TD-LTE系统的寻呼机制与容量

TD-LTE系统的寻呼机制与容量寻呼是移动通信的关键过程，对于空闲状态（RRC-IDLE）的终端，系统使用寻呼类型1消息（PAGINGTYPE1）通过公共信道寻呼UE；对于连接状态下（RRC-CONNECTED）的终端，系统使用寻呼类型2消息（PAGINGTYPE2）直接在业务信道上通知UE。一、寻呼消息LTE系统中的寻呼消息中可以携带三类参数：寻呼的终端ID列表、系统消息改变指示标识及地震海啸预警指示标识（ETWS）。PagingmessagePaging::=SEQUENCE{pagingRecordListPagingRecordListOPTIONAL,--NeedONsystemInfoModificationENUMERATED{true}OPTIONAL,--NeedONetws-IndicationENUMERATED{true}OPTIONAL,--NeedONnonCriticalExtensionPaging-v890-IEsOPTIONAL}Paging-v890-IEs::=SEQUENCE{lateNonCriticalExtensionOCTETSTRINGOPTIONAL,--NeedOPnonCriticalExtensionPaging-v920-IEsOPTIONAL}Paging-v920-IEs::=SEQUENCE{cmas-Indication-r9ENUMERATED{true}OPTIONAL,--NeedONnonCriticalExtensionSEQUENCE{}OPTIONAL--NeedOP}PagingRecordList::=SEQUENCE(SIZE(1..maxPageRec))OFPagingRecordPagingRecord::=SEQUENCE{ue-IdentityPagingUE-Identity,cn-DomainENUMERATED{ps,cs},...}PagingUE-Identity::=CHOICE{s-TMSIS-TMSI,imsiIMSI,...}1.寻呼的终端ID列表根据LTE规范，寻呼消息最多可以携带16个UE_ID。一般情况下PagingID是S-TMSI，S-TMSI由MMEC+M-TMSI组成（40bit），其中MMEC为8bit，M-TMIS为32bit；二次寻呼或异常情况下PagingID也可以用IMSI，异常寻呼可能需要终端重新做附着过程，IMSI长度为8个字节。（首次ATTACH使用IMSI，MME将GUTI通过attachaccept将带给UE，S-TMSI为提高无线与信令流程的效率，对应关系只有MME与UE知晓，GUTI=MCC+MNC+MMEI+M-TMSI=MCC+MNC+MMEGI+MMEC+M-TMSI=MCC+MNC+MMEGI+S-TMSI）2.系统消息改变指示标识对于在RRC_IDLE或者RRC_CONNECTED状态下的终端，如果收到的寻呼消息中带有系统消息改变指示标识，则表示系统消息将会在下一个修改周期开始改变。此种情况下，终端通过寻呼消息并不能精确地知道是哪些系统消息发生了改变，所以终端需要重新读取SIB1，获取SIB1中的SIB标识值，然后比较本次读取的SIB标识值跟上次读取的SIB标识值是否相同。如果不同，则表示系统消息发生了改变，终端需要根据本次读取的SIB1中的其它系统消息的调度信息，把所有的其它相关系统消息都再重新读取一遍，然后使用新系统消息中的参数在该小区驻留或继续之前的业务。3.地震海啸预警指示标识LTE对寻呼消息的用途做了很多扩展，除了用于网络寻呼终端的正常终端接收（MT）业务之外，还可以通知终端系统消息发生了改变和一些预警信息，比如地震或者海啸预警等。网络可以通过寻呼消息通知终端接收ETWS通知消息，让用户能够及时地获得一些紧急事件发生的信息。地震或海啸预警分为两类：第一类是紧急事件的预警，由SIB10承载；第二类是辅助救援信息的通知，由SIB11承载。另外，也可以发送一些紧急商业信息，由SIB12承载。