無線接口技術(shù)

1、第5章 WCDMA無線接口技術(shù)在WCDMA系統(tǒng)中，移動用戶終端UE通過無線接口上的無線信道與系統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)相連，該無線接口稱為Uu接口，是WCDMA系統(tǒng)中是最重要的接口之一。無線接口技術(shù)是WCDMA系統(tǒng)中的核心技術(shù)，各種3G移動通信體制的核心技術(shù)與主要區(qū)別也主要存在于無線接口上。通過對WCDMA無線接口的學(xué)習(xí)，可以理解UE終端與WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的工作原理與通信過程；學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容也是WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的前提。5.1 WCDMA無線接口概述5.1.1 無線接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)圖5-1顯示了UTRAN無線接口與物理層有關(guān)的協(xié)議結(jié)構(gòu)。從協(xié)議結(jié)構(gòu)上看，WCDMA無線接口由層一、層二、層三組成，分別稱

2、作物理層（Physical Layer）、媒體接入控制層（Medium Access Control）、無線資源控制層（Radio Resource Control）。從協(xié)議層次的角度看，WCDMA無線接口上存在三種信道，物理信道、傳輸信道、邏輯信道。圖5-1 無線接口的物理結(jié)構(gòu)圖中不同層/子層間的圓圈部分為業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAPs)。物理層提供了高層所需的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。對這些業(yè)務(wù)的存取是通過使用經(jīng)由MAC子層的傳輸信道來進(jìn)行的。物理層通過傳輸信道向MAC層提供業(yè)務(wù)，而傳輸數(shù)據(jù)本身的屬性決定了什么種類的傳輸信道和如何傳輸；MAC層通過邏輯信道向RRC層提供業(yè)務(wù)，而發(fā)送數(shù)據(jù)本身的屬性決定了邏輯信道的

3、種類。在媒體接入控制（MAC）層中，邏輯信道被映射為傳輸信道。MAC層負(fù)責(zé)根據(jù)邏輯信道的瞬間源速率為每個傳輸信道選擇適當(dāng)?shù)膫鬏敻袷?TF)。傳輸格式的選擇和每個連接的傳輸格式組合集（由接納控制定義）緊密相關(guān)。RRC層也通過業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP）向高層（非接入層）提供業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)接入點(diǎn)在UE側(cè)和UTRAN側(cè)分別由高層協(xié)議和IU接口的RANAP協(xié)議使用。所有的高層信令（包括移動性管理、呼叫控制、會話管理）都首先被壓縮成RRC消息，然后在無線接口發(fā)送。RRC層通過其與低層協(xié)議間的控制接口來配置低層的協(xié)議實體，包含物理信道、傳輸信道和邏輯信道等參數(shù)。RRC層還將使用控制接口進(jìn)行實時命令控制，例如RRC層命

4、令低層進(jìn)行特定類型的測量，低層使用相同接口報告測量接口和錯誤信息。邏輯信道：直接承載用戶業(yè)務(wù)；根據(jù)承載的是控制平面業(yè)務(wù)還是用戶平面業(yè)務(wù)分為兩大類，即控制信道和業(yè)務(wù)信道。傳輸信道：無線接口層二和物理層的接口，是物理層對MAC層提供的服務(wù)；根據(jù)傳輸?shù)氖轻槍σ粋€用戶的專用信息還是針對所有用戶的公共信息而分為專用信道和公共信道兩大類。物理信道：各種信息在無線接口傳輸時的最終體現(xiàn)形式；每一種使用特定的載波頻率、碼（擴(kuò)頻碼和擾碼）以及載波相對相位（I或Q）的信道都可以理解為一類特定的信道。在發(fā)射端，來自MAC和高層的數(shù)據(jù)流在無線接口進(jìn)行發(fā)射，要經(jīng)過復(fù)用和信道編碼、傳輸信道到物理信道的映射以及物理信道的擴(kuò)頻

5、和調(diào)制，形成無線接口的數(shù)據(jù)流在無線接口進(jìn)行傳輸。在接收端，則是一個逆向過程。本章節(jié)將簡要介紹邏輯信道和傳輸信道，并重點(diǎn)介紹物理信道和物理層的過程；通過對物理信道和物理層過程的學(xué)習(xí)，可以幫助大家深入掌握WCDMA無線接口的工作原理，也有助于大家對WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的理解。5.1.2 擴(kuò)頻與加擾在無線接口上，待傳輸信源經(jīng)過信源編碼和信道編碼之后，數(shù)據(jù)流將繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)頻、加擾和調(diào)制。圖5-2 擴(kuò)頻與擾碼的關(guān)系擴(kuò)頻使用的碼字成為信道化碼，具體采用OVSF碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼）。加擾使用的碼字稱為擾碼，采用GOLD序列。信道化碼用于區(qū)分來自同一信源的傳輸，即一個扇區(qū)的下行鏈路連接，以及上行中同一個終端的

6、不同物理信道。UTRAN的擴(kuò)頻/信道化碼基于正交可變擴(kuò)頻因子（OVSF）技術(shù)。使用OVSF可以改變擴(kuò)頻因子并保持不同長度的不同擴(kuò)頻碼之間的正交性。碼字從下所示的碼樹中選取。如果一個連接使用可變擴(kuò)頻因子，可根據(jù)最小擴(kuò)頻因子正確利用碼樹進(jìn)行解擴(kuò)，只需從以最小擴(kuò)頻因子碼指示的碼樹分支中選取信道化碼。圖5-3 信道化碼樹的結(jié)構(gòu)加擾的作用是為了把終端或基站各自相互區(qū)分開，擾碼是在是在擴(kuò)頻之后使用的，因此不改變信號的帶寬，而只是把來自不同的信源的信號區(qū)分開，經(jīng)過加擾，解決了多個發(fā)射機(jī)使用相同的碼字?jǐn)U頻的問題，圖5-2給出了UTRA中經(jīng)過擴(kuò)頻和信道化碼片速率的關(guān)系。因為經(jīng)過信道化碼擴(kuò)頻之后，已經(jīng)達(dá)到了碼片速

