6.1 移动通信概述

6.1.1 移动通信的特点

移动通信因需保障各移动用户在运动中的不间断通信，故只能采用无线通信的方式。
移动通信具有的特点：
①移动通信利用无线电波进行信息传输，其电波传播环境复杂，传播条件恶劣，特别是陆上移动通信。
②干扰问题比较严重。
③移动通信可利用的频谱资源有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增。
④移动通信系统的网络结构多种多样，系统交换控制、网络管理复杂，是多种技术的有机结合。
⑤移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用，其可靠性及工作条件要求较高。

6.1.2 移动通信的主要技术及演进
①20世纪20-40年代，移动通信的早起萌芽（起步）阶段。
②20世纪40年代中期到20世纪60年代初期，移动通信的初期发展阶段。
③20世纪60年代中期到20世纪70年代中期，移动通信系统的改进和完善阶段。
④20世纪70年代中期至20世纪80年代中期，蜂窝移动通信诞生与蓬勃发展阶段。
⑤20世纪80年代中期到20世纪90年代中期，数字蜂窝系统诞生、移动通信产业的成熟期。
⑥21世纪初，第三代移动通信系统的诞生期。欧洲提出WCDMA，美国提出cdma2000，我国提出TD-SCDMA，均被ITU正式确定为第三代移动通信的标准。

6.2 第二代移动通信系统

6.2.1 GSM（全球移动通信系统）

全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)
GSM数字蜂窝通信系统主要组成部分有移动台（MS）、基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS）。

移动交换中心（MSC）是蜂窝通信网络的核心。
归属位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制区内所有移动用户的管理信息，其中包括用户的注册信息和有关用户当前所处位置的信息等。
移动台由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的。
移动终端与基站的接口叫空中接口。
访问位置寄存器（VLR）是一个动态数据库，记录着当前进入其服务区内已登记的移动用户的相关信息，e.g用户号码、所处位置区域信息等。
GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以No.7信令网络为基础的。

GSM系统内部的主要接口有Um、Abis、A、B、C、D、E、F及G等，A和Um接口为开放接口。
无线空中接口（Um接口）规定了MS与BTS间的物理链路特性和接口协议，是系统最重要的接口。

Abis接口是指移动通信基站（BTS）和基站控制器（BSC）之间的接口。而BSC和BTS则组合成基站系统（BSS），成为全球通系统的接入网。BTS到BSC之间的连接称为“回程”（Back haul），它是Abis接口的承载和互联，属于各个厂商内部的私有接口。

GSM系统无线传输特性：
①工作频段。900MHz和1800MHz两个频段，目前，在许多地方这两个频段的网络同时存在，构成“双频”网络。
②多址方式。TDMA/FDMA/FDD制式。频道间隔200kHz，每个频道采用时分多址接入方式分为8个时隙，时隙宽0.577ms，8个时隙构成一个TDMA帧，帧长4.615ms。
③频率配置。多采用4小区3扇区（4×3）的频率配置和频率复用方案。当采用跳频技术时，多采用3×3频率复用方式。

FDD，即频分双工，是指上行链路（移动台到基站）和下行链路（基站到移动台）采用两个分开的频率（有一定频率间隔要求）工作，该模式工作在对称频带上。FDD适用于为每个用户提供单个无线频率信道的无线通信系统。

无线空中接口信道定义：
①物理信道。传送语音、数据和控制信令。
②逻辑信道。在传输过程中映射到某个物理信道上，最终实现信号的传输，分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。TCH主要传送数字语音或用户数据。CCH用于传送信令和同步信号。

GSM系统中有3种主要的控制信道：广播信道、公共控制信道和专用控制信道。每个信道由几个逻辑信道组成，这些逻辑信道按时间分布提供GSM必要的控制功能。

6.2.2 GPRS（通用分组无线业务）

GSM系统的最高数据传输速率为9.6kbit/s且只能完成电路型数据交换，远不能满足迅速发展的移动数据通信的需要。

通用分组无线业务（GPRS）在原GSM网络的基础上叠加支持高速分组数据业务的网络，并对GSM无线网络设备进行升级，从而利用现有的GSM无线覆盖提供高速分组数据业务。GPRS系统又称为2.5G系统。
通用分组无线业务（general packet radio service）利用GSM基础设施提供速率高达100kbit/s分组数据业务的移动蜂窝接入技术。

