移動通信網(wǎng)絡及技術(shù)(第二版)課件：WCDMA系統(tǒng)

WCDMA系統(tǒng)4.1第三代移動通信系統(tǒng)概述4.2WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.3WCDMA空中接口4.4WCDMA空中接口信道4.5WCDMA關(guān)鍵技術(shù)4.1第三代移動通信系統(tǒng)概述

1.?IMT-2000的主要要求

(1)業(yè)務數(shù)據(jù)速率方面。

室內(nèi)：2Mb/s；

手持機：384kb/s；

高速移動：FDD方式—144kb/s，移動速度達到500km/h；TDD方式—144kb/s，移動速度達到120km/h。

(2)業(yè)務質(zhì)量。

數(shù)據(jù)業(yè)務的誤碼率不超過10-3或10-6(根據(jù)具體業(yè)務要求而定)，并可提供高速數(shù)據(jù)、圖像、電視圖像等數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。

(3)兼容性方面具有全球設計范圍內(nèi)的高度兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)多種網(wǎng)絡互聯(lián)，具有從2G向3G過渡的靈活性，以及向未來通信演進的靈活性。IMT-2000業(yè)務應與固定網(wǎng)絡業(yè)務

兼容。

(4)全球無縫覆蓋，移動終端可以連接到地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)，使用方便。

(5)移動終端體積小、重量輕，應具有全球漫游功能。

2.?3G標準化組織機構(gòu)

國際上研究3G標準化的組織主要有3GPP和3GPP2。3GPP主要負責FDD(WCDMA)和TDD(HCRTDD和LCRTDD)技術(shù)的標準化工作，其中HCRTDD為高碼片速率的TDD，指的是TD-CDMA技術(shù)標準，LCRTDD為低碼片速率的TDD，指的是我國提出的TD-SCDMA技術(shù)標準。3GPP2主要負責CDMA2000技術(shù)的標準化工作。

3GPP的標準分為不同版本(Release)，采取整體推進的方式，各版本之間的發(fā)布時間間隔約為1年。目前，3GPP已完

成了R99、R4、R5和R6多個版本，正在制定R7標準。各個Release的發(fā)布體現(xiàn)了3GPP確定的技術(shù)發(fā)展路線。

3GPP2與3GPP組織類似，各國的主要標準化組織也均是3GPP2的項目伙伴。在2GIS-95A/B基礎上發(fā)展到CDMA2000-1X之后，從2000年至2006年，3GPP2在CDMA2000發(fā)展方向及標準的研究主要集中在1X-EV方面(其中，1X表示1個1.25MHz載波，EV意為演進)，包括1X-EV-DO(也稱為高速分組數(shù)據(jù)HRPD)和1X-EV-DV兩大體系和趨勢。其中，1X-EV-DO專門為高速無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務設計，1X-EV-DV系統(tǒng)則能夠提供混合的高速數(shù)據(jù)和語音業(yè)務。

3G標準是一個大家族，由于牽涉到不同國家和企業(yè)的切身利益，因此沒有達到統(tǒng)一的唯一標準，最終ITU批準了五種IMT-2000標準，其中主要的三個標準是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000。

4.2WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2.1WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

WCDMA通信系統(tǒng)也稱為UMTS。整個系統(tǒng)由陸地無線接入網(wǎng)絡(UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，UTRAN)子系統(tǒng)、核心網(wǎng)絡(CoreNetwork，CN)子系統(tǒng)和用戶終端(UserEquipment，UE)設備三部分構(gòu)成，如圖4-2-1所示。

圖4-2-1UMTS網(wǎng)絡系統(tǒng)構(gòu)成示意圖(從3GR99標準角度)

UTRAN子系統(tǒng)為UE提供無線接口，完成與用戶無線接入有關(guān)的所有功能，包括無線信道的分配、釋放、切換、管理等。UTRAN包括多個無線網(wǎng)絡子系統(tǒng)RNS，通過Iu接口與核心網(wǎng)絡子系統(tǒng)CN連接。核心網(wǎng)絡子系統(tǒng)CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的語音呼叫和數(shù)據(jù)連接，并提供外部網(wǎng)絡連接的交換和路由。核心網(wǎng)絡從邏輯上可分為電路交換域(CS)和分組交換域(PS)。CS域是UMTS的電路交換核心網(wǎng)，用于支持電路數(shù)據(jù)業(yè)務，PS域是UMTS的分組業(yè)務核心網(wǎng)，用于支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(GPRS)和一些多媒體業(yè)務；根據(jù)UTRAN連接到核心網(wǎng)絡邏輯域的不同實體，Iu接口可分為Iu-CS和Iu-PS，其中Iu-CS是UTRAN與CS域的接口，Iu-PS是UTRAN與PS域的接口。用戶終端設備UE主要包括射頻處理單元、基帶處理單元、協(xié)議棧模塊以及應用層軟件模塊等。UE通過空中接口Uu與網(wǎng)絡設備進行數(shù)據(jù)交互，為用戶提供電路域和分組域內(nèi)的各種業(yè)務功能，包括普通語音、寬帶語音、移動多媒體、Internet應用等。

3G的UE是一種多模設備，UE由移動設備(MobileEquipment，ME)、2G用戶識別卡SIM及3G手機卡USIM(UMTSSubscribeIdentityModule)等部分組成。其中，ME是一個裸的終端設備，通過它可以完成無線連接，實現(xiàn)應用功能；SIM存儲的是2G用戶的簽約數(shù)據(jù)；USIM存儲的是3G用戶的簽約數(shù)據(jù)。從3GPPR99標準的角度來看，UE和UTRAN的實現(xiàn)采用全新的協(xié)議，其設計基于WCDMA無線技術(shù)。而CN則采用了GSM/GPRS的定義，這有利于實現(xiàn)從2G到3G網(wǎng)絡的平滑過渡。

WCDMA系統(tǒng)的基本技術(shù)參數(shù)如表4-2-1所示。

4.2.2WCDMA陸地無線接入網(wǎng)絡子系統(tǒng)(UTRAN)

1.?RNC

RNC通過Iu接口與核心網(wǎng)絡CN的MSC和SGSN相連接。UE和UTRAN之間的協(xié)議在RNC終結(jié)。RNC可分為SRNC與DRNC。SRNC又稱為服務RNC，它向上終止與核心網(wǎng)聯(lián)接的Iu接口，向下終止Uu接口的第二層；DRNC與SRNC對應，又稱為漂游RNC，它出借資源給SRNC，共同完成無線接入功能，它與SRNC的通信通過Iur接口完成。

