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1、WCDMA系统寻呼机制及参数研究 刘之浩上海移动通信有限责任公司规划设计研究中心 内容提要 本文详细介绍了WCDMA系统中采用的寻呼机制列举了WCDMA系统中与 寻呼相关的参数分析了它们对寻呼时延寻呼成功率等网络性能指标的影响并进而提 出了寻呼参数的建议取值 关键词寻呼机制 寻呼参数 寻呼时延 寻呼成功率 1. 概述 随着业界预期的 3G 牌照发放的日益临近如何建设好 WCDMA 无线网络如何优化 WCDMA 无线网络是即将面临的重要课题与目前 2G 优化内容相类似无线寻呼成功率 寻呼时延仍是重要的网络质量指标 这些指标还会直接影响到来话接通率和短信接收成功率 等其它网络质量指标所以提高无线寻
2、呼成功率降低平均寻呼时延还将成为今后 WCDMA 网络优化的重要内容之一掌握 WCDMA 系统中所采用的寻呼机制分析寻呼相 关参数对网络性能指标的影响是本文探讨的主题 2. WCDMA寻呼机制 3. 寻呼类型 3GPP 协议规定了两种寻呼类型分别是寻呼类型 1PAGING TYPE 1和寻呼类型 2 PAGING TYPE 2 4. 寻呼类型1 对处于空闲模式CELL_PCH 和 URA_PCH 状态的用户UTRAN 通过在 PCCH寻 呼信道 上发送 PAGING TYPE 1 寻呼消息来启动寻呼过程 处于空闲模式 CELL_PCH 和 URA_PCH 状态的用户则会根据 PICH 指示和
3、DRX 要求监视相应的寻呼信道 5. 寻呼类型2 对处于 CELL_DCH 和 CELL_FACH 的用户UTRAN 通过在 DCCH 上发送 PAGING TYPE 2 寻呼消息来启动寻呼过程 由于 CELL_DCH 和 CELL_FACH 连接模式下寻呼是在事先已经在 UE 和系统间建立起 来的专用控制信道DCCH上传送的其寻呼过程比较简单本文的寻呼分析主要是基于 寻呼类型 1同时在寻呼机制和寻呼参数方面FDD 和 TDD 也存在一定的区别本次研究 是针对 FDD 6. 寻呼发起的原因 规范 25.331 规定了 WCDMA 系统中发起寻呼的几种主要原因 ? 在寻呼控制信道PCCH上给选定
4、的处于空闲模式CELL_PCH 或 URA_PCH 状 态下的 UE 传输寻呼信息 ? 为了将 UE 的状态从 CELL_PCH 或 URA_PCH 状态迁移到 CELL_FACH 状态 UTRAN 启动寻呼以触发 UE 状态的迁移 ? UTRAN 发起对空闲模式CELL_PCH 或 URA_ PCH 状态下 UE 的寻呼以触发 UE 读取更新后的系统信息这种类型的寻呼是针对小区内所有 UE 的一般来说 在这种情况下 RNC 会发送一个没有寻呼记录但有主信息块描述新的“值标记”信息 的寻呼消息并且是在所有寻呼时段发送 7. 寻呼消息的发起 UTRAN 通过在 PCCH 上适当的寻呼时刻发送 P
5、AGING TYPE 1消息启动寻呼过程寻 呼时刻与被寻呼 UE 的 IMSI 有关寻呼时刻的计算具体请见章节不连续接收 在实际系统运营中为了提高寻呼成功率UTRAN 可在几个寻呼时刻向同一个 UE 重 复发送相同的寻呼消息 UTRAN通过在给每个UE的PAGING TYPE 1消息中包含一个信息元素“Paging record“ 能够在同一寻呼时刻寻呼几个 UE一个寻呼时段内能寻呼 UE 的数量与寻呼 UE 时采用的 用户识别码及寻呼方式有关 通过在 PAGING TYPE 1 消息中的信息元素“BCCH modification information“中包含主信 息块的值标记UTRAN