GPRS采用分组交换技术。

GPRS的特点：
①传输速率快。
②可灵活得支持多种数据应用。
③网络接入速度快。GPRS网本身就是一个分组型数据网，支持IP协议，因此它与数据网络建立连接的时间仅几秒钟。
④可长时间在线连接。
⑤计费更合理。
⑥高效地利用网络资源，降低通信成本。GPRS在无线信道、网络传输信道的分配上采用动态复用方式，并仅在有数据通信时占用物理信道资源，因此大大提高了频率资源和网络传输资源的利用率，降低通信成本。
⑦利用现有的无线网络覆盖，提高网络建设速度，降低建设成本。
⑧GPRS 的核心网络顺应通信网络的发展趋势，为GSM网向第三代演进打下基础。

GPRS业务可分为点对点业务和点对多点业务，提供的主要业务如下：
①Internet业务向用户提供便携和高速的移动Internet业务，如Web浏览、E-mail、FTP文件传输、Telnet远程登录等。
②移动办公、移动数据接入业务（提供与企业内部网互通）。
③WAP业务、聊天、移动QQ、在线游戏等。
④GPRS短消息。
⑤远程操作（在线股票交易、移动银行等）。
⑥定位业务（GPS定位信息传输）。
⑦信息服务GPRS可向用户提供丰富多彩的信息服务，如新闻、时刻表、交通信息、订票等。

6.3 第三代移动通信

6.3.1 WCDMA系统， 宽带码分多址

宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，常简写为W-CDMA）是一种3G蜂窝网络，使用的部分协议与2G GSM标准一致。

1、WCDMA网络的特点

①工作频段和双工方式。支持两种基本的双工方式：FDD（频分双工）和TDD（时分双工）。
在 FDD 模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5MHz 的载频，发射和接收频率间隔分别为190MHz 和80MHz。此外，也不排除在现有的频段或别的频段使用其他的收发频率间隔；在 TDD 模式下只使用一个5MHz 的载频，上、下行信道不是成对的，上、下行链路之间分时共享同一载频。

②多址方式。WCDMA是一个宽带直扩码分多址，通过用户数据与扩频码相乘，从而把用户信息比特扩展到更宽的带宽上去。WCDMA系统中，数据流用正交可变扩频码（OVSF）来扩频，扩频后码片速率3.84Mchip/s。OVSF码也被称为信道化码。

③语音编码。WCDMA中的声码器采用自适应多速率（AMR）技术。

④信道编码。WCDMA系统中使用的信道编码类型有卷积编码和Turbo编码两种。

⑤功率控制。快速、准确的功率控制是保证WCDMA系统性能的基本要求。

⑥切换。切换的目的是为了当 UE 在网络中移动时保持无线链路的连续性和无线链路 的质量。WCDMA 系统支持软切换、更软切换、硬切换和无线接入系统间切换，也可以表述 为同频小区间的软切换、同频小区内扇区间的更软切换、同一无线接入系统内不同载频间的硬切换和不同无线接入系统间的切换。

⑦同步方式。WCDMA 不同基站间可选择同步和异步两种方式，异步方式可以不采用 GPS 精确定时，支持异步基站运行，室内小区和微小区基站的布站就变得简单了，使组网的 实现方便、灵活。

⑧可变数据速率。WCDMA系统支持各种可变的用户数据速率，适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源。

2、WCDMA网络结构与接口

UMTS 网络系统的结构如图6-7所示，包括的网元和接口功能如下。
(1)UE。UE 完成人与网络间的交互，通过Uu 接口与无线接入网相连，与网络进行信令和数据交换。UE 用来识别用户身份和为用户提供各种业务功能，如普通语音、数据通信、移动多媒体、Internet 应用等。UE 主要由移动设备(Mobile Equipment，ME)和通用用户识别模块 (Universal Subscriber Identity Module，USIM) 两部分组成。Cu 接口是USIM 和 ME 之间的接口，Cu 接口采用标准接口。