7、率，所以擾碼不影響符號速率。下表總結(jié)了擾碼和信道化碼的功能和特點(diǎn)。表5-1 擾碼和信道化碼的功能和特點(diǎn)信道化碼擾碼用途上行鏈路：區(qū)分同一終端的物理數(shù)據(jù)（DPDCH）和控制信道（DPCCH）下行鏈路：區(qū)分同一小區(qū)中不同用戶的下行鏈路上行鏈路：區(qū)分終端下行鏈路：區(qū)分小區(qū)長度4-256個碼片（）下行鏈路還包括512個碼片上行鏈路：10ms38400個碼片或66.7us=256碼片高級基站接收即可選用選項2下行鏈路：10ms38400碼片碼字?jǐn)?shù)目一個擾碼的下的碼字?jǐn)?shù)目擴(kuò)頻因子上行鏈路：幾百萬個下行鏈路：512碼族正交可變擴(kuò)頻因子長10ms碼：Gold碼短碼：擴(kuò)展的S（2）碼族擴(kuò)頻是，增加了傳輸帶寬否，

8、沒有影響傳輸帶寬5.2 邏輯信道邏輯信道類型見圖5-4：圖5-4 邏輯信道類型以下控制信道只用于控制平面信息的傳送:廣播控制信道(BCCH)。廣播系統(tǒng)消息的下行鏈路信道。尋呼控制信道(PCCH)。傳送尋呼消息的下行鏈路信道。公共控制信道(CCCH)。在網(wǎng)絡(luò)和UE之間發(fā)送控制信息的雙向信道，該信道映射到RACH/FACH傳輸信道。由于該信道中要求長UTRAN UE的標(biāo)識（U-RNTI，包括SRNC），因此保證了上行鏈路消息能夠正確傳送到正確的SRNC中。專用控制信道(DCCH)。在網(wǎng)絡(luò)和UE之間發(fā)送控制信息的雙向信道，該信道在RRC建立的時候由網(wǎng)絡(luò)分配給UE的點(diǎn)對點(diǎn)專用信道。以下業(yè)務(wù)信道只用于用

9、戶平面信息的傳送:專用業(yè)務(wù)信道(DTCH)：是傳輸用戶信息的專用于一個UE的點(diǎn)對點(diǎn)雙向信道。公共業(yè)務(wù)信道(CTCH)：向全部或者一組特定UE傳輸專用用戶信息的點(diǎn)對多點(diǎn)的下行鏈路。5.3 傳輸信道5.3.1 傳輸信道分類傳輸信道是指由物理層提供給高層的服務(wù)。傳輸信道定義了在空中接口上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶吞匦?。傳輸信道分為兩類：專用信道和公共信道。他們的主要區(qū)別在于公共信道是由小區(qū)內(nèi)的所有用戶或一組用戶共同分配使用的資源；而專用信道資源，由特定頻率上特定的編碼確定，只能是單個用戶專用的。5.3.2 專用傳輸信道僅存在一種專用傳輸信道，即專用信道(DCH)。專用信道(DCH) 是一個上行或下行傳輸信道。

10、DCH在整個小區(qū)或小區(qū)內(nèi)的某一部分使用波束賦形的天線進(jìn)行發(fā)射。5.3.3 公共傳輸信道共有六類公共傳輸信道：BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH和DSCH。l BCH-廣播信道：廣播信道(BCH)是一個下行傳輸信道，用于廣播系統(tǒng)或小區(qū)特定的信息。BCH總是在整個小區(qū)內(nèi)發(fā)射，并且有一個單獨(dú)的傳輸格式。l FACH-前向接入信道：前向接入信道(FACH)是一個下行傳輸信道。FACH在整個小區(qū)或小區(qū)內(nèi)某一部分使用波束賦形的天線進(jìn)行發(fā)射。l PCH-尋呼信道：尋呼信道(PCH)是一個下行傳輸信道。 PCH總是在整個小區(qū)內(nèi)進(jìn)行發(fā)送。PCH的發(fā)射與物理層產(chǎn)生的尋呼指示的發(fā)射是相隨的，以支持

11、有效的睡眠模式程序。l RACH-隨機(jī)接入信道：隨機(jī)接入信道(RACH)是一個上行傳輸信道。RACH總是在整個小區(qū)內(nèi)進(jìn)行接收。RACH的特性是帶有碰撞冒險，使用開環(huán)功率控制。l CPCH-公共分組信道：公共分組信道(CPCH)是一個上行傳輸信道。CPCH與一個下行鏈路的專用信道相隨，該專用信道用于提供上行鏈路CPCH的功率控制和CPCH控制命令（例：緊急停止）。CPCH的特性是帶有初始的碰撞冒險和使用內(nèi)環(huán)功率控制。l DSCH-下行共享信道：下行共享信道(DSCH)是一個被一些UEs共享的下行傳輸信道。DSCH與一個或幾個下行DCH相隨路。DSCH使用波束賦形天線在整個小區(qū)內(nèi)發(fā)射，或在一部分小

12、區(qū)內(nèi)發(fā)射。5.3.4 指示符WCDMA協(xié)議中為傳輸信道定義了一系列的指示符功能，但是實際上指示符是一種快速的低層信令實體，沒有在傳輸信道上占用的任何實體信息塊，而是由物理信道在物理層直接完成。相關(guān)的指示符有：捕獲指示（AI），接入前綴指示（API），信道分配指示（CAI），沖突檢測指示（CDI），尋呼指示（PI）和狀態(tài)指示（SI）。指示符可以是二進(jìn)制的，也可以是三進(jìn)制的。它們到指示信道的映射是由物理信道決定的。發(fā)射指示符的物理信道叫做指示信道（ICH）。5.3.5 邏輯信道到傳輸信道的映射傳輸信道是為邏輯信道服務(wù)的，從圖5-5中，可以知道邏輯信道和傳輸信道之間的映射關(guān)系。圖5-5 邏輯信道與傳