(1)?RNC完成以下主要功能：

①提供標準和開放的Iub接口與NodeB相連；

②對與之連接的所有NodeB進行無線資源管理和控制；

③提供標準的、開放的Iur接口與其他RNC相連；

④提供標準的、開放的Iu接口與CN相連，包括Iu-CS和Iu-PS；

⑤支持FDD方式并可以擴充至支持TDD的Uu接口；

⑥可以選擇大容量的ATM交換功能，提供多種中繼接口如E1和STM-1；

⑦支持多種業(yè)務包括電路數(shù)據(jù)業(yè)務、分組數(shù)據(jù)業(yè)務和多媒體業(yè)務；

⑧支持最高用戶數(shù)據(jù)速率為2Mb/s的電路數(shù)據(jù)業(yè)務與分組數(shù)據(jù)業(yè)務的處理與傳輸。

(2)典型RNC設備的邏輯結(jié)構(gòu)。圖4-2-2所示為典型RNC設備的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，主要包括交換子系統(tǒng)、業(yè)務處理子系統(tǒng)和操作維護子系統(tǒng)。交換子系統(tǒng)和業(yè)務處理子系統(tǒng)統(tǒng)稱為主機系統(tǒng)。圖4-2-2典型RNC設備的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

①交換子系統(tǒng)。交換子系統(tǒng)主要由交換插框完成，它實現(xiàn)設備內(nèi)部交換功能，并完成Iu-PS用戶面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡層處理。對外可提供Iu-CS、Iu-PS、Iu-BC、Iur和Iub的高速STM-1光接口(其中Iu接口還可以提供STM-4光接口)，采用ATMPVC(PermanentVirtualCircuit)傳輸。

②業(yè)務處理子系統(tǒng)。業(yè)務處理子系統(tǒng)主要由業(yè)務插框完成，它是基本業(yè)務處理模塊，主要完成3GPP中RNC相關(guān)協(xié)議功能，包括宏分集合并、幀處理、Uu接口層2處理，以及呼叫控制、切換、功率控制等無線資源管理。同時可提供Iu-CS、Iu-PS、Iu-BC、Iur和Iub接口的低速傳輸端口(E1/T1)。

③操作維護子系統(tǒng)。操作維護子系統(tǒng)由FAM、主用BAM(BackAdministrationModule)服務器、備用BAM服務器、LMT(LocalMaintenanceTerminal)、LANSwitch、告警箱等組成，主要完成故障管理、配置管理、安全管理、測試管理、狀態(tài)監(jiān)測、消息跟蹤等操作維護功能。操作維護子系統(tǒng)同時提供到集中網(wǎng)管M2000的接口。

2.?NodeB

NodeB完成的主要功能有執(zhí)行宏分集的分集/組合和軟切換；傳輸信道復用及碼組合傳輸信道解復用；傳輸信道到物理信道的速率匹配；傳輸信道到物理信道的映射；物理信道功率加權(quán)/合成；傳輸信道錯誤檢測；傳輸信道FEC編解碼；擴頻調(diào)制；頻率和時間同步(包括碼片同步、比特同步、時隙同步和幀同步)；RF處理；內(nèi)環(huán)功控；測量并提供給高層(FER、SIR)、干擾功率和發(fā)射功率等測量信息；參與無線資源管理等。

NodeB由下列幾個邏輯功能模塊構(gòu)成：多載波功放、TRX收發(fā)信機、基帶處理、傳輸接口單元、主控制單元等，

如圖4-2-3所示。圖4-2-3NodeB的邏輯組成原圖

3.接入網(wǎng)接口

接入網(wǎng)接口包含Iub、Iur、Iu三大接口，分別用于NodeB和RNC、RNC和RNC、RNC和CN之間的互連，并支持業(yè)務數(shù)據(jù)流和信令流在其上的傳輸。

與GSM不同，接入網(wǎng)接口都是開放的接口，它在協(xié)議結(jié)構(gòu)上分為無線網(wǎng)絡層和傳輸網(wǎng)絡層。無線網(wǎng)絡層實現(xiàn)所有與WCDMA無線接入網(wǎng)絡相關(guān)的功能，傳輸網(wǎng)絡層實現(xiàn)一種標準傳輸技術(shù)，與無線網(wǎng)絡層特定功能無關(guān)。

1)?Iub接口

Iub為RNC和NodeB之間的開放接口，控制面應用協(xié)議是NBAP，用戶面處理協(xié)議為Iub-FP。

Iub接口在WCDMA無線接入網(wǎng)中的地位類似于GSMBSS中的Abis口，它實現(xiàn)如下功能：Iub接口傳輸資源管理；NodeB邏輯操作維護；特定操作維護傳輸?shù)膶崿F(xiàn)；系統(tǒng)信息管理；公共信道傳輸管理；專用信道傳輸管理；共享信道傳輸管理；定時與同步管理。

NBAP協(xié)議由一組為完成以上功能而設計的RNC與NodeB之間消息交互流程組成。Iub-FP協(xié)議是一種數(shù)據(jù)傳輸幀協(xié)議。該協(xié)議按空中接口(Uu)的傳輸時間間隔(TTI)將傳輸信道上數(shù)據(jù)塊組幀，由傳輸網(wǎng)絡層傳輸?shù)絀ub接口的對端，或從傳輸網(wǎng)絡層接收數(shù)據(jù)幀，按協(xié)議規(guī)范幀為傳輸塊。

2)?Iu接口

Iu為RNC和CN之間的開放接口，控制面應用協(xié)議是RANAP，用戶面處理協(xié)議為Iu-UP。Iu接口包括兩個域：Iu-CS和Iu-PS。Iu-CS域連接RNC和CN的電路域，為電路數(shù)據(jù)業(yè)務如語音、ISDN數(shù)據(jù)業(yè)務提供傳輸承載；Iu-PS為RNC與CN之間的分組數(shù)據(jù)業(yè)務如IP、X.25等提供傳輸承載。

Iu接口在WCDMA無線接入網(wǎng)中的地位類似于GSM中的A接口，它具有如下功能：無線接入承載(RAB)管理；無線資源管理；速率適配；Iu鏈路管理；Iu用戶面管理；移動性管理；安全性管理；業(yè)務及網(wǎng)絡接入功能。

3)?Iur接口

在WCDMA無線接入網(wǎng)中引入一個開放的接口(Iur)的主要目的，是當一個與網(wǎng)絡處于連接態(tài)的UE在不同小區(qū)(可以屬于不同RNC)之間移動時，由無線接入網(wǎng)絡(多個RNS組成)通過該接口傳遞信令和數(shù)據(jù)來跟蹤和保持該UE的各種信息(UE上下文)和數(shù)據(jù)通路，而不是頻繁地由UE和CN重新建立連接，即CN盡可能只關(guān)心業(yè)務本身而不關(guān)心UE在無線接入網(wǎng)中的位置。4.2.3WCDMA核心網(wǎng)的演進

1.?R99網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及接口

圖4-2-4是R99的基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)(包括CS域和PS域)，圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。圖4-2-4R99網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