(2)通用地面无线接入网(Universal Terrestrial Radio Access Network,UTRAN) 。UTRAN 位于两个开放接口 Uu 和 Iu 之间，完成所有与无线有关的功能。

(3)核心网。核心网承担各种类型业务的提供以及定义，包括用户的描述信息、用户业 务的定义及相应的一些其他过程。UMTS 核心网负责内部所有的语音呼叫、数据连接和交换， 以及与其他网络的连接和路由选择的实现。不同协议版本核心网之间存在一定的差异。

3、WCDMA网络中的编号计划

(1)UMTS网络的服务区域划分。在蜂窝移动通信网络中，为了向用户提供服务，网络 需要随时掌握移动用户所在的位置，网络需要进行位置和服务区域管理。UMTS 网络的服务区域划分如图6-8所示。

与GSM 网络的服务区域相比，UMTS 网络分为 CS 域 、PS 域、广播域(Broadcast,BC) 及IMS 域 (R5 版本),新增了业务区的概念。网络实体的编号和用户编号对于呼叫处理过程 以及用户的移动性管理过程都是非常重要的。网络的编号计划与网络结构、网络功能及移动 性管理等紧密相关。

4、WCDMA系统中的切换（软、更软、硬 切换）

根据切换发生时移动台与源基站和目标基站连接方式的不同，WCDMA系统采用的切换方式软切换、更软切换和硬切换。

软切换同时与多个小区保持通信，接收端利用宏分集技术降低了接收信号衰落的概率， 减少了移动台的发射功率，在小区边缘采用软切换有助于降低掉话率。更软切换是软切换的一种特殊情况，这种切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。
软切换和更软切换的区别在于，更软切换发生在同一个NodeB 范围内，分集信号在Node B 做最大增益合并，而软切换发生在两个NodeB 之间，分集信号在RNC 做选择合并。
WCDMA 系统中硬切换包括同频、异频和异系统之间3种情况。

越区切换：指当前正在进行的移动台与基站或扇区之间的通信链路从当前基站或扇区转移到另一个基站或扇区的过程。该过程也称为自动链路转移（ALT）。

越区切换分为硬切换和软切换。

6.3.2 cdma2000系统

cdma2000 1x 的特点：
相比IS-95 系统 ，cdma2000 1x 系统在空中接口部分引入的以下新技术。
①前向链路采用快速功率控制，降低了前向链路的干扰，从而降低了移动台信噪比要求，最终起到增大系统前向信道容量、节约基站耗电的作用。
②增加了导频信道，提高了反向链路性能，降低了移动台的发射功率。
③前向链路采用发射分集技术，提高了系统的抗衰落能力。
④前向链路引入快速寻呼信道，减少移动台的激活时间，减小了移动台的功耗，提高了移动台的待机时间。
⑤编码采用Turbo码。
⑥灵活的帧长。
⑦定义了新的接入方式，既兼容IS-95的接入模式，又对IS-95的不足进行了改进，可以减少呼叫建立时间，提高接入效率，并减少移动台在接入过程中对其他用户的干扰。

6.3.3 TD-SCDMA系统（中国自主研究）

TD-SCDMA系统的主要特点：
①混合多址方式。综合运用了TDMA/CDMA/FDMA/SDMA多址接入技术，降低了小区间的干扰，允许更为密集的频谱复用，提高了传输容量和频谱利用率，增加了规划的灵活性，支持单载波和多载波方式。
②TDD双工方式。
③TD-SCDMA的基本物理信道特性由频率、码和时隙决定。
④TD-SCDMA核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与它们的兼容性。
⑤TD-SCDMA网络中的关键技术。TD-SCDMA作为CDMA TDD的一种，具备TDD的所有优点，如上下行链路特性一致等。TD-SCDMA独特的帧结构保证它可以采用一些先进的物理层技术，如智能天线技术，联合检测技术等。

