前言

WCDMA频率规划根据工信部规定，中国联通可用的频段是1940MHz-1955MHz(上行)、2130MHz -2145MHz(下行)，上下行各15MHz。传输速率为3.84Mb/s，每频点带宽5MHz。

手机注网流程

手机注网主要包括“驻扎”与“注册”两个过程：

1.在“驻扎”过程中，手机侧NAS层过程（“PLMN选择”）与AS层过程（“小区选择”）互相配合，从而成功驻扎到运营商网络的某个suitable小区，完成注网流程中的第一步；

2.成功驻扎suitable小区后，手机侧向网络发起“位置注册”过程，当该过程成功后手机即可正常使用网络所提供的服务。

具体步骤可以分为：PLMN的选择->扫频->小区搜索->小区选择->小区驻留->服务请求

                                                                        

PLMN的选择

根据协议优先级可以分为：RPLMN->HPLMN->UPLMN->OPLMN。另外不同芯片厂商有不同的定制，可以有优先级顺序的调整。

扫频

system scan和band scan。系统扫频根据手机存储的历史频点进行搜索，而band扫频根据的是手机支持的band信息进行扫描，一般从低到高进行扫描。（2、3G支持的band信息比4G要少）

小区搜索

从MIB和SIB消息获取当前频段和邻频段小区的信息。

小区选择

2 3G根据C准则选择驻留小区，4G根据S准则选择。（小区重选的时候要新小区满足信号比当前驻留的小区强，S>0，而且要持续一定的时候，小区才会重选过去）

服务请求

2/3G

2/3G 注册即发起呼叫的信令流程如下图：

 

4G注册

Step1: Initialize PDN CONN REQ/Attach REQ

Step2: RRC Connection Setup Procedure

Step3: EMM Common Procedure

Step4: PDN Activation Result Judgment by NW

Step5: Attach Result Judgment by UE

PLMN

PLMN ,Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络.由移动国家代码（MCC）和移动网络代码（MNC）组成。用于标识手机可接入的网络编码。

比如我的手机支持移动、电信和联通，那么手机内置就包含了如下的PLMN编码：

• （中国移动）46000,46002,46004，46007，46008
• （中国联通）46001,46006,46009,46010
• （中国电信）46003,46005,46011,46012

PLMN的分类

    对于一个终端来说，通常需要维护几种不同类型的PLMN列表，每个列表中会有多个PLMN 编码。

ＲPLMN

    Registered PLMN 已登记PLMN，是终端在上次关机或脱网前登记上的PLMN。在３ＧＰＰ ２００３年第ＴＳＧ ＴＰ－２１次会议上决定，将该参数从ＵＳＩＭ卡上删掉，而将其保存在终端的内存中。

ＥPLMN

    Equivalent PLMN 等效PLMN，为与终端当前所选择的PLMN处于同等地位的PLMN，其优先级相同。

ＨPLMN

    Home PLMN 归属PLMN， 为终端用户归属的PLMN。也就是说，终端USIM卡上的IMSI号中包含的MCC和MNC与ＨPLMN上的MCC和MNC是一致的，对于某一用户来说，其归属的PLMN只有一个。

ＵPLMN

    User Controlled PLMN 用户控制PLMN，是储存在ＵＳＩＭ 卡上的一个与PLMN选择有关的参数。

ＯPLMN

    Operator Controlled PLMN 运营商控制PLMN，是储存在ＵＳＩＭ 卡上的一个与PLMN选择有关的参数。 

ＦPLMN

    Forbidden PLMN禁用PLMN，为被禁止访问的PLMN，通常终端在尝试接入某个PLMN被拒绝以后，会将其加到本列表中。

ＡPLMN

   Approve PLMN 可捕获PLMN，终端能在这个PLMN列表上找到至少一个小区，并能读出其PLMN标识信息。 　　

PLMN的选择方式 

    PLMN的选择有自动选择和手动选择两种方式，如果是自动选择，终端在进行PLMN选择时将按照以下顺序依次进行： 　　 
    ①RPLMN和ＥPLMN
    ②HPLMN
    ③UPLMN
    ④OPLMN
    ⑤其他的PLMN 
    而如果是手动选择，终端开机或脱网时，其非接入层功能模块会命令接入层去搜索所有的PLMN，然后接入层将搜索到的所有PLMN信息报告给非接入层，由用户通过一些手动操作来选定一个特定的PLMN。其后的搜索过程与自动选择过程相同，在此不再赘述。

