星星之火-18：手机终端是移动的, 如何在任何时间、任何地点，找到为其提供服务的基站呢？
1. 手机终端是移动的, 如何在任何时间、任何地点，找到为其提供服务的基站呢？
要解决此问题，
2. 基站：定时周期广播
基站在固定的频点、固定的时隙，广播自己的信息，引导手机找到自己，锁定自己。
这个固定的频点、固定的时隙由频率矫正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广播控制信道（BCCH）组成。
3. 手机：小区初搜的过程（盲搜、全频道搜索）
手机开机的时间是不确定的，且手机的本地晶振的老化与温度等原因，手机开机时，手机的本地载波频率与基站的基站的频率是不同步的，且手机周围有可能有多个不同载频的基站小区，手机并不知道周围基站在哪儿，其载波频点是多少，怎么办?
小区初搜过程来解决此困扰！
小区初搜的目的，就是从众多基站小区中读取其小区的信息，从中选择一个合适的小区，大致分为4个子过程：
（1）频段划分
以900M频段为例，有125个频点，手机开机后，并不知道周围的蜂窝小区到底配置在哪个频点。
它唯一的选择就是，从第一个频点到最后一个频点，逐个的搜索。
BCH信道的三个子信道，都在每个小区的第一载波C0的第一时隙TS0处。并被封装在有51个基本帧组成的超帧中。
包括频率矫正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广播控制信道（BCCH），且他们三者有确切的时隙位置关系，如下图所示.
先找到频率矫正信道（FCCH), 然后就可以找到紧跟其后的同步信道（SCH），最好解析广播控制信道（BCCH）中本小区的信息。
（2）小区频率同步：频率矫正信道（FCCH）
方向：下行方向。
信息：携带用于校正手机终端频率的消息。
突发脉冲：频率校正突发脉冲序列FCB
- 承载非调制的载波信号，或者承载全零的调制载波，整个数据区域有142bit
- 保护比特为前后3比特。
检测方法1：
采用高斯最小频移键控(GMSK)调制方式，如果承载的是全0数据，那么调制后的波形是一个连续的、持续一个时隙时长0.577ms的正弦波信号。间隔周期为4.26ms * 10 = 42.6ms。
手机通过检测电磁波的频谱，幅度最大的频率为频率矫正信道，并把自己本地的频率锁定到从该信道中恢复的频率上。
检测方法2：
由于频率矫正信道（FCCH）的数据是已知的、固定的。
根据频率矫正信道（FCCH）中已知的数据，对解调后的载波数据进行某种相关性运算，得到如下的示意图：
相关值最大的数据区，就是频率矫正信道。
注意的是：频率矫正信道只提供基本、大致的频率对齐，有一定的误差。进一步的频率和时隙对齐，就靠同步信道（SCH）了。
（3）时隙同步与帧同步：同步信道（SCH：synchronization channel）
方向：下行方向
突发脉冲：同步脉冲序列
这里关键是64比特的同步序列。
这是一个已知的、标准化的二进制序列，因此可以通过对收到的数据与已知的、标准化的二进制序列做某种相关性运算，就可以得到如下的信号。
利用该信号，可以进一步的频率对齐。
在频率对齐后，再进一步解密同步信道（SCH）中的数据，包括。
- TDMA帧号
- 基站的识别码（BSIC）
至此，手机与选中的基站小区频率对齐、时隙对齐、TDMA帧号对齐。
有了TDMA帧号的对齐，就可以解析TDMA机构化帧中的数据，特别是广播控制信道（BCCH）中的数据了。
（4）从小区的广播信道中获取小区参数：广播控制信道（BCCH）
方向：下行方向
突发脉冲：普通突发脉冲序列
广播控制信道中的内容：小区特有信息
- 小区识别号CGI
- 小区使用的频点列表（一个GSM小区，包括1-N个200KHz的频点）
- 位置区识别码LAI （Location Area Identity）：LAI=MCC+MNC+LAC
- 邻区列表（邻区的频点）
- 随机接入控制信息
- 其他.....