TD-SCDMA系统的空中接口（Uu）协议结构也分为3层——物理层、数据链路层和网络层。其中数据链路层由MAC子层、无线链路控制（RLC）子层、分组数据汇聚协议（PDCP）子层和广播/多播控制（BMC）子层组成。

从不同协议层如何承载用户各种业务的角度将信道分为3类：逻辑信道，传输信道和物理信道。

逻辑信道位于RLC子层和MAC子层之间。传输信道承载逻辑信道的内容，位于MAC子层和物理层之间。物理信道在物理层中，承载传输信道的内容，将传输信道的内容变换为适合在空中接口传输的形式进行传输，使用特定的载波频率、扩频码及时隙来标识物理信道。

6.4 LTE系统

LTE （Long Term Evolution，长期演进）是 3GPP 主导的一种先进的空中接口技术，被认为是准4G技术 。LTE 区别于以往的移动通信系统，它完全是为了分组交换业务来优化设计的，无论是无线接入网的空中接口技术还是核心网的网络结构都发生了较大的变化。LTE 的基本特点包括只支持分组交换的结构和完全共享的无线信道。

6.4.1 LTE系统结构

1、LTE/SAE 的网络结构

LTE/SAE 的整个网络结构如图6-14 所示。图中不仅包含演进的分组核心网 (Evolved Packet Core Network，EPC) 和演进的通用地面无线接入网络 (Evolved UTRAN，E-UTRAN)，还包含了3G系统的核心网和UTRAN。为了叙述方便，结构图只画出了信令接口。在3G系统中，电路交换核心网和分组交换核心网分别连接电话网和互联网，IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体系统） 位于分组交换核心网之上， 提供互联网接口，通过媒体网关连接公共电话网。

2、E-UTRAN 的结构及接口

（1）E-UTRAN结构与 UTRAN 结构的比较。传统的3GPP 接入网 UTRAN 由无线收发器 (Node B) 和 RNC（无线网络控制器，Radio Network Controller）组成，如图6-14所示。NodeB主要负责无线信号的发射和接收， RNC 主要负责无线资源的配置，网络结构为星形结构，即1个RNC控制多个Node B，另外为了支持宏分集(不同RNC的基站间切换)，在RNC 之间定义了Iur接口。这样，在UTRAN系统中 RNC 必须完成资源管理和大部分的无线协议工作，而 Node B 的功能相对比较简单。
在考虑 LTE 技术架构时，大家一致建议将 RNC 省去，采用单层无线接入网络结构，有利于简化网络结构和减小延迟。E-UTRAN无线接入网的结构比较简单，只包含1个网络节点 eNodeB，取消了RNC，eNodeB 直接通过S1接口与核心网相连，因此原来RNC的功能就被重新分配给了eNodeB 和核心网中的移动管理实体 (Mobility Management Entity，MME)或是服务网关实体 (Serving Gateway entities，S-GW) 。S-GW实际上是一个边界节点，如果将它视为核心网的一部分，则接入网主要由 eNodeB 构成。

LTE 的 eNodeB 除了具有原来 Node B的功能外，还承担了传统3GPP 接入网中RNC的大部分功能，如物理层、MAC 层、无线资源控制、调度、无线准入、无线承载控制、移动 性管理和小区间无线资源管理等。eNodeB 和 eNodeB 之间采用网格的方式直接互连，这也是对原有 UTRAN 结构的重大修改。核心网采用全IP分布式结构。
LTE 采用扁平的无线接入网络架构，将对3GPP 系统的未来体系架构产生深远的影响， 逐步趋近于典型的IP 宽带网络结构。

(2)E-UTRAN 主要网元的功能及接口。
① eNodeB 实现的功能。
无线资源管理方面包括无线承载控制 (Radio Bearer Control，RBC)、无线接纳控制 (Radio Admission Control，RAC)、连接移动性控制(Connection Mobility Control，CMC)和 UE 的上、下行动态资源分配。
用户数据流的 IP 头压缩和加密。
当终端附着时选择 MME，无路由信息利用时，可以根据 UE 提供的信息来间接确定到达MME 的路径。
路由用户平面数据到 S-GW。
调度和传输寻呼消息(来自MME)。
调度和传输广播信息(来自MME 或者O&M)。
用于移动和调度的测量和测量报告的配置。