（TS23.041）二、LTE空口寻呼机制在LTE中，没有为UE配置专门的物理寻呼信道，寻呼消息是由物理下行共享信道（PDSCH）承载的，而寻呼标识在常规的物理下行控制信道（PDCCH）上承载。UE周期性地监听PDCCH，如果从PDCCH信道上解出了寻呼无线网络临时标识（P-RNTI），则表示终端需要接收对应的PDSCH，然后通过寻呼传输信道（PCH）的参数去解析从PDSCH上接收到的数据块，进而获得寻呼消息。而如果终端在PDCCH上未解析出P-RNTI，则无需再去接收PDSCH物理信道。在LTE的物理层协议中，系统无线帧帧号（SFN）的重复周期是256个帧，因此每个SFN的取值范围是0～255。每个SFN又被分成10个子帧，其子帧编号的取值范围是0～9，每个子帧1毫秒。PF（PagingFrame）对应一个LTE无线帧，PO(PagingOccasion)对应LTE一个无线帧中某个子帧，通过PF和PO以及UE的IMSI，根据规范终端就知道在哪个PF的PO中监听寻呼消息。对一组UE来说，PF和PO的值对应了DRX周期内需要探测的相应PDCCH在时频资源上的无线帧的位置和无线帧内子帧的位置。其他时间UE可以进行DRX传输，意味着可以关闭接收机以节省电池能量。PF与PO主要由T与nB两个参数决定，在SIB2中通知UE：T：寻呼周期取值范围是32、64、128和256，单位是无线帧。该值越大，,则IDLE状态下UE的电力消耗越少，但是寻呼消息在无线信道上的平均延迟越大。nB：寻呼密度取值范围是4T、2T、T、T／2、T／4、T18、T／16、T／32，该参数主要表征了寻呼的密度，4T表示每个无线帧有4个子帧用于寻呼，T／4表示每4个无线帧中有1个寻呼子帧。对于TD-LTE，当nB取4T时，寻呼子帧规定如下：由于子帧1、6为特殊子帧，建议优先考虑使用子帧0与5，也即一般不使用Ns4。PagingSentNum：用户寻呼下发次数取值范围：1~3，需要折衷考虑寻呼成功率与寻呼间的关系，建议值：1。三、寻呼信道的无线资源分配对于IDLE状态的UE，寻呼标识在公共PDCCH上发送，为保证信息全小区终端正确接收，公共PDCCH通常采用4CCE或8CCE的聚合等级，寻呼的通知由PDCCHDCIFormat1C（紧凑压缩模式）通知UE，PDCCH的通知上携带P-RNTI（16bit的识别码，取值为xFFFE），表示这是寻呼消息。具体被寻呼的UEID承载在PCH上的寻呼消息（PagingMessage）中，PCH映射到PDSCH信道上。DCIFormat1C信息如下：Format1C与其它DCI格式有所不同，总是采用无线资源TYPE2以分布式VRB的方式来分配PRB资源，20MHz带宽的TD-LTE系统步长为4个RB，具体分配多少RB由1C格式里的Resourceblockassignment元素RIV决定，RIV可推算出分配RB的起点与数量：PCH消息采用固定的QPSK调制，采用何种码率由系统决定：1C格式IMCS与ITBS一致，有32种（5bit），TBS块大小由以下表格对应：寻呼消息最多可携带有16个UE-ID，若采用S-TMSI（40bit）加包头8bit，则信息总长为16x48=768bit；若采用IMSI，则信息总长为16x72=1152bit。如上表所示，当ITBS=31时，TBS块最大为1736bit，足够容纳最大的PCH信息。假设系统使用CQI指示5，则编码效率为0.877，配置8个RB（20MHz步长为4RB）去掉CRC后8*128*0.877-24=874bit，使用ITBS=21，对应TBS为840bit，即8个RB足可携带最大的16个寻呼消息（S-TMSI）。四、寻呼容量假设T取64，nB取T（一般配置情况下），即寻呼周期为640ms，每个无线帧的子帧0发送寻呼消息，所有用户分成64个组，则最大寻呼量每秒为16x100=1600次。查满足一定阻塞率（2%）的ERL表（容量为16），则同时可寻呼9.8个UE-ID，则平均寻呼量可达每秒为980个，比2G或3G系统至少高1~2个数量级；LTE寻呼消息与其它业务共享PDSCH，且优先级高于其它业务。因此，LTE系统一般不用担心寻呼容量受限的问题。