13、輸信道的映射5.4 物理信道5.4.1 物理信道的相關(guān)概念物理信道是由一個特定的載頻、擾碼、信道化碼（可選的）、開始、結(jié)束的時間段（有一段持續(xù)時間）和上行鏈路中相對的相位（0或p/2）定義的。持續(xù)時間由開始和結(jié)束時刻定義，用chip的整數(shù)倍來測量。無線幀：無線幀是一個包括15個時隙的處理單元。一個無線幀的長度是38400chips。時隙：時隙是由包含一定比特的字段組成的一個單元。時隙的長度是2560chips。一個物理信道缺省的持續(xù)時間是從它的開始時刻到結(jié)束時刻這一段連續(xù)的時間。不連續(xù)的物理信道將會明確說明。傳輸信道被描述（比物理層更抽象的高層）為可以映射到物理信道上。在物理層看來，映射是從一

14、個編碼組合傳輸信道（CCTrCH）到物理信道的數(shù)據(jù)部分。除了數(shù)據(jù)部分，還有信道控制部分和物理信令。物理信令和物理信道一樣，是有著相同的基于空中特性的實體，但是沒有傳輸信道或指示符映射到物理信令。物理信令可以和物理信道一起支持物理信道的功能。5.4.2 上行物理信道結(jié)構(gòu)上行物理信道分為：專用上行物理信道和公共上行物理信道；專用上行物理信道分為：上行專用物理數(shù)據(jù)信道(上行DPDCH)和上行專用物理控制信道(上行DPCCH)；公共上行物理信道分為：物理隨機(jī)接入信道（PRACH）和物理公共分組信道(PCPCH)圖5-6顯示了上行專用物理信道的幀結(jié)構(gòu)。每個幀長為10ms，分成15個時隙，每個時隙的長度為

15、Tslot=2560 chips，對應(yīng)于一個功率控制周期。數(shù)據(jù)部分（DPDCH）用于傳輸專用傳輸信道(DCH)。在每個無線鏈路中可以有0個、1個或幾個上行DPDCHs；圖5-6 DPCH的信道結(jié)構(gòu)控制信息（DPCCH）包括支持信道估計以進(jìn)行相干檢測的已知導(dǎo)頻比特（Pilot），發(fā)射功率控制指令(TPC)，反饋信息(FBI)，以及一個可選的傳輸格式組合指示(TFCI)。每個無線鏈路中只有一個DPCCH。圖5-6中的參數(shù)k決定了每個上行DPDCH/DPCCH時隙的比特數(shù)。它與物理信道的擴(kuò)頻因子SF有關(guān)，SF=256/2k。DPDCH的擴(kuò)頻因子的變化范圍為256到4。上行DPCCH的擴(kuò)頻因子一直等于

16、256，即每個上行DPCCH時隙有10個比特。物理隨機(jī)接入信道用來傳輸RACH。隨機(jī)接入信道的傳輸是基于帶有快速捕獲指示的時隙ALOHA方式。UE可以在一個預(yù)先定義的時間偏置開始傳輸，表示為接入時隙。每兩幀有15個接入時隙，間隔為5120碼片。圖5-7顯示了接入時隙的數(shù)量和它們之間的相互間隔。當(dāng)前小區(qū)中哪個接入時隙的信息可用，是由高層信息給出的。圖5-7 RACH接入時隙數(shù)量和間隔隨機(jī)接入發(fā)射的結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。隨機(jī)接入發(fā)射包括一個或多個長為4096碼片的前綴和一個長為10ms或20ms的消息部分。圖5-8 隨機(jī)接入發(fā)射的結(jié)構(gòu)l RACH前綴部分隨機(jī)接入的前綴部分長度為4096chips,是

17、對長度為16chips的一個特征碼(signature)的256次重復(fù)。總共有16個不同的特征碼。l RACH消息部分圖5-9顯示了隨機(jī)接入的消息部分的結(jié)構(gòu)。10ms的消息被分作15個時隙，每個時隙的長度為Tslot=2560chips。每個時隙包括兩部分，一個是數(shù)據(jù)部分，RACH傳輸信道映射到這部分；另一個是控制部分，用來傳輸層1控制信息。數(shù)據(jù)和控制部分是并行發(fā)射傳輸?shù)摹Ｒ粋€10ms消息部分由一個無線幀組成，而一個20ms的消息部分是由兩個連續(xù)的10ms無線幀組成。消息部分的長度可以由使用的特征碼和/或接入時隙決定，這是由高層配置的。數(shù)據(jù)部分包括10*2k個比特，其中k=0,1,2,3。對消

18、息數(shù)據(jù)部分來說分別對應(yīng)著擴(kuò)頻因子為256，128，64和32?？刂撇糠职?個已知的導(dǎo)頻比特，用來支持用于相干檢測的信道估計，以及2個TFCI比特，對消息控制部分來說這對應(yīng)于擴(kuò)頻因子為256。在隨機(jī)接入消息中TFCI比特的總數(shù)為15*2=30比特。TFCI值對應(yīng)于當(dāng)前隨機(jī)接入消息的一個特定的傳輸格式。在PRACH消息部分長度為20ms的情況下，TFCI將在第2個無線幀中重復(fù)。圖5-9 隨機(jī)接入消息部分的結(jié)構(gòu)物理公共分組信道(PCPCH)用于傳輸CPCH。l CPCH傳輸結(jié)構(gòu)CPCH的傳輸是基于帶有快速捕獲指示的DSMA-CD(Digital Sense Multiple Access-Coll