1)?CS域和PS域共用的功能實體

HLR：完成移動用戶的數(shù)據(jù)管理和位置信息管理。

VLR：處理當前用戶的各種數(shù)據(jù)信息。

AUC：存儲用戶的鑒權(quán)信息(密鑰)。

EIR：存儲用戶的IMEI信息。

2)?CS域功能實體

MSC：完成電路交換型業(yè)務的交換功能和信令控制功能。

GMSC：在某一個網(wǎng)絡中完成移動用戶路由尋址功能的MSC。GSMC可以與MSC合設，也可分設。

IWF：與MSC緊密相關(guān)的一個功能實體，完成PLMN網(wǎng)絡與ISDN、PSTN、PDN網(wǎng)絡之間的互通(主要完成信令轉(zhuǎn)換功能)，其具體功能可以根據(jù)業(yè)務和網(wǎng)絡種類的不同進行規(guī)定。

3)?PS域功能實體

GSN(SGSN、GGSN)：完成分組業(yè)務用戶的分組包的傳送，包括存儲用戶的簽約信息和位置信息。

BG：完成兩個GPRS網(wǎng)絡之間的互通，保證網(wǎng)絡互通的安全性。

R99中核心網(wǎng)的接口協(xié)議詳細說明可查閱3GPP規(guī)范的08、23、29系列標準。

2.?R4網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及接口

圖4-2-5是R4版本的PLMN基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。關(guān)于Nb、Mc和Nc等接口的標準包括在23.205和29系列的技術(shù)規(guī)范中。

在實際應用中，一些功能可能會結(jié)合到同一個物理實體中，如MSC/VLR、HLR/AuC等，使得某些接口成為內(nèi)部接口。

圖4-2-5R4網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

(1)?MSC根據(jù)需要可分成兩個不同的實體：?MSC服務

器(MSCServer，僅用于處理信令)和電路交換媒體網(wǎng)關(guān)(CS-MGW，用于處理用戶數(shù)據(jù))。MSCServer和CS-MGW共同完

成MSC功能。對應的GMSC也分成GMSCServer和CS-MGW。

①?MSC服務器(MSCServer)。MSCServer主要由MSC的呼叫控制和移動控制組成，負責完成CS域的呼叫處理等功能。MSCServer終接用戶—網(wǎng)絡信令，并將其轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡—網(wǎng)絡信令。MSCServer也可包含VLR，以處理移動用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)和漫游等相關(guān)數(shù)據(jù)。MSCServer可通過接口控制CS-MGW中媒體通道的關(guān)于連接控制的部分呼叫狀態(tài)。

②媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)。MGW是PSTN/PLMN的傳輸終接點，并且通過Iu接口連接核心網(wǎng)和UTRAN。MGW可以是從電路交換網(wǎng)絡來的承載通道的終接點，也可是分組網(wǎng)來的媒體流(例如，IP網(wǎng)中的RTP流)的終接點。

③?GMSC服務器(GMSCServer)。GMSCServer主要由GMSC的呼叫控制和移動控制組成。

(2)?HLR可更新為歸屬位置服務器(HSS)。

(3)?R4新增一個實體，即漫游信令網(wǎng)關(guān)(R-SGW)。在基于No.7信令的R4之前的網(wǎng)絡和基于IP傳輸信令的R99之后的網(wǎng)絡之間，R-SGW完成傳輸層信令的雙向轉(zhuǎn)換(SigtranSCTP/IP對No.7MTP)。R-SGW不對MAP/CAP消息進行翻譯，但對SCCP層之下的消息進行翻譯，以保證信令能夠正確傳送。為支持R4版本之前的CS終端，R-SGW實現(xiàn)不同版本網(wǎng)絡中MAP-E和MAP-G消息的正確互通。也就是保證R4網(wǎng)絡實體中基于IP傳輸?shù)腗AP消息，與MSC/VLR(R4版本前)中基于No.7傳輸?shù)腗AP消息能夠互通。圖4-2-5中，T-SGW是在具有HSS時才有的，而HSS在R4中不是必需的。

3.?R5網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及接口

圖4-2-6是R5版本的PLMN基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。R5版本不但在核心網(wǎng)絡實現(xiàn)IP，在無線接入部分也引入IP。使用IPV6協(xié)議作為基本的IP承載協(xié)議。為適應IP多媒體業(yè)務的出現(xiàn)，新增IPM子域。引入大量新的功能實體，可連接多種無線接入技術(shù)(UTRAN、ERAN)。圖4-2-6R5的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖圖4-2-7是RS版本的IMS基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，主要表示的是IMS域的功能實體和接口。圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。圖4-2-7R5的IMS網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

1)歸屬位置服務器(HSS)

當網(wǎng)絡具有IM子系統(tǒng)時，需要利用HSS替代HLR。

HSS是網(wǎng)絡中移動用戶的主數(shù)據(jù)庫，存儲有支持網(wǎng)絡實體完成呼叫/會話處理相關(guān)的業(yè)務信息。例如，HSS通過進行鑒權(quán)、授權(quán)、名稱/地址解析、位置依賴等，以支持呼叫控制服務器能順利完成漫游/路由等流程。

2)呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)

CSCF的功能形式有：ProxyCSCF(P-CSCF)、ServingCSCF(S-CSCF)或InterrogatingCSCF(I-CSCF)。其中：P-CSCF是UE在IM子系統(tǒng)中的第一個接入點；S-CSCF用于處理網(wǎng)絡中的會話狀態(tài)；I-CSCF主要是在運營網(wǎng)內(nèi)的，連接到該網(wǎng)內(nèi)一個用戶的所有連接點。

(1)?ICGW(入呼網(wǎng)關(guān)，在I-CSCF中實現(xiàn))。作為第一個接入點，完成入呼的路由功能；入呼業(yè)務的觸發(fā)(如呼叫的顯示/呼叫的無條件轉(zhuǎn)發(fā))；地址的查詢處理；與HSS通信。

(2)?CCF(呼叫控制功能，在S-CSCF中實現(xiàn))。呼叫的建立/終結(jié)與狀態(tài)/事件的管理；與MRF交互支持多方或其他業(yè)務；用于計費、審核、監(jiān)聽等所有事件的上報；接收與處理應用層的登記；地址的查詢處理；向應用與業(yè)務網(wǎng)絡(VHE/OSA)提供業(yè)務觸發(fā)機制(ServiceCapabilitiesFeatures)；可向服務網(wǎng)絡觸發(fā)位置業(yè)務；檢查呼出的權(quán)限。

(3)?SPD(業(yè)務描述數(shù)據(jù)庫)。與歸屬網(wǎng)絡的HSS交互獲取IM域的用戶簽約信息，并可根據(jù)與歸屬網(wǎng)絡簽定的SLA將簽約數(shù)據(jù)存儲；通知歸屬網(wǎng)絡最初的用戶接入(包括CSCF的信令傳輸?shù)刂?，用戶的ID等)；緩存接入的相關(guān)信息。