小区搜索　

小区的分类

与PLMN类似，小区也分为几种类型。 　

可接受的小区（Acceptable Cell）

是指终端用户在小区中只可以获得一些受限的最基本的服务，比如只能拨打紧急电话。它的判定条件是不在禁止的小区之列，而且其信号质量满足一定的要求。　　 

合适的小区（Suitable Cell）

是指终端用户可以在小区中获得正常的通信服务，比如拨打语音电话、发送短信等。它的判定条件是不在禁止的小区之列，其信号质量满足一定的要求，其所属的PLMN是被选择的PLMN，或ＥPLMN，且不在被禁止的路由位置区内。 　　 

禁止的小区（Barred Cell）

是指终端无法驻留的小区。通常，此类小区会在其发送的系统消息中有明确的指示信息。 　　 

运营商预留的小区（Reserved Cell）

是指被运营商用来作为其他一些特殊用途的小区，通常这类小区也会在其发送的系统消息中有明确的指示。 　　

小区搜索过程

    通常，终端在事先不知道小区任何信息的情况下搜索小区，需要经过时隙同步、帧同步、捕获主扰码三个步骤。这三个步骤涉及到四个下行物理信道：主同步信道（P-SCH）、从同步信道（S-SCH）、主公共导频信道 （P-CPICH）、主公共控制物理信道（P-CCPCH）。

　　当然，如果终端上已经存有某个小区的信息，如频率、主扰码等，那么终端可以利用这些信息来简化小区搜索过程。但我们知道，这实际上只是前一种情况的特殊现象，其搜索过程仍大致需要遵循这三个步骤，因此本文讨论第一种情况，以便为大家做较为全面的介绍。 　　

    (1)时隙同步 

    我们知道，一个无线帧为10 ms，38400码片，又分为15个时隙。上文提到的四个物理信道之间是同步的。第一步的目的就是要获取各时隙的边界，从而与各物理信道实现时隙同步。这一步是通过捕获主同步信道来实现的。 　　 
    主同步信道不属于码信道，没有经过扩频和加扰处理。主同步信道在每个时隙的起始处重复发送主同步码，为256码片，占整个时隙的1/10。所有小区的主同步码相同，而且终端预先知道其码片序列，因此只需要用一个性能较好的匹配滤波器就可以检测、捕获到该主同步码，从而确定各物理信道的时隙边界。 　　

    (2)帧同步

    这一步是通过捕获从同步信道来实现的。从同步信道也不属于码信道，没有经过扩频和加扰处理。从同步信道上发送从同步码，从同步码也是256个码片，在每个时隙的开始处与主同步码一起发送，每个时隙使用一个从同步码。所不同的是，从同步码总共有16个不同的码片序列，这些从同步码又被编排成64个不同的组合，每个组合为15个从同步码字长，用于一个无线帧，需要注意的是，在某一组合中同一从同步码可能出现若干次，而每个组合对应于一组主扰码。 
    我们知道，下行扰码是由长度为18位的移位寄存器生成的PN序列，因此总共有2(18)-1个，常用的有8192个，又分为主扰码和从扰码，其中主扰码有 512个，分为64组，每组8个。因此，在第二步实现物理信道的帧同步的同时，终端可以获悉该小区的无线帧中使用的从同步码字组合，从而可以确定该小区使用的主扰码所属的组别。 　　

    (3)捕获主扰码 　

    有了前两步的基础，并且知道主公共导频信道的信道化码为Cch,256,0，终端即能够同步到主公共导频信道的无线帧。 　　 
    主公共导频信道是一个码信道，在整个小区内广播，每个小区有且仅有一个主公共导频信道。该信道在发射前需要经过扩频和加扰。在扩频前，该信道发送４个符号 “１”，即“１１１１”。经过扩频，该信道发送256个符号“１”。再用一个主扰码进行加扰，最后在该信道的每一帧上发射的就是38400码片的主扰码。而第二步已经确定该主扰码所属的组号，因此，只需要定位到该主扰码组，然后从8个主扰码中找到与本小区匹配的主扰码，捕获主扰码的工作即告结束。然后，就可以用主扰码解码主公共控制物理信道，从而解调出系统下发的广播消息。 　　