6、也可指示系统信息的更新在这种情况下UE 将忽略信息元素 “Paging record“ 8. 寻呼消息的接收 UE 登陆到网络之后就会被分配到某个寻呼组当有寻呼消息要发送给某个寻呼组里 的任何一个 UE 时该寻呼组所对应的寻呼指示PI就会出现在寻呼指示信道(PICH)上 寻呼指示信道(PICH)是一个固定速率(SF=256)的物理信道用于传输寻呼指示PICH 总是与 S-CCPCH 随路且一一对应S-CCPCH 是 PCCH 的物理映射 UE 为了降低功率消耗可以采用不连续接收方式DRXUE 仅需在所在寻呼组对应 的寻呼时刻收听 PICH根据每次从 PICH 收到的 PI 来判断是否需要读取
7、S-CCPCH 中的 PCCH 信息一旦检测到 PIUE 将根据 PICH 与 S-CCPCH 的定时关系PICH 的定时超前于对应的 S-CCPCH 帧定时PICH =7680 码片2ms定时关系如图一从 S-CCPCH 中收取相对应 PCCH 帧并进行译码通过判别以确定该寻呼信息是否是发送给它的 图 1 PICH 帧与随路的 S-CCPCH 帧的定时关系 判别方式如下 UE 将比较寻呼消息的标识和自己的标识是否一致 ? 处于空闲状态的 UE 若信息元素“paging originator“为 CN 则比较其中包含的 CN UE 标识类型的标识和所有 其分配的 CN UE 标识 若相匹配向信
8、息元素“CN domain identity“所指示的高层实体发送标识及寻呼原因 若信息元素“paging originator“为 UTRAN忽略该寻呼记录 ? 处于 CELL_PCHURA_PCH 状态的 UE 若信息元素“paging originator“为 UTRAN比较其中包含的“Connected mode identity“和 分配的 U-RNTI 若相匹配执行小区更新过程设定原因为“paging response“ 若信息元素“paging originator“为 CN忽略该寻呼记录 若包含信息元素“BCCH modification info“UE 应读取更新后的系统消息
9、 PICH 伴随地 S-CCPCH 帧 包含寻呼指示的 PICH 帧 9. 不连续接收 规范 25.304 规定空闲模式下 UE 可使用不连续接收(DRX) 以减小功率消耗当使用 DRX 时在每个 DRX 周期内UE 仅需要监控一个它所对应的寻呼指示PIDRX 周期DRX cycle length 等于K2个 TTI 每个 TTI 是 10ms K 为 DRX 周期长度系数(DRX cycle length coefficient)DRX 周期时长是K2 0.01 秒如图二所示 图二 DRX 周期 UE 确定它所对应的寻呼指示位置的过程分为两个步骤 首先确定UE对应的寻呼指示属于PICH哪一帧
10、 寻呼指示所在的帧是用系统帧号 SFN 表示计算公式 寻呼指示的帧号 SFN= IMSI mod (DRX cycle length div PBP) * PBP + n * DRX cycle length + Frame Offset 其中 n = 0,1,2 只要 SFN 小于它的最大值4095 IMSI 是国际移动用户标识号 对于 FDDFrame Offset帧偏移= 0PBP1上式可以简化为 寻呼指示的帧号 SFN= IMSI mod DRX cycle length + n * DRX cycle length 协议规定一个 10ms PICH 帧中包括 300 个比特(b0,
11、b1, , b299)其中288 个比特(b0, b1, , b287)用于传输寻呼指示(PI)这 288 个比特可传输 Np 个寻呼指示(PI)Np 的取值范 围是 18, 36, 72, 144 几个数值中的一个PICH 帧结构如图三 图三 PICH寻呼指示信道结构 由于一个 PICH 帧中还包括若干个 PI因此在确定了哪个 PICH 帧后还需再确定 UE 对应的寻呼指示是该帧中的哪一个 PI计算方法如下 PIIMSI div 8192mod Np其中 Np 等于每个 PICH 帧包含的 PI 个数 注当 UE 要发起紧急呼叫而没有 IMSI 时认为该 UE 的 IMSI 是缺省值 0 根
