1.3 見與思：終端的測量機制與判決

1.3.1 什么是測量

測量（Measurement）是移動通信技術中經常遇到的一個術語。

1.2節講到，測量是終端感知周圍環境的方法，而且由于無法定位，測量更像人的鼻子，而不是人的耳目。

就像感知能力是人重要的機能一樣，測量也是移動通信設備非常重要的機制。因此，除了終端需要測量，基站也需要測量。

另外，本章講的是終端的待機狀態，第2章我們就會知道，在聯機狀態，終端也離不開測量。

總之，測量在移動通信設備中無處不在，不過這一節我們還是圍繞終端的待機狀態，介紹在待機狀態下的那些測量。

處于待機狀態的終端，測量只會在終端喚醒的時刻進行，因此終端有一個固定的測量周期，就是終端的DRX周期。

1.小區選擇中的測量

（1）測量對象

在進行小區選擇時，終端需要測量的是RSRP，也就是小區參考信號的強度。如果你還不了解什么是RSRP，請翻閱《LTE教程：結構與實施》（第2版）一書的相關章節。

到了LTE的R9版本，對終端的測量內容進行了擴充，還可以包括測量RSRQ，也就是小區參考信號的質量。如果你還不了解什么是RSRQ，同樣請翻閱《LTE教程：結構與實施》（第2版）一書的相關章節。

不過對于LTE系統而言，終端通常測量RSRP就足夠了。

（2）測量范圍

測量范圍指的是頻率范圍。在進行小區選擇時，頻率范圍有兩種情況，對應小區選擇的兩種方式。

第一種情況就是初始小區選擇（全頻段掃描）。這時終端會對全頻段進行測量，耗時會比較長。當然，這個頻段與終端的制式相關，不同制式有對應的頻段。

第二種情況就是常規小區選擇。它是指終端根據確定的頻點信息對小區進行選擇。很明顯，進行常規小區選擇時由于頻點已經確定，測量比較快捷。

2.小區重選中的測量

（1）測量對象

小區重選與小區選擇類似，終端需要測量RSRP或者RSRQ（R9），同樣，對于LTE系統而言，終端通常測量RSRP就足夠了。

（2）測量范圍

在進行小區重選時，終端需要測量服務小區以及周圍的鄰區。

1.3.2 什么是判決

講解了待機狀態的終端測量后，接下來我們來講解判決。

判決很簡單，就是終端根據測量結果，決定要不要動作，判決的依據就是算法的結果。

算法又稱為判據，英文是Criterion。從名字上我們就可以看到，算法是待機狀態處理機制中的關鍵因素。

由于在待機狀態下，終端需要執行小區選擇和小區重選兩大任務，因此判據也分為小區選擇和小區重選兩個判據。當然，這里說的小區選擇是常規小區選擇。

那么，判據的內容是什么呢？

判據其實是包含多個參數的算式，終端根據各個參數的取值，得到算式的結果，也就是判決的結果，從而決定終端最后的動作。簡單地說，判據類似于終端在做的數學題，當然這個數學題很簡單，通常只需要用到四則運算。

接下來，我們就來講解小區選擇時用到的判據，這個判據分 R8和 R9兩個版本。注意，這里說的小區選擇依然是常規小區選擇。

1.3.3 小區選擇判據

1.小區選擇的判據（R8）

在常規小區選擇的過程中，終端測量了小區的RSRP后，會利用S算法來得到判決的結果，判斷小區是否滿足要求。S是Select的意思，也就是選擇。

LTE規范TS36.304定義了S算法的具體內容。在LTE系統的R8版本中，S算法寫為

其中，Srxlev=Qrxlevmeas?（Qrxlevmin+ Qrxlevminoffset） ?max（Pemax?PPowerClass, 0）

不難看出，在S算法中用到了5個參數，這些參數的描述及其來源（R8）列在了表1.2中，其中的SIB代表系統信息塊，將在后續的廣播機制中介紹。

式中，Qrxlevmeas是終端測量到的小區參考信號的信號強度RSRP的數值；Qrxlevmin是系統參數，指可駐留的目標小區需要的最低RSRP，在附錄A.1.2展示的SIB1示例中，這個參數設為?124 dBm;Qrxlevminoffset是系統參數，是對應Qrxlevmin的偏置值，用在漫游的PLMN中，在S1B1示例中這個參數設為2 dB;Pemax是系統參數，指終端接入系統時最大的允許發射功率，在現網中，這個參數通常設為23 dBm;PPowerClass是終端的最大發射功率，與終端的功率等級相關。請注意，終端的功率等級與終端的類型不是一回事。在規范TS36.101中，規定常用的LTE終端的最大發射功率為23 dBm。

終端經過接收系統信息和測量，獲取了表1.2所列的參數以后，得到目標小區S算法的結果。例如，如果測量得到RSRP為?95 dBm，根據SIB1示例的參數，非漫游終端無須考慮Qrxlevminoffset,Srxlev等于29 dB。

