WCDMA_物理层层信道详细解读

精品文档 1欢迎下载 WCDMAWCDMA 1 1 WCDMAWCDMA 物理层信道物理层信道 1 11 1 同步信道 同步信道 SCH SCH SynchronisationSynchronisation ChannelChannel SCH 是下行物理信道 分为主同步信道 P SCH Primary SCH 和从同步信道 S SCH Secondary SCH 主要用于 UE 在开机后与系统进行时隙同步和帧同步的过程 以完成物 理层同步 SCH 是一个用于在小区搜索过程中 UE 与网络进行时隙同步和帧同步的下行物理信道 SCH 包括两个子信道 一个是主同步信道 P SCH 另一个是从同步信道 S SCH SCH 的每个无线帧长度为 10ms 38400chips 分为 15 个时隙 每个时隙的长度为 2560chips SCH 的无线帧结构如图 精品文档 2欢迎下载 P SCH 上发送的是基本同步码 PSC Primary Synchronization Code 长为 256chips PSC 在每一个时隙的前 256 个码片的位置发射一次 在图中用 cp 表示 系统中 每个小区的 PSC 都是相同的 S SCH 上发送的是辅助同步码 SSC Secondary Synchronization Code 长为 256chips S SCH 与 P SCH 在时间上并行传输 SSC 在图中用 csi k 来表示 其中 i 0 63 表示主扰码组的组号 k 0 14 表示时隙号 S SCH 的每一个无线帧重复发 射这 15 个 SSC 每个 SSC 是从长为 256chips 的 16 个不同的码片序列中选取的 在 S SCH 上发送的 SSC 序列共有 64 种确定的组合 对应 64 个主扰码组 用于指示小区的下行扰码 是属于哪一个扰码组的 也就是说如果两个小区的主扰码不同 那么这两个小区的 S SCH 信道上发送的 SSC 序列就不同 图中的参数 a 用于指示 P CCPCH 是否进行了发射分集 a 1 表示 P CCPCH 进行了 STTD 发射分集 a 1 表示 P CCPCH 未进行 STTD 发射分集 SCH 信道不进行扩频和加扰 当小区的任意一个下行物理信道上使用发射分集 开环 或闭环 时 SCH 也将使用发射分集 SCH 采用的是时间切换发射分集 TSTD 方式 1 21 2 公共导频信道 公共导频信道 CPICH CPICH CommonCommon PilotPilot ChannelChannel 是下行物理信道 CPICH 分为主公共导频信道 P CPICH Primary 和从公共导频信 道 S CPICH Secondary CPICH 提供其他物理信道的信道估计参考 P CPICH 在整个小 区的覆盖范围中不间断地发射 并承载着小区主扰码的信息 同时 P CPICH 也是其它物 理信道的功率基准 其发射功率决定了小区的覆盖范围 S CPICH 是可以用在智能天线系 统当中的一个解决方案 目前暂未使用 精品文档 3欢迎下载 CPICH 为固定速率的下行物理信道 速率为 30kbps SF 为 256 用于传输预定义的比 特 符号序列 CPICH 主要用来辅助终端对其他物理信道进行信道估计 CPICH 的无线帧结 构如图 CPICH 的每个无线帧长为 10ms 分成 15 个时隙 每个时隙的长度为 2560chips 当小区的任意一个下行物理信道上使用发射分集 开环或闭环 时 两根发射天线使 用相同的信道化码和扰码来发射 CPICH 在这种情况下 对天线 1 和天线 2 来说 预定义 的符号序列图样是不同的 见图 在没有发射分集时 则使用图中天线 1 的符号序列图样 CPICH 分为主公共导频信道 P CPICH 和从公共导频信道 S CPICH 两类 它们的 用途不同 其区别仅限于物理特性不同 主公共导频信道 P CPICH 信道化码固定为Cch 256 0 扰码为小区主扰码 每个小区有且仅有一个P CPICH 在整个小区内进行广播 是 SCH P CCPCH AICH 和PICH 的相位基准 也是所有其它下行物理信道的缺省 精品文档 4欢迎下载 相位基准 是所有下行物理信道的功率基准 从公共导频信道 S CPICH 可使用SF 为256的信道化码中的任意一个 可使用主扰码或者从扰码进行加扰 每个小区可以不配置S CPICH 也可以配置零个或者多个S CPICH 可以覆盖整个小区或者小区的一部分 可以通过上层信令配置 成为S CCPCH 和下行DPCH 的相位基准 1 31 3 主公共控制物理信道 主公共控制物理信道 P CCPCH P CCPCH PrimaryPrimary CommonCommon