19、ision Detection)方法。UE可在一些預(yù)先定義的與當(dāng)前小區(qū)接收到的BCH的幀邊界相對的時間偏置處開始傳輸。接入時隙的定時和結(jié)構(gòu)與RACH相同。CPCH隨機(jī)接入傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖5-10所示。CPCH隨機(jī)接入傳輸包括一個或多個長為4096chips的接入前綴A-P，一個長為4096chips的沖突檢測前綴(CD-P)，一個長度為0時隙或8時隙的DPCCH功率控制前綴(PC-P)和一個可變長度為Nx10ms的消息部分。圖5-10 CPCH隨機(jī)接入傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)l CPCH接入前綴部分與RACH前綴部分類似。這里使用了RACH前綴的特征序列，但使用的數(shù)量要比RACH前綴少。擾碼的選擇為組成RAC

20、H前綴擾碼的Gold碼中一個不同的碼段，也可在共享特征碼的情況下使用相同的擾碼。l CPCH沖突檢測前綴部分與RACH前綴部分類似。使用了RACH前綴特征序列。擾碼的選擇為組成RACH和CPCH前綴擾碼的Gold碼中一個不同的碼段。l CPCH功率控制前綴部分功率控制前綴部分叫做CPCH 功率控制前綴 (PC-P) 部分。功率控制前綴長度是一個高層參數(shù)，Lpc-preamble，可以是0或8時隙l CPCH消息部分圖5-11顯示了上行公共分組物理信道的幀結(jié)構(gòu)。每幀長為10ms，被分成15個時隙，每一個時隙長度為T slot = 2560 chips，等于一個功率控制周期。圖5-11 上行PCP

21、CH的數(shù)據(jù)和控制部分的幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)部分包括10*2k個比特，這里k=0,1,2,3,4,5,6分別對應(yīng)于擴(kuò)頻因子256, 128, 64, 32, 16, 8和4。每個消息包括最多N_Max_frames個10ms的幀。N_Max_frames為一個高層參數(shù)。每個10ms幀分成15個時隙，每個時隙長度為Tslot=2560 chips。每個時隙包括兩個部分，用來傳輸高層信息的數(shù)據(jù)部分和層1控制信息的控制部分。數(shù)據(jù)和控制部分是并行發(fā)射的。CPCH消息部分的控制部分?jǐn)U頻因子為256?？刂菩畔ⅲ―PCCH）包括支持信道估計以進(jìn)行相干檢測的已知導(dǎo)頻比特（Pilot），發(fā)射功率控制指令(TPC)，反饋信息

22、(FBI)，以及一個可選的傳輸格式組合指示(TFCI)。5.4.3 下行物理信道結(jié)構(gòu)只有一種類型的下行專用物理信道，即下行專用物理信道(下行DPCH)。在一個下行DPCH內(nèi)，專用數(shù)據(jù)在層2以及更高層產(chǎn)生，即專用傳輸信道(DCH)，是與層1產(chǎn)生的控制信息(包括已知的導(dǎo)頻比特，TPC指令和一個可選的TFCI)以時間復(fù)用的方式進(jìn)行傳輸發(fā)射的。因此下行DPCH可看作是一個下行DPDCH和下行DPCCH的時間復(fù)用。圖5-12顯示了下行DPCH的幀結(jié)構(gòu)。每個長10ms的幀被分成15個時隙，每個時隙長為Tslot=2560 chips，對應(yīng)于一個功率控制周期。 圖5-12 下行DPCH的幀結(jié)構(gòu)圖5-12中的

23、參數(shù)k確定了每個下行DPCH時隙的總的比特數(shù)。它與物理信道的擴(kuò)頻因子有關(guān)，即SF= 512/2k。因此擴(kuò)頻因子的變化范圍為512到4。有兩種類型的下行專用物理信道；包括TFCI的(如用于一些同時發(fā)生的業(yè)務(wù)的)和那些不包括TFCI的(如用于固定速率業(yè)務(wù)的)。DL-DPCCH(消息控制部分)的擴(kuò)頻因子為512。圖5-13顯示了CPCH的DL-DPCCH的幀結(jié)構(gòu)。圖5-13 CPCH的下行DPCCH的幀結(jié)構(gòu)CPCH的DL-DPCCH由已知的導(dǎo)頻比特，TFCI，TPC命令和CPCH控制命令（CCC）組成。CPCH控制命令用于支持CPCH信令。有兩種類型的CPCH控制命令：層1控制命令，例如消息開始指示

24、；和高層控制命令，例如緊急停止命令。CPICH為固定速率(30 kbps, SF=256)的下行物理信道，用于傳輸預(yù)定義的比特/符號序列。圖5-14顯示了CPICH的幀結(jié)構(gòu)。圖5-14 用于公共導(dǎo)頻信道的幀結(jié)構(gòu)在小區(qū)的任意一個下行信道上使用發(fā)射分集(開環(huán)或閉環(huán))時，兩個天線使用相同的信道化碼和擾碼來發(fā)射CPICH。在這種情況下，對天線1和天線2來說，預(yù)定義的符號序列是不同的，見圖5-15。在沒有發(fā)射分集時，則使用圖中的天線1的符號序列。圖5-15 用于公共導(dǎo)頻信道的調(diào)制模式 (with A = 1+j)有兩種類型的公共導(dǎo)頻信道，基本和輔助CPICH。它們的用途不同，區(qū)別僅限于物理特性。l 基本