(4)?AH(尋址處理)。分析、轉(zhuǎn)換、修改、映射地址；網(wǎng)絡之間互聯(lián)路由的地址處理。

4)?IP多媒體-媒體網(wǎng)關(guān)(IM-MGW)

IM-MGW是由電路交換網(wǎng)絡來的承載通道和由組網(wǎng)的媒體流的終接點。IM-MGW可支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制和有效載荷處理(例如，多媒體數(shù)字信號編解碼器、回音消除器、會議橋等)。

IM-MGW的主要功能與MGCF、MSC服務器和GMSC服務器相連，進行資源控制；擁有并使用如回音消除器等資源；可能需要具有多媒體數(shù)字信號編解碼器。

CS-MGW可具有必要的資源以支持UMTS/GSM傳輸媒體。進一步，可要求H.248裁剪器支持附加的多媒體數(shù)字信號編解碼器和成幀協(xié)議等。

5)信令傳輸網(wǎng)關(guān)功能(T-SGW)

T-SGW完成將來自或去向PSTN/PLMN的呼叫相關(guān)的信令映射為IP承載，并將它發(fā)送到MSGCF或從MGCF接收。但必須提供PSTN/PLMNIP的傳輸層的地址映射。

6)多媒體資源功能(MRF)

MRF完成多方呼叫與多媒體會議功能，與H.323的MCU功能相同。在多方呼叫與多媒體會議中負責承載控制(與GGSN和IM-MGW一起完成)。而且，MRF與CSCF通信可完成多方呼叫與多媒體會話中的業(yè)務確認功能。

4.3WCDMA空中接口

4.3.1空中接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)

圖4-3-1顯示的是從UE角度所看到的空中接口協(xié)議層結(jié)構(gòu)圖。UMTS將空中接口的協(xié)議層分為兩個層面：接入層面(AccessStratum)和非接入層面(Non-AccessStratum)。其中，接入層面就是移動臺和UTRAN網(wǎng)絡對話所應用到的層面，而非接入層面是移動臺和核心網(wǎng)之間的對話透明通過的接入層面。

圖4-3-1空中接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)圖協(xié)議層上層將其分成兩個平面，即控制平面和用戶平面。控制平面處理信令，無論是系統(tǒng)內(nèi)還是系統(tǒng)間的信令，都位于控制平面；而用戶平面定義的是業(yè)務信息的傳遞。作為用戶平面來說，在空中接口上無非有兩類——數(shù)據(jù)和話音。對于話音業(yè)務，通過上層AMR協(xié)議層的編碼，直接利用底層的承載進行發(fā)射。對于數(shù)據(jù)業(yè)務，不同數(shù)據(jù)的應用選擇合適的網(wǎng)絡層，再選擇合適的傳輸層，作傳輸承載，其中的分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議PDCP(PacketDataConvergenceProtocol)(可選)只位于用戶平面，只針對數(shù)據(jù)業(yè)務，完成數(shù)據(jù)包頭和數(shù)據(jù)段的壓縮。用戶平面的BMC稱為廣播、組播業(yè)務控制協(xié)議?？刂破矫娴纳蠈油ǔ７Q為層3消息，該層消息一部分屬于接入層面，另一部分屬于非接入層面(移動臺與核心網(wǎng)對話)。在非接入層面的協(xié)議有MM(移動性管理，如位置登記、與切換過程有關(guān)的消息)、CC(呼叫建立，如呼叫建立、服務申請)和CM等，這部分協(xié)議與GSM完全一樣。在接入層面，UTRAN網(wǎng)絡接入層的核心就是RRC層的模塊協(xié)議。

RRC層位于RNC，是移動臺和RNC之間的對話。RRC層功能包括無線資源管理和分配、CAC算法、QoS映射、無線承載的分配、安全性功能等。這些功能的控制全在RRC層，RRC同層的對話是與移動臺的對話；不同層之間，由RRC完成對RLC、MAC層以及物理的傳輸子層的控制。

RLC層在RRC層控制下完成上層的應用到邏輯信道的映射，RLC可以區(qū)分上層控制層面或用戶層面的不同信息，映射到不同的邏輯信道上。換言之，RLC層可以根據(jù)上層不同的邏輯消息來添加不同的RLC的字頭(Header)，選擇合適的RLC層工作模式。

MAC層同樣需在RRC層控制下完成從邏輯信道到傳輸信道的映射，MAC會選擇不同類的邏輯消息再映射到不同類的傳輸信道。由于映射的傳輸信道的不同，MAC所添加的字頭也是不一樣的。需強調(diào)的是，它只是映射到傳輸信道的類別上，并不完成傳輸信道的處理，也就是整個基帶信號的處理并非在MAC層完成。物理層(PHY)包含兩個子層，分別稱為傳輸子層和物理子層。傳輸子層的功能就是完成基帶信號的處理，傳輸信道的執(zhí)行是由傳輸子層來完成的。通過傳輸子層完成處理之后，信息將會被映射到物理信道上，在物理子層完成擴頻和加擾，這樣就完成了從傳輸信道向物理信道的映射。不論何層的映射都由RRC層來控制。

2.?RRC層的主要功能

(1)?RRC連接管理(RRCconnectionmanagement)。移動臺向系統(tǒng)提出接入請求，需要完成RRC連接建立過程。在RRC連接建立過程前要完成開環(huán)功控，RRC連接建立實際上是移動臺和RNC之間的對話，RRC連接建立的標志是由RNC分配給移動臺的24位臨時識別符將會在RRC連接建立響應消息中發(fā)送給移動臺。

(2)無線承載管理(RadioBearermanagement)。RNC接收來自核心網(wǎng)的無線訪問承載請求，根據(jù)QoS的請求，與RNC內(nèi)部的業(yè)務模板進行匹配，然后完成無線承載的分配。涉及到如吞吐量、QoS、傳輸信道等的描述。

(3)無線資源管理(RadioResourcemanagement)。無線資源管理包括碼字、POWER的分配，無論是RRC建立初期的資源分配還是移動臺處于業(yè)務通信狀態(tài)下資源的分配，都是由RRC來控制的。在分配無線資源時，首先是移動臺提出請求到RNC，RNC在分配無線信道之前，要激活基站中的資源，在得到正證實后，才可以為移動臺分配資源；如果基站給予RNC負證實或響應超時，將被視為連接失敗。

(4)尋呼/事件報告的發(fā)送(Paging/Notification)。在GSM中，尋呼請求(request)是由MSC觸發(fā)的。UTRAN中也是由核心網(wǎng)來觸發(fā)的，而RNC中的尋呼功能是指RNC作為尋呼的執(zhí)行，完成來自核心網(wǎng)的尋呼請求。由RNC控制無線尋呼的過程，也就是無線尋呼信道的控制算法。所以與GSM相同，無線有無線的尋呼控制，核心網(wǎng)有核心網(wǎng)的尋呼控制。