② E-UTRAN 主要的开放接口。在 eNodeB 之间定义了X2 接口，以网格 (Mesh) 的方式相互连接，所有的 eNodeB 可能都会相互连接。S1 接口是 MME/S-GW 与 eNodeB 之间的接口，只支持分组交换。而3GUMTS 系统中Iu 接口连接3G核心网的分组域和电路域。LTE-Uu 接口是 UE 与 E-UTRAN 之间的无线接口。

X2 接口：实现 eNodeB 之间的互连。X2 接口的主要目的是为了减少由于终端的移动 引起的数据丢失，即当终端从一个eNodeB 移动到另一个 eNodeB 时，存储在原来 eNodeB 中的数据可以通过X2 接口被转发到正在为终端服务的 eNodcB 上。

S1接口：连接 E-UTRAN 与 CN。 开放的 S1 接口使得 E-UTRAN 的运营商有可能采用不同的厂商设备来构建 E-UTRAN 与 CN。

LTE-Uu 接口： Uu 是 UE 接入到系统固定部分的接口，是终端用户能够移动的重要接口。

3、核心网结构

(1)SAE（System Architecture Evolution，系统架构演进） 架构的演进。在3GPP 的 LTE 标准的制定过程中，初期 SAE 的概念特指核心网的演进。但随着时间的推移， SAE 概念的外延在逐渐扩大，某种意义上 SAE 的范围已经涵盖了无线接入网络和核心网络。严格说来， SAE 是不包括无线接入网络的。SAE 的具体含义要根据具体情况而定。演进的 SAE 架构示意图如图6-15所示。

(2)SAE 架构的主要网元。
① 3GPP 锚点(3GPPAnchor)支持UE 在 2G/3G 系统和 LTE 系统之间移动。
② SAE 锚点 (SAEAnchor)支持UE 在 3GPP 系统和非3GPP 系统之间移动。
③ 互访锚点 (Inter Access System Anchor，IASA) 由 3GPP 锚点和 SAE 锚点组成。
④ 演进的分组数据网关 (evolved Packet Data Gateway，ePDG) 是一个转换实体，其功能相当于网关。
⑤ 用户平面实体 (User Plane Entity，UPE) 负责管理和存储 UE 的上/下文。

(3)SAE 架构的参考点。
① S1 参考点，提供对 E-UTRAN 无线资源的接入功能，负责传输用户平面业务和控制平面业务。S1 参考点可以实现 MME 和 UPE 的分离部署和合并部署。
② S2a 参考点，在可信的非3GPP IP 接入网络和 SAE 锚点之间提供与控制和移动性有关的用户平面支持。
③ S2b 参考点，在ePDG 和 SAE 锚点之间提供与控制和移动性有关的用户平面支持。
④ S3 参考点，在 IDLE 和 ACTIVE 模式下，为了实现不同3GPP 系统之间的移动性，利用该接口进行用户和承载信息的交换。
⑤ S4 参考点，在 GPRS 核心网和3GPP 锚点之间提供与控制和移动性有关的用户平面支持。
⑥ S5a 参考点，在 MME/UPE 和 3GPP 锚点之间提供与控制和移动性有关的用户平面支持。
⑦ S5b 参考点，在 SAE 锚点和3GPP 锚点之间提供与控制和移动性有关的用户平面支持。
⑧ S6 参考点，提供认证/鉴权数据的传递，实现对用户接入的鉴权和授权。
⑨ S7 参考点，提供QoS 策略和计费规则的传输。
⑩ SGi 参考点，在 SAE 锚点和分组数据网络之间提供接口。分组数据网络可以是运营 商的公网、私网或运营商内部的一个网络。

