六章节WCDMA移动通信系统

n6.1 WCDMA的网络结构的网络结构n6.2 WCDMA 的协议的协议n6.3 WCDMA的信道结构的信道结构n6.4 WCDMA收发信机数据处理过程收发信机数据处理过程n6.5 WCDMA中的功率控制和切换中的功率控制和切换6.1 WCDMA技术特点技术特点nWCDMA技术特点宽带直扩码分多址（宽带直扩码分多址（DS-CDMA）系统）系统5MHz带宽带宽 3.84Mchip/s码片速率码片速率可变的用户速率可变的用户速率频分双工（频分双工（FDD）和时分双工（）和时分双工（TDD）支持异步基站支持异步基站上下行链路采用基于导频符号或公共导频的相干检测上下行链路采用基于导频符号或公共导频的相干检测Mobile Communication TheoryWCDMA的主要参数多址接入方式多址接入方式DS-CDMA双工方式双工方式FDD/TDD基站同步基站同步异步方式异步方式码片速率码片速率3.84Mchip/s帧长帧长10ms载波带宽载波带宽5MHz多速率多速率可变的扩频因子和多码可变的扩频因子和多码检测检测使用导频符号或公共导频进行相使用导频符号或公共导频进行相干检测干检测多用户检测、智能天线多用户检测、智能天线标准支持，应用时可选标准支持，应用时可选业务复用业务复用具有不同服务质量要求的业务复具有不同服务质量要求的业务复用到同一个连接中用到同一个连接中6.1 WCDMA的主要参数nWCDMA是从是从GSM演进而来，所以许多演进而来，所以许多WCDMA的高层协的高层协议和议和GSM/GPRS基本相同或相似，比如移动性管理基本相同或相似，比如移动性管理（MM）、）、GPRS移动性管理（移动性管理（GMM）、连接管理（）、连接管理（CM）以及会话管理（以及会话管理（SM）等。）等。n 移动终端中通用用户识别模块（移动终端中通用用户识别模块（USIM）的功能也是从）的功能也是从GSM的用户识别模块（的用户识别模块（SIM）的功能延伸而来的。）的功能延伸而来的。6.1 WCDMA网络演进概述网络演进概述nWCDMA标准的演进简述如下：标准的演进简述如下：R99版本中版本中WCDMA依然依然采用采用GSM/GPRS核心网的结构，但是采用全新的空中接核心网的结构，但是采用全新的空中接口协议。口协议。n R4版本中完成了中国提出的版本中完成了中国提出的TD-SCDMA标准化工作，标准化工作，同时引入了软交换的概念，将电路域的控制与业务分同时引入了软交换的概念，将电路域的控制与业务分离，便于向全离，便于向全IP核心网结构过渡。主要变化是在核心核心网结构过渡。主要变化是在核心网电路域，而在无线接入网没有太多变化。网电路域，而在无线接入网没有太多变化。WCDMA网络演进概述网络演进概述nR5版本将版本将IP技术从核心网扩展到无线接入网，形成全技术从核心网扩展到无线接入网，形成全IP的网络结的网络结构，在构，在R4基础上增加了基础上增加了IP多媒体子系统（多媒体子系统（IMS），同时在无线传），同时在无线传输中引入高速下行分组接入（输中引入高速下行分组接入（HSDPA）技术。）技术。n在在R6网络中，网络架构变化不大，考虑更多的是增加了新的功能网络中，网络架构变化不大，考虑更多的是增加了新的功能或对已有功能的增强，引入多媒体广播和组播业务。或对已有功能的增强，引入多媒体广播和组播业务。R6的高速的高速上行分组接入（上行分组接入（HSUPA），理论峰值数据速率可达），理论峰值数据速率可达5.76Mbit/s；R6的高速下行分组接入（的高速下行分组接入（HSDPA），理论峰值数据速率可达），理论峰值数据速率可达30Mbit/s。n目前目前R8版本已于版本已于2008年年12月冻结，月冻结，3GPP中还有中还有R9等版本在同时进等版本在同时进行研究。行研究。WCDMA网络演进概述网络演进概述Mobile Communication TheoryWCDMA的网络结构的网络结构 WCDMA R5网络结构网络结构GSM/GPRS BSSBTSBSCNodeBRNCPCUUTRAN(UMTS RAN)SCPSMSSCEHLR/AUC/HSSSGSNCGBGGGSNGPRSbackboneVMSC ServerGMSC ServerIP/ATM BackboneCS domainPS domainIu-CSIu-PSIP backboneIMS domainP-CSCFS-CSCFMGCFMRFCSS7PSTN/PLMNInternet,IntranetMobile Communication TheoryWCDMA系统网络结构系统网络结构nUE用户终端设备（用户终端设备（User Equipment，UE）完成人与网络间的交互，）完成人与网络间的交互，通过通过Uu接口与无线接入网相连，与网络进行信令和数据交换。接口与无线接入网相连，与网络进行信令和数据交换。用户设备（用户设备（UE）主要由移动设备（）主要由移动设备（Mobile Equipment，ME）和）和通用用户识别模块（通用用户识别模块（Universal Subscriber Identity Module，USIM）两部分组成。两部分组成。n无线接入网（无线接入网（UMTS/Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）位于两个开放接口）位于两个开放接口Uu和和Iu之间，完之间，完成所有与无线有关的功能。成所有与无线有关的功能。nCN 核心网络核心网络负责与其他网络的连接和对负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。的通信和管理。n UTRAN主要功能有宏分集处理、移动性管理、系统的主要功能有宏分集处理、移动性管理、系统的接入控制、功率控制、信道编码控制、无线信道的加接入控制、功率控制、信道编码控制、无线信道的加密与解密、无线资源配置、无线信道的建立和释放等。密与解密、无线资源配置、无线信道的建立和释放等。