ControlControl PhysicalPhysical ChannelChannel 是下行物理信道 用于承载 BCH 上的系统广播消息 UE 通过读取该信道的内容来获 取各种系统下发的参数 P CCPCH 为固定速率的下行物理信道 速率为 30kbps SF 为 256 P CCPCH 用于承载 BCH 传输信道 发送系统广播消息 P CCPCH 的无线帧结构如图 P CCPCH 的每个无线帧 长为 10ms 分成 15 个时隙 每个时隙的长度为 2560chips 在每个时隙的前 256chips 内 P CCPCH 不进行发射 在此段时间内 将发射 P SCH 和 S SCH 因此可以认为 SCH 和 P CCPCH 是时分复用的 精品文档 5欢迎下载 如果系统采用开环发射分集传送 P CCPCH 那么 P CCPCH 需要使用基于空间时间块编 码的开环发射分集 STTD 见 4 5 4 节 P CCPCH 的 STTD 编码模式如图 4 16 所示 除 了时隙 14 外 每帧的其他偶数编号的时隙的最后两个数据符号与下一个时隙的最前两个 数据符号一起进行 STTD 编码 时隙 14 的最后两个符号不进行 STTD 编码 而是以相同的 功率在两根发射天线上发射 P CCPCH 是否进行 STTD 编码由高层信令决定 UE 通过 SCH 的调制方式获知 P CCPCH 是否采用了 STTD 编码 因此 UE 在开机注册和小区切换时可以通 过接收高层消息 解调 SCH 或者这两种方式的组合 来确定是否在 P CCPCH 上采用了 STTD 1 41 4 寻呼指示信道 寻呼指示信道 PICH PICH PagingPaging IndicatorIndicator ChannelChannel 是下行物理信道 用于发送寻呼指示 以支持 UE 的睡眠模式 用户以一定的时间间 隔解调 PICH 信道 查看是否有针对自己所属寻呼组的寻呼消息 若有 则在一定时间间 隔后 读取相应的 S CCPCH 信道 PCH 传输信道 查看是否有针对自己的寻呼内容 PICH 为固定速率的下行物理信道 SF 为 256 用于传输寻呼指示 PI PICH 的 无线帧结构如图所示 PICH 的每个无线帧长为 10ms PICH 总是与一个 S CCPCH 从公共 控制物理信道 随路以配合使用 以支持 UE 的休眠工作模式 S CCPCH 用于承载 PCH 传 输信道 精品文档 6欢迎下载 一个 PICH 无线帧长为 10ms 包括 300 个比特 b0 b1 b299 其中 288 个比 特 b0 b1 b287 用于传输寻呼指示 余下的 12 个比特未定义 不发送 一帧内可 以有 n n 18 36 72 144 个寻呼指示 不同个寻呼指示的配置对应不同的寻呼指示长 度 如当一帧中配置 36 个寻呼指示时 单个寻呼指示的长度为 8bits 如果某个寻呼指示 被置为 1 则表示与这个寻呼指示相对应的寻呼组中的某个 UE 被寻呼了 该寻呼组下的 UE 就要读取相应的 S CCPCH 中具体的寻呼消息 1 51 5 从公共控制物理信道 从公共控制物理信道 S CCPCH S CCPCH SecondarySecondary CommonCommon ControlControl PhysicalPhysical ChannelChannel 是下行物理信道 用于承载两个传输信道 一个是 PCH 信道 一个是 FACH 信道 这 两个传输信道都映射到 S CCPCH 信道上 PCH 信道承载的是系统的寻呼消息 FACH 信道 可以承载少量的下行数据以及公共信令 S CCPCH 为可变速率的下行物理信道 其无线帧结构如图 4 18 所示 S CCPCH 的每个 无线帧长为 10ms 分成 15 个时隙 每个时隙的长度为 2560chips 图中的参数 k 确定了 每个 S CCPCH 时隙的总比特数 它与该信道的扩频因子 SF 有关 SF 256 2k k 0 6 S CCPCH 的速率可为 30 2kkbps SF 为 256 4 S CCPCH 用于承载 FACH 和 PCH 传输信道 精品文档 7欢迎下载 有两种类型的 S CCPCH 包括 TFCI 传输格式组合指示 的和不包括 TFCI 的 是否传 输 TFCI 是由 UTRAN 来决定的 因此对所有的 UE 来说 支持 TFCI 的使用是必须的 一个小区可以有多条 S CCPCH 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 它们可以映射到同一帧 P CCPCH 和 S CCPCH 的 主要的区别在于 P CCPCH 是一个固定速率的物理信道而 S CCPCH 