(5)信息廣播(Broadcastingofinformation)。RNC與OMC通信，將系統(tǒng)信息通過空中接口向移動臺發(fā)送。

(6)測量報告管理(Measurementreportingmanagement)。移動臺和基站發(fā)送上來的測量報告都是以Ec/Io為參考的。由RNC的RRC層完成對測量報告的處理，根據(jù)測量報告完成一些過程如開環(huán)功控、閉環(huán)功控、切換等。

(7)功率控制管理(Powercontrolmanagement)。功率控制管理指的是外環(huán)功控的管理，計算SIR目標值，由RRC層實現(xiàn)SIR目標值算法的啟動。

(8)加密管理(Cipheringmanagement)。加密的執(zhí)行不是RRC的功能，加密的對象是RLC、MAC層的塊(傳輸層的塊)。這里的加密管理指的是由RRC控制加密的執(zhí)行，決定由誰來完成，也就是RRC層提供加密參數(shù)，將加密參數(shù)送往RLC層和MAC層并由傳輸層執(zhí)行。

(9)路由(Routing)。路由高層的協(xié)議單元為PDU。RRC層的上層有不同類型的各種高層協(xié)議數(shù)據(jù)單元，RRC將根據(jù)不同的數(shù)據(jù)單元路由到相應的不同底層，指的只是協(xié)議內(nèi)部的功能。

(10)完整性管理(Integritymanagement)。完整性管理屬于加密過程，是對信令消息的完整性進行驗證。信令消息無論是接收還是發(fā)送都要獲得完整性key(IK)參數(shù)，IK是由鑒權(quán)中心產(chǎn)生的鑒權(quán)五元組之一。IK與發(fā)送方向、發(fā)送幀號、隨機號經(jīng)過F9算法產(chǎn)生一個比特序列，稱為MAC-I。MAC-I對MAP層消息進行封裝，在空中接口發(fā)送至接收端，接收端將首先判定接收的MAC-I與自己產(chǎn)生的MAP-I序列是否相同，如果一致則對信令消息進行處理，如不一致，則認為該信令消息的完整性被破壞，信令消息非法，直接丟棄不作處理。

3.?RRC在呼叫過程中的應用

在UE沒有專用信道資源的情況下，它需要讀取小區(qū)的廣播信道和尋呼信道，系統(tǒng)消息廣播和尋呼都是RRC實現(xiàn)的功能。因為每個小區(qū)的系統(tǒng)消息廣播使用的信道的信道碼都是固定的，而且系統(tǒng)消息會通過廣播信道周期性的廣播，所以UE就可以讀取小區(qū)中特定的系統(tǒng)廣播信息了，小區(qū)的系統(tǒng)廣播信息中有些內(nèi)容是專門和接入所使用的公共信道相關(guān)的。因為空中接口的資源非常有限，在空閑狀態(tài)下，系統(tǒng)不可能給每個用戶都預留專用信道資源，所以最初UE是沒有準予信道資源的，UE只能通過公共信道來要求系統(tǒng)給它分配專用信道資源。通過上行公共信道上的RRC消息，UE就可以和網(wǎng)絡側(cè)(SRNC)通信了，如果這時SRNC決定給UE分配專用信道，它就可以通過下行的公共信道告知專用信道(SRB)的相關(guān)參數(shù)，這樣兩者就可以通過SRB(映射到專用控制信道DCCH)進行信令交互了。4.3.3RLC層

1.?RLC的主要功能

(1)對數(shù)據(jù)進行分段、重組和填充；

(2)用戶數(shù)據(jù)的傳輸；

(3)使用不同的傳輸模式進行差錯糾正；

(4)順序傳遞高層PDU、數(shù)據(jù)重復檢測；

(5)流量控制；

(6)協(xié)議錯誤檢測和恢復；

(7)服務質(zhì)量的設定；

(8)對于不可恢復的錯誤提供報錯功能。

2.?RLC層的工作模式

RLC(RadioLinkControl)層對上層的邏輯消息進行處理，接收RRC層的控制，選擇合適的傳輸模式是比較重要的。RLC層的工作模式一共有三種，分別稱為透明傳輸模式(Transparent)、非確認模式(Unacknowledged)和確認模式(Acknowledged)。當RLC工作于透明模式時，上層消息透明穿過RLC層到達MAC層，沒有任何的RLC層字頭的添加，在RLC層不作任何處理，適合于實時性要求比較高的業(yè)務，減少RLC層的繁雜處理。非確認和確認模式都屬于非透明方式。消息在經(jīng)過RLC層時，要添加RLC層的字頭進行封裝；封裝的包頭的長短決定了不同的模式。對于非確認模式，包頭較短，不會觸發(fā)重復機制，RLC層數(shù)據(jù)塊出錯時RLC層不作處理，它的重發(fā)將由上層(應用層)啟動，同時要執(zhí)行分段、RLC層包頭的添加和對RLC層的塊實行加密等過程，這樣的模式適合于VoIP業(yè)務。確認模式適合于絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務，包頭較長含有重發(fā)機制，RLC如果收到錯誤數(shù)據(jù)包，會啟動重發(fā)算法，要求發(fā)端進行重發(fā)。由于要實現(xiàn)重發(fā)，在RLC層就要求有緩沖區(qū)(Buffer)，數(shù)據(jù)包將存放在緩沖區(qū)進行處理。這種模式適合于可靠性較高的信息傳遞，如傳真類業(yè)務、背景類業(yè)務。RLC層根據(jù)上層的不同邏輯消息(邏輯信道)以及同一類信道內(nèi)的不同類業(yè)務要求選擇的傳輸模式各不一樣。傳輸模式的選擇來自于RRC層控制。4.3.4MAC層

MAC(MediumAccessControl)層仍然是第二層協(xié)議，完成從邏輯信道向傳輸信道的映射，MAC層包含了多種映射的軟件包，如MAC-c、MAC-sh、MAC-d等，如圖4-3-2所示。圖4-3-2UTRAN側(cè)MAC實體的互聯(lián)關(guān)系4.3.5分組數(shù)據(jù)會聚協(xié)議(PDCP)

1.?PDCP層結(jié)構(gòu)

PDCP層的結(jié)構(gòu)如圖4-3-3所示。圖4-3-3PDCP結(jié)構(gòu)圖

2.?PDCP層功能

(1)在發(fā)送與接收實體中分別執(zhí)行IP數(shù)據(jù)流的頭部壓縮與解壓縮(如TCP/IP和RTP/UDP/IP頭部)。

(2)傳輸用戶數(shù)據(jù)，也就是將非接入層送來的PDCP-SDU轉(zhuǎn)發(fā)到RLC層，或相反。

(3)將多個不同的RB復用到同一個RLC實體。4.3.6廣播/多播控制協(xié)議(BMC)

