[信息与通信]第5章WCDMA物理层的功能.doc

第5章 物理层的功能物理层向上层提供数据传输服务，这些服务都是通过MAC子层调用传输信道来实现的。传输格式（或传输格式集）定义了传输信道的特征，它同时也指明了物理层对这些传输信道的处理过程，如信道卷积编码与交织，以及服务所需的速率匹配参数等。物理层的操作严格按照物理信道无线帧的定时进行。传输块定义为物理层从上层接收的、将被同时编码的数据，于是传输块的定时就与物理信道无线帧严格对应，也就是说每10ms或10ms的整数倍产生一个传输块。一个UE可同时建立多个传输信道，每个传输信道都有其特征（如提供不同的纠错能力）。每个传输信道都可为一个或多个无线承载提供信息比特流的传输，也可用于层2和高层的信令消息传输。物理层实现传输信道到相同或不同物理信道的复用。另外，在当前无线帧中，传送格式组合指示（TFCI）字段用于惟一标识编码复合传输信道（CCTrCH）中每个传输信道的传输格式。WCDMA的物理层主要完成以下功能：(1)传输信道的FEC编/解码。(2)向上层提供测量及指示（如FER、SIR、干扰功率和发送功率等)。(3)宏分集分发/组合及软切换执行。(4)传输信道的错误检测。(5)传输信道的复用，编码复合传输信道的解复用。(6)速率匹配。(7)编码复合传输信输到物理信道的映射。(8)物理信道的调制/扩频与解调/解扩。(9)频率和时间（码片、比特、时隙和帧）的同步。(10)闭环功率控制。(11)物理信道的功率加权与组合。(12)射频处理。5.1 WCDMA中上行和下行无线链路的结构UMTS的空中接口物理层对上行和下行信道的处理过程是不同的，这种不同一方面表现在上下行物理层的信号处理的流程略有不同，同时也体现在上行和下行的信道结构的不同，这些差异其实是由上下行链路所具有的特点以及资源分配策略上的不同所决定的。UE和基站是通信网中的两个物理实体。不同的UE发送的上下链路数据是通过使用不同的上行扰码来区分的，不同小区发送下行链路数据是通过每个小区使用的不同下行扰码来区分的。从每个UE的角度来看，它不用关心自己使用的信道码是否会与其他用户 (UE)使用的信道码相同或不同，或者说上行信道码并不存在多个用户共享的问题，上行扰码已经被用来区分不同用户的信号了。在这里需要注意的是，在软切换的情况下，下行方向上，UE会同时接收到来自多个基站的发送的数据；但UE 在空中接口上发送给不同基站的上行信号却只有一份，UE不必给不同的基站使用不同的空中接口资源。软切换中，每个基站必须知道UE使用的上行扰码是什么，这样每个基站就可以正确读取UE发送的上行信号。上/下行链路使用的信道码和信道扰码如图5-1所示。从基站端看来，情况就与UE有所不同了，一个基站侧必须考虑的问题就是多个UE的下行物理信道共享的问题。对于同一个小区中的不同物理信道而言， 它们使用的下行扰码是相同的，但是它们必须共享同一棵OVSF码树。在信道的分配上，不同UE使用的信道码之间是有制约关系的，也即要求不同的物理信道使用的OVSF码相互正交。基于这种不同，上行和下行物理信道的信道结构以及物理层中对传输信道的 数据处理过程是不相同的。下行信道码因为被多个UE共用，从而必须考虑如何才能节约码字的问题，所以下行物理信道DPCH的DPDCH与DPCCH是时分复用的，在下行上并没有为DPCCH使用专门的码字。相反，上行信道则不存在这样的问题，所以上行的DPDCH和DPCCH使用不同的OVSF码。另外，在实际的数据传输过程中，无论上行还是下行，数据速率都是随时间 的改变而不停变化的，这种变化的传输速率存在于相同的空中接口链路上。在 WCDMA中使用TFCS来定义（各个传输信道的）不同传输格式对应的物理信道 传输速率的集合，TFCI被用来指示当前的传输速率对于传输速率集合中的哪一个具体的传输速率。对上行物理信道而言，可以通过灵活调整OVSF码的阶数来适应传输速率变化的需要，但是在下行方向上，这种物理信道码的灵活变更却是不允许的，因为多个用户共享相同的OVSF码，所以在改变每个UE使用的OVSF 码的时候必需也同时考虑其他UE使用的信道码的限制。基于这个原因，除非被 重新分配，下行信道上每次传输数据使用的信道码在被分配后是不变的，而且下行信道码是按照TFCS中最高要求的传输速率来进行分配的，也即下行信道码必须满足传输信道集中最大传输速率的要求。下行信道码的这种分配策略决定了在下行信道上经常要在较大的带宽（OVSF码）上传输较低的数据速率，具体到物理信道上相当于总会有一些码片是用来传输无用信息的，如果这种无用信息被正常传送，一方面将增加对其他物理信道不必要的干扰，另一方面也不能达到UE节电的目的。不连续传输（DTX) 就是被用来解决这一问题的，有关DTX会在物理信道部分做更详细的介绍。5.2 数据由MAC层到物理层的发送和接收 空中接口一章已经详细介绍了空中接口各层协议的关系以及各种信道之间的映射关系。在数据发送端，来自上层的信令和业务数据通过层2的MAC子层发送到物理层，数据经物理层处理后通过天线发送给接收端。