1.3 见与思：终端的测量机制与判决
1.3.1 什么是测量
测量（Measurement）是移动通信技术中经常遇到的一个术语。
1.2节讲到，测量是终端感知周围环境的方法，而且由于无法定位，测量更像人的鼻子，而不是人的耳目。
就像感知能力是人重要的机能一样，测量也是移动通信设备非常重要的机制。因此，除了终端需要测量，基站也需要测量。
另外，本章讲的是终端的待机状态，第2章我们就会知道，在联机状态，终端也离不开测量。
总之，测量在移动通信设备中无处不在，不过这一节我们还是围绕终端的待机状态，介绍在待机状态下的那些测量。
处于待机状态的终端，测量只会在终端唤醒的时刻进行，因此终端有一个固定的测量周期，就是终端的DRX周期。
1.小区选择中的测量
（1）测量对象
在进行小区选择时，终端需要测量的是RSRP，也就是小区参考信号的强度。如果你还不了解什么是RSRP，请翻阅《LTE教程：结构与实施》（第2版）一书的相关章节。
到了LTE的R9版本，对终端的测量内容进行了扩充，还可以包括测量RSRQ，也就是小区参考信号的质量。如果你还不了解什么是RSRQ，同样请翻阅《LTE教程：结构与实施》（第2版）一书的相关章节。
不过对于LTE系统而言，终端通常测量RSRP就足够了。
（2）测量范围
测量范围指的是频率范围。在进行小区选择时，频率范围有两种情况，对应小区选择的两种方式。
第一种情况就是初始小区选择（全频段扫描）。这时终端会对全频段进行测量，耗时会比较长。当然，这个频段与终端的制式相关，不同制式有对应的频段。
第二种情况就是常规小区选择。它是指终端根据确定的频点信息对小区进行选择。很明显，进行常规小区选择时由于频点已经确定，测量比较快捷。
2.小区重选中的测量
（1）测量对象
小区重选与小区选择类似，终端需要测量RSRP或者RSRQ（R9），同样，对于LTE系统而言，终端通常测量RSRP就足够了。
（2）测量范围
在进行小区重选时，终端需要测量服务小区以及周围的邻区。
1.3.2 什么是判决
讲解了待机状态的终端测量后，接下来我们来讲解判决。
判决很简单，就是终端根据测量结果，决定要不要动作，判决的依据就是算法的结果。
算法又称为判据，英文是Criterion。从名字上我们就可以看到，算法是待机状态处理机制中的关键因素。
由于在待机状态下，终端需要执行小区选择和小区重选两大任务，因此判据也分为小区选择和小区重选两个判据。当然，这里说的小区选择是常规小区选择。
那么，判据的内容是什么呢？
判据其实是包含多个参数的算式，终端根据各个参数的取值，得到算式的结果，也就是判决的结果，从而决定终端最后的动作。简单地说，判据类似于终端在做的数学题，当然这个数学题很简单，通常只需要用到四则运算。
接下来，我们就来讲解小区选择时用到的判据，这个判据分 R8和 R9两个版本。注意，这里说的小区选择依然是常规小区选择。
1.3.3 小区选择判据
1.小区选择的判据（R8）
在常规小区选择的过程中，终端测量了小区的RSRP后，会利用S算法来得到判决的结果，判断小区是否满足要求。S是Select的意思，也就是选择。
LTE规范TS36.304定义了S算法的具体内容。在LTE系统的R8版本中，S算法写为
其中，Srxlev=Qrxlevmeas−（Qrxlevmin+ Qrxlevminoffset） −max（Pemax−PPowerClass, 0）
不难看出，在S算法中用到了5个参数，这些参数的描述及其来源（R8）列在了表1.2中，其中的SIB代表系统信息块，将在后续的广播机制中介绍。
式中，Qrxlevmeas是终端测量到的小区参考信号的信号强度RSRP的数值；Qrxlevmin是系统参数，指可驻留的目标小区需要的最低RSRP，在附录A.1.2展示的SIB1示例中，这个参数设为−124 dBm;Qrxlevminoffset是系统参数，是对应Qrxlevmin的偏置值，用在漫游的PLMN中，在S1B1示例中这个参数设为2 dB;Pemax是系统参数，指终端接入系统时最大的允许发射功率，在现网中，这个参数通常设为23 dBm;PPowerClass是终端的最大发射功率，与终端的功率等级相关。请注意，终端的功率等级与终端的类型不是一回事。在规范TS36.101中，规定常用的LTE终端的最大发射功率为23 dBm。
表1.2 S算法参数的描述及其来源（R8）
终端经过接收系统信息和测量，获取了表1.2所列的参数以后，得到目标小区S算法的结果。例如，如果测量得到RSRP为−95 dBm，根据SIB1示例的参数，非漫游终端无须考虑Qrxlevminoffset,Srxlev等于29 dB。
从本质上看，S算法将RSRP从绝对值转换为相对值，单位从dBm变成了dB。
终端如果发现目标小区满足S算法，判决通过，终端就会与目标小区同步。
如果熟悉GSM系统和WCDMA系统，你就会发现S算法在这些系统中都存在，只是测量的指标不同而已。
2.小区选择的判据（R9）
到了R9，对S算法做了扩充，引入了一个新的算式：