nUTRAN由一个或几个无线网络子系统（由一个或几个无线网络子系统（Radio Network Subsystem，RNS）组成，）组成，RNS负责所属各小区的资源负责所属各小区的资源管理。管理。UTRAN的主要功能n 每个每个RNS包括一个无线网络控制器（包括一个无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）、一个或几个）、一个或几个Node B（即通常所称（即通常所称的基站，的基站，GSM系统中对应的设备为系统中对应的设备为BTS）。）。nNode B逻辑功能模块包括基带处理部件，射频收发放逻辑功能模块包括基带处理部件，射频收发放大器、射频收发系统、基带部分和天线接口单元等部大器、射频收发系统、基带部分和天线接口单元等部件。件。n Node B受受RNC控制，与控制，与RNC的接口为的接口为E1或或STM-1。UTRAN的构成（1）节点）节点B（Node B）nNode B的主要功能是的主要功能是Uu接口物理层的处理，如扩频、接口物理层的处理，如扩频、信道编码、速率匹配、交织、调制和解扩、信道解码、信道编码、速率匹配、交织、调制和解扩、信道解码、解交织和解调，还包括基带信号和射频信号的相互转解交织和解调，还包括基带信号和射频信号的相互转换功能，无线资源管理部分控制算法的实现等。换功能，无线资源管理部分控制算法的实现等。（2）无线网络控制器（）无线网络控制器（RNC）n无线网络控制器（无线网络控制器（RNC）主要完成连接建立和断开、）主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并和无线资源管理控制等功能，分为切换、宏分集合并和无线资源管理控制等功能，分为如下如下3类：类：执行系统信息广播与系统接入控制功能执行系统信息广播与系统接入控制功能切换和切换和RNC迁移等移动性管理功能迁移等移动性管理功能宏分集合并功率控制无线承载分配等无线资源管理和控制功宏分集合并功率控制无线承载分配等无线资源管理和控制功能能（3）核心网）核心网CN负责与其他网络的连接和对负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理的通信和管理 主要的功能实体有：主要的功能实体有：(1)MSC/VLR (2)GMSC (3)SGSN (4)GGSN (5)HLR (6)External Networks（3）核心网络核心网络n(CS域）有域）有MSC/VLR、GMSC、SSP等。等。nMSC/VLR：完成电路交换型业务的交换和信令控制，：完成电路交换型业务的交换和信令控制，包括移动性管理、呼叫接续接续及业务处理、短消息包括移动性管理、呼叫接续接续及业务处理、短消息控制等功能；控制等功能；nGMSC：在某一个网络中完成移动用户路由寻址功能：在某一个网络中完成移动用户路由寻址功能的的MSC，可以与，可以与MSC合设，也可分设；合设，也可分设；nSSP：智能网中的业务交换点，负责业务触发，可以：智能网中的业务交换点，负责业务触发，可以和和MSC/GMSC合设。合设。（3）核心网络核心网络n(PS域）有域）有SGSN、GGSN和和CG等。等。nSGSN：完成分组型业务的交换功能和信令控制功能，：完成分组型业务的交换功能和信令控制功能，包括位置更新流程、包括位置更新流程、PDP Context上下文激活、切换控上下文激活、切换控制、短消息控制和采用制、短消息控制和采用GTP隧道模式的数据包转发功隧道模式的数据包转发功能；能；nGGSN：移动分组网络与：移动分组网络与Internet间的网关设备，主要功间的网关设备，主要功能包括能包括GTP隧道的管理与激活、隧道的管理与激活、GTP隧道的封装与解封隧道的封装与解封装；装；nCG:计费网关，收集并合并话单。计费网关，收集并合并话单。Mobile Communication Theory系统接口系统接口n3GWCDMA系统与系统与2GGSM网络相比网络相比CN部分的接口变化不大。部分的接口变化不大。UTRAN部分主要有以下接口：部分主要有以下接口：nCu 接口接口USIM卡和卡和ME之间的电气接口之间的电气接口nUu接口接口无线接口无线接口开放的标准接口开放的标准接口nIu接口接口连接连接UTRAN和和CN的接口，类似于的接口，类似于GSM系统的系统的A接口和接口和Gb接口。接口。开放的标准接口。开放的标准接口。nIur接口接口连接连接RNC之间的接口之间的接口开放的标准接口。开放的标准接口。nIub接口接口连接连接NodeB和和RNC开放的标准接口开放的标准接口6.2 WCDMA 的协议的协议IuUTRANUEUu CN UTRAN UE CN Access Stratum Non-Access Stratum Radio(Uu)Iu Radio proto-cols(1)Radio proto-cols(1)Iu protocols(2)Iu protocols(2)接入层和非接入层接入层和非接入层基于蜂窝网络结构特点，基于蜂窝网络结构特点，WCDMA无线通信协议栈可划分为无线通信协议栈可划分为接接入层入层(Access Stratum)和非接入层和非接入层(Non-Access Stratum)。非接入层非接入层nNAS-Non Access Stratrum 可以是当手机需要发起一个业务时，由终端自身发起，也可以是可以是当手机需要发起一个业务时，由终端自身发起，也可以是手机响应手机响应CN发起的寻呼而发起。发起的寻呼而发起。UE通过通过RNC建立与建立与CN的信令连接，用于的信令连接，用于UE和和CN之间之间NAS消息的消息的交互，比如业务请求、位置更新、鉴权等。交互，比如业务请求、位置更新、鉴权等。UE和和CN之间交互的信令，对于之间交互的信令，对于RNC而言，都是直传消息。而言，都是直传消息。RNC在收到第一条消息时，即在收到第一条消息时，即Initial Direct Transfer消息，将建立与消息，将建立与CN之间的信令连接。