下面首先来看数据是怎样从MAC层传送给物理层的。在WCDMA中，所有的传输信道都被定义为单向的（即上行无线链路和下行无线链路），这表明UE在上/下行链路可同时拥有一个或多个传输信道（取决于业务及UE状态）。一个UE可同时建立多个传输信道，每个传输信道都有其特征（如提供不同的纠错能力）。每个传输信道都可为一个无线承载提供信息比特流的传输，也可用于传输层2和高层的信令消息。物理层实现传输信道到一条或多条物理信道的复用。另外，在当前的无线帧中，传送格式组合指示（TFCI）字段用于惟一标识编码复合传输信道（CCTrCH）中每个传输信道的传输格式。传输信道参数中包含动态部分和半静态部分，动态部分在每个传输时间间隔中是可变的，而半静态部分则相对固定，上层的RRC协议可以通过原语来修改底层传输信道相关的半静态参数，例如通过传输信道的重配置功能就可以在UE和UTRAN之间修改传输信道的半静态参数。下面介绍传输格式、传输格式集方面的问题。MAC层负责通过L1/L2接口向物理层映射数据，此接口即传输信道。为了描述映射是如何实现和如何控制的，将在下面给出一些术语定义。这些定义对所有的传输信道类型通用，而不是专指DCH，见表5-1。物理层向上层提供数据传输服务，这些服务都是通过MAC子层调用传输信道实现的。传输格式（或格式集）定义了传输信道的特征，它同时也指明了物理层对这些传输信道的处理过程，如信道卷积编码与交织，以及服务所需的速率匹配。物理层的操作严格按照物理层无线帧的定时进行。传输块定义为物理层从上层接收的、将被同时编码的数据，于是传输块的定时就与物理层无线帧严格对应，也就是说，每10ms或10ms的整数倍产生一个传输块。有关上面一些术语的说明，参见图5-2。一个传输信道的属性由半静态部分和动态部分构成，动态部分决定数据速率，半静态部分决定数据在物理层中的处理过程。下面介绍传输信道属性的参数。(1)动态部分属性 传输块大小； 传输块集大小。(2)半静态部分属性 传输时间间隔（TTI）； CRC的长度； 采用的错误保护机制有： a.错误保护类型，Turbo码、卷积码、或无信道编码； b.码速率； c.静态速率匹配参数； d.上行链路的打孔限制。下面以WCDMA中AMR语音呼叫时可能存在的传输信道组合说明以上传输信道参数的含义。有关AMR语音呼叫传输信道的参数，可以参见TS 34.108的6.10.2.4.1.4a 小节。AMR语音业务在空中接口上行和下行方向上分别使用3条传输信道，另外在上行和下行方向还分别包含一条用于传输空中接口信令的3.4kbit/s的传输信道。这里只看其中一个方向上MAC层到物理层的数据传输。图5-3所示为传输信道的参数。在图5-3中，每个传输信道向物理层传送数据使用的传输块不同，而且每个传输信道都有其自己使用的传输格式集（TFS)，每个传输格式集中会包含多个传输格式。并不是每种可能的传输信道组合都是可用的，在这个实例中，传输信道向物理层传输数据可以使用的TFC共有12种可能的组合，这些组合构成TFCS。在每个传输信道上，每个传输格式都对应有一个传输格式指示（TFI)。而每个TFC都对应有一个TFCI。TFCI在空中接口编码后传输，接收端可以根据TFCI 获知来自发送端的物理信道使用的是什么样的传输信道组合。这一过程在本章后面部分会有详细说明。5.3 上行物理信道和下行物理信道空中接口的上行物理信道和下行物理信道具有不同的结构。本节将着重讨论UE在上行方向和下行方向都使用哪些信道。5.3.1 上行传输信道和物理信道UE使用上行传输信道和相应的上行物理信道发送数据给网络方，在上行方向上，UE可能使用的传输信道和物理信道组合包括以下3种：(1) RACH/PRACH；(2) CPCH/PCPCH；(3) DCH/DPCH。在某一时刻，UE只能使用上述3种信道组合中的一种（这里不讨论HSDPA 的情况）。其中，RACH和CPCH为公共信道；DCH为专用信道。RACH总是映射到物理信道（PRACH)上，没有物理层的RACH复用。业务的复用由MAC层来完成。在一个小区中可以配置几个RACH/PRACB。RACH 映射到PRACH时，可以采用相同的TF和TFCS，也可以釆用不同的TFCS。系统信息中可以指定可用的RACH/PRACH映射关系及相应的参数。PRACH资源是通过可用的接入前导特征码与可用的接入子信道来标识的。不同的PRACH可以采用不同的接入前导扰码来区分；不同的PRACH也可以使用相同的接入前导扰码，通过使用不同的可用接入前导特征码可以区分PRACH。小区中PRACH配置的例子可以参见本书的随机接入过程部分。CPCH是另一种公共类型传输信道，与RACH相比增加了碰撞检测机制，CPCH传输信道总是单独映射到PCPCH物理信道上。一个或多个DCH信道可在同一编码复用单元中处理与复用，此单元输出一个数据流，该数据流定义为编码复合传输信道（CCTrCH)。