從本質上看，S算法將RSRP從絕對值轉換為相對值，單位從dBm變成了dB。

終端如果發現目標小區滿足S算法，判決通過，終端就會與目標小區同步。

如果熟悉GSM系統和WCDMA系統，你就會發現S算法在這些系統中都存在，只是測量的指標不同而已。

2.小區選擇的判據（R9）

到了R9，對S算法做了擴充，引入了一個新的算式：

其中，Squal=Qqualmeas– （Qqualmin+ Qqualminoffset）。

在新算法中用到了3個新的參數，這些參數的描述及其來源（R9）列在表1.3中。

這個新算式其實借鑒了WCDMA的小區選擇算法，嚴格說也沒有什么新鮮的內容。公式中的參數與R8算法的參數大同小異，只是把RSRP改成了RSRQ而已。

1.3.4 小區重選過程與判據

接下來，我們來了解非常重要的小區重選過程，我們先來看小區重選的考量。

1.小區重選的考量

前面提到，小區重選是終端在待機狀態最頻繁的任務，也是最主要的工作。既然終端總是要進行小區重選，工作效率就很重要了。

由于當前無線網絡為了實現連續覆蓋，基站都是密集分布的，終端應該可以接收到許多鄰區的信號。為了減少鄰區測量的開銷，尤其是減少異頻測量的開銷，LTE系統設置了很多門限值，只有達到了相應的門限，終端才會啟動相應的測量。

利用門限來提升測量效率，是LTE系統從WCDMA系統中繼承過來的，不算創新。不過LTE系統也在小區重選中引入了兩項新的內容：

一個是在小區重選中引入了優先級的概念，不同的頻點可以設置不同的優先級，這樣網絡側更容易控制終端的重選行為，具體內容將在第6章中詳細介紹。

另外一個是考慮了終端的移動速度，具體內容請大家查閱其他參考書。

2.小區重選的步驟

小區重選的具體步驟如圖1.15所示。

從圖1.15可以看到，終端會定時測量服務小區的RSRP，當RSRP低于門限后，終端開始測量鄰區的RSRP。當然，這里講的鄰區還是LTE系統的鄰區，其他制式的鄰區測量將在第6章中介紹。

終端通常會測量到多個鄰區的RSRP，接下來終端就要進行過濾，去掉一些不滿足條件的鄰區，過濾的方法稱為S準則，與小區選擇用的S算法是一回事。過濾后就得到了候選小區。

終端再對候選小區排序，排序的方法稱為R準則，R是Rank的縮寫，也就是排序。顯然，如果排序得到的最好小區不是服務小區，終端將重選最好小區。

3.測量過程的啟動

終端啟動鄰區測量是有條件的，這些條件分為以下兩種情況。

（1）啟動同頻測量的條件

（2）啟動異頻測量的條件

S服務小區代表測量得到的服務小區 RSRP 經過 S 算法處理后的結果，Sintrasearch 和Snonintrasearch兩個門限值是系統參數，都會由SIB3來廣播。在附錄A.1.4展示的SIB3示例中，Sintrasearch設為42 dB,Snonintrasearch設為12 dB。如果采用1.3.3節的系統參數，Sintrasearch相當于RSRP等于?80 dBm;Snonintrasearch相當于RSRP等于?110 dBm。

到了R9，同樣引入了RSRQ作為啟動測量的條件，因為不常用，這里就不介紹了。

4.排序算法R準則

R準則有如下兩個表達式，分別針對服務小區和鄰區。值得注意的是，服務小區只有一個，而鄰區可以有多個。

R準則的參數描述及其來源列在表1.4中，可見，R準則的作用是調整各個小區的RSRP值，使得小區重選的過程更加穩健，終端不至于來回重選，也就是乒乓重選。

5.小區重選的過程

最后，我們用圖1.16來講述LTE終端的小區重選過程。

從圖1.16可以看到，服務小區的RSRP（實線）在逐漸下降，這種情況可能是由于終端在逐步離開服務小區的覆蓋范圍。

當服務小區的RSRP低于Sintrasearch代表的信號值后，終端開始測量鄰區的RSRP。終端發現，鄰區的RSRP逐步走高，信號越來越強，這種情況可能是由于終端逐步進入了鄰區的覆蓋范圍。

得到鄰區的測量結果后，終端就會用S準則過濾鄰區。通常，鄰區的RSRP都會滿足 S 準則的條件，終端應該有很多個候選鄰區。不過為了方便展示，在圖1.16中假定終端只有一個候選鄰區。

接下來終端再用R準則來排序服務小區和候選鄰區。

從圖1.16可以明顯看到，R準則使得服務小區的RSRP數值被抬高，抬高的幅度為Qhyst；候選鄰區的RSRP數值被壓低，壓低的幅度為Qoffset，這樣做的目的是為了讓小區重選更加穩健，不會隨隨便便發生，以避免乒乓重選，出現終端反復地在幾個小區間選來選去的情況。這樣就得到兩條虛線，對應處理的結果。

經過R準則處理后，在t0時刻，候選鄰區終于成為最優小區。

不過，這時終端還不能馬上重選到候選鄰區。為了讓小區重選更可靠，LTE系統還定義了一個參數：TreselectionEUTRA，只有候選鄰區的信號在TreselectionEUTRA時間內持續成為最優小區，終端才能重選到候選鄰區。TreselectionEUTRA參數同樣由SIB3中廣播。

在圖1.16中，經過 TreselectionEUTRA時間后，由于候選鄰區信號仍舊最好，于是，終端就重選到候選鄰區上，駐留下來。這樣，候選鄰區變成了服務小區，而原來的服務小區變成鄰區，實現了角色的轉換。這個轉換過程，離不開下面要講的小區同步機制。