1.?BMC層結(jié)構(gòu)

BMC層的結(jié)構(gòu)模型如圖4-3-4所示。

BMC是僅存在于用戶平面的層2的一個子層，它位于RLC層之上。L2/BMC子層對于除廣播多播之外的所有業(yè)務均是透明的。

圖4-3-4BMC層的結(jié)構(gòu)模型

2.?BMC層功能

BMC層主要完成以下功能：

(1)小區(qū)廣播消息的存儲；

(2)業(yè)務量監(jiān)測和為CBS請求有線資源；

(3)?BMC消息的調(diào)度；

(4)向UE發(fā)送BMC消息；

(5)向高層(NAS)傳遞小區(qū)廣播消息。4.3.7PHY層

物理層主要執(zhí)行以下功能：

(1)宏分集的合并/分離和軟切換的執(zhí)行；

(2)傳輸信道上錯誤檢測并向高層指示；

(3)前向糾錯碼編解碼和傳輸信道的交織/解交織；

(4)傳輸信道的復用和編碼組合傳輸信道的解復用；

(5)速率匹配；

(6)編碼組合傳輸信道到物理信道上的映射；

(7)物理信道的功率加權(quán)和合并；

(8)頻率和時間同步；

(9)閉環(huán)功率控制；

(10)?RF處理。

物理層將通過信道碼(碼道)、頻率、正交調(diào)制的同相(I)和正交(Q)分支等基本的物理資源來實現(xiàn)物理信道，并完成與上述傳輸信道的映射。

4.4WCDMA空中接口信道

4.4.1空中接口信道類型

1.邏輯信道

邏輯信道位于RLC層與MAC層之間，按照傳輸信息的內(nèi)容劃分，有控制信道(CCH)(包括BCCH、PCCH、DCCH、CCCH)和業(yè)務信道(TCH)(包括DTCH、CTCH)。

2.傳輸信道

傳輸信道位于MAC層和物理層之間。傳輸信道的定義和分類是根據(jù)該信道使用的組合傳輸格式或者組合傳輸格式集進行的。一個傳輸格式是由編碼方式、交織、比特率和映射的物理信道定義的；傳輸格式集是特定傳輸格式的集合，有專用傳輸信道(DCH—專用信道)和公共傳輸信道(BCH—廣播信道；FACH—前向接入信道；PCH—尋呼信道；RACH—反向(隨機)接入信道；CPCH—公共分組信道；DSCH—下行共享信道)。

3.物理信道

物理信道可以由某一載波頻率、碼(信道碼和擾碼)、相位確定。在采用擾碼與擴頻碼的信道里，擾碼或擴頻碼任何一種不同，都可以確定為不同的信道。多數(shù)信道是由無線幀和時隙組成的，每一無線幀包括15個時隙。物理信道分為上行物理信道和下行物理信道。4.4.2傳輸信道

1.傳輸信道的相關(guān)概念

(1)傳輸塊(TransportBlock，TB)：是供物理層處理MAC子層和L1之間數(shù)據(jù)交換的基本單元。

(2)傳輸塊大小(TransportBlockSize)：定義為一個TB內(nèi)的比特數(shù)。在一個給定的傳輸塊集合內(nèi)，傳輸塊大小總是固定的；也就是說，一個傳輸塊集合內(nèi)所有的傳輸塊大小一致。

(3)傳輸塊集(TransportBlockSet)：在一個TTI中傳送的一組TB(從邏輯信道上復用)，這些傳輸塊是在L1與MAC間的同一傳輸信道上同時交換。

(4)傳輸塊集大小(TransportBlockSetSize)：TBS中包含所有的比特長度。

(5)傳輸時間間隔(TransmissionTimeInterval，TTI)：一個傳輸塊集合到達的時間間隔，等于在無線接口上物理層傳送一個傳輸塊集所需的時間。它總是最小交織周期(10ms，無線幀長度)的倍數(shù)。在每一個TTI內(nèi)，MAC傳送一個傳輸塊集到物理層。

(6)傳輸格式(TransportFormat，TF)：在一個TTI內(nèi)，一個傳輸信道上傳送傳輸塊集的格式，這些格式是由L1提供給MAC層(或MAC提供給L1)的。傳輸格式由兩部分組成，即動態(tài)部分和準靜態(tài)部分。

(7)傳輸格式集(TransportFormatSet，TFS)：一個傳輸信道可能的TF集合。

(8)傳輸格式組合(TransportFormatCombination，TFC)：每個TTI不同傳輸信道選定的TF的集合。

(9)傳輸格式組合集(TransportFormatCombinationSet，TFCS)：定義所有TFC可能的組合情況，即碼組合傳送信道(CCTrCH)上傳輸格式組合的集合。

(10)傳輸格式標識符(TransportForamtIndicator，TFI)：TFI是傳輸格式集合內(nèi)特定傳輸格式的標簽。當每次L1和MAC在一個傳輸信道上交換一個傳輸塊集時，它用于這兩層間的通信。當DSCH與一個DCH相關(guān)時，TFI將標識DSCH映射的物理信道(即信道碼)，且UE必須監(jiān)聽此DSCH。

(11)傳輸格式組合標識符(TransportFormatCombinationIndicator，TFCI)：當前傳輸格式組合的一種表示。TFCI的值和傳輸格式組合間是一一對應的，TFCI用于通知接收側(cè)當前有效的傳輸格式組合，即如何解碼、解復用以及在適當?shù)膫鬏斝诺郎线f交接收到的數(shù)據(jù)。在傳輸信道上每一次傳遞傳輸塊集時，MAC都要向L1指示TFI。L1將UE所有并行傳輸信道上的TFI組合成TFCI，對傳輸塊進行適當?shù)奶幚?，將TFCI加到物理控制信令中。接收側(cè)利用對TFCI的檢測來識別傳輸格式組合。FDD模式下，在限定傳輸格式組合集時，TFCI信令可忽略，并代之為盲檢測。復用和速率匹配模式遵循預先定義好的規(guī)則，并可在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)被推知(給定傳輸格式組合)，而不需要在無線接口上傳送TFCI。當TFCI字段需要重配置時，根據(jù)重配置的等級，有兩個過程可使用：

①?TFCI的完全重配置。在此過程中，所有的TFCI值都要重新初始化和定義值。當重配置有效時完全重配置需要UE與UTRAN間顯式的同步。

②?TFCI的增量重配置。在此過程中，部分TFCI值在重配置前后保持不變(注意至少要有一個攜帶此TFCI值的信令連接)。此過程支持TFCI的增加、刪除和重定義，不需要顯式的執(zhí)行時間。此過程還可能意味著某些用戶平面數(shù)據(jù)的丟失。