在下行链路上，一个UE可同时使用多个CCTrCH，这些不同的CCTrCH只需要一个快速功控环，但不同的CCTrCH可能有不同的C/I要求，以保证这些被映射的传输信道能提供不同的QoS。在上行链路且FDD模式下，同时只能有一个CCTrCH可以使用。个CCTrCH的数据流经过解复用/分割单元后，可以被映射到一个或多个物理信道中进行传输。 对每一个10ms无线帧来说，当前编码复用单元的配置信息可以是通过高层信令在UE和网络间传送。在物理信道上,使用TFCI来指示CCTrCH中所有DCH 的传输格式组合。5.3.2下行传输信道和物理信道在下行方向上，UE通过BCH/P-CCPCH来接收小区的系统广播信息，BCH 总是映射到P-CCPCH，而不和其他传输信道复用。UE通过PCH/S-CCPCH来接收网络的寻呼消息。另外，在下行方向上，网络还可以使用FACH向UE传送信令或（和）业务数据。PCH和FACH可以分别映射到不同的S-CCPCH上，也可以一起映射到同一个S-CCPCH上。当PCH和FACH 在同一个物理信道S-CCPCH上复用时，一个PCH可以和一个或几个FACH经过编码复用构成一个CCTrCH。每个CCTrCH只有一个TFCI用来标识PCH及每个FACH的传输格式。PCH同携带寻呼指示的PICH物理信道相关，PICH用于触发UE对承载PCH的物理信道的接收。在下行方向上，DCH与物理层数据流间映射的方式同上行链路一样，但其使用的信道编码/复用功能单元参数可能有所区别。在下行方向上，还可以使用DSCH/PDSCH来传输下行数据。每个PDSCH总是与一个下行DPCH相关。5.3.3 TFI 和TFCITFI是每个传输格式集合内某个特定传输格式（TF）的标签。当每次物理层 和MAC层在一个传输信道上传输一个传输块集时，它用于这两层间的通信。当 DSCH与一个DCH相关时，TH将标识DSCH映射的物理信道（即信道码），且UE必须监听此DSCH。TFCI是当前传输格式组合的一种表示。TFCI的值和传输格式组合间是一一对应的，TFCI用于通知接收侧当前有效的传输格式组合，即如何解码、解复用以及在适当的传输信道上递交接收到的数据。在传输信道上每一次传递传输块集时，MAC都要向物理层指示TFI。物理层将UE所有的并行传输信道上的TFI组合成TFCI，然后对传输块进行适当的处理，并将TFCI加到物理控制信令中。接收侧利用对TFCI的检测来识别传输格式组合。对于某些特定的传输格式组合集，TFCI信令可被忽略，并代之以盲检测。有关传输信道和物理信道的映射关系，可以参见空中接口一章。5.4 传输信道到物理信道的映射以及物理层中的数据处理过程在进行调制和信道化操作之前，先要对传输信道进行相应的处理。物理信道的信道码所对应的扩频增益SF值决定了物理信道的传输速率。如果同时有多个传输信道映射到一个物理信道上，则物理信道的SF就决定了各个传输信道总的传输速率，或者说决定了一个物理信道帧内需要传送的数据符号的个数。这就有一个如何将不同的传输信道复用到同一个物理信道上的问题。在这种情况下，每个物理信道帧都需要包含多个传输信道的数据，在物理帧进行交织前，这几个传输信道的数据被依次放置在物理帧上。在上行方向上，物理信道的SF可以灵活调整，如果传输信道有需要发送的数据，通过调制速率匹配参数，总是可以将物理帧需要的数据填充满。但在下行方向上，物理信道的SF值总是按照最大传输速率的要求来分配物理信道码的，SF值不能根据每个物理帧的传输数据大小灵活改变，这样当实际传输速率低于最大传输速率时，来自各个传输信道的数据就无法将物理信道要求传输的数据区填满。图5-4所示为UE侧上行物理层的数据处理过程。在下行方向上，各个传输层数据在物理信道上的放置位置有两种选择：一种方式是固定位置的复用，也就是每个传输信道被放置在固定位置；另一种方式是可变方式，也就是每个传输信道的数据被无间隔地连续放置，将不传的空位放在每个物理帧的末尾。相应这两种复用方式的不同，放置DTX的指示位也有两种方式，即第一次DTX插入和第二次DTX插入。图5-5所示为Node B侧下行物理层的数据处理过程。来自/到达MAC和高层的数据流（传输块/传输块集）将被编码/解码，以在 无线传输链路上提供传输服务。信道编码方案由差错检测、差错纠正、速率匹配、交织及“传输信道到物理信道的映射”和“物理信道到传输信道的分段”组成。到达编码/复用单元的数据以传输块集的形式传输，在每个传输时间间隔（TTI）传输一次。TTI的取值可以是10ms, 20ms, 40ms, 80ms中的一个。物理层中编码/复用的步骤如下：(1)给每个传输块加CRC;(2)传输块级联和码块分段；(3)信道编码；(4)无线帧的均衡；(5)速率匹配；(6)插入非连续传输DTX指示比特；(7)交织；(8)无线帧分段；(9)传输信道的复用和物理信道的分割；(10)到物理信道的映射。5.4.1 CRC的添加对于每个传输信道的传输块，在物理层中首先要添加CRC位。根据上层协议的规定，传输信道块的CRC可以是24、16、12、8或者0位，CRC位数越长，则接收传输块的错误遗漏概率越低。