时间。
　　
　　在TSM系统中，系统要求终端在30s之内必须更新一次服务小区系统信息内容，3～5min之内更新一次邻近小区系统信息。解读寻呼的周期和解读系统信息的周期是没有任何关系，而在TD-SCDMA系统中，情况有些不同。终端解读系统信息的时间没有周期限制，如果发生了系统信息的改变，则网络将以寻呼的方式通知终端解读系统信息，从而又减少了终端重复解读系统信息的时间。
　　
　　在空闲模式下，是否需要解读系统信息和寻呼都是由寻呼内容确定，终端将按照一定的算法进行寻呼块的解读，从而提高寻呼块的利用效率。本文就是主要介绍终端解读寻呼块的算法，终端是怎样定位到物理帧上去解读寻呼块的。
　　
　　2 终端解读寻呼块的算法
　　网络广播寻呼消息是通过PCH传输信道和物理信道PICH广播的，其中PICH是寻呼指示信道，和PCH配对使用。PCH、PICH和FACH传输信道可以同时映射到一个物理信道S-CCPCH信道上，并且P-CCPCH和S-CCPCH也可以同时映射到一个物理码道上，分时占用物理码道上的资源。在物理信道中，S-CCPCH为辅公共控制物理信道，用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据。S-CCPCH固定使用SF=16的扩频因子，不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，具体的信道参数由系统信息广播，信道的编码及交织周期为20 ms。受容量限制，S-CCPCH也使用两个码分信道来构成一个S-CCPCH信道。该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意一对码分信道和Midamble移位序列。在TS0时隙，主、辅公共控制信道还可以时分复用同一套信道参数。
　　
　　为了更好地说明P-CCPCH、S-CCCH和PICH在TS0复用到物理码道的情况。在该例子中，每隔8 帧有3个BCH块，每隔16帧有1个PICH块，每个PICH块之后，只隔1帧便有对应PICH的两个PCH块，而FACH块是间隔在BCH、PICH和PCH块中间的。对于C
　　
　　和C 物理码道中含有BCH块是系统默认的，即在该码道中，必定有BCH块的存在，便于终端在开机时终端将至少解读64帧，确定主信息块（MIB）的位置，再解读系统信息5（SIB5）。在SIB5中，包含了PICH、PCH的重复周期以及复用方式，便于终端在空闲模式下对PICH、PCH块的定位解读。
　　
　　另外一个例子，则是S-CCPCH和PICH共存于时隙ｋ（ｋ≠0）的情况，1个PICH块对应6个PCH块，其重复周期是32帧。在TD-SCDMA系统中，可以存在最多16个S-CCPCH 物理信道，每个物理信道可以由一个或是两个物理码道组成。
　　
　　网络广播的寻呼消息就是在PCH传输信道上广播的，而PCH又映射到S-CCPCH物理信道上，但是终端不需要对所有的S-CCPCH中的PCH信道都进行解读。网络将按一定的算法进行PCH的广播。具体解读PCH的方法，参考下面内容。
　　
　　2.1 寻呼信道选择
　　
　　寻呼消息是在PCH传输信道上传输，一个小区内可以建立一条或多条用于承载寻呼消息的PCH传输信道。每一辅公共控制物理信道（S-CCPCH）可以承载一条PCH传输信道。小区内S-CCPCH的数目由系统信息广播。对每一PCH，都有一条寻呼指示信道（PICH）与之相伴，两者共同构成一个寻呼块。若SIB 5中定义了不止一条PCH（也包括PICH），那么终端将按下面的规律选择S-CCPCH（承载PCH）：即网络按照IMSI码将用户分成Ｋ组，每一组对应一条S-CCPCH物理信号进行PICH块的传输。
　　
　　S-CCPCH索引 = IMSI mod Ｋ
　　
　　（1）上式中Ｋ为承载PCH的S-CCPCH数目；IMSI为国际移动用户识别；S-CCPCH索引值按其在SIB 5中出现的顺序排列，范围从0到Ｋ-1。若终端没有IMSI（对应UE中无USIM），那么取IMSI=0。
　　
　　2.2 PICH寻呼指示块的解读
　　