之间的信令连接。6.2 WCDMA 的协议的协议nWCDMA无线接入部分标准主要覆盖了无线接入部分标准主要覆盖了OSI 模型的低三层，分别模型的低三层，分别是是:物理层物理层(L1)、数据链路层数据链路层(L2)、网络层网络层(L3)。n物理层物理层由一系列上、下行物理信道组成，提供信息传输通道。由一系列上、下行物理信道组成，提供信息传输通道。n链路层链路层可以细化为可以细化为4个子层；对物理层的资源进行管理和控制，个子层；对物理层的资源进行管理和控制，并根据所配置并根据所配置 的参数通过的参数通过ARQ等方式对上层提供不同服务质量等方式对上层提供不同服务质量要求的服务。要求的服务。媒体接入控制子层（媒体接入控制子层（MAC）无线链路控制子层（无线链路控制子层（RLC）分组数据汇聚子层（分组数据汇聚子层（PDCP）广播广播/组播控制子层（组播控制子层（BMC）6.2 WCDMA 的协议的协议n网络层网络层集中了集中了OSI模型的网络层功能，同时兼顾传输层、模型的网络层功能，同时兼顾传输层、会话层、表示层和应用层的功能。会话层、表示层和应用层的功能。负责各种业务的呼叫信令的处理，以及话音、数据负责各种业务的呼叫信令的处理，以及话音、数据等业务的控制和处理等业务的控制和处理6.2 WCDMA 的协议的协议nWCDMA系统的协议栈分为系统的协议栈分为用户平面和控制平面用户平面和控制平面n物理层、物理层、MAC子层和子层和RLC子层为控制平面和用户平面子层为控制平面和用户平面所共用；所共用；n网络层中处理信令的部分归类于控制平面，网络层中处理信令的部分归类于控制平面，PDCP、BMC和应用层的用户数据部分则归类于用户平面。和应用层的用户数据部分则归类于用户平面。物理层物理层信令承载ALCAPALCAP应用协议无线网络层无线网络层传输网络层传输网络层控制面控制面 传输网络控制面用户面用户面数据流数据承载信令承载 传输网络用户面 传输网络用户面UTRAN接口通用接口通用协议模型协议模型在在UTRAN系统中，系统中，无线网络层每个接口上都有用户面和控制面无线网络层每个接口上都有用户面和控制面。所有无线网络层的用户面数据和控制面数据都是传输网络层的用户所有无线网络层的用户面数据和控制面数据都是传输网络层的用户面。面。RNSRNSNode BNode BNode BNode BRNCCNRNC IuIuIur IubIubIubIub无线网络层控制面和用户面无线网络层控制面和用户面n控制面的作用控制面的作用控制无线接入承载及控制无线接入承载及UE和网络之和网络之间的连接间的连接透明传输非接入层消息透明传输非接入层消息n用户面的作用用户面的作用传输通过接入网的用户数据传输通过接入网的用户数据RRCRRCMACMAC物理层物理层BMCBMCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCPDCPPDCPPDCPPDCP传输信道逻辑信道无线承载ControlControlControlControlControl控制面信令用户面消息Uu接口边界L1L1L2/MACL2/MACL2/RLCL2/RLCL2/BMCL2/BMCL2/PDCPL2/PDCPL3L3Uu接口协议结构接口协议结构Uu接口协议接口协议nBMC提供：在无线接口的用户平面提供广播多播的发送服务，用于将来自于广播域的广播和多播业务适配到空中接口nPDCP提供：分组数据传输服务nRLC：提供用户和控制数据的分段和重传服务，分为透明传输TM、非确认传输UM、确认传输AM三类服务nMAC：逻辑信道到传输信道的映射，提供数据传输服务。主要包括MAC-b,MAC-c,MAC-d三种实体nRRC提供：系统信息广播、寻呼控制、RRC连接控制等功能RRCRLCMACL1CC/MMUEL1MACRRCRLCRNSCC/MMCNUu口Uu接口协议栈接口协议栈NBAPL1L1MACRLCRRCMM/GMMCCSMNBAPTransport LayerTransport LayerTransport LayerMACRLCRRCRANAPRANAPMM/GMMCCSMUuUENode BRNCCNIubIuTransport LayerUTRAN控制面协议栈控制面协议栈q 其中PDCP子层仅用于PS域业务q RLC造成根据业务种类的不同，可以选择TM、UM或者AM工作模式L1MACRLC PDCPTransport LayerTransport LayerIu UPUuUENode BRNCCNIubIuL1FP FPTransport LayerMACRLCPDCP Iu UP 用户数据用户数据Transport LayerUTRAN用户面协议栈用户面协议栈Mobile Communication Theory11.3 WCDMA的信道结构MAC物理层物理层RRCCPHY原语原语PHY原语原语第三层第三层第二层第二层第一层第一层物理层接口物理层接口6.3 WCDMA的信道结构的信道结构 nMAC层通过逻辑信道给层通过逻辑信道给RLC层提供服务，逻辑信道用来描述传输的层提供服务，逻辑信道用来描述传输的类型是什么。物理层通过传输信道向类型是什么。物理层通过传输信道向MAC层提供服务，传输信道层提供服务，传输信道用来描述怎样的传输数据以及数据的特征是什么，物理层之间通用来描述怎样的传输数据以及数据的特征是什么，物理层之间通过物理信道进行对等实体之间的通信。过物理信道进行对等实体之间的通信。