接收端要根据传输的数据内容检査CRC是否正确，如果不一致，则接收端认为传输块是错误的。整个传输块被用来计算每个传输块的CRC校验比特。校验比特的产生来自下面的一个循环生成多项式：5.4.2 传输块的级联和码块分段在每个传输块都被添加CRC之后，下一步就是将一个TTI时间内由MAC层传送到物理层的传输块级联起来，然后再统一进行信道编码。级联操作可以减小信道编码过程中编码器尾比特的开销。如果各个传输块串联起来的长度大于了信道编码的所要求的最大值，则还要将串联起来的传输块进行码块分割，以适应下一步信道编码方式的要求。经过码块分割后数据块被分为大小相等的码块，然后执行信道编码操作。码块的最大尺寸根据传输信道（TrCH）使用卷积编码、Turbo编码或不编码而定。对于不同的编码方式，允许的最大码块Z值是：卷积编码Z=504bit；Turbo 编码 Z=5114bit；如果不进行信道编码，则对码块大小没有任何限制。5.4.3 信道编码在完成传输块的级联和数据分割后，就可以将符合信道编码要求的数据块进行信道编码处理了。信道编码的目的是获得需要的BER目标值和BLER目标值。WCDMA中有3种方式可用于专用物理信道的编码：卷积码（1/2速率或1/3 速率)、Turbo码（只有1/3速率）和没有信道编码。3GPP标准并没有强制规定必须使用什么样的编码方式,但原则上Turbo码适用于对大块的数据进行编码，卷积码适用于对小块的数据进行编码。不同传输信道适用的编码方式见表5-2 (摘自3GPPTS 25.212)。如果用Ki表示被编码的码块的大小（位数），用f表示编码后码块的大小，则二者的关系可表示为：(1) 1/2 速率卷积码，Yi= 2xKi+16；(2) 1/3速率卷积码，Yi=3xKi + 24；(3) 1/3 速率的 Turbo 码，Yi=3xKi + 12；(4)没有信道编码，Yi = Ki。卷积编码器的结构如图5-6所示。卷积码约束长度义=9，编码率为1/3和1/2。当卷积编码率为1/3时，卷积编码器的输出将按输出0，输出1，输出2，输出0，输出1,，输出2的次序进行；当卷积编码率为1/2时，卷积编码器的输出将按输出0，输出1，输出0，输出1,，输出1的次序进行。在编码前码块的末端将加8个全“0”的尾比特。编码器的移位寄存器的初始值将全为“0”。5.4.4无线帧的尺寸均衡无线帧尺寸均衡的过程只用于上行链路的处理，目的是对信道编码后的数据进行填充，以保证输出可以分成相同大小的数据段。通过无线帧均衡操作，保证了多个10ms无线帧上发送的数据长度相同。5.4.5 第一次交织如果传输信道的TTI大于10ms,即为20ms、40ms或80ms中的一个值，则物理层中需要对信道编码后的数据进行第一次交织，由于这个交织深度大于物理帧10ms,所以第一次交织也被称为帧间交织。第一次交织是一个进行列间置换的块交织。5.4.6 速率匹配速率匹配的目的使每个传输信道对物理信道的输入比特数与物理信道上无线帧所能承载的比特数匹配起来。WCDMA允许多个传输信道映射到同一个（或多个）物理信道上，这种映射是通过多个传输信道在CCTrCH上的复用来实现的。一个物理信道的传输速率是与它使用的OVSF码的扩频增益SF直接相关的，一个CCTrCH可以对应一个或多个物理信道，一个CCTrCH帧上包含的数据块大小也是与物理信道的SF直接相关的。一旦物理信道的扩频增益SF确定下来，这个物理信道上一个无线帧上所能承载的数据大小也就是一定的了。如果将空中接口的物理帧（或者对应的 CCTrCH)比喻为一个固定大小的车厢，则一个传输信道中速率匹配要解决的问题就是如何调整经过“添加CRC/信道编码/交织”处理后的数据大小，从而使它的大小刚好能够填充满在车厢内被分配的空间。速率匹配就是将信道编码之后的数据进行打孔或者数据重复，以使速率匹配后的数据可以满足该传输信道在CCTrCH中分配给它的位置的要求。速率匹配参数被用来计算出比特重复或者打孔的数量。速率匹配的参数由RRC层给出。RRC层在决定一个传输信道参数时需要考虑这个传输信道的数据速率和QoS要求。如果一个CCTrGH中的所有TrCH速率匹配模块都没有比特输入，那么该CCTrCH中的所有TrCH的速率匹配模块必须没有比特输出，若是上行链路速率匹配，则没有DPDCH被选择。1. 上行链路的速率匹配在上行链路中，无论需要在无线链路上传输的数据速率是多少，速率匹配总能保证经过速率匹配的数据都能刚好填充满上行DPDCH。因为在上行链路上，各个UE的无线信号靠上行扰码区分开来，UE之间并不需要共享信道码，所以在信道码的使用上较下行链路有更大的灵活性。在上行链路上，UE可以根据TFCI值对应的不同数据速率选择需要的上行链路的扩频增益 (SF)。在建立上行链路时，网络会给出在此上行链路上的打孔限制参数，如果UE发现速率匹配超出了打孔限制的要求，则UE就需要考虑使用SF更小的信道码。SF值的限制取决于UE的能力，网络方在分配无线链路时，也会给出UE 个限制值。