5G系统网络选择

zmdxyboyandy

摘要

终端接入时的网络选择可以分为NAS的PLMN选择和AS的小区选择，本文主要也分为PLMN选择和小区选择两部分。

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1 基本概念

A/Gb mode only： 仅支撑A/Gb模式的GSM系统；其又可以分为三种操作模式：

MS operation mode A：手机支撑同时附着（Attach）在 PS 域和 CS 域，并支撑并发 PS 与 CS 业务。

MS operation mode B：手机支撑同时附着在 PS 域和 CS 域，不支撑并发 PS 与 CS 业务。

MS operation mode C：手机只附着在 PS 域。

Iu mode only：仅支撑UMTS（也就是WCDMA、TDS-CDMA）系统；Iu mode下又分为三种操作模式(TS23.060 5.4.6)：

CS/PS mode of operation：CS和PS域都注册，CS和PS业务可以同时进行。

PS mode of operation：只注册PS域，只能进行PS业务。

CS mode of operation：只注册CS域，只能进行CS业务。

S1 mode only：仅支撑EPS(4G)系统。

EHPLMN：等效PLMN，多个EPLMN组组成一个EHPLMN LIST。

Equivalent HPLMN list：等效PLMN列表，其存在USIM卡中（称为"EHPLMN List"），EHPLMN List可以包含HPLMN；如果EHPLMN List存在，但又不包含HPLMN，那么HPLMN应该当作拜访PLMN（也就是漫游PLMN）处理；EHPLMN的优先级比HPLMN的优先级高；EHPLMN列表是在注册流程中网络推送下来给终端的，终端本地会将其保存下来。

HPLMN：和IMSI里的MCC和MNC相匹配的PLMN；匹配的具体操作见TS23.122附录A。简单来说就是HPLMN等于IMSI的MCC+MNC；当EHPLMN存在时，HPLMN是不能使用的。

RPLMN(Registered PLMN)：注册PLMN，表示之前成功注册过的PLMN。

VPLMN(Visited PLMN)：如果EHPLMN不存在时，则VPLMN为不同于HPLMN的PLMN；如果EHPLMN存在，则VPLMN就是不同于EHPLMN的PLMN。

Allowable PLMN：不属于“forbidden PLMNs”列表的PLMN。

Acceptable Cell: UE可以驻留、也可以发起紧急呼叫业务。

Current serving cell：当前正驻留在的小区。

Suitable Cell：

参考：TS23.122《 NAS functions related to Mobile Station (MS) in idle mode 》

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2 PLMN选择

关于PLMN的选择，在TS23.122第四章有详细的描述，但其核心精华都浓缩到如下两个流程图上了，只要完全理解这两张图就基本掌握了终端PLMN选择的原理了。

2.1 自动选网模式

PLMN选择的一个基本原则是按照优先级排序，优先选择高优先级的网络注册，协议规定了各种PLMN优先级的顺序，优先级如下（由高到低）【TS23.122   4.4.3.1.1】：

1）EHPLMN（如果EHPLMN存在），或者HPLMLN（EHPLMN不存在时）。

2）EFPLMNwAcT (User controlled PLMN selector with Access Technology)，这个参数烧录在USIM卡中，具体见TS32.102  4.2.5章。

3）EFOPLMNwACT (Operator controlled PLMN selector with Access Technology)，这个参数烧录在USIM卡中，具体见TS32.102  4.2.53章。

4）其它的可以搜到的PLMN，优先级按信号从高到低排序。

上图就是自动模式下的PLMN选择状态图，下面大家就认真学习一下这个状态图，首先了解一下图中各个图形的意义。

长方形：表示一个动作，长方形里面的文字描述就是这个动作的描述。

弧边长方形：表示一个状态，UE处于某个状态时，就会等到一个相关事件的发生了才会实行对应的动作，然后切换到下一个状态去。

小圆圈：表示一个流程的入口。

1）关机时，进入NULL状态；

2）用户开机，检查SIM卡是否可用；2.1)如果SIM卡不可用则进入“NO SIM”状态；2.2)如果SIM卡可用，那么先判断RPLMN(Registered PLMN)是否存在（注：MS本地会保存上一次成功注册驻留的PLMN），2.2.1)如果RPLMN存在，则用用RPLMN尝试注册，进入“Trying RPLMN”状态，2.2.2）如果RPLMN不存在，从PLMN选择列表选择（按优先级从高到底的顺序）一个PLMN去尝试注册，进入"Trying PLMN"状态。

3）在"Trying RPLMN”状态下，如果注册成功，进入"On PLMN"状态；如果注册失败，则在PLMN选择列表中选择一个PLMN去尝试注册，进入"Trying PLMN"状态。

4）在“Tryng PLMN”状态下，如果注册成功，则进入“On PLMN”状态，如果注册失败，则在PLMN选择列表中选择下一个PLMN去尝试注册，状态还是"Trying PLMN"。

5）在"On PLMN"状态下，如果当前驻留网络为VPLMN，且高优先级网络搜索定时器(EFHPPLMN (Higher Priority PLMN search period)  TS31.102  4.2.6)超时，则触发高优先级网络搜索流程，进入背景搜网状态“PLMN background search”。如果位置更新失败且原因为“Roaming not allowed”，则触发重新选网流程，从PLMN选择列表中选择一个PLMN尝试注册，进入"Trying PLMN"状态。如果当前选择驻留的网络没有无线信号覆盖了，则看还有没有可用的PLMN，如果有则发起新的PLMN尝试注册，进入“Trying PLMN”状态，否则进入“wait for PLMNs to appear”状态。