25、公共導(dǎo)頻信道（P-CPICH）基本公共導(dǎo)頻信道（P-CPICH）有以下特性：此信道總是使用同一個信道化碼用基本擾碼進(jìn)行擾碼每個小區(qū)有且僅有一個CPICH在整個小區(qū)內(nèi)進(jìn)行廣播基本CPICH是下面各個下行信道的相位基準(zhǔn)：SCH、基本CCPCH、AICH和PICH?；綜PICH也是所有其它下行物理信道的缺省相位基準(zhǔn)。l 輔助公共導(dǎo)頻信道(S-CPICH)輔助公共導(dǎo)頻信道有以下特性：可使用SF256的信道化碼中的任一個可用基本或輔助擾碼進(jìn)行擾碼每個小區(qū)可有0、1或多個輔助CPICH可以在全小區(qū)或在小區(qū)的一部分進(jìn)行發(fā)射輔助CPICH可以是輔助CCPCH和下行DPCH的基準(zhǔn)。如果是這種情況，則是通過高層

26、信令來通知UE的?；綜CPCH為一個固定速率(30kbps, SF=256)的下行物理信道，用于傳輸BCH。圖5-16顯示了基本CCPCH的幀結(jié)構(gòu)。與下行DPCH的幀結(jié)構(gòu)的不同之處在于沒有TPC指令，沒有TFCI，也沒有導(dǎo)頻比特。在每個時隙的第一個256 chips內(nèi)，基本CCPCH不進(jìn)行發(fā)射。反過來，在此段時間內(nèi)，將發(fā)射基本SCH和輔助SCH。圖5-16 基本公共控制物理信道的幀結(jié)構(gòu)當(dāng)在UTRAN中使用分集天線，且使用開環(huán)發(fā)射分集來傳輸P-CCPCH時，P-CCPCH的數(shù)據(jù)部分是經(jīng)過STTD編碼的。除了時隙14外的偶數(shù)時隙的最后兩個數(shù)據(jù)比特和下一個時隙的最前兩個數(shù)據(jù)比特一起進(jìn)行STTD編碼

27、。時隙14的最后兩個比特是不進(jìn)行STTD編碼的，而是以相同的功率從兩個天線發(fā)射，參見圖5-17。高層信令決定P-CCPCH是否進(jìn)行STTD編碼。另外，通過調(diào)制SCH，高層信令還指出了在P-CCPCH上STTD編碼是否存在。在上電及小區(qū)間進(jìn)行切換期間，通過接收高層消息、解調(diào)SCH或通過這兩種方案的組合，UE可確定在P-CCPCH上是否存在STTD編碼。圖5-17 P-CCPCH的數(shù)據(jù)符號的STTD編碼輔助CCPCH用于傳輸FACH和PCH。有兩種類型的輔助CCPCH：包括TFCI的和不包括TFCI的。是否傳輸TFCI是由UTRAN來確定的，因此對所有的UEs來說，支持TFCI的使用是必須的?？赡?/p>

28、的速率集與下行DPCH相同。輔助CCPCH的幀結(jié)構(gòu)見圖5-18。圖5-18 輔助CCPCH的幀結(jié)構(gòu)圖5-18中參數(shù)k確定了每個下行輔助CCPCH時隙的總比特數(shù)。它與物理信道的擴(kuò)頻因子SF有關(guān)，SF= 256/2k。擴(kuò)頻因子SF的范圍為256至4。FACH和PCH可以映射到相同的或不同的輔助CCPCHs。如果FACH和PCH映射到相同的輔助CCPCH，它們可以映射到同一幀。CCPCH和一個下行專用物理信道的主要區(qū)別在于CCPCH不是內(nèi)環(huán)功率控制的?；竞洼o助CCPCH的主要的區(qū)別在于基本CCPCH是一個預(yù)先定義的固定速率而輔助CCPCH可以通過包含TFCI來支持可變速率。更進(jìn)一步講，基本CCPC

29、H是在整個小區(qū)內(nèi)連續(xù)發(fā)射的而輔助CCPCH可以采用與專用物理信道相同的方式以一個窄瓣波束的形式來發(fā)射(僅僅對傳輸FACH的輔助CCPCH有效)。同步信道(SCH)是一個用于小區(qū)搜索的下行鏈路信號。SCH包括兩個子信道，基本和輔助SCH?；竞洼o助SCH的10ms無線幀分成15個時隙，每個長為2560碼片。圖5-19表示了SCH無線幀的結(jié)構(gòu)。圖5-19 同步信道(SCH)的結(jié)構(gòu)基本SCH包括一個長為256碼片的調(diào)制碼，基本同步碼(PSC)，圖5-19中用Cp來表示，每個時隙發(fā)射一次。系統(tǒng)中每個小區(qū)的PSC是相同的。輔助SCH重復(fù)發(fā)射一個有15個序列的調(diào)制碼，每個調(diào)制碼長為256chips，輔助同

30、步碼(SSC)，與基本SCH并行進(jìn)行傳輸。在圖18中SSC用csi,k來表示，其中i=0,1,63為擾碼碼組的序號，k=0,1,2,14為時隙號。每個SSC是從長為256的16個不同碼中挑選出來的一個碼。在輔助SCH上的序列表示小區(qū)的下行擾碼屬于哪個碼組。當(dāng)采用發(fā)射分集時采用TSTD方式物理下行共享信道(PDSCH)，用于傳輸下行共享信道(DSCH)。一個PDSCH對應(yīng)于一個PDSCH根信道碼或下面的一個信道碼。PDSCH的分配是在一個無線幀內(nèi)，基于一個單獨(dú)的UE。在一個無線幀內(nèi)，UTRAN可以在相同的PDSCH根信道碼下，基于碼復(fù)用，給不同的UEs分配不同的PDSCHs。在同一個無線幀中，具