在上行链路上，不同的TFCI用来指示不同的传输信道格式组合，它代表不同的数据速率。而速率匹配特性可以根据TFCI的不同选取不同的值。在数据传输过程中，两个连续物理帧都可以使用不同的速率匹配参数，上行链路就是通过这种方式来保证物理信道上总能被填充满数据。2.下行链路的速率匹配在下行链路上，小区内的多个UE共享同一套OVSF码树，UE在信道码的使用上没有上行链路那种灵活性。在下行链路上，物理信道在被分配时，SF值就被固定下来，所以无线帧中所包含的数据童并不随TFCI的改变而改变。在下行链路上，UE的速率匹配特性是相对固定的。在下行无线链路被分配时，TFCS中可以包含多个TFCI用于指示不同的传输信道格式组合，不同的TFCI 相应代表不同的数据传输速率。下行链路上，速率匹配参数是根据TFCS中最大数据传输速率情况来确定的，也就是说速率匹配参数将保证在下行链路最大数据传输速率的情况下，物理信道中的空间刚好能够填满。这样也就保证了物理信道在SF不变的情况下，总能够有足够的空间容纳来自传输信道的数据。在数据传输过程中，如果存在数据速率的改变，也仍将沿用固定的速率匹配参数。由于下行物理信道的速率匹配参数是固定的，当下行链路上不使用最大数据速率传输时，下行物理信道上必然会有空出来的空间。为了降低在空中接口上各个物理信道相互之间的干扰，最好的方式就是在这些空闲的位置上不传输任何功率比特。这也就是下行链路中独有的DTX指示位插入过程产生的原因。5.4.7 传输信道的复用和DTX指示位的插入在每个传输信道中，数据被分为适合10ms物理帧传输的数据块。每隔10ms，这些传输信道数据快被复用到一个编码复合传输信道（CCTrCH）上。根据传输信道数据块在CCTrCH中的复用方式的不同，可以分为固定位置的复用方式和可变位置的复用方式，如图5-7所示。固定位置的复用方式是指在CCTrCH中，每个传输信道都有固定的位置，即使一个传输信道的数据块不能够填满CCTrCH给它预留的空间，其他物理信道也不会占用该空闲的空间。可变位置的复用方式则是指在CCTrCH上，根据数据块实际大小，各个传输信道在CCTrCH上的位置是可变的。各个传输信道数据块之间不需要留有空闲的空间，而是在CCTrCH上顺序排列。在下行链路中，利用DTX比特填充无线帧的空闲位置，使用DTX指示比特，表示物理信道在该比特没有功率发送。DTX指示比特的插入位置取决于无线帧中传输信道的位置是否固定。共有两种TRX比特插入的方式，这两种方式不会被同时使用，所以在下行链路数据处理的流程框图（图5-5)中，使用虚线表示。1.第一次TRX比特的插入如果传输信道在CCTrCH上使用固定位置的复用机制，则当传输信道不使用最大数据速率发送时，需要先添加DTX比特，以满足CCTrCH上为该传输信道预留的位置大小，如图5-8所示。2.第二次TRX比特的插入如果传输信道在CCTrCH上使用可变位置的复用机制，在当传输信道不使用 最大数据速率发送时，将不执行第一次DTX指示位的插入，而是使用第二次DTX 指示位的插入来填充CCTrCH中的剩余空间，如图5-9所示。5.4.8 物理信道的分段和第二次交织当物理层使用超过一个物理信道时，CCTrCH的输出比特将会被进行物理信道分段，被分段的数据将被映射到不同的物理信道上发送。被分段后的数据也就是实际需要在物理信道的10ms无线帧上发送的数据。这个10ms物理帧上的数据最后还要进行第二次交织。因为被交织的数据在同一个无线帧内发送，所以第二次交织也称为帧内交织。帧内交织也是进行列间置换的块交织。交织的目的是防止源数据信息经过空中接口传输后在接收端发生连续大块的错误。在完成帧内交织的输出数据就可以被映射到物理信道上进行进一步处理了。5.4.9 传输信道、CCTrCH、物理信道之间的映射前面提到的CCTVCH也可以分为专用CCTrCH和公共CCTrCH两种类型。传输信道到CCTrCH的映射遵循以下规则。(1)复用到同一个CCTrCH的不同传输信道具有一致的定时，也就是说，各个传输信道的传输块到达物理层的时间相同，如图5-2所示。(2)只有在同一个激活集中的专用传输信道才可以映射到同一个CCTrCH。(3)不同的CCTrCH不能被映射到相同的物理信道。(4) 一个CCTrCH可以被映射到一个或者几个物理信道，但使用多个物理信道的情况下，所有的物理信道将有相同的SF。(5)专用传输信道和公用传输送信道不能被复用到相同的CCTrCH。(6)对于公用传输送信道，只有FACH (前向接入信道）和PCH (寻呼信道）有可能映射到同一个CCTrCH中。在上行方向上，某一时刻UE最多可以使用一个CCTrCH，这个CCTrCH或 者是个专用类型CCTrCH，或者是个公共类型CCTrCH。在下行方向上，某个时刻UE可以同时使用的专用CCTrCH数目和公共CCTrCH数目依照UE的接入能力而定。在下行方向，一个UE最多有一个用于DSCH/HS-DSCH的公共CCTrCH，最多有一个用于FACH的CCTrCH。