可以通过包含 TFCI 来支 持可变速率 另外 P CCPCH 是在整个小区内连续发射的 而 S CCPCH 可以采用与专用物 理信道 DPCH 相同的方式以一个窄瓣波束的形式来发射 仅仅对承载 FACH 的 S CCPCH 有效 1 61 6 物理随机接入信道 物理随机接入信道 PRACH PRACH PhysicalPhysical RandomRandom AccessAccess ChannelChannel 是上行物理信道 用于承载 RACH 传输信道 PRACH 信道分为前缀部分和消息部分 PRACH 信道的一个重要使用场景是当用户在初始发起呼叫的时候 由于没有分配任何专用 信道 因此在上行通过此公共信道联系网络侧 向网络侧申请建立连接 同时该信道也可 以用来承载少量的上行数据以及其他公共信令 PRACH 用来承载 RACH 传输信道 PRACH 的传输是快速捕获指示 AI 配合下的时隙 ALOHA 方式 UE 可以在一个预先定义的时间偏置尝试随机接入传输 表示为接入时隙 图 4 19 显示了无线帧中接入时隙的数量和它们之间的相互间隔 精品文档 8欢迎下载 每两个无线帧有 15 个接入时隙 接入时隙之间的间隔为 5120chips 当前小区中哪个 接入时隙的信息可用 是由高层信息给出的 随机接入发射的结构如图4 20所示 随机接入发射由两部分组成 首先是一个或多个 长为4096chips 的接入前缀 然后是一个长为10ms或20ms的消息部分 RACH 前缀部分 每个随机接入的前缀部分长为 4096chips 是对长度为 16chips 的一个签名序列 signature 的 256 次重复 总共有 16 个不同的签名序列可供选择使用 这些签名序列 之间相互正交 RACH 消息部分 下图显示了随机接入消息部分的帧结构 10ms 的消息部分由 15 个时隙组成 每个时 隙的长度为 2560chips 每个时隙包括两部分 一个是数据部分 RACH 传输信道映射到这 精品文档 9欢迎下载 部分 另一个是控制部分 用来传输物理层控制信息 从时间上看 数据部分和控制部分 是并行发射传输的 一个 10ms 的消息部分由一个无线帧组成 而一个 20ms 的消息部分则 是由两个连续的 10ms 无线帧组成的 图中的参数 k 确定了数据部分每个时隙的总比特数 它与该信道的扩频因子 SF 有关 SF 256 2k k 0 3 数据部分的速率可为 15 2kkbps SF 为 256 32 控制部分的 SF 为 256 每一个时隙共有 10 个比特 其中包括 8 个已知的 Pilot 导频 比特 用来支持用于相干检测的信道估计 以及 2 个 TFCI 比特 在 10ms 的一个随机接 入帧中 TFCI 比特的总数为 15 2 30 比特 TFCI 值对应于当前随机接入消息的一个特定的 传输格式 在 PRACH 消息部分长度为 20ms 的情况下 TFCI 将在第 2 个无线帧中重复 1 71 7 捕获指示信道 捕获指示信道 AICH AICH AcquisitionAcquisition IndicatorIndicator ChannelChannel 是下行物理信道 网络侧在接收到 UE 发送的 PRACH 信道的前缀部分后 在 AICH 信 道上回一个应答消息 指示是否允许 UE 接入 AICH 为固定速率的下行物理信道 SF 为 256 用于传输捕获指示 AI AICH 的无 线帧结构如图 4 22 所示 捕获指示 AI 对应于 PRACH 上的签名序列 精品文档 10欢迎下载 AICH 的每个无线帧长为 20ms 由重复的 15 个连续的接入时隙 AS Access Slot 组成 每个接入时隙长为 5120chips 每个接入时隙由两部分组成 一个是捕获指示 AI 部分 由 32 个实数值符号 a0 a31 组成 另一部分是持续 8 个符号位的 1024chips 的空闲部分 1 81 8 专用物理数据信道 专用物理数据信道 DPDCH DPDCH DedicatedDedicated PhysicalPhysical DataData ChannelChannel 是上下行双向物理信道 用于承载 DCH 传输信道上的用户业务数据 上行 DPCH 分为两部分 分别是上行 DPDCH 专用物理数据信道 和上行 DPCCH 专用 物理控制信道 上行 DPCH 的无线帧结构如图 上行 DPCH 的每个无线帧长为 10ms 分成 15 个时隙 每个时隙的长度为 2560chips 对应于一个功率控制周期 从时间上看 上行 DPDCH 和上行 DPCCH 是并行发射传输的 精品文档 11欢迎下载 DPDCH 用于承载 DCH 传输信道 图中的参数 k 确定了 DPDCH 