31、有相同擴(kuò)頻因子的多個并行的PDSCHs，可以被分配給一個單獨(dú)的UE。這是多碼傳輸?shù)囊粋€特例。在相同的PDSCH根信道碼下的所有的PDSCHs都是幀同步的。在不同的無線幀中，分配給同一個UE的PDSCHs可以有不同的擴(kuò)頻因子。PDSCH的幀和時隙結(jié)構(gòu)如圖5-20所示。圖5-20 PDSCH的幀結(jié)構(gòu)對于每一個無線幀，每一個PDSCH總是與一個下行DPCH隨路。PDSCH與隨路的DPCH并不需要有相同的擴(kuò)頻因子，也不需要幀對齊。在隨路的DPCH的DPCCH部分發(fā)射所有與層1相關(guān)的控制信息，即PDSCH不攜帶任何層1信息。為了告知UE，在DSCH上有數(shù)據(jù)需要解碼，將使用兩種可能的信令方法，或者使用TF

32、CI字段，或使用在隨路的DPCH上攜帶的高層信令。使用基于TFCI的信令方法時，TFCI除了告知UE，PDSCH的信道碼外，還告知UE與PDSCH相關(guān)的瞬時的傳輸格式參數(shù)。在其它情況時，將由高層信令來給出這些信息。尋呼指示信道(PICH)是一個固定速率(SF=256)的物理信道用于傳輸尋呼指示(PI)。PICH總是與一個S-CCPCH隨路，S-CCPCH為一個PCH傳輸信道的映射。圖5-21表示了PICH的幀結(jié)構(gòu)。一個PICH幀長為10ms，包括300個比特(b0, b1, , b299)。其中，288個比特(b0, b1, , b287)用于傳輸尋呼指示。余下的12個比特未用。這部分是為將來

33、可能的使用而保留的。圖5-21 PICH尋呼指示信道的結(jié)構(gòu) (PICH)捕獲指示信道(AICH)是一個用于傳輸捕獲指示(AI) 的物理信道。捕獲指示AIs對應(yīng)于PRACH上的特征碼。圖5-22說明了AICH的結(jié)構(gòu)。AICH由重復(fù)的15個連續(xù)的接入時隙（AS）的序列組成，每個長為5120chips。每個接入時隙由兩部分組成，一個是接入指示（AI）部分，由32個實數(shù)值符號a0, , a31組成，另一部分是持續(xù)1024比特的空閑部分，它不是AICH的正式組成部分。時隙的無發(fā)射部分是為將來CSICH或其它物理信道可能會使用而保留的。AICH信道化的擴(kuò)頻因子是256。AICH的相位參考是基本CPICH。

34、圖5-22 捕獲指示信道（AICH）的幀結(jié)構(gòu)接入前綴捕獲指示信道（AP-AICH）是一個固定速率（SF=256）的用來傳輸CPCH的AP捕獲指示（API）的物理信道。AP捕獲指示API對應(yīng)于UE發(fā)射的AP特征碼。AP-AICH和AICH可以使用相同的或不同的信道碼。AP-AICH的相位參考是基本CPICH。圖5-23中說明了AP-AICH的結(jié)構(gòu)。AP-AICH用一個長為4096chips的部分來發(fā)射AP捕獲指示（API），后面是一個長為1024chips的空閑部分，它不是AP-AICH的正式組成部分。時隙的這個空閑部分是為CSICH或其它物理信道將來可能會使用而保留的。AP-AICH信道化的擴(kuò)

35、頻因子是256。圖5-23 AP 捕獲指示信道(AP-AICH)的結(jié)構(gòu)沖突檢測信道分配指示信道（CD/CA-ICH）是一個固定速率（SF=256）的物理信道。當(dāng)CA不活躍時，用來傳輸CD指示（CDI），或當(dāng)CA活躍時，用來同時傳輸CD指示/CA指示（CDI/CAI）。圖5-24顯示了CD/CA-ICH的結(jié)構(gòu)。CD/CA-ICH和AP-AICH可以使用相同的或不同的信道碼。CD/CA-ICH用一個長為4096chips的部分來發(fā)射CDI/CAI，后面是一個長為1024chips的空閑部分。時隙的這個空閑部分是為CSICH或其它物理信道將來可能會使用而保留的。CD/CA-ICH信道化使用的擴(kuò)頻因子

36、是256。圖5-24 CD/CA 指示信道 (CD/CA-ICH)的結(jié)構(gòu)CPCH狀態(tài)指示信道（CSICH）是一個用于傳輸CPCH狀態(tài)信息的固定速率（SF256）的物理信道。CSICH總是和一個用于發(fā)射CPCHAP-AICH的物理信道相關(guān)聯(lián)，并和此信道使用相同的信道碼和擾碼。圖5-25說明了CSICH的幀結(jié)構(gòu)。CSICH幀由15個連續(xù)的接入時隙（AS）組成，每個AS長度為40比特。每個接入時隙由兩部分組成，一部分是長為4096chips的空閑時刻，另一部分是由8比特b8i,.b8i+7組成的狀態(tài)指示（SI），其中i是接入時隙號。CSICH使用的調(diào)制與PICH相同。CSICH的相位參考也是基本CP

37、ICH。圖5-25 CPCH 狀態(tài)指示信道 (CSICH)的結(jié)構(gòu)5.4.4 傳輸信道到物理信道的映射在UTRAN中，高層生成的數(shù)據(jù)由映射到物理層中不同物理信道的傳輸信道在空中傳送，這就要求物理層具有支持可變速率的傳輸信道來提供寬帶業(yè)務(wù)，并且還能夠幾種業(yè)務(wù)復(fù)用到同一個連接上。一個物理控制信道和一個或多個物理數(shù)據(jù)信道形成一個編碼組合傳輸信道（CCTrCH）在一個給定的連接中可以有多個CCTrCH，但只能有一個物理控制信道。傳輸信道到物理信道的映射關(guān)系如圖5-26所示：圖5-26 傳輸信道導(dǎo)物理信道的映射關(guān)系5.4.5 物理信道的擴(kuò)頻與調(diào)制擴(kuò)頻應(yīng)用在物理信道上。它包括兩個操作。第一個是信道化操作，它