当使用一个用于DSCH/HS-DSCH的公共CCTrCH时，UE最多时用一个专用CCTrCH。在下行方向上，UE也可以同时使用多个专用CCTrCH (不同的CCTrCH映射到SF值不同的物理信道上)，但即使使用多个CCTrCH，下行控制信道DPCCH 也只会有一个，这种情况下，下行的DPCCH将会放在使用的SF最小那个CCTrCH对应的物理信道上传输，也就是说，即使在使用多个CCTrCH的情况下，下行方向也只有一份TPC命令和TFCI在空中接口传输。5.5 TFCI在空中接口使用在前面几小节中已经就不同的传输信道格式组合到CCTrCH的映射作了叙述。同一个物理信道上，不同的时刻所承载的传输信道的数据格式可以是不同的，这些不同的传输格式组合（TFC)在物理层中使用TFCI来指示。在传输信道数据映射到CCTrCH时，传输信道所用的数据传输格式（TF）可以用一个TFI来唯一标识。根据物理信道中某一时刻使用的TFC中各个传输信道的TFI，物理层可以获得此时刻相应的TFCI。TFCI被包含在物理信道中，经空中接口由发送端到达接收端，在接收端根据物理信道中的TFCI指示，就可以获知发送端使用的传输信道组合（TFC）是什么。接收端是如何根据TFCI获得发送端的使用的传输信道组合的呢？在讨论空中接口如何使用TFCI之前，先明确一下TFI、TFCI和CTFC的含义。传输格式指示（TFI, Transport Format Identification)：用于指示在传输格式集中的某一个特定的传输格式；传输格式组合指示（TFCI, Transport Format Combination Indicator)：在TFCS 中每个有效的TFC都可以用一个TFCI来指示当前使用的是哪一个传输信道组合。在空中接口的发送端和接收端，TFCI被用来在物理层中传输。计算的传输格式组合（CTFC, Calculated Transport Format Combination)：顾名思义，这是一个计算出来的TFC参数，它的计算规则决定了它能够使接收方正确理解发送方给出的TFC描述。TFCI只在空中接口的物理层上传输，而空中接口的上层协议在传递TFCS信息的时候并没有使用TFCI这样一个值，而是使用了和每个TFCI 一对应的一个中间参数CTFC来描述。发送方使用一个CTFC值，可以使接收方知道使用的TFC中具体的传输信道组合是怎样的，每个CTFC都是与一个有效的TFCI 一对应。 通过使用CTFC，可以有效地提高传输高层信令的效率。在无线链路建立时，RNC将会通知Node B和UE无线链路上使用的CTFC 有哪些，而一个CTFC值就决定了使用什么样的传输格式组合（TFC)。按照CTFC 与TFCI的映射关系，在Node B和UE的物理层中就可以根据某一时刻实际使用 的TFC情况决定物理层中的TFCI值。一个TFC中可以使用多个传输信道，下面将一个TFC中包含的传输信道个数用I表示；个TFC中的每一个传输信道上都可能有多个传输格式（TF），每个传输格式对应一个在该传输信道上的TFI,这I个传输信道中的某一个传输信道TrCH, （i = 1, 2,.,I）上可能使用的传输格式可以有Li种，这样一个特定传输信道上传输格式可能的取值就可能相应有Li个，即0,1,2,.Li - 1TFI。首先为每个传输信道定义一个Pi值如下：2012-12-8 12:02:45 上传下载附件 (1.79 KB)其中，i=1,2，.I，且L0=1，即，P1=L0P2=L0*L1P3=L0*L1*L2P4=L0*L1*L2*L3.一个特定的TFC中包含的每个传输信道所使用的传输格式可以表示如下：TrCH1使用的传输格式为TFI1，TrCH2使用的传输格式为TFI2，依次类推，每个TFI的取值遵循前面的规定（即TFIi0，1，2，Li - 1，则与此TFC相对应的 CTFC (TFI1， TFI2，TFIi)值可以按下式计算：发送端使用这样一个计算出的CTFC值，则接收端就可以正确地反推出每个传输信道所使用的是哪个传输格式了。下面就以一个最为典型的AMR语音业务使用的无线承载为例说明CTFC的作用机制。5.5.1 AMR语音编码的结构在介绍AMR语音呼叫如何使用空中接口信道资源之前，首先介绍AMR语音编码。 AMR的含义是适应性多速率编码（Adaptive Multirate Codec)，AMR语音编码可以使用从4.75kbit/s到12.2kbit/s的编码速率。AMR的各种编码速率来源不同，例如AMR-12.2kbit/s来源于GSM增强全速率（EFR, Enhanced Full Rate)；AMR-6.70kbit/s 则来源于PDC网络使用的增强全速率；AMR-SID则用于模拟低速率背景噪声。通过使用不同速率的AMR语音编码，网络及终端可以灵活地调配系统资源。 例如，在下行方向上，当系统容量较大时，可以选用较低速率的AMR语音编码，这样可以在不降低太多用户话音质量的前提下有效的增加系统下行的用户容量；对于上行方向上，如果系统容量较大或者用户处于小区网络信号覆盖边缘时，通过降低语音编码的速率，可以有效提高上行的系统容量或者提高小区的覆盖范围。