6.3 WCDMA的信道结构的信道结构6.3 WCDMA的信道结构的信道结构n从不同协议层次上讲，从不同协议层次上讲，WCDMA承载用户各种业务的信道承载用户各种业务的信道被分为以下三类：被分为以下三类：逻辑信道：直接承载用户业务逻辑信道：直接承载用户业务 根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务，分为根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务，分为控制信控制信道道和和业务信道业务信道传输信道：物理层对传输信道：物理层对MAC层提供的服务层提供的服务 根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息，分为公共信息，分为专用信道和公共信道专用信道和公共信道物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式 nMAC层在逻辑信道上提供数据业务，针对层在逻辑信道上提供数据业务，针对MAC层提供的层提供的不同类型的数据传输业务，专门定义了一组逻辑信道不同类型的数据传输业务，专门定义了一组逻辑信道类型。逻辑信道通常可以分成两大类：类型。逻辑信道通常可以分成两大类：控制信道和业控制信道和业务信道。务信道。（1）控制信道用来传输控制平面信息，控制信道包括：广播）控制信道用来传输控制平面信息，控制信道包括：广播控制信道（控制信道（BCCH）、寻呼控制信道（）、寻呼控制信道（PCCH）、专用控制信道）、专用控制信道（DCCH）和公共控制信道（）和公共控制信道（CCCH）。）。（2）业务信道用来传输用户平面信息，业务信道包括：专用）业务信道用来传输用户平面信息，业务信道包括：专用业务信道（业务信道（DTCH）和公共业务信道（）和公共业务信道（CTCH）。）。6.3.1 逻辑信道逻辑信道业务逻辑信道（业务逻辑信道（TCH）控制逻辑信道（控制逻辑信道（CCH）专用业务信道 （DTCH）公共业务信道 （CTCH）广播控制信道 （BCCH）寻呼控制信道 （PCCH）专用控制信道 （DCCH）公共控制信道 （CCCH）6.3.1 逻辑信道分类逻辑信道分类 n传输信道有两种类型：传输信道有两种类型：专用信道和公用信道专用信道和公用信道。公共信。公共信道资源可由小区内的所有用户或一组用户共同分配使道资源可由小区内的所有用户或一组用户共同分配使用，而专用信道仅仅是为单个用户预留的，并在某个用，而专用信道仅仅是为单个用户预留的，并在某个特定的速率采用特定编码加以识别。特定的速率采用特定编码加以识别。6.3.2 传输信道传输信道广播信道广播信道 BCH前向接入信道前向接入信道FACH寻呼信道寻呼信道 PCH反向（随机）接入信道反向（随机）接入信道 RACH专用信道专用信道 DCHDCH信道可以为上行或下行信道公共传输信道公共传输信道专用传输信道专用传输信道 6.3.2 传输信道分类传输信道分类1、专用传输信道n专用信道（专用信道（DCH）（）（UL/DL）专用信道专用信道(DCH)是一个上行或下行传输信，是一个上行或下行传输信，DCH并不区分并不区分其所承载的是实际用户数据还是高层的控制信息，因其内其所承载的是实际用户数据还是高层的控制信息，因其内容在物理层不可见。容在物理层不可见。DCH具有如下特性：具有如下特性：快速功率控制；快速功率控制；逐帧快速改变速率；逐帧快速改变速率；软切换。软切换。2、公共传输信道BCH信道n广播信道（广播信道（BCH）(DL)广播信道广播信道(BCH)是一个下行传输信道，用于广播系统或是一个下行传输信道，用于广播系统或小区特定的信息，如小区中的随机接入码和接入时隙或小区特定的信息，如小区中的随机接入码和接入时隙或该小区中其它信道所使用的发射分集方法。该小区中其它信道所使用的发射分集方法。BCH总是在整个小区内发射，并且有一个单独的传输格总是在整个小区内发射，并且有一个单独的传输格式，式，BCH的数据速率是低速固定的。的数据速率是低速固定的。因为如果因为如果UE不能正确解码不能正确解码BCH的话，它就不可能在小区的话，它就不可能在小区中注册，所以中注册，所以BCH的发射功率相对来说要高一些，以便的发射功率相对来说要高一些，以便在覆盖范围之内的在覆盖范围之内的UE都能够收得到。都能够收得到。承载承载BCH的物理信道为的物理信道为P-CCPCH2、公共传输信道 FACH信道n前向接入信道前向接入信道(FACH)(DL)FACH是一条下行链路的公共传输信道是一条下行链路的公共传输信道,它既可承载控制它既可承载控制信息信息,也可承载少量的分组数据。也可承载少量的分组数据。n FACH具有如下的特性具有如下的特性：用开环功率控制，而不用闭环功率控制；用开环功率控制，而不用闭环功率控制；至少有一条至少有一条FACH以最低速率面向整个小区发射；以最低速率面向整个小区发射；n 承载承载FACH的物理信道为的物理信道为S-CCPCH3、公共传输信道 PCH信道功能n 寻呼信道寻呼信道(PCH)(DL)PCH是一是一个个下行传输信道下行传输信道，用于发送与寻呼过程相关用于发送与寻呼过程相关的数据。的数据。用于网络与终端进行初始化用于网络与终端进行初始化。n基于不同的系统配置，相同的寻呼信息可以向单个小区基于不同的系统配置，相同的寻呼信息可以向单个小区或多至几百个小区发送。寻呼信道的设计直接影响或多至几百个小区发送。寻呼信道的设计直接影响UE在在待机模式下的功率损耗。待机模式下的功率损耗。承载承载PCH的物理信道为的物理信道为S-CCPCH4、公共传输信道 RACH信道n随机接入信道随机接入信道(RACH)(UL)RACH是一条承载是一条承载UE发出的控制信息的上行链路传输信道，例如发出的控制信息的上行链路传输信道，例如连接建立请求、开机注册、位置更新，它也发送少量的分组数据。连接建立请求、开机注册、位置更新，它也发送少量的分组数据。UE在小区中的任何位置，基站都应能够接收到承载控制信息的在小区中的任何位置，基站都应能够接收到承载控制信息的RACH。n RACH具有如下特性：具有如下特性：使用开环功控。使用开环功控。承载承载RACH的物理信道为的物理信道为PRACH5、上行链路公共分组信道 nRACH信道的扩展信道的扩展，用来在上行链路方向上发送基于，用来在上行链路方向上发送基于分组的用户数据。分组的用户数据。