38、將每一個數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換為若干碼片，因此增加了信號的帶寬。每一個數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換的碼片數(shù)稱為擴(kuò)頻因子。第二個是擾碼操作，在此將擾碼加在擴(kuò)頻信號上。在信道化操作時，I路 和 Q路的數(shù)據(jù)符號分別和正交擴(kuò)頻因子相乘。在擾碼操作時，I路 和 Q路的信號再乘以復(fù)數(shù)值的擾碼，在此，I 和Q 分別代表實部和虛部。(1) DPCH圖5-27描述了上行鏈路專用物理信道 DPCCH and DPDCH的擴(kuò)頻原理。用于擴(kuò)頻的二進(jìn)制DPCCH 和 DPDCH信道用實數(shù)序列表示，也就是說二進(jìn)制的"0"映射為實數(shù)+1，二進(jìn)制的"1"映射為實數(shù)-1。DPCCH信道通過信道碼cc 擴(kuò)頻到指定的

39、碼片速率，第n個DPDCH信道DPDCHn通過信道碼cd,n 擴(kuò)頻到指定的碼片速率，一個DPCCH信道和六個并行的DPDCH信道可以同時發(fā)射，也就是說1 £ n £ 6.圖5-27 上行鏈路專用物理信道 DPCCH and DPDCH擴(kuò)頻(2) 信道化之后，實數(shù)值的擴(kuò)頻信號進(jìn)行加重處理，對DPCCH信道用增益因子bc進(jìn)行加重處理，對DPDCH信道用增益因子bd進(jìn)行加重處理；通過加重處理，可以調(diào)整DPCCH和DPDCH的功率配比。PRACHl PRACH 前綴部分PRACH 前綴部分包括復(fù)數(shù)值的碼。l PRACH 消息部分圖5-28描述了PRACH 消息部分?jǐn)U頻和擾碼的原理,

40、 PRACH 消息部分包括數(shù)據(jù)和控制部分。用于擴(kuò)頻的二進(jìn)制數(shù)據(jù)和控制部分用實數(shù)序列表示，也就是說二進(jìn)制的"0"映射為實數(shù)+1，二進(jìn)制的"1"映射為實數(shù)-1。控制部分通過信道碼cc 擴(kuò)頻到指定的碼片速率，數(shù)據(jù)部分通過信道碼cd 擴(kuò)頻到指定的碼片速率。圖5-28 PRACH 消息部分?jǐn)U頻信道化之后，實數(shù)值的擴(kuò)頻信號進(jìn)行加重處理，對數(shù)據(jù)部分用增益因子bd進(jìn)行加重處理，對控制部分用bc增益因子進(jìn)行加重處理。加重處理后，I路和Q路的碼流成為復(fù)數(shù)值的碼流，這個復(fù)數(shù)值的信號再通過復(fù)數(shù)值的Sr-msg,n.碼進(jìn)行擾碼；10 ms的擾碼和無線幀10 m

41、s消息部分對應(yīng)，也就是說第一個擾碼對應(yīng)無線幀消息的開始部分。(3) PCPCHl PCPCH 前綴部分PCPCH前綴部分包括復(fù)數(shù)值的碼。l PCPCH 消息部分圖5-29描述了PCPCH消息部分?jǐn)U頻的原理，與PRACH 消息部分的擴(kuò)頻原理相同。圖5-29 PCPCH 消息部分?jǐn)U頻調(diào)制碼片速率是3.84 Mcps。在上行鏈路,通過擴(kuò)頻產(chǎn)生的復(fù)數(shù)值碼片序列用QPSK方式進(jìn)行調(diào)制,見圖5-30。圖5-30 上行鏈路調(diào)制.圖5-31描述了除了SCH信道以外的所有下行鏈路物理信道的擴(kuò)頻，也就是P-CCPCH、S-CCPCH、CPICH、AICH、PICH、和下行DPCH信道。未擴(kuò)頻的物理信道包括一個實數(shù)

42、值符號的序列。除了AICH信道以外的信道, 符號可以取值+1, -1, 和 0, 這里0代表DTX（非連續(xù)發(fā)射）。每一對連續(xù)的兩個符號在經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后分成I路和Q路。分路原則是偶數(shù)編號的符號分到I路和奇數(shù)編號的符號分到Q路。實數(shù)值的I路和Q路經(jīng)過擴(kuò)頻、相位調(diào)整、相加合并后，就變?yōu)閺?fù)數(shù)值的序列。這個序列經(jīng)過復(fù)數(shù)值的擾碼Sdl,n進(jìn)行加擾處理。圖5-31 除了SCH信道以外的所有下行鏈路物理信道的擴(kuò)頻圖5-31描述了不同的下行鏈路如何進(jìn)行組合。經(jīng)過擴(kuò)頻以后的復(fù)數(shù)值信號（圖5-32中的箭頭S）用加重因子G進(jìn)行加重。復(fù)數(shù)制的P-SCH 和 S-SCH信道，分別用加重因子Gp和 Gs進(jìn)行加重. 所有下行

43、鏈路物理信道進(jìn)行復(fù)數(shù)加組合在一起.圖5-32 SCH 和 P-CCPCH 信道的擴(kuò)頻和調(diào)制調(diào)制碼片速率是3.84 Mcps.在下行鏈路，通過擴(kuò)頻產(chǎn)生的復(fù)數(shù)值碼片用QPSK方式進(jìn)行調(diào)制，見圖5-33圖5-33 下行信道的調(diào)制.5.5 物理層過程5.5.1 同步過程在小區(qū)搜索過程中，UE搜索到一個小區(qū)并確定該小區(qū)的下行擾碼和其公共信道的幀同步。小區(qū)搜索一般分為三步：步驟一：時隙同步在第一步，UE使用SCH的基本同步碼去獲得該小區(qū)的時隙同步。典型的是使用一個匹配濾波器來匹配對所有小區(qū)都為公共的基本同步碼。小區(qū)的時隙定時可由檢測匹配濾波器輸出的波峰值得到。步驟二：幀同步和碼組識別在第二步，UE使用SC