理论上，AMR编码速率可以在每个TTI内（20ms）都发生变化，在实际应用中，其变化频率要慢很多。通过AMR编码后，根据信息的重要性，编码信号被分为3类，即Class A、 CalssB和ClassC。其中，Class A重要性最高，其对传输可靠性的要求也最高，如果Class A的编码数据被损坏，则语音质量明显下降；ClassB与CalssC编码数据的重要性低于Calss A的编码数据，其中Class C更低于Calss B编码，如果Calss B与ClassC的编码数据在传输中发生错误，降低通话质量，但其对话音质量的影响较Class A编码数据的影响要低。对于每一种AMR编码速率，其包含的AMR 每类数据见表5-3。5.5.2 AMR语音业务中TFCI的使用对于前面介绍的3类AMR语音编码数据，因其重要性不同，所要求的空中接口传输QoS机制也有所不同。为了满足并区分不同的QoS要求，在空中接口将这3类AMR语音分别使用不同的传输信道（DCH）进行传输。为了传输AMR 语音数据，就需要3条DCH，而加上额外的用于传输空中接口信令（3.4kbit/s）的一条DCH,就需要使用4条DCH，这样共用四个传输信道可以被复用在一起。这4个DCH分别为：- Class A使用DCH 1传输；- ClassB使用DCH2传输；- Class C使用DCH 3传输；信令使用DCH4传输。3GPP TS34.108的6.10.2.4节和TS 25.331的第13.7节给出了许多缺省的无线承载的配置参数，其中有一个就是关于12.2kbit/s的AMR语音业务外加一个3.4kbit/s信令的配置实例。每个传输信道可能使用的传输格式分别为：DCH1 (0, 39, 81)； DCH2 (0, 103)； DCH3 (0, 60)； DCH4 (0, 144)按照协议规定，对于这一无线承载的配置,TFCS共包含6种可供使用的TFC；TFCS 为 (TFO, TF0, TF0, TF0), (TF1, TFO， TF0, TFO), (TF2, TFI, TFI, TF0)，(TFO，TF0, TF0， TF1), (TF1, TFO, TF0, TFI), (TF2, TFI, TFI, TF1) 每个可能TFC都用一个CTFC去标识，分别是：CTFC (TF0, TF0，TF0, TF0)= 0； CTFC (TFI, TF0， TFD, TF0)= 1： CTFC (TF2, TF1, TF1, TF0)= 11; CTFC (TF0, TF0, TF0, TF1)= 12； CTFC (TF1, TF0， TF0, TF1)= 13； CTFC (TF2, TF1, TF1， TF1)= 23。 首先看一下各个CTFC是怎样计算出来的。根据已经知道的配置信息，可以得到每个传输信道可能使用的传输格式的种类数为：L1=3；L2=2；L3=2；L4=2所以有：P1=L0=1P2=L0*L1=1*3=3P3=L0*L1*L2=1*3*2=6P4=L0*L1*L2*L3=1*3*2*2=12所以有：CTFC (TF0, TF0， TF0， TF0)=0*P1+0*P2+0*P3+0*P4=0CTFC (TFI, TF0, TF0， TF0)=1*P1+0*P2+0*P3+0*P4=1CTFC (TF2, TFI1, TFI1, TF0)=2*P1+1*P2+1*P3+0*P4=11CTFC (TF0, TF0, TF0, TFI1)=0*P1+0*P2+0*P3+1*P4=12CTFC (TFI1, TF0, TF0， TFI1)=1*P1+0*P2+0*P3+1*P4=13CTFC (TF2, TF1, TF1， TFI1)=2*P1+1*P2+1*P3+1*P4=23这样一来，当发送端给出一个CTFC信息时，接收端也就能相应知道这个对应的TFC中使用的各个传输信道的传输格式是哪一个。CTFC通过定义Pi值达到了这个目的，Pi的计算规则使得每个Pi都能比P1Pi-1的值所能组合起来取得的和值都大。例如，在本例中，（P2=3）（2*P1=2）；（P3=6）（2*P1+1*P2=5）；（P4=12）（2*P1+1*P2+1*P3=11）；这样就可以在接收端根据CTFC的值，从DCH4到DCH1依次将各个传输信道适用的传输格式反推出来。例如，如果CTFC = 23，则：23=P4*1+11 DCH4使用TF1；11=P3*1+5 DCH3使用TF1；5=P2*1+2 DCH2使用TF1；2=P1*2 DCH1使用TF2；所以，对应的TFC所使用的传输信道组合就是（TF2，TFI, TFI, TF1）AMR语音业务的空中接口的信道配置见表5-4。在进行信道编码、速率匹配及交织处理后，物理信道上的数据就可以执行扩频和调制过程了。