(4)EPC 主要网元的功能。在LTE 中，核心网也称为演进的分组核心(Evolved Packet Core, EPC) 。EPC 主要包括移动管理实体、服务网关、分组交换网关、策略和计费规则实体和归属 用户服务器等。

4、LTE 网络中的IP多媒体子系统

3GPP 对 IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体系统） 的标准化是按照规范版本的进程来发布的， IMS 的首次提出是在 R5 版本中，然后在后续版本中进一步完善。IMS 中主要包括3种功能实体，就是呼叫会话控制功能实体、媒体网关控制功能和媒体网关。
R8 版本中增强了 IMS 功能，核心网内部的一些边界正在消失，界限逐步变得模糊。在 核心网的演进趋势中，业界普遍认为未来固定、移动的融合将基于IMS 架构， IMS 为多媒体应用提供了一个通用的业务平台。

6.4.2 LTE 空中接口

1、LTE 的工作频段

LTE的工作频段既可以部署在现有的IMT 频带，也可以部署在可能被识别的其他频带之 上。从规范的角度来看，不同频带的差异主要是因为具体的射频要求的不同，如允许的最大发送功率、允许或限制的带外泄露等。为了使LTE 可以工作在成对和非成对频谱下，就需要双工操作方式具有一定的灵活性。LTE 同时支持 FDD 和 TDD 的双工方式。

2、中国的 LTE 工作频段

工作在不同频带的 LTE 基本要求本身对无线接口设计并没有什么特殊需求，然而对射频 需求和如何定义存在一些要求。中国的 LTE工作频段根据不同的运营商和不同的工作方式进 行了规划。
(1)中国的 TD-LTE 工作频段。2013年11月19日，世界电信展期间，在 “TD-LTE 技 术与频谱研讨会”上，各家运营商 TD-LTE的工作频段分配如下。
中国移动，1880MHz～1900MHz,2320MHz～2370MHz,2575MHz～2635MHz。
中国联通，2300MHz～2320MHz,2555MHz～2575MHz。
中国电信，2370MHz～2390MHz,2635MHz～2655MHz。
TD-LTE 工作频段的分布如图6-16所示。

(2)中国的 FDD LTE工作频段。中国的FDDLTE 可供分配的频段都集中在2GHz 附近， 也就是 B1和 B3 频段，使用情况如图6-17所示。

Bl频段，目前用于3G, 其中低端的20MHz 分配给了中国电信的3G 网络，中间的20MHz 分配给了中国联通的WCDMA 网络，高端的20MHz 标记为IMT, 代表是未来要分给FDD LTE系统或者 WCDMA 系统使用的。标记为卫星IMT的用于卫星通信，还不会用于地面通信。
B3 频段，目前用于2G, 其中低端的15MHz 分配给了中国移动的 GSM1800 网络，中间 的10MHz 分配给了中国联通的 GSM1800 网络，两者之间有20MHz 没有明确分配，但是已 经被各地的移动和联通的 GSM 网络使用了。B3 高端的30MHz 标记为IMT，代表是未来要 分给 FDD LTE系统或者 WCDMA 系统使用的。

3、空中接口协议

空中接口是指终端和接入网之间的接口， 一般称为 Uu 接口。空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。空中接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。
LTE系统的主要无线传输技术的区别体现在物理层。在设计高层时会尽量考虑不同标准的兼容性，对于FDD 和 TDD 来说，高层的区别并不十分明显，差异集中在描述物理信道相 关的消息和信息元素方面。所以，本章介绍无线接口协议时不会区分是FDD 还是TDD。LTE系统无线接口协议的结构如图6-18所示。

与 R99/R4 协议层的分层结构基本一致，空口接口的协议结构分为两面三层，垂直方向 分为控制平面和用户平面，控制平面用来传送信令信息，用户平面用来传送语音和数据；水 平方向分为3层。
第一层 (L1) 为物理层。物理层向高层提供数据传输服务，可以通过MAC 子层并使用传输信道来接入这些服务。
第二层 (L2) 为数据链路层。数据链路层(层2)主要由MAC 子层、RLC 子层、PDCP 子层和 BMC 子层组成。层2标准的制定没有考虑 FDD 和 TDD 的差异。LTE 的协议结构进行了简化， RLC 和 MAC 层都位于eNodeB。
第三层(L3) 为网络层。