44、H的輔助同步碼去找到幀同步，并對第一步中找到的小區(qū)的碼組進(jìn)行識別。這是通過對收到的信號與所有可能的輔助同步碼序列進(jìn)行相關(guān)得到的，并標(biāo)識出最大相關(guān)值。由于序列的周期移位是唯一的，因此碼組與幀同步一樣，可以被確定下來。步驟三：擾碼識別在第三步，UE確定找到的小區(qū)所使用的確切的基本擾碼?；緮_碼是通過在CPICH上對識別的碼組內(nèi)的所有的碼按符號相關(guān)而得到的。在基本擾碼被識別后，則可檢測到基本CCPCH了。系統(tǒng)和小區(qū)特定的BCH信息也就可以讀取出來了。如果UE已經(jīng)收到了有關(guān)擾碼的信息，那么步驟二和三可以簡化。所有公共物理信道的無線幀定時都可以在小區(qū)搜索完成之后確定。在小區(qū)搜索過程中可以得到P-CCPC

45、H的無線幀定時，然后根據(jù)給出的其它公共物理信道與P-CCPCH的相對定時關(guān)系確定這些信道的定時。在公共信道同步完成后，在業(yè)務(wù)建立及其它相關(guān)過程中，UE可以根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議規(guī)則，完成上行和下行的專用信道同步。5.5.2 尋呼過程終端注冊到網(wǎng)絡(luò)之后，就會分配一個尋呼組中，如果有尋呼信息要發(fā)送任何屬于該尋呼組的終端時，尋呼指示（PI）就會周期性地在尋呼指示信道（PICH）中出現(xiàn)。終端檢測到PI后，會對在S-CCPCH中發(fā)送的下一個PCH幀進(jìn)行譯碼以察看是否有發(fā)送給它的尋呼信息。當(dāng)PI接收指示判決可靠性較低時，終端也需要對PCH進(jìn)行譯碼。尋呼的間隔如圖5-34所示。圖5-34 PICH和PCH的關(guān)系PI

46、出現(xiàn)得越少，將終端從冬眠模式中喚醒的次數(shù)就少，電池的壽命就越長，顯然，折中方案在于對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的呼叫的響應(yīng)時間。但是尋呼指示的間隔增長，并不會電池的壽命無限增長，因為終端在空閑模式時還有其他的任務(wù)需要處理。5.5.3 隨機(jī)接入過程CDMA系統(tǒng)的隨機(jī)接入過程必須要克服遠(yuǎn)近效應(yīng)的問題，因為在初始化傳輸時并不知道發(fā)送所需要的功率值。利用開環(huán)功率控制的原理，根據(jù)接收功率測量得到的絕對功率來設(shè)定發(fā)射功率的值會有很大的不確定性。UTRA的RACH具有以下的操作過程：l 終端對BCH進(jìn)行解碼，找出可用的RACH子信道及擾碼和特征符號；l 終端從可用的接入組隨機(jī)選擇一個RACH子信道，終端還要從可用的特征符號中

47、隨機(jī)地選擇一個特征符號；l 終端測量下行鏈路的功率電平，根據(jù)開環(huán)功率控制算法，設(shè)定上行的RACH初始功率電平；l 在接入前導(dǎo)（Preamble）中發(fā)送選擇的特征碼；l 終端對AICH進(jìn)行解碼，查看基站給的1dB的倍數(shù)步長增加前導(dǎo)的發(fā)射功率，前導(dǎo)將在下一個可用的接入時隙中重新發(fā)送；l 當(dāng)檢測到基站的AICH時，終端開始發(fā)送RACH傳輸?shù)?0ms或20ms的消息部分。 RACH過程如圖5-35所示，其中終端一直發(fā)送前導(dǎo)直到接收到AICH中的確認(rèn)，接著終端開始發(fā)送消息部分。圖5-35 PRACH的前導(dǎo)的功率變化與消息的傳輸在RACH傳輸數(shù)據(jù)時，擴(kuò)頻因子和數(shù)據(jù)速率在幀之間是可變的；這由PRACH中控制

48、部分上的TFCI所指示?？捎玫臄U(kuò)頻因子可以從256到32，因此，RACH中單幀可以有1200個信道符號，根據(jù)信道編碼，這些符號可映射為600或400個比特。對于最大的比特數(shù)目，可達(dá)到的覆蓋范圍小于以最小速率傳輸可達(dá)到的覆蓋范圍，尤其當(dāng)RACH沒有在專用信道中使用宏分集時。5.5.4 CPCH接入過程上行鏈路公共分組信道(CPCH)的操作與RACH相似，主要的區(qū)別在于CPCH還有與PRACH的前導(dǎo)符號結(jié)構(gòu)相似的第一層碰撞檢測（CD）。圖5-36 CPCH信道接入過程為了減少碰撞的發(fā)生和降低干擾，在新版本的協(xié)議中，為CPCH信道新增了CPCH狀態(tài)指示信道（CSICH）。CSICH是一個基站發(fā)射的獨(dú)立信道，它具有指示不同CPCH信道狀態(tài)的指示比特。當(dāng)所有的CSICH信道被占用時，它避免了不必要的接入嘗試，所以它提高了CPCH的吞吐量。只有CSICH信道指示有CPCH空閑可用時，UE才能在上行CPCH信道上發(fā)出隨機(jī)接入前導(dǎo)。l 在終端檢測到AICH之前，CPCH操作與RACH相同，如圖5-36所示 ；l 之后終端會以相同的功率電平發(fā)送具有另一個特征序列的碰撞檢測前導(dǎo)（CD），該特征序列是從給定的特征序列集中隨機(jī)選取的；l 接著，基站會在CD指示信道（CD