6）在"PLMN background search"状态下，如果没有搜到更高优先级的网络，则进入“On PLMN”状态，否则搜到更高优先级的网络，就会进行更高优先级的网络进行注册，进入“Trying PLMN”状态。

2.2 手动选网模式

上图是手动选模式的选网和状态图，来源于TS23.122  第五章；相比较于自动模式，手动模式非常简单，对于用户选择的PLMN，MS能注册上就驻留，注册不上就提示给用户知道。

2.3 接入层(AS)的搜网

NAS层给AS层发送搜网请求，请求消息一般会携带PLMNs和对应的制式等信息，这都是取决于厂商的具体实现；AS会将其搜到的PLMN结果上报给NAS；为了加快搜网接入流程，AS层一般都会存储有之前搜索出来的小区频点信息，每次搜网时都将这些频点信息利用起来（优先搜索这些历史频点）。

3 小区选择

5G NR的小区选择在TS38.304 5.2章节有详细的描述，如果需要更深入细致的学习请参考，本章节讨论的是5G NR的小区选择流程和准则。

acceptable cell：UE可以驻留获取非常有限的服务（发起紧急呼叫、接收ETWS和CMAS消息），还必须满足小区选择准则，并且不能是barred的小区。

suitable cell：这就是能正常做业务的小区，其必须满足这几个条件：1）满足小区选择准则 2）不是被barred的小区 3）小区的TAC不属于“Forbidden Tracking Areas” 4）

barred cell：在系统信息SIB1会指示出当前小区是否是barred cell；普通终端是无法接入barred小区的，barred小区一般是运营商用于测试的小区，只有专门的测试SIM卡才能接入。

reserved cell：保留小区

小区选择流程有两种：

a）初始小区选择（对应的场景是没有之前保存的NR小区频点信息，比如首次开机）流程：

1. UE根据其支撑的频段能力扫描所有的频点

2. 对于每个频点，UE只需要搜索最强信号的小区即可

3. 一旦有suitable小区被找到，则选择该小区

b）利用存储信息进行的小区选择（对应的场景是保存有之前搜索到的NR小区频点信息）流程：

1. 读取之前存储的小区频点信息，对这些频点进行小区搜索

2. 一旦有suitable小区被找到，则选择该小区

3. 如果所有的存储小区频点信息都搜索完也没有找到suitable小区，则触发a)初始小区选择流程

3.1 小区选择准则（S准则）

这个准则公式来源于TS38.304 5.2.3.2，其意义是终端接收信号RSRP大于某个门限值并且接收信号的质量值大于某个门限时，终端才能接入该小区。公式中具体的参数见下表。

Srxlev	小区选择接收信号强度值
Squal	小区选择信号质量值
	小区的补偿值(offset)，在系统信息会带下来
	终端测量出来的小区同步信号强度值（SS-RSRP 参考TS38.133 4.2.2）
	终端测量出来的小区同步信号质量值(SS-RSRQ 参考TS38.133 4.2.2)
	接入小区要求的最小接收信号强度值，这参数在基站网管上可配置的。如果在这个小区上UE支撑SUL，就取值于SIB1的q-RxLevMin-sul参数，否则取之于SIB1的q-RxLevMin参数
	接入该小区要求的最低信号质量值。这个参数在基站网管上可配置。终端可从SIB1消息的q-QualMin参数获取该值
	接收信号强度补偿值，基站网管可配置。终端可从SIB1消息的q-RxLevMinOffset参数读取该值；注意：只有在周期性高优先级PLMN搜索时进行S准则计算时这个参数才起作用，其它场景下该参数无需参与计算。
	接收信号质量补偿值，基站网管可配置。终端可以SIB1消息的q-QualMinOffset参数读取该值；注意：只有在周期性高优先级PLMN搜索时进行S准则计算时这个参数才起作用，其它场景下该参数无需参与计算。

3.2 小区重选

UE处于RRC_IDLE或者RRC_INACTIVE状态时，需要检测邻区信号，以便移动到更好的小区上获取服务；为了UE省电，UE只有满足一定条件下才会进行邻小区信号检测。

a）启动同频小区小区重选测量：

当前服务小区(serving cell)的信号质量满足如下条件，则启动同频测量；否则不启动同频测量。

       ，或者  

b）启动异频或异系统小区重选测量：

如果当前服务小区的信号质量满足如下条件，且有比当前服务小区更高优先级的异频点存在，则启动异频测量，仅测量比当前小区更高优先级的异频频点。

\mathbf{S}_{nonIntraSearchP}" class="mathcode" src="https://private.codecogs.com/gif.latex?%5Cmathbf%7BSrxlev%7D%3E%20%5Cmathbf%7BS%7D_%7BnonIntraSearchP%7D" style="box-sizing: border-box; outline: none; border: 0px; max-width: 100%; height: auto; cursor: zoom-in;">，并且  \mathbf{S}_{nonIntraSearchQ}" class="mathcode" src="https://private.codecogs.com/gif.latex?%5Cmathbf%7BSqual%7D%20%3E%20%5Cmathbf%7BS%7D_%7BnonIntraSearchQ%7D" style="box-sizing: border-box; outline: none; border: 0px; max-width: 100%; height: auto; cursor: zoom-in;">

否则，则启动异频或者异系统测量，测量优先级高于、等于、低于当前服务小区的优先级的频点。

基站会在系统信息（SIB3、SIB5）、RRCRelease消息携带不同频点的优先级信息；SIB3携带的“cellReselectionPriority ”表示当前小区的频点优先级，SIB5携带的"InterFreqCarrierFreqList"会携带各个不同频点的优先级。