12、据上述的 WCDMA 寻呼机制UE 所对应的寻呼指示位置是基于 IMSI所有 UE 根据 IMSI 被分为K2个寻呼组在一个 DRX 周期内每个寻呼组内的 UE 对应同一个寻呼信道帧当发生同一寻呼组的多个 UE 被寻呼的情况时它们的寻呼消息会被安排在同一个寻 呼信道帧中 如同时发生的寻呼消息条数超过寻呼信道帧的寻呼能力时就会出现阻塞 超出10ms TTI 10ms TTI 10ms TTI PICH DRX周期2K10ms b1 b0 288 bits 寻呼指示 12 bits (发射关闭) 一个无线帧 (10 ms) b287 b288 b299 部分的寻呼消息不做缓存 直接被丢弃 然后根据
13、 UTRAN 重发参数设置在下一个 DRX cycle length 内发送或者等待 CN 侧重发寻呼消息这样就会增加寻呼时延如多次发生寻呼信道 溢出就会造成寻呼失败因此 K 的设置会影响寻呼成功率寻呼时延等网络指标 10. 寻呼参数 11. K (DRX 周期长度系数) 协议规定 DRX 周期长度是 2k 帧这里 k 为整数每帧为 10msTTI从参数 K 的作 用可以看出 参数 K 类似于 GSM 中的 BS_PA_MFRMS(寻呼信道复帧数) K 值决定了 DRX 周期K 值越大DRX 周期越长每个 10msTTI 寻呼信道帧所对应的用户数越少发生寻 呼消息拥塞的机率也越小但另一方面DR
14、X 周期越长寻呼消息在空中接口上的平均时 延越大平均服务性能降低由此可见K 参数的取值会影响到寻呼时延来话接通率等重 要网络指标 K 的具体取值建议可参照现网使 WCDMA 系统中的 DRX 周期和现网的 DRX 周期保 持基本一致如某市现网 2G 设置的 BS_PA_MFRMS 取值是 5 和 6即 DRX 周期是 0.117 秒和 1.41 秒由此当 K=7 时DRX 周期长度1.28 秒与现网最为接近对于该市可将 K 设置为 7 12. Np寻呼指示个数 Np 表示 PICH 每一帧中包含的 PI 寻呼指示个数协议规定 Np 可以是 18, 36, 72, 144 该参数是在系统消息中通
15、过 Number of PI per frame 来指示每个 PICH 帧长为 10ms其中 288 个比特用来传送寻呼指示即每个 PI 的比特数分别是 16842UE 会在确定的寻 呼时刻接收 PICH 发送的 PI 帧只有相应的 PI 出现时UE 才会去读取后续的 S-CCPCH 帧 中的寻呼消息 参数 Np 是将 UE 分成了 Np 组每一个组中所有的 UE 使用同一个 PI当某组对应的 PI 出现时该组的所有 UE 都会读取后续的 PCCH 帧虽然该帧中的寻呼消息只是发给该 组中的一个 UENp 对网络造成的影响是Np 的值设置过小虽然被唤醒读取 PI 的次数较 少但每组中对应的 UE
16、 数目较多造成 PI 指示出现的概率增大对每个 UE 而言读取 寻呼消息的次数也增加也就越耗电Np 值设置过大则每组中对应的 UE 数目较少对 每个 UE 而言PI 指示出现的概率较小读取寻呼消息的次数也减少空闲时刻的耗电量明 显降低但每个 PI 对应的比特数也越少对 UE 的 PICH 解调性能要求越高否则造成 PI 指示的误判导致寻呼消息的漏读或不必要的多读由此可见在 UE 解调性能要求和无线 环境容许的情况下Np 尽可能设置得大可降低 UE 非通信状态下的耗电量同时可以通 过合理的 PICH 信道功率配比来保证 UE 对 PICH 的正确解调 13. 寻呼重发 为了提高寻呼的成功率CN 和 UTRAN 都可重发寻呼消息但是寻呼消息的重发也带 来一定的负面效应造成寻呼量的增加考虑采用寻呼消息重发时需要兼顾寻呼成功率 寻呼量开销和寻呼时延CN 寻呼重发和 UTRAN 寻呼重发对寻呼量开销和寻呼时延的影响 程度是不同 14. UTRAN寻呼重发 ? 寻呼量 采用