n在下行链路方向上与之成对出现的是在下行链路方向上与之成对出现的是FACH。6、下行链路共享信道n发送专用用户数据和发送专用用户数据和/或控制信息的传输信道或控制信息的传输信道 n可以由几个可以由几个UE共享共享6.3.3 物理信道物理信道n物理信道可以由物理信道可以由是由特定是由特定的载频、扰码、信道化码、开始和结束时间的持续的载频、扰码、信道化码、开始和结束时间的持续时间段，上行链路中的相对相位来定义的。时间段，上行链路中的相对相位来定义的。n多数信道由无线帧和时隙组成，多数信道由无线帧和时隙组成，每一无线帧每一无线帧10ms，包括，包括15个时隙；个时隙；n时隙时隙是由包含一定比特的字段组成的一个单元，时隙的长度是是由包含一定比特的字段组成的一个单元，时隙的长度是2560chips。Data Slot#0 Slot#1 Slot#14 Tslot=2560 chips T=10 ms,38400chips Data Slot#i上行公共物理信道上行公共物理信道物理随机接入信道物理随机接入信道(PRACH)物理公共分组信道（物理公共分组信道（PCPCH）上行专用物理信道上行专用物理信道专用物理数据信道专用物理数据信道(uplink DPDCH)专用物理控制信道专用物理控制信道(uplink DPCCH)上行物理信道上行物理信道 6.3.3 上行物理信道上行物理信道下行公共物理信道下行公共物理信道公共控制物理信道公共控制物理信道(CCPCH)同步信道同步信道(SCH)寻呼指示信道寻呼指示信道(PICH)捕获指示信道捕获指示信道(AICH)公共导频信道公共导频信道(CPICH)下行专用物理信道下行专用物理信道(downlink DPCH)下行物理信道下行物理信道6.3.3 下行物理信道下行物理信道 传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射6.3.3传输信道映射到各自对应的物理信道传输信道映射到各自对应的物理信道6.3.4 物理信道的功能物理信道的功能基站基站Node B用户终端用户终端UEP-CCPCH-主公共控制物理信道主公共控制物理信道SCH 同步信道同步信道P-CPICH 主公共导频信道主公共导频信道S-CPICH 从公共导频信道从公共导频信道小区广播信道小区广播信道DPDCH 专用物理数据信道专用物理数据信道DPCCH 专用物理控制信道专用物理控制信道专用连接信道专用连接信道寻呼信道寻呼信道PICH 寻呼指示信道寻呼指示信道S-CCPCH 从公共控制物理信道从公共控制物理信道PRACH 随即接入物理信道随即接入物理信道AICH 获取指示信道获取指示信道随机接入信道随机接入信道HS-DPCCH 高速专用控制信道高速专用控制信道HS-SCCH 高速共享控制信道高速共享控制信道HS-PDSCH 高速下行物理共享信道高速下行物理共享信道高速下行共享信道高速下行共享信道1、上行物理信道上行物理信道n两个上行专用物理信道（两个上行专用物理信道（上行专用物理数据信道上行专用物理数据信道DPDCH和和上行专用物理控制信道上行专用物理控制信道DPCCH）n 两个公共物理信道（两个公共物理信道（物理随机接入信道物理随机接入信道PRACH和物理共和物理共用分组信道用分组信道PCPCH）1、上行专用物理信道、上行专用物理信道n上行链路物理专用信道的数据部分和控制部分是上行链路物理专用信道的数据部分和控制部分是I/Q复用的，即复用的，即DPDCH和和DPCCH在每个无线帧内是在每个无线帧内是I/Q码复用。码复用。n 对于一个连接而言不管数据信道有几条，控制信道只能有一条。在每对于一个连接而言不管数据信道有几条，控制信道只能有一条。在每个无线链路中可以有个无线链路中可以有0个，个，1个或者几个上行个或者几个上行DPDCH。n 上行上行DPDCH用于传输专用传输信道（用于传输专用传输信道（DCH）。）。n 上行上行DPCCH用于传输用于传输L1产生的控制信息。产生的控制信息。L1的控制信息包括：的控制信息包括：支持信道估计以进行相干检测的已知导频比特支持信道估计以进行相干检测的已知导频比特 发射功率控制指令发射功率控制指令TPC 反馈信息反馈信息FBI 一个可选的传输格式组合指示一个可选的传输格式组合指示TFCI(TFCI将复用在上行将复用在上行DPDCH上的不同传上的不同传输信道的瞬时参数通知给接收机，并与同一帧中要发射的数据相对应。输信道的瞬时参数通知给接收机，并与同一帧中要发射的数据相对应。在每个层一连接中有且仅有一个上行在每个层一连接中有且仅有一个上行DPCCH。)1、上行专用物理信道帧结构上行专用物理信道帧结构nDPCCH共有共有4个域：个域：Pilot：用于基站接收机的信道估计和确定帧的同步；用于基站接收机的信道估计和确定帧的同步；TFCI：用于确定复用至同一：用于确定复用至同一CCTrCH的不同的不同TrCHS的传输格式；的传输格式；FBI：用于下行链路采用闭环发射分级技术的情况；用于下行链路采用闭环发射分级技术的情况；TPC：用于下行链路闭环功率控制中功控命令的指示。：用于下行链路闭环功率控制中功控命令的指示。2、上行公共物理信道、上行公共物理信道n物理随机接入信道（PRACH）基于带有快速捕获指示的时隙基于带有快速捕获指示的时隙ALOHA方式方式 的传输的传输PRACH分为前缀部分和消息部分分为前缀部分和消息部分 UE可以在一个预先定义的时间偏置开始传输，表示为接入时隙可以在一个预先定义的时间偏置开始传输，表示为接入时隙 2、上行公共物理信道、上行公共物理信道n物理公共分组信道（PCPCH）基于带有快速捕获指示的基于带有快速捕获指示的DSMA-CD（Digital Sense Multiple Access-Collision