6.4.3 LTE系统的基本工作过程

1、小区搜索

LTE终端与 LTE 网络能够通信之前，终端必须寻找并获得与网络中一个小区的同步。终端不仅在开机时，即初始接入系统时需要执行小区搜索，接入LTE 网络后，为了支持移动性， 仍需要不断地搜索相邻小区，与之同步并且估计其接收质量。需要不断地对小区系统信息进行接收并解码，比较相邻小区的接收质量与当前小区的接收质量，评估以决策是否需要执行 切换(对于连接模式下的终端)或者小区重选(对于空闲模式下的终端)，进而保证小区内通信和正常操作。
LTE 小区搜索的主要内容如下。
● 获得与一个小区的频率和符号同步。
● 获得该小区的帧定时，决定下行链路帧的开始点。
● 决定该小区的物理层小区标识。
小区搜索过程是UE 和小区取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程。LTE 系统的小区搜索过程的主要特点是它能够支持不同的系统带宽(1.4MHz～20MHz) 。小区搜索通过若干下行信道实现，包括同步信道、广播信道和下行参考信号。同步信道又分成主同步信道和辅同步信道，只用于同步和小区搜索过程；广播信道最终承载在下行共享传输信道，没有独立的信道。小区搜索过程如图6-19所示。

2、随机接入过程

(1)LTE 中随机接入的应用场景。任何蜂窝系统都有一个基本需求，终端需要具有申请建立网络连接的能力，通常被称为随机接入。当然，前提是终端必须与上行传输时间同步后，才能被调度用于上行传输。在LTE 系统中，随机接入的常用应用场景如下。
① 从 RRC_IDLE 转移到 RRC_CONNECTED 状态转换，如初始接入时建立无线链路。
② RRC CONNECTED 状态的终端，切换时建立所需要的对新小区的上行链路同步。
③ RRC_CONNECTED 状态的终端，上行链路不同步时有上行链路或者下行链路数据到达的情况下，需要的上行链路同步。
④ RRC_CONNECTED 状态下针对定位的目的。
⑤ 没有在 PUCCH 上配置专用调度请求资源时作为调度请求。
⑥ 无线链路建立失败后进行无线链路重建。

(2)随机接入前导的结构。随机接入前导的结构如图6-20所示，包含循环前缀 CP、承载 ZC序列的 OFDM符号和保护时间GT，在保护时间GT 内不发送内容。

① 随机接入前导的 ZC 序列。PRACH 信道上承载的内容称为随机接入前导，随机接入前导主要由ZC(Zadoff-Chu) 序列组成。ZC 序列也是一种 伪随机序列，类似于Gold 码，性能更优，LTE 系统也因此引入了ZC 序列。在LTE 系统中，除了随机接入前导外，同步信号以及上行参考信号也采用了ZC 序列。
在随机接入前导中， ZC 序列的长度为839个码元，连续映射到子载波上，每个子载波 上放置1个码元，共有839个子载波，子载波间隔为1.25kHz, 而不是15kHz, 这样子载波 占用的总带宽为1.05MHz, 相当于6个连续RB 的带宽，对应LTE 频点的最小带宽。各个子 载波叠加后得到随机接入序列对应的 OFDM 符号，承载有随机接入序列的OFDM 符号时长 等于800μs, 正好是LTE 系统的普通 OFDM 符号时长的12倍。
ZC序列的长度还可以选择139个码元， OFDM 符号时长为133μs, 子载波占用的总带宽 仍旧为1.05MHz, 还是相当于6个连续RB 的带宽，这种ZC 序列仅用于TD-LTE 系统。
至于839和139,都是为了配合总带宽而得到的最大质数，以满足ZC 序列的要求。
② 随机接入前导的前缀 (CP) 。 不同格式下 CP 和序列的时长是可变的，随机接入前 导的5种格式如表6-5所示。表中TCP 代表 CP 部分的时长， TSEQ 代表承载 ZC 序列的 OFDM 符号时长，而TSEQ 等于1600μs 时该 OFDM 符号会重复一次，子帧数代表随机接 入前导持续多少个子帧。格式4仅用于 TD-LTE 的特殊子帧上，这时随机接入前导占用 UpPTS。