其中，Squal=Qqualmeas– （Qqualmin+ Qqualminoffset）。
在新算法中用到了3个新的参数，这些参数的描述及其来源（R9）列在表1.3中。
表1.3 S算法参数的描述及其来源（R9）
这个新算式其实借鉴了WCDMA的小区选择算法，严格说也没有什么新鲜的内容。公式中的参数与R8算法的参数大同小异，只是把RSRP改成了RSRQ而已。
1.3.4 小区重选过程与判据
接下来，我们来了解非常重要的小区重选过程，我们先来看小区重选的考量。
1.小区重选的考量
前面提到，小区重选是终端在待机状态最频繁的任务，也是最主要的工作。既然终端总是要进行小区重选，工作效率就很重要了。
由于当前无线网络为了实现连续覆盖，基站都是密集分布的，终端应该可以接收到许多邻区的信号。为了减少邻区测量的开销，尤其是减少异频测量的开销，LTE系统设置了很多门限值，只有达到了相应的门限，终端才会启动相应的测量。
利用门限来提升测量效率，是LTE系统从WCDMA系统中继承过来的，不算创新。不过LTE系统也在小区重选中引入了两项新的内容：
一个是在小区重选中引入了优先级的概念，不同的频点可以设置不同的优先级，这样网络侧更容易控制终端的重选行为，具体内容将在第6章中详细介绍。
另外一个是考虑了终端的移动速度，具体内容请大家查阅其他参考书。
2.小区重选的步骤
小区重选的具体步骤如图1.15所示。
图1.15 小区重选的具体步骤
从图1.15可以看到，终端会定时测量服务小区的RSRP，当RSRP低于门限后，终端开始测量邻区的RSRP。当然，这里讲的邻区还是LTE系统的邻区，其他制式的邻区测量将在第6章中介绍。
终端通常会测量到多个邻区的RSRP，接下来终端就要进行过滤，去掉一些不满足条件的邻区，过滤的方法称为S准则，与小区选择用的S算法是一回事。过滤后就得到了候选小区。
终端再对候选小区排序，排序的方法称为R准则，R是Rank的缩写，也就是排序。显然，如果排序得到的最好小区不是服务小区，终端将重选最好小区。
3.测量过程的启动
终端启动邻区测量是有条件的，这些条件分为以下两种情况。
（1）启动同频测量的条件
（2）启动异频测量的条件
S服务小区代表测量得到的服务小区 RSRP 经过 S 算法处理后的结果，Sintrasearch 和Snonintrasearch两个门限值是系统参数，都会由SIB3来广播。在附录A.1.4展示的SIB3示例中，Sintrasearch设为42 dB,Snonintrasearch设为12 dB。如果采用1.3.3节的系统参数，Sintrasearch相当于RSRP等于−80 dBm;Snonintrasearch相当于RSRP等于−110 dBm。
到了R9，同样引入了RSRQ作为启动测量的条件，因为不常用，这里就不介绍了。
4.排序算法R准则
R准则有如下两个表达式，分别针对服务小区和邻区。值得注意的是，服务小区只有一个，而邻区可以有多个。
R准则的参数描述及其来源列在表1.4中，可见，R准则的作用是调整各个小区的RSRP值，使得小区重选的过程更加稳健，终端不至于来回重选，也就是乒乓重选。
表1.4 R准则的参数描述及其来源
5.小区重选的过程
最后，我们用图1.16来讲述LTE终端的小区重选过程。
图1.16 小区重选过程
从图1.16可以看到，服务小区的RSRP（实线）在逐渐下降，这种情况可能是由于终端在逐步离开服务小区的覆盖范围。
当服务小区的RSRP低于Sintrasearch代表的信号值后，终端开始测量邻区的RSRP。终端发现，邻区的RSRP逐步走高，信号越来越强，这种情况可能是由于终端逐步进入了邻区的覆盖范围。
得到邻区的测量结果后，终端就会用S准则过滤邻区。通常，邻区的RSRP都会满足 S 准则的条件，终端应该有很多个候选邻区。不过为了方便展示，在图1.16中假定终端只有一个候选邻区。
接下来终端再用R准则来排序服务小区和候选邻区。
从图1.16可以明显看到，R准则使得服务小区的RSRP数值被抬高，抬高的幅度为Qhyst；候选邻区的RSRP数值被压低，压低的幅度为Qoffset，这样做的目的是为了让小区重选更加稳健，不会随随便便发生，以避免乒乓重选，出现终端反复地在几个小区间选来选去的情况。这样就得到两条虚线，对应处理的结果。
经过R准则处理后，在t0时刻，候选邻区终于成为最优小区。
不过，这时终端还不能马上重选到候选邻区。为了让小区重选更可靠，LTE系统还定义了一个参数：TreselectionEUTRA，只有候选邻区的信号在TreselectionEUTRA时间内持续成为最优小区，终端才能重选到候选邻区。TreselectionEUTRA参数同样由SIB3中广播。
在图1.16中，经过 TreselectionEUTRA时间后，由于候选邻区信号仍旧最好，于是，终端就重选到候选邻区上，驻留下来。这样，候选邻区变成了服务小区，而原来的服务小区变成邻区，实现了角色的转换。这个转换过程，离不开下面要讲的小区同步机制。