(12)速率匹配(RateMatching，RM)。在無線接口上，存在兩個等級的速率匹配：

①傳輸信道的靜態(tài)速率匹配，它是傳輸信道準靜態(tài)特性的一部分。

②?CCTrCH的動態(tài)速率匹配，它是RRC層調(diào)整物理層數(shù)據(jù)凈荷的長度。

靜態(tài)速率匹配和動態(tài)速率匹配的使用是由RRC層向L1層通知的。

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。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行發(fā)射。

專用信道(DCH)的特征有：存在于上行鏈路或下行鏈路；可使用波束形成；可使用快速速率改變(每一10ms)；快速功控；可使用上行鏈路的同步。

3.公共傳輸信道

公共傳輸信道共有六類，即BCH、FACH、PCH、RACH、CPCH和DSCH。

(1)廣播信道(BCH)。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，并且有一個單獨的傳輸格式。

(2)前向接入信道(FACH)。FACH是一個下行傳輸信道，它在整個小區(qū)或小區(qū)內(nèi)某一部分使用波束賦形的天線進行發(fā)射。FACH使用慢速功控。

(3)尋呼信道(PCH)。PCH是一個下行傳輸信道，它總是在整個小區(qū)內(nèi)進行發(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，以支持有效的睡眠模式程序。

(4)隨機接入信道(RACH)。RACH是一個上行傳輸信道，它總是在整個小區(qū)內(nèi)進行接收。RACH的特性是帶有碰撞冒險和使用開環(huán)功率控制。

(5)公共分組信道(CPCH)。CPCH是一個上行傳輸信道，它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(如緊急停止)。CPCH的特性是帶有碰撞冒險和使用內(nèi)環(huán)功率控制。

(6)下行共享信道(DSCH)。DSCH是一個被一些UEs共享的下行傳輸信道，它與一個或幾個下行DCH相隨。DSCH使用波束賦形天線在整個小區(qū)內(nèi)發(fā)射，或在一部分小區(qū)內(nèi)發(fā)射。4.4.3物理信道和物理信號

無線幀：無線幀是一個包括15個時隙的處理單元，每個時隙具有相似的結(jié)構(gòu)。一個無線幀的長度是38400chip。

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2560chip。

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)的物理信道會被明確說明。物理信號是一個實體，它和物理信道有著相同的空中特性，但是沒有傳輸信道或指示符映射到物理信道。為了支持物理信道的功能，物理信道可以帶有隨路的物理信號。物理信道的分類圖如圖4-4-1所示。圖4-4-1物理信道分類圖

1.專用上行物理信道

上行專用物理信道有兩種，即上行專用物理數(shù)據(jù)信道(上行DPDCH)和上行專用物理控制信道(上行DPCCH)。DPDCH和DPCCH在每個無線幀內(nèi)是I/Q碼復用的。

上行DPDCH用于傳輸專用傳輸信道(DCH)。在無線鏈路載頻中可以有0個、1個或幾個上行DPDCH。上行DPCCH用于傳輸L1產(chǎn)生的控制信息。L1的控制信息包括支持信道估計以進行相干檢測的已知導頻比特、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標識符(TFCI)。TFCI將復用在上行DPDCH上的不同傳輸信道的瞬時參數(shù)通知給接收機，并與同一幀中要發(fā)射的數(shù)據(jù)相對應起來。在每個L1連接中有且僅有一個上行DPCCH。圖4-4-2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Tslot=2560chip，對應于一個功率控制周期。圖4-4-2上行物理信道(DPDCH/DPCCH)的幀結(jié)構(gòu)圖4-4-2中的參數(shù)k決定了每個上行DPDCH/DPCCH時隙的比特數(shù)，它與物理信道的擴頻因子SF有關(guān)，SF=256/2k。DPDCH的擴頻因子的變化范圍為4～256。上行DPCCH的擴頻因子一直等于256，即每個上行DPCCH時隙有10bit。

2.公共上行物理信道

1)物理隨機接入信道(PRACH)

PRACH用來傳輸RACH。隨機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5120chip。當前小區(qū)中哪個接入時隙的信息可用，是由高層信息給出的。隨機接入發(fā)射的結(jié)構(gòu)如圖4-4-3所示。隨機接入發(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，圖中所示為20ms消息部分。圖4-4-3隨機接入發(fā)射的結(jié)構(gòu)

(1)?RACH前綴部分。隨機接入的前綴部分長度為4096chip，是對長度為16chip的一個特征碼(Signature)的256次重復?？偣灿?6個不同的特征碼。(2)?RACH消息部分。圖4-4-4顯示了隨機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?=?2560chip。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)?。一個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接入時隙決定，這是由高層配置的。

圖4-4-4隨機接入消息部分的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)部分包括10×2kbit，其中k?=?0，1，2，3；對消息數(shù)據(jù)部分來說分別對應著擴頻因子256、128、64和32。

控制部分包括8個已知的導頻比特，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，這對應于擴頻因子256。

2)物理公共分組信道(PCPCH)

PCPCH用于傳送CPCH。CPCH的傳輸是基于帶有快速捕獲指示的DSMA-CD(DigitalSenseMultipleAccess-CollisionDetection)的方法。UE可在一些預先定義的、與當前小區(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隨機接入傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖

4-4-5所示。圖4-4-5CPCH隨機接入傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)

CPCH隨機接入傳輸包括一個或多個長為4096chip的接入前綴(A-P)，一個長為4096chip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(N×10)ms的消息部分。

圖4-4-6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Tslot=2560chip，等于一個功率控制周期。圖4-4-6上行PCPCH的數(shù)據(jù)和控制部分的幀結(jié)構(gòu)

3.下行專用物理信道

下行物理信道中專用信道只有一個，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L2以及更高層產(chǎn)生，即專用傳輸信道(DCH)，是與L1產(chǎn)生的控制信息(包括已知的導頻比特，TPC指令和一個可選的TFCI)以時間復用的方式進行傳輸發(fā)射的。因此下行DPCH可看做是一個下行DPDCH和下行DPCCH的時間復用。圖4-4-7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=2560chip，對應于一個功率控制周期。

圖4-4-7中的參數(shù)k確定了每個下行DPCH時隙的總的比特數(shù)。它與物理信道的擴頻因子有關(guān)，即SF=512/2k。因此擴頻因子的變化范圍為4～512。

圖4-4-7下行DPCH的幀結(jié)構(gòu)

4.公共下行物理信道

1)公共導頻信道(CPICH)

CPICH為固定速率(30kb/s，SF=256)的下行物理信道，

用于傳送預定義的比特/符號序列。圖4-4-8顯示了CPICH的幀結(jié)構(gòu)。

圖4-4-8公共導頻信道(CPICH)的幀結(jié)構(gòu)