WCDMA在设计上，上行链路与下行链路具有不同的信道结构。所以在这一小节中将上行信道的扩频和调制与下行信道的扩频和调制分开说明。在介绍扩频和调制之前，先介绍信道码和扰码的产生。5.6 扩频与调制物理层中将数据进行信道编码、速率匹配及交织等处理后，通过CCTrCH映射到一个或多个物理信道上，物理信道的数据需要进行扩频和加扰操作。扩频使 用信道码将每个物理信道的符号扩频为码片速率的信号，被扩频后的数据再通过扰码加扰，如图5-10所示。WCDMA中上行和下行方向上使用的信道码都是相同的，都是使用OVSF码。WCDMA在上行方向和下行方向使用的扰码不同，见表5-5。5.6.1 信道码的产生OVSF码的结构如图5-11所示，用于保持用户不同物理信道之间的正交性。 OVSF码可以用图5-11中的码树来定义。在图5-11中，信道化码被惟一地定义为Cch,SF,k,这里，SF是码的扩频因子，k是码的序号，0（小于或等于）k（小于或等于）SF-1。码树的每一级定义了长度为*SF的信道化码，对应于图5-11中的扩频因子SF。 WCDMA中可以使用的值为：4、8、16、32、64、128和256,下行方向还允 许使用#等于512的信道码。值越小，对应的信道数据传输速率越高。 信道化码的产生方法定义为：5.6.2 上行扰码所有上行物理信道都和复数值的扰码进行加扰处理。在上行方向上，有两种 可能用到的扰码：一种是长扰码；一种是短扰码。上行DPCCH/DPDCH既可以用长扰码又可以用短扰码。PRACH的消息部分 用长扰码。共有2的24次方个上行长扰码和2的24次方个上行短扰码。1. 长扰码长扰码C(下标long)，1，n和C(下标long)，2，n是由两个二进制m序列的38400个码片的模2加产生的。二进制m序列由25阶生成多项式产生。序列C(下标long)，2，n序列C(下标long)，1，n的 16777232个码片的移位。假设:x和y代表两个m序列，x序列是由生成多项式X的25次方+X的3次方+1产生的。y序列是由生成多项式X的25次方+X的3次方+X的平方+X+1产生的。两个序列共同构成Gold序列。n23 . n0代表24比特二进制扰码序列，n0是最低有效位。x序列的第n个数记为x（下标n），另外，x（下标n）（i）和y（i）代表序列x（下标n）和序列y的第i个符号。m序列x（下标n）和y构成如下：初始条件为：实数值的长扰码C(下标long)，1，n和C(下标long)，2序列定义为：上行扰码序列产生器的结构如图5-12所示。2 短扰码短扰码序列Cshort，1，n（i）和Cshort，2，n（i）是由周期性的S (2)扩展码定义的: n23n22.n0代表24比特第n个码，第n个四进制S（2）序列z（下标n）（i），0（小于或等于）n（小于或等于）16777215，是由3个序列的模四加得到的，一个四进制序列a（i）和二个二进制序列b（i）和d（i），初始载入的3个序列是由码数n决定的。长度为255的z（下标n）（i）序列由下式产生：序列Z（下标n）（i）和实数值的二进制序列Cshort，1，n（i）及Cshort，2，n（i），i=0,1，.，255的对应关系见表5-6。最后，复数值的短扰码序列Cshort，n定义为：5.6.3 下行扰码 共有2的18次方-1=262143个扰码可以产生，扰码编号为0262142。但并不是所有的扰码都可以用，共有8192 (512x16)个下行扰码可用。所有可用的下行扰码被分成两种：一种为主扰码，共有512个；另一种是辅助扰码，共有15x512个。每个主扰码都有与其对应的15个辅助扰码。主扰码是指编号为n=16xi的扰码，其中i=0.511。第i阶段辅助扰码包括序号为16*i+k的扰码，其中k=1.15。因此，序号为k=0,1，.，8191的扰码为可用扰码。主扰码又可以分成64个扰码组，每个扰码组中包含8个主扰码。第j个扰码组包括的扰码为16*8*j+16*k，这里j=0.63且k=0.7。WCDMA中，每一个小区只分配一个下行主扰码。P-CCPCH、P-CPICH、PICH、 AICH、AP-AICH、CD/CA-ICH、和PCH映射的S-CCPCH总是使用主扰码来加扰。其余的下行物理信道既可以用主扰码也可以用和主扰码相关的辅助扰码进行加扰。通过将两个实数序列合并成为一个复数序列构成一个扰码序列。通过两个18 阶的生成多项式，产生两个二进制的w序列，m序列的38400个码片模2加构成 两个实数序列。两个实数序列构成了一个Gold序列。扰码每10ms重复一次。设x和y分别代表一个序列。x序列用生成多项式1+X的7次方+X的18次方生成，y序列用生成多项式1+X的5次方+X的7次方+X的10次方+X的18次方生成。依赖于扰码号n的序列记为Zn。设x（i）代表序列x，y（i）代表序列y，Zn（i）代表Zn的第i个值。m序列x和j构成如下：初始条件，x：x（0）=1，x（1）=x（2）=.x（16）=x（17）=0y（0）=y（1）=.y（16）=y（17）=1