Detection）方法传输）方法传输定时和结构与定时和结构与RACH相同相同3、下行物理信道、下行物理信道n下行物理信道有下行物理信道有下行专用物理信道、一个共享物理信下行专用物理信道、一个共享物理信道和五个公共控制物理信道：道和五个公共控制物理信道：(1)、下行专用物理信道、下行专用物理信道n即下行DPCH下行下行DPCH的帧结构的帧结构(2)公共导频信道公共导频信道CPICHn公共导频信道分为主公共导频信道公共导频信道分为主公共导频信道(P-CPICH)(P-CPICH)和从公共导频信道（和从公共导频信道（S-S-CPICH)CPICH)；nP-CPICHP-CPICHP-CPICHP-CPICH使用固定的扩频因子（使用固定的扩频因子（Cch,256,0Cch,256,0）、具有固定的比特速率）、具有固定的比特速率30kbit/s 30kbit/s；每个小区有且只有一个每个小区有且只有一个P-CPICHP-CPICH，它使用主扰码；，它使用主扰码；用于小区主扰码的搜索；用于小区主扰码的搜索；P-CPICHP-CPICH向整个小区广播；向整个小区广播；用来辅助用来辅助UEUE对下行的专用或者公共信道进行信道估计；对下行的专用或者公共信道进行信道估计；P-CPICHP-CPICH为其他信道提供相位和功率基准；为其他信道提供相位和功率基准；P-CPICHP-CPICH主要用于切换和小区选择、小区重选时进行测量并作估计；主要用于切换和小区选择、小区重选时进行测量并作估计；nS-CPICHS-CPICH可使用可使用SF=256SF=256的信道化码中的任一个；的信道化码中的任一个；(3)主、从公共控制物理信道主、从公共控制物理信道n公共控制物理信道分为主公共控制物理信道（P-CCPCH）和从公共控制物理信道（S-CCPCH）。P-CCPCH为一个固定速率（30kbps，SF=256）的下行物理信道，用于传输BCH，使用小区中的主扰码。在每个时隙的第一个256chips内，主CCPCH不进行发射，在此段时间内，将发射主SCH和从SCH，而没有Pilot/TPC/TFCI域。n从公共控制物理信道从公共控制物理信道(S-CCPCH)承载承载PCH和和FACH，有如下特性：，有如下特性：每个小区至少有一条以低速率发射的每个小区至少有一条以低速率发射的S-CCPCH；P-CCPCH和和S-CCPCH的主要区别在于的主要区别在于P-CCPCH只能具有固定的预先定义只能具有固定的预先定义好的传输格式，而好的传输格式，而S-CCPCH可以使用可以使用TFCI以支持多个传输格式。以支持多个传输格式。(4)SCH同步信道同步信道n同步信道同步信道(SCH)(SCH)分为主同步信道分为主同步信道P-SCHP-SCH和从同步信道和从同步信道S-SCHS-SCH；不扩频、不加扰信道；不扩频、不加扰信道；用于小区搜索的下行链路信号，为用户提供码用于小区搜索的下行链路信号，为用户提供码片同步、时隙同步和帧同步；片同步、时隙同步和帧同步；每一个时隙的前每一个时隙的前256256个码片用于发射同步码；个码片用于发射同步码；(5)PICH寻呼指示信道寻呼指示信道nPICH承载承载PI（Page Indication），其），其SF=256，无线帧长，无线帧长10ms，包含，包含300bits，其中，其中288个个bits承载寻呼指示，其承载寻呼指示，其余余12个个bits为为Tx Off。n PICH总是与一个总是与一个S-CCPCH相联系，这个信道正在传送相联系，这个信道正在传送一个一个PCH。n 在每一个在每一个PICH帧中，有帧中，有Np个寻呼指示被发射个寻呼指示被发射P0,PNp-1其中，其中，Np=18,36,72,144。如果某一帧中的。如果某一帧中的PI被被置为置为1，说明，说明PI对应对应UE应对应对S-CCPCH的对应帧进行解调。的对应帧进行解调。6.4 WCDMA收发信机数据处理过程收发信机数据处理过程1.WCDMA的信道编码的信道编码n编码目的：编码目的：在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差，同时提高数据传输速和纠正由于传输媒介带来的信号误差，同时提高数据传输速率。率。nWCDMA的信道编码方案包括以下几部分：的信道编码方案包括以下几部分：纠错编码纠错编码/译码译码（包（包括速率适配），括速率适配），交织交织/解交织解交织，传输信道映射至传输信道映射至/分离出物理分离出物理信道信道。n决定信道编码性能最基本的问题还是它的决定信道编码性能最基本的问题还是它的差错控制方案差错控制方案 。n两类纠错方式：前向纠错两类纠错方式：前向纠错（FEC）和自动重发请求（）和自动重发请求（ARQ）。）。2、交织技术、交织技术n交织：交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。n作用：作用：减小信道快衰落带来的影响。减小信道快衰落带来的影响。n缺点：缺点：带来了附加的额外延时带来了附加的额外延时在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错3、WCDMA调制方式调制方式n上行/下行调制方式QPSK（HSDPA阶段引入16QAM调制）4、WCDMA系统的扩频系统的扩频 扩频与加扰扩频与加扰4、WCDMA系统的扩频系统的扩频/信道化码信道化码n信道化码用于区分来自同一信源的传输信道化码用于区分来自同一信源的传输n WCDMA的扩频的扩频/信道化码是基于正交可变扩频因子技术（信道化码是基于正交可变扩频因子技术（OVSF）n物理信道要采用某个信道化编码必须满足：某码树中的下层分支的所有码物理信道要采用某个信道化编码必须满足：某码树中的下层分支的所有码都没有被使用，也就是说此码之后的所有高阶扩频因子码都不能被使用都没有被使用，也就是说此码之后的所有高阶扩频因子码都不能被使用n扰码目的：为了将不同的终端或基站区分开来。扰码不影响符号速率。扰码目的：为了将不同的终端或基站区分开来。扰码不影响符号速率。信道化编码码树原理及结构信道化编码码树原理及结构4、WCDMA系统的扩频与扰码系统的扩频与扰码信道化码是信道化码是正交可变扩频因子（正交可变扩频因子（OVSFOVSF）码）码，用于保持用户不同，用于保持用户不同物理信道之间的正交性。