小区选择的信号质量要求 　　

    在经过前面的小区搜索过程后，终端仍需判定该小区的信号质量是否达到一定的要求，才能进一步确定是否可以驻留在该小区，以获得正常的通信服务。对于WCDMA终端来说，通常需要通过两个公式的计算结果来进行判定：

0<Sa=Q1-Q2（FDD适用）
0<Sb＝Q3-Q4-P

Sa：小区选择的质量要求；
Sb：小区选择的接收电平质量要求；
Q1：小区的信号质量测量值 FDD：CPICH Eb/No；
Q2：小区选择的信号质量最低要求；
Q3：接收电平测量值 FDD：CPICH 信道接收信号码域功率；
Q4：小区选择的接收电平最低要求；
P：UE_TXPWR_MAX_RACH（终端允许的最大发射功率） - P_MAX（终端允许的最大的标称发射功率）和0中两者的较大值。

第一个公式是判定终端测量到的主公共导频信道的Ec/No是否达到要求。 　　 
第二个公式是判定终端测量到的主公共导频信道的接收信号的码域功率是否达到要求。 　　

如果这两个公式的计算结果都大于零，那么说明该小区的信号质量是可以接受的。否则，终端将无法使用该小区。

漫谈

从手机开机上电开始，手机先要扫频，找到可以使用的频点，这个时候还不涉及到物理信道。

当手机选好频点以后，要找合适的小区驻留，这个时候就涉及到了物理信道。

首先，手机必须知道小区是否可以驻留，这个和PLMN有关。所以手机要先知道小区的PLMN等关键信息。想要知道PLMN，就必须去读PCCPCH主公共控制物理信道。但是这个信道已经被扩频加扰了，怎么获取扰码和扩频码就是当前最重要的了。

为了获取扰码和扩频码等信息，手机就要读取包含这些内容的小区物理信道的具体信息，也就是每个帧和时隙。

要读取时隙和帧的具体信息，必须要知道每个时隙和帧的开始位置，这个过程就是同步过程。同步过程涉及到的物理信道有两条，主同步信道和从同步信道。

主同步信道上发射的是主同步码，主同步码在每个时隙的最开始的256个码片上发射，发射主同步码的时候，手机滤波器上就会有高电平指示，这样就获得了时隙同步。

获得时隙同步之后，手机就知道了这个小区的每个时隙的开始。这个时候手机会去读从同步信道。从同步信道上发射的是从同步码，从同步码的序列是64组固定序列中的一种，也在每个时隙的前256个码片发射，对应主扰码组的组号。手机也知道这64个固定序列。当手机逐个读取从同步码之后，就知道了从同步码的固定序列，也就知道了序列的开始位置和序列对应的主扰码组号。

这样，一个无线帧的开始就确定了，当然，还有主扰码组的组号。要强调一下，主从同步信道都是不扩频不加扰的，所以手机不需要知道扩频码和扰码就能读取这2个信道的信息。

获取同步之后，手机已经收集了该小区的很多有用信息，但是还是不知道该小区的主扰码，所以接下来的过程就是要获取小区信息的关键——主扰码。

获取主扰码的过程就像解一个方程。涉及到的物理信道是CPICH公共导频信道。CPICH发射的信息是固定的全1序列，该信道的扩频码也是固定的256，这些是在协议里固定好的，手机自己也知道。

在同步过程的第2步里，手机已经知道了主扰码组的组号。在这个组里，一共有8个主扰码。手机用这8个主扰码挨个去解扰CPICH，如果得到的是全1序列，那么用来解扰的扰码就是当前小区的主扰码。这样最多试8次就能确定主扰码。这也是为什么512个主扰码要分成64组的原因。