保护时长TGT 折半后可以得到最大往返延迟，利用最大往返延迟我们就可以计算出基站的最大覆盖半径。
(3)随机接入前导的处理过程。随机接入前导的处理过程如图6-21 所示，经过加扰、BPSK 调制、资源映射以 及 SC-FDMA 信号发生等处理过程。在上行方向上，理论 上发生 SC-FDMA 信号前需要经过DFT 和IFFT 两个过程。

(4)PRACH 信道的资源映射。PRACH 信道的资源映 射分为频域和时域两个方面，图6-22所示为PRACH 时频 映射的示意图。
在随机接入前导中，子载波间隔为1.25kHz, 而不是 15kHz, 这样子载波占用的总带宽为1.05MHz, 相当于6 个连续RB 的带宽，对应LTE 频点的最小带宽，这样即使 在最小带宽下也能正常工作。
在 FDD 工作模式下，1个子帧只能放置1个 PRACH 信道；在 TDD 工作模式下，由于 上行资源较少，因此允许在1个子帧中放置多个 PRACH 信道，这些 PRACH 信道在频率上 要错开。在时域上，PRACH 信道以2个无线帧(20ms) 为周期循环出现， PRACH 信道的数量和位置可以变化 。

(5)随机接入过程。随机接入过程分为基于冲突的随机接入和基于非冲突的随机接入两 个过程，区别在于针对两种流程其选择随机接入前导的方式不同。基于冲突的随机接入前导 中依照一定算法随机选择一个随机前导；基于非冲突的随机接入是基站侧通过下行专用信令 给UE 指派非冲突的随机接入前导

3、寻呼

寻呼用于终端在 RRC_IDLE 状态时与网络建立初始连接，也可以用于在 RRC_IDLE 以 及RRC_CONNECTED 状态时通知终端系统信息需要改变，被寻呼的终端知道系统信息会改变。 一般不知道终端的位置在哪个小区，所以寻呼信息一般会在跟踪区域的多个小区上发送。

4、跟踪区域更新

为了确认移动台的位置， LTE 网络覆盖区将被分为许多个跟踪区 (Tracking Area，TA)。 TA是 LTE 系统中位置更新和寻呼的基本单位，用TA 码 (Tracking Area Code，TAC) 标识，1个TA 可包含1个或多个小区，网络运营时用TAI 作 为TA 的唯一标识，TAI 由 MCC、MNC和 TAC 组成。当移动台由一个 TA 移动到另一个 TA 时，必须在新的 TA上重新进行位置登 记以通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息，这个过程就是跟踪区域更新 (Tracking Area Update，TAU)。

①小区搜索。LTE终端与LTE网络能够通信之前，终端必须寻找并获得与网络中一个小区的同步，主要内容有：获得与一个小区的频率和符号同步；获得该小区的帧定时，决定下行链路帧的开始点；决定该小区的物理层小区标识。

②随机接入过程。任何蜂窝系统都有一个基本需求，终端需要具有申请建立网络连接的能力，通常被成为随机接入。

③寻呼。用于终端在RRC_IDLE 状态时与网络建立初始连接，也可用于在RRC_IDLE以及RRC_CONNECTED状态时通知终端系统信息需要改变，被寻呼的终端知道系统信息会改变。一般不知道终端的位置在哪个小区，所以寻呼信息一般会在跟踪区域的多个小区上发送。

④跟踪区域更新。为了确认移动台的位置，LTE网络覆盖区将被分为许多个跟踪区(TA)，TA是LTE系统中位置更新和寻呼的基本单位。当移动台由一个TA移动到另一个TA时，必须在新的TA上重新进行位置登记以通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息，这个过程就是跟踪区域更新。