（5）全频段搜索
手机搜索到一个小区的信息后，并不会立即停止，手机会对所有频点进行搜索，获取并记录所有小区的信息。
那么，如果搜到多个小区，手机最终会选择驻留在哪个小区上呢？ 这就涉及到下一步：小区选择。
4. 开机后多小区选择
实际上，往往手机周围有多个小区，手机就需要从众多小区中选择一个小区驻留，选择的依据有：
（1）按照小区载波信号的平均接收电平的数值进行排序 （在手机上看到的信号格数正源于此），接收电平高的优先。
（2）成功解调出频率矫正信道、同步信道、广播控制信道的数据。
（3）小区的PLMN与自己SIM卡注册的PLMN一致：小区的PLMN是通过广播控制信道BCCH广播的。
（4）小区允许被接入：该参数通过广播控制信道BCCH广播。
注意：
这里的关键是：小区的平均电平是什么？
毕竟一个小区有多个载波，每个载波又有8个时隙，每个时隙又有多个逻辑信道。
这个平均电平是所有载波的平均？还是同一个载波所有时隙电平的平均？还是某一时隙的所有信道的电平的平均？亦或是某一个具体的逻辑信道不同时间电平的平均？
这里小区的平均电平是：CS0载波在TS0时隙的电平的多个采样值的平均！
CS0载波的TS1-TS7的信号的强度，与接入到该基站的手机用户的业务相关，信号电平的波动较大，而CS0载波的TS0时隙的信号完全由基站控制的，有固定周期，有固定位置，有固定电平大小，可以做为终端接收到的小区的信号强度的参考。
为了简化硬件设计，无需对TS0信号上的子信道的信号进一步细分，因为子信道已知的、确定性的信号，因此整个TS0的平均也是确定的。
5. 默认小区
手机全频段扫描，非常费时，大概需要3-5s。
为了提升手机开机重启的效率，手机通常会记录最近驻留过的小区的频点。
开机重启后，首先检查是否有该信息的记录，如果有，则优先驻留该小区。
如果没有信息，则进行全频段扫描。
6. 小区重选：在选择某个小区后，由于网络环境的变化，需要重新选择一个新小区
（1）小区重选的必然
手机是移动的，当手机驻留的小区的信号发生变化时，比如信号强度低于某个门限，表明当前驻留的小区，已经无法保证为该终端提供稳定的通信服务，手机有权选择下一个小区。
那关键的问题是：GSM手机如何选择下一个小区呢？总不能再来一次全频段搜索吧？！
是的，确实没有必要全频段搜索了。原因如下：
- 当前驻留的小区，会通过广播控制信道（BCCH）不断的通知该小区内的所有用户，该基站附近有哪些邻小区，其频点是多少。
- 手机记录先前驻留过的邻小区，包括其频点。
有了上述信息，手机就可以优先锁定这些频点的小区，避免了全频段盲搜的低效。
（2）小区重选的条件：
- 小区实际的接收信号平均电平低于某个预设置的值。
（3）小区重选的策略：
- 邻小区实际的平均接收信号电平超过小区接入电平所允许的门限参数, 该参数通过邻小区广播控制信道BCCH广播。
从设计讲，该门限参数决定了小区的覆盖范围，超出范围的终端，即使能够收到小区信息，其服务也是得不到保障的，因此不建议该终端接入此小区。也就是说，落在小区的覆盖范围的终端，才允许接入该小区。
- 手机的发射功率：
落在小区范围内的终端，可以确保手机能够收到基站发送的信号，但由于基站的发射功率大于手机的发送功率，在相同的位置，无法保证手机发送的信号，基站一定能够收到。因此需要对手机的发送功率加以限制，只有手机接入时的发送功率大于路径衰耗，才满足手机接入该网络的条件！
（4）小区重选的特点
当然，GSM与LTE和WCDMA不同。
GSM切换小区时，需要更换小区的频点，且终端通常只有一套接收和发送的硬件电路，属于“硬”切换。
因此，如果正在通话，会出现通话暂时性中断的情形，且成功切换到邻区的时间也是不确定的。
这是因为，终端无法提前预先知道，选择的下一个邻小区的信号强度以及小区参数是否满足驻留的条件。
只有先切换、然后尝试锁定该小区之后，再读取小区的信号强度以及小区的参数，最后才能确定该新小区是否合适。
如果不合适，还需要尝试其他小区。这样的缺点，是由GSM的频分多址+时分多址的特性造成的。
不同的基站小区，是通过频点区分的，GSM终端只有一套接收和发送电路。