扰码采用的物理信道之间的正交性。扰码采用的是是GoldGold码码。4、信道化编码和加扰过程、信道化编码和加扰过程4、WCDMA系统的扩频与扰码系统的扩频与扰码n扰码的目的是为了将不同的终端或基站区分开来。扰码的目的是为了将不同的终端或基站区分开来。扰扰码使用户信息伪随机化，加强保密性。码使用户信息伪随机化，加强保密性。n WCDMA扰码是两个扰码是两个m序列（最大长度线性移位寄存器序列（最大长度线性移位寄存器序列）的叠加，成为序列）的叠加，成为Gold码序列。码序列。n 扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样。扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样。4、上、上/下行扰码作用下行扰码作用n上行物理信道可用的扰码分为长扰码和短扰码上行物理信道可用的扰码分为长扰码和短扰码，共有，共有2 22424个上行长扰码和个上行长扰码和2 22424个上行短扰码，个上行短扰码，上行扰码由高层上行扰码由高层分配。分配。长扰码用于区分同一小区的不同用户长扰码用于区分同一小区的不同用户短扰码用于多用户检测短扰码用于多用户检测n 下行扰码共下行扰码共2 21818-1-1个，用于区分不同的小区个，用于区分不同的小区 常用扰码是常用扰码是0 0，1 1，81918191，分为，分为512512个集合，每个集合包个集合，每个集合包括一个主扰码和括一个主扰码和1515个次级扰码。个次级扰码。512512个主扰码又可以分为个主扰码又可以分为6464个扰码组，每组由个扰码组，每组由8 8个主扰码组成个主扰码组成n下行链路不使用短扰码，只使用长扰码，表列出了信道下行链路不使用短扰码，只使用长扰码，表列出了信道化编码和扰码的功能与特征。化编码和扰码的功能与特征。Mobile Communication Theory扰码Mobile Communication Theory扰码 信道化编码信道化编码扰扰 码码用途用途上行链路：区分同一终端的物理数上行链路：区分同一终端的物理数据信道（据信道（DPDCH）和控制信道）和控制信道（DPCCH）下行链路：区分同一小区中不同用下行链路：区分同一小区中不同用户的下行链路连接户的下行链路连接上行链路：区分终端上行链路：区分终端下行链路：区分扇区（小区）下行链路：区分扇区（小区）长度长度4个码片个码片256个码片（个码片（1.0 s66.7 s）下行链路包括下行链路包括512个码片个码片上行链路：（上行链路：（1）10ms=38400chip；（2）66.7 s=256个码片个码片下行链路：下行链路：10ms=38400chip信道化编码和扰码的功能与特征表信道化编码和扰码的功能与特征表 码字数目码字数目一个扰码下的码字数一个扰码下的码字数=扩频因子扩频因子上行链路：几百万上行链路：几百万下行链路：下行链路：512码族码族正交可变扩频因子正交可变扩频因子长码（长码（10ms）：）：Gold码码短码：扩展的短码：扩展的S（2）码族）码族Mobile Communication Theory上行链路扩频 上行链路扩频包括DPDCH/DPCCH、PRACH和PCPCH三种。上行链路扩频上行链路扩频上行链路扩频Mobile Communication Theory上行链路扩频 PRACH消息部分和PCPCH消息部分扩频和扰码原理与专用信道相同，包括数据和控制部分，对应专用信道的DPDCH和DPCCH。Mobile Communication Theory下行链路扩频下行物理信道的扩频下行物理信道的扩频 Mobile Communication Theory调制 WCDMA系统的调制码片速率是3.84 Mcps，通过扩频产生的复数值码片用QPSK方式进行调制，上下行链路调制相同。物理信道扩频调制物理信道扩频调制-上行上行物理信道扩频调制物理信道扩频调制-下行下行6.5 6.5 WCDMA中的功率控制和切换中的功率控制和切换功率控制功率控制切换切换1、功率控制、功率控制n在在WCDMA系统中，系统中，无线资源管理无线资源管理包括功率管理、移动性包括功率管理、移动性管理、负载管理、信道分配与重配置，以及管理、负载管理、信道分配与重配置，以及AMR模式控模式控制等几个方面。制等几个方面。n功率管理功率管理是一个非常重要的环节。是一个非常重要的环节。n功率控制的功率控制的目的目的是在所有时间内使是在所有时间内使在基站接收到的所有在基站接收到的所有移动台的比特功率都相等。移动台的比特功率都相等。功率控制功率控制1.快速功率控制特性快速功率控制特性对于对于WCDMA系统，在上行情况下，系统，在上行情况下，DPCCH将将10ms的无线帧划分为的无线帧划分为15个时隙，每个时隙包含一个功控命个时隙，每个时隙包含一个功控命令（令（TPC_cmd）。）。功控的速度高于快衰落，从而有效保证了慢速运动时的功控的速度高于快衰落，从而有效保证了慢速运动时的移动台的接收质量。移动台的接收质量。能够在短时间内迅速调节移动台的功率，从而在很大程能够在短时间内迅速调节移动台的功率，从而在很大程度上避免了远近效应的产生。度上避免了远近效应的产生。同时功率的迅速调整也减少了对其他小区或移动台的干同时功率的迅速调整也减少了对其他小区或移动台的干扰。扰。闭环功率控制闭环功率控制2.2.功率控制实现方式功率控制实现方式内环功控内环功控 外环功控外环功控n内环功率控制内环功率控制:内环功控的主要作用是是通过控制物理信内环功控的主要作用是是通过控制物理信道的发射功率，使接收道的发射功率，使接收SIRSIR收敛于目标收敛于目标SIRSIR。WCDMAWCDMA系统中系统中使用的参数是使用的参数是EbEb/No/No 。快速闭环功率控制，快速闭环功率控制，速度是速度是15001500次次/秒秒.