主扰码确定以后，所有的物理信道都可以解扰了，协议中又规定了PCCPCH主公共控制物理信道的扩频码固定为256，那么PCCPCH信道的所有信息就知道了。

首先要知道PCCPCH的信息结构。

PCCPCH里有3种信息，分别是MIB主消息块,SB调度块,SIB系统消息块。

MIB里保存的是该小区的最重要的信息，比如PLMN。手机在读取了MIB以后，就知道这个小区是否可以驻留。不同的运营商对应的PLMN是不一样的。手机的SIM卡里保留有可用的PLMN。当手机读取了PLMN以后，确定可以驻留在当前小区后，继续读SIB和SB的信息。SIB中有该小区的具体配置信息，比如各物理信道的配置情况，使用的扩频码，功率设置等。

到这里，手机的选网流程就完成了。涉及到的信道有：PSCH,SSCH,CPICH,PCCPCH.

前3条信道都不承载上层的有效信息，所以没有传输信道映射到这些物理信道上。广播消息是承载在PCCPCH上的，所有传输信道中的BCH是映射到PCCPCH上的。

PCCPCH发射的时候有一个特点，就是每个时隙的前256码片会关闭发射机，也就是不发送信号。原因是为了避免因为同步信道在前256码片发射的时候峰均比太高。

经过以上的步骤，UE可以正常驻留在当前小区后，就进入了IDLE状态，会进行空闲态下的一些活动，比如位置区更新等，当然也等待别人呼叫自己或者去呼叫别人。

如果UE等待别人呼叫自己的话，就涉及到了另外一个物理层过程——寻呼。

寻呼涉及到的物理信道有2个，PICH寻呼指示信道和SCCPCH从公共控制物理信道。PICH上承载的是寻呼指示消息，不是真正的寻呼消息。而真正的寻呼消息承载在SCCPCH上。两个信道成对出现，可以配置多条。

UE会采用非连续接收技术，每隔一段时间侦听一次PICH，看是否有属于自己寻呼组的寻呼消息。这里要注意，在PICH上发的寻呼指示都是针对某个寻呼组的，不是针对某个UE的。如果UE发现有属于自己所在寻呼组的寻呼指示，则去SCCPCH上读对应的寻呼消息，看是不是寻呼自己的。不是的话，继续采用非连续接收技术隔一段时间侦听一次PICH，如果是的话，响应寻呼

除了寻呼，UE还可以呼叫别人嘛，所以就要提到随机接入过程，随机接入过程涉及的信道也有2条，分别是PRACH物理随机接入信道和AICH捕获指示信道。

物理随机接入信道采用特定的接入帧和接入时隙，分别是普通无线帧和时隙的2倍。为什么是两倍呢，这个又和随机接入过程有关系。

UE想发起随机接入过程，就要给UTRAN发信息，但是UE不知道以多大的功率来发送信息UTRAN才能受到，那怎么办呢，UE会估计一个初始功率来发射。因为一开始UE不知道UTRAN能不能收到，所以会试探性的发一些东西给UTRAN，以期待UTRAN能有所反应。

这个试探性的东西就是前导，也叫前缀，preamble。前导生成是有规则的，UE会选一个16个码片大小的签名序列重复256次，得到一个4096码片长的前导。然后在一个接入时隙的开始以自己估计的那个功率发送这个前导。因为前导是4096chip长，比一个无线帧大，所以PRACH采用特殊的接入帧和接入时隙。

UE发了前导以后，会侦听AICH，也就是捕获指示信道。为什么要侦听这条信道呢，是因为如果UTRAN收到了UE发送的前导，会在AICH上发与生成前导的那个签名序列对应的捕获指示AI。UE收到了这个AI后，就知道UTRAN收到了它发的前导，就接着发后面的消息部分。如果UE侦听AICH一段时间后发现没有对应自己发的前导的AI，则UE认为UTRAN没有收到自己发射的前导。于是，UE按一定步长提升发射功率，选择一个新的签名序列构成新前导，在3-4个接入时隙过后开始第2次随机接入过程。如果达到重试次数或者发射功率达到一定值，或者UTRAN在AICH上回拒绝信息，则随机接入过程失败。