(1)基本公共導頻信道(P-CPICH)。該信道總是使用相同的信道碼，即Cch，2560，0，擾碼為主擾碼(用基本擾碼)，每個小區(qū)有且僅有一個P-CPICH，在整個小區(qū)內(nèi)進行廣播。

P-CPICH是其他信道的功率基準，測量其他信道都是通過測量CPICH信道來實現(xiàn)的。P-CPICH可以是下行物理信道的相位基準：SCH、基本CCPCH、AICH和PICH。P-CPICH也是所有其他下行物理信道的缺省相位基準。

2)基本公共控制物理信道(P-CCPCH)

圖4-4-9顯示了P-CCPCH的幀結(jié)構(gòu)。與P-DPCH的幀結(jié)構(gòu)的不同之處在于沒有TPC指令，沒有TFCI，也沒有導頻比特。在每個時隙的第一個256chip內(nèi)，P-CCPCH不進行發(fā)射。反過來，在此段時間內(nèi)，將發(fā)射P-SCH和S-SCH。圖4-4-9基本公共控制物理信道(P-CCPCH)的幀結(jié)構(gòu)

3)輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)

S-CCPCH用于傳送FACH和PCH。有兩種類型的S-CCPCH，即包括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UE來說，支持TFCI的使用是必需的?？赡艿乃俾始c下行DPCH相同。S-CCPCH的幀結(jié)構(gòu)見圖4-4-10。圖4-4-10輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)的幀結(jié)構(gòu)圖4-4-10中參數(shù)k確定了每個下行S-CCPCH時隙的總比特數(shù)。它與物理信道的擴頻因子SF有關(guān)，SF?=256/2k。擴頻因子SF的范圍為4～256。

FACH和PCH可以映射到相同的或不同的S-CCPCH。如果FACH和PCH映射到相同的S-CCPCH，它們可以映射到同一幀。

4)同步信道(SCH)

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SCH和輔助SCH。基本SCH(P-SCH)和輔助SCH(S-SCH)的10ms無線幀分成15個時隙，每個長為2560碼

片。圖4-4-11表示了SCH無線幀的結(jié)構(gòu)。

圖4-4-11同步信道(SCH)的結(jié)構(gòu)

S-SCH重復發(fā)射一個有15個序列的調(diào)制碼，每個調(diào)制碼長為256chip，輔助同步碼(SSC)與P-SCH并行進行傳輸。在圖4-4-11中，SSC用來表示(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S-SCH上的序列表示小區(qū)的下行擾碼屬于哪個碼組。

5)物理下行共享信道(PDSCH)

PDSCH用于傳送下行共享信道(DSCH)。一個PDSCH對應于一個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)，基于一個單獨的UE。

在不同的無線幀中，分配給同一個UE的PDSCH可以有不同的擴頻因子。PDSCH的幀和時隙結(jié)構(gòu)如圖4-4-12所示。圖4-4-12物理下行共享信道(PDSCH)的幀結(jié)構(gòu)

6)捕獲指示信道(AICH)

圖4-4-13說明了AICH的結(jié)構(gòu)。AICH由重復的15個連續(xù)的接入時隙(AS)的序列組成，每個長為5120chip。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)1024bit的空閑部分，它不是AICH的正式組成部分。AICH信道化的擴頻因子是256，相位參考是P-CPICH。圖4-4-13捕獲指示信道(AICH)的幀結(jié)構(gòu)圖4-4-13中的實數(shù)值符號a0，a1，…，a31由下式給出：(4-4-1)式中，AIs是對應于特征碼s的捕獲指示，可以取?+1、－1和0。表4-4-1給出了序列bs，0，…，bs，31的值。如果特征碼s不屬于與之對應的PRACH的所有接入業(yè)務級別(ASC)可使用的特征碼集，則AIs將被設為0。

如果一個應答指示符被設為+1，則它表示一個肯定的響應；如果一個應答指示符被設為－1，它表示一個否定的響應。

當實數(shù)值符號aj用{+1，－1}形式表示時，與比特一樣以同樣的方式被擴頻與調(diào)制。

當AICH使用了基于STTD的開環(huán)發(fā)射分集時，在AICH符號a0，…，a31合并序列bs，0，bs，1，…，bs，31前，對每一個序列bs，0，bs，1，…，bs，31進行單獨的STTD編碼，如表4-4-1所示。

7)尋呼指示信道(PICH)

PICH是一個固定速率(SF?=?256)的物理信道，用于傳輸尋呼指示。PICH總是與一個S-CCPCH隨路，S-CCPCH為一個PCH傳輸信道的映射。

圖4-4-14所示為PICH的幀結(jié)構(gòu)。一個PICH幀長為10ms，包括300bit(b0，b1，…，b299)。其中，288bit(b0，b1，…，b287)用于傳輸尋呼指示，而余下的12個比特未被使用，這部分是為將來可能的使用而保留的。

圖4-4-14尋呼指示信道(PICH)的結(jié)構(gòu)在每一個PICH幀內(nèi)，發(fā)射Np個尋呼指示?{P0，…，}，其中，Np=?18，36，72或144。

高層為某一UE而計算的PI是與某個尋呼指示Pq相關(guān)聯(lián)的，其中q是按照一個函數(shù)式計算的，此函數(shù)式是由高層計算的PI、PICH無線幀開始時刻的P-CCPCH無線幀的SFN及每幀內(nèi)尋呼指示的個數(shù)(Np)構(gòu)成的，即

q=由高層計算的PI是與尋呼指示Pq的值相關(guān)聯(lián)的。如果在某一幀中，尋呼指示被設為“1”，則它指示與這個尋呼指示和PI相關(guān)的Ues應該讀取隨路的S-CCPCH幀。從{PI0，…，PIN-1}到PICH比特{b0，…，b287}的映射是按表4-4-2的方式進行的。4.4.4物理信道的映射和關(guān)聯(lián)

1.傳輸信道到物理信道的映射

圖4-4-15總結(jié)了傳輸信道到物理信道的映射關(guān)系。圖4-4-15傳輸信道到物理信道的映射

DCH是數(shù)據(jù)流順序地(先到先映射)映射到物理信道上。BCH和FACH/PCH的映射是編碼和交織后的數(shù)據(jù)流順序地各自映射到基本和輔助CCPCH上。對RACH來說，其編碼和交織后的數(shù)據(jù)流也是順序地映射到物理信道上，在這種情況下，即映射到PRACH上的消息部分。

2.物理信道和物理信號的關(guān)聯(lián)

圖4-4-16說明了物理信道和物理信號之間的關(guān)系。

圖4-4-16物理信道和物理信號之間的關(guān)系4.5WCDMA關(guān)鍵技術(shù)

4.5.1多用戶檢測技術(shù)

如圖4-5-1所示，以兩用戶的情況為例，在信道和擴頻碼字完全正交的情況下，兩個BPSK用戶S1和S2的星座圖