在基站与移动台之间的物理层进行在基站与移动台之间的物理层进行 一个时隙（一个时隙（0.67ms0.67ms）给出一次功率控制命令）给出一次功率控制命令n 外环功率控制：外环功控是通过动态地调整内环功控的外环功率控制：外环功控是通过动态地调整内环功控的SIRSIR目标值，使通信质量始终满足要求（即达到规定的目标值，使通信质量始终满足要求（即达到规定的FER/BLER/BERFER/BLER/BER值）。值）。闭环功率控制闭环功率控制功率控制功率控制2.2.功率控制实现方式功率控制实现方式 功率控制功率控制n3.3.反向功率控制反向功率控制实时调整各移动台的发射功率，使本小区内的任实时调整各移动台的发射功率，使本小区内的任一移动台无论离基站多远，在信号到达基站接收机时一移动台无论离基站多远，在信号到达基站接收机时刚好达到保证通信质量所需的最小信噪比门限。刚好达到保证通信质量所需的最小信噪比门限。（1 1）反向开环功率控制）反向开环功率控制 移动台发起呼叫或响应基站的呼叫移动台发起呼叫或响应基站的呼叫 补偿信道中的平均路径损耗和阴影效应补偿信道中的平均路径损耗和阴影效应动态范围很大动态范围很大 功率控制功率控制(2)(2)反向闭环功率控制反向闭环功率控制 n工作过程工作过程：基站对解调后反向业务信道信号的信噪比基站对解调后反向业务信道信号的信噪比(SNR)每隔一定时间检测一次，然后将其与事先设定每隔一定时间检测一次，然后将其与事先设定的门限比较，若收到的的门限比较，若收到的SNR高于门限值，基站就在前高于门限值，基站就在前向信道上送出一个减小移动台发射功率的指令；反之，向信道上送出一个减小移动台发射功率的指令；反之，就送出一个增大移动台发射功率的指令。移动台每次就送出一个增大移动台发射功率的指令。移动台每次调整发射功率的动态范围称之为调整发射功率的动态范围称之为“功率控制步长功率控制步长”。功率控制功率控制(3)(3)反向外环功率控制反向外环功率控制 功率控制功率控制4.4.前向功率控制前向功率控制n目的目的是对路径衰落小的移动台分配相对较小的前向发是对路径衰落小的移动台分配相对较小的前向发射功率，对那些较远的和解调信噪比低的移动台分配射功率，对那些较远的和解调信噪比低的移动台分配较大的前向发射功率。较大的前向发射功率。n基站通过移动台对前向解调误帧率的反馈报告，决定基站通过移动台对前向解调误帧率的反馈报告，决定对该移动台前向链路功率的增大或减小。对该移动台前向链路功率的增大或减小。2.切换切换n1.1.切换分类切换分类按照按照MSMS与网络之间连接建立释放的情况可以分为：与网络之间连接建立释放的情况可以分为：更软更软切换、软切换和硬切换。切换、软切换和硬切换。按照切换的目的可以分为：边缘切换、质量差紧急切换、按照切换的目的可以分为：边缘切换、质量差紧急切换、快速电平下降紧急切换、干扰切换、速度敏感性切换、快速电平下降紧急切换、干扰切换、速度敏感性切换、负荷切换、分层分级切换等。负荷切换、分层分级切换等。切换典型切换典型过程过程：测量控制：测量控制测量报告测量报告切换判决切换判决切换执行切换执行新的测量控制。新的测量控制。切换切换2.2.测量控制测量控制nUE所做的测量可以分为所做的测量可以分为6 6种类型：种类型：同频测量同频测量：测量与导频集内频率相同的下行物理信道；：测量与导频集内频率相同的下行物理信道；异频测量异频测量：测量与导频集内频率不同的下行物理信道；：测量与导频集内频率不同的下行物理信道；异系统测量异系统测量：测量另一个系统的下行物理信道；：测量另一个系统的下行物理信道；业务量测量业务量测量：测量上行业务量：测量上行业务量 ；切换切换QOS测量测量：测量质量参数，如下行传输块误块率；：测量质量参数，如下行传输块误块率；UE内部测量内部测量：测量：测量UE发射功率和发射功率和RSSI。在在UE中，将测量小区分为三类中，将测量小区分为三类 oActive Set中的小区中的小区 ：软切换和更软切换中与软切换和更软切换中与UEUE同时同时通信的小区。通信的小区。oMonitored Set中的小区：除了中的小区：除了Active set外，外，UE需要监测需要监测的邻区。的邻区。oDetected Set中的小区中的小区 ：UEUE检测到的所有小区检测到的所有小区。切换切换.切换判决切换判决n根据测量报告的类型、组合和内容来决定切换类型、根据测量报告的类型、组合和内容来决定切换类型、切换时机和切换目标小区切换时机和切换目标小区。切换切换切换切换n对上面过程加以总结就是：对上面过程加以总结就是：(1)(1)如果如果Active Set 里的某个小区的里的某个小区的CPICH信道的信道的Ec/Io测测量值低于（量值低于（Active Set中最优小区的测量值中最优小区的测量值-相对门限相对门限（As_Th）-相对门限的滞后（相对门限的滞后（As_Th_Hyst），），并且持续并且持续时间超过触发时间，就从时间超过触发时间，就从Active Set中移去这个小区，这中移去这个小区，这个小区已经是个小区已经是Active Set 中的最差小区。中的最差小区。(2)(2)如果如果Monitored Set里的某个小区的里的某个小区的CPICH信道的信道的Ec/Io测量值大于测量值大于Active Set中最优小区的测量值中最优小区的测量值-相对门限相对门限（As_Th）-相对门限的滞后（相对门限的滞后（As_Th_Hyst），并且持并且持续时间超过触发时间，而且续时间超过触发时间，而且Active Set不满，就把这个小不满，就把这个小区加入区加入Active Set。切换切换(3)(3)如果如果Monitored Set里的最好小区的里的最好小区的CPICH信道的信道的Ec/Io测量值大于测量值大于Active Set中最差小区的测量值中最差小区的测量值+相对相对滞后（滞后（As_Rep_Hyst），），并且持续时间超过触发时间，并且持续时间超过触发时间，而且而且Active Set已满，就用这个小区取代已满，就用这个小区取代Active Set中最中最