　　根据公式（1），终端可以确定S-CCPCH物理信道，但是为了降低功率消耗，终端在空闲模式下可以使用非连续接收（DRX）的方式来接收寻呼信息，没有必要解读所有的PICH块信息。在DRX模式下，终端只需在每一DRX周期内的寻呼时刻监视一个寻呼指示因子即可。DRX的周期长度为max（2ｋ，PBP）。扩号内的小ｋ值取自系统信息（范围6~9）。PBP等于PICH的重复周期，也由系统信息给出，最大为64。属于终端的PICH块出现的时刻（系统帧号，SFN）按下式确定：
　　
　　寻呼块出现时刻（Paging Occasion）=
　　
　　{(IMSI div Ｋ) mod (max（2ｋ，PBP）div PBP)}× PBP + ｎ× max（2ｋ, PBP）+ Frame_Offset （2）
　　
　　上式中max（2ｋ，PBP）为DRX周期长度；IMSI和大Ｋ的意义与公式（1）中描述相同；ｎ=0,1,2…描述了重复周期数；Frame_Offset为系统信息提供的PICH偏移量；PBP为寻呼块重复周期，最大为64。这些参数在系统信息5中都可以得到。根据公式（2）可知，2ｋ必定是PBP的整数倍关系，PICH将以max（2ｋ，PBP）帧数为周期出现，而在一个周期中，具体的位置则由{(IMSI div Ｋ) mod （max（2ｋ，PBP）div PBP）}× PBP + Frame_Offset所确定。根据公式（2），终端即可精确确定自己需要解读的PICH块的起始帧号。
　　
　　寻呼指示信道（PICH）不承载传输信道的数据，但却与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道（映射在S-CCPCH上）。PICH固定使用扩频因子SF=16。一个完整的PICH信道由两条码分信道构成。信道的持续时间为两个子帧（10 ms）。根据需要，也可将多个连续的PICH帧构成一个PICH块。PICH信道配置所需的物理层参数、信道数目以及信道结构等信息由系统信息广播。
　　
　　PICH信道的内容由一系列的寻呼指示因子组成，每个寻呼指示因子Ｐｑ（ｑ=0,1,2…,ＮPI-1，ＮPI：PICH块中寻呼指示因子的个数）的长度ＬPI可为2、4或8个符号。在QPSK调制下，ＬPI对应4、8或16个连续比特。对TD-SCDMA系统，每帧有176个符号，因而可以指示的终端的分组数分别为：88、44或22。为了提高系统的抗干扰能力，每个寻呼指示因子Ｐｑ中的连续比特被交织地放在Midamble码的两边，奇数比特被放在Midamble码的左边，偶数比特被放在右边。
　　
　　在终端解读PICH块之后，需要确定PICH块中本终端寻呼因子的值，本终端寻呼因子定位的公式为：
　　
　　PI = （IMSI div 8192）mod Ｎｐ
　　
　　（3）式中Ｎｐ等于每一寻呼块中寻呼指示因子的个数，可由系统信息计算得出（参见上面描述）；（IMSI div 8192）描述了DRX索引（DRX Index）。
　　
　　若终端寻呼分组对应的寻呼指示因子PI中的比特为全1{1,1,1..,1}，则终端被要求接收PICH信道之后寻呼块内的寻呼子信道，以确定寻呼消息中是否包含着对本终端的寻呼。反之，则不必接收后面的寻呼消息。
　　
　　2.3 PCH寻呼块的解读
　　
　　在解读PICH时，确定需要解读自己的PCH块时，PCH块的帧定位如下：
　　
　　寻呼消息的到达时刻= Paging Occasion + ＮPICH +ＮGAP +{(DRX Index div Ｎｐ) mod ＮPCH}×2
　　
　　（4）式中ＮPICH是PICH信道持续的帧数；ＮGAP是PICH信道的最后一帧与承载寻呼消息的第1帧之间间隔的帧数；ＮPCH是寻呼分组的数目。ＮGAP和ＮPCH都由系统信息广播。
　　
　　在解读出的PCH寻呼块中，不都是自己的寻呼消息，还需要根据解读消息中IMSI或是TMSI来判定是否是自己的寻呼消息。如果是请求更新系统信息，则进行系统信息解读，如果是业务请求，则进行随机接入过程，进行业务响应。
　　
　　3 结束语
　　从上面分析TD-SCDMA系统的寻呼广播算法，可以看出系统中可以存在多条S-CCPCH物理信道，但是终端仅仅只需解读其中很少的属于自己的寻呼信道，使得TD-SCDMA系统的网络可以同时寻呼更多的终端，而又不增加单个终端解读公共信道的时间。特别是在TD-SCDMA系统中，系统信息的改变是通过寻呼来告知终端的，大大减少了终端解读公共信道的时间，从而增加了终端的待机时间，这一点，在TSM系统中是无法达到的。