每个时隙的总比特数 它 与该信道的扩频因子 SF 有关 SF 256 2k k 0 6 DPDCH 的速率可为 15 2kkbps SF 为 256 4 在每条无线链路中可以有 0 个 1 个或多个 最多 6 个 上行 DPDCH DPCCH 用来传输物理层控制信息 以配合 DPDCH 的正确传输 上行 DPCCH 的扩频因子 一直等于 256 即每个上行 DPCCH 时隙有 10 个比特 其中包括支持信道估计以进行相干检 测的已知导频比特 Pilot 可选的传输格式组合指示 TFCI 反馈信息 FBI Feedback Information 以及发射功率控制指令 TPC Transmission Power Control FBI 是 UE 反馈给 UTRAN 的分集信息域 包括两个部分 一个是 S 部分 用于承载 SSDT 站点选择集发射 Site Selection DiversityTransmission 信令 另一个是 D 部 分 用于承载闭环模式发射分集的反馈信息 每条无线链路中只有 1 个 DPCCH 下行 DPCH 专用物理信道 1 91 9 专用物理控制信道 专用物理控制信道 DPCCH DPCCH DedicatedDedicated PhysicalPhysical ControlControl ChannelChannel 是上下行双向物理信道 DPCCH 是物理层产生的信道 不承载高层的任何信息 是为 了配合 DPDCH 的传输和解调所附加的信道 DPDCH 和 DPCCH 统称为专用物理信道 DPCH Dedicated Physical Channel 1 101 10 高速共享控制信道 高速共享控制信道 HS SCCH HS SCCH HighHigh SpeedSpeed SharedShared ControlControl ChannelChannel 是下行物理信道 由于 HSDPA 的用户数据是承载在被多个用户所共享的信道上的 因 此 UE 需要先检测 HS SCCH 信道 看当前是否有针对自己的数据包 然后再确定是否解调 共享信道的信息 从这个角度看 HS SCCH 信道的功能类似于 PICH 信道 HS SCCH 还包括 其他有助于解调共享信道的必要信息 精品文档 12欢迎下载 1 111 11 高速物理下行共享信道 高速物理下行共享信道 HS PDSCH HS PDSCH HighHigh SpeedSpeed PhysicalPhysical DownlinkDownlink SharedShared ChannelChannel 是下行物理信道 用于承载用户的高速数据 该信道被本小区的 HSDPA 用户所共享 1 121 12 高速专用物理控制信道 高速专用物理控制信道 HS DPCCH HS DPCCH HighHigh SpeedSpeed DedicatedDedicated PhysicalPhysical ControlControl ChannelChannel 是上行物理信道 用于 UE 反馈下行数据接收是否成功 以及反馈下行链路质量信息 2 2 传输信道到物理信道的映射 传输信道到物理信道的映射 物理信道是用来承载传输信道中的信息的 是为传输信道服务的 图 4 25 显示了传输 信道和物理信道之间的映射关系 传输信道可以映射到相应的物理信道上 在物理层来看 传输信道是映射到物理信道的数据部分的 除了数据部分 物理信道还有自己的物理信道 控制部分 如 DPCCH PICH AICH 等 没有传输信道映射到物理信道控制部分 物理信道 控制部分用来配合物理信道的使用 协助完成物理信道的功能 精品文档 13欢迎下载 3 3 物理层同步过程 物理层同步过程 3 13 1 同步过程 同步过程 小区搜索 在小区搜索过程中 UE 搜索到一个小区并且确定该小区的下行扰码和公共 物理信道的帧同步 1 时隙同步 UE 使用 P SCH 上的主同步码 PSC 去获得该小区的时隙同步 典型的方 法是使用一个匹配滤波器 或任何相似的设备 来匹配对所有小区都相同的主同步码 小 区的时隙定时可由检测匹配滤波器输出的波峰值得到 2 帧同步和码组识别 UE 使用 S SCH 的从同步码 SSC 去确定帧同步 并对第一步中 找到的小区的码组进行识别 在一个 S SCH 无线帧上发送的 SSC 序列共有 64 种确定的组 合 对应 64 个主扰码组 每一个序列的循环位移都是唯一的 通过对接收的信号与所有可 能的从同步码序列进行相关 并标识出最大相关值 可以得到小区的扰码组 这样 帧同 步和码组识别就可以同时完成了 3 扰码识别 UE 确定搜索到的小区所使用的确切的主扰码 主扰码是通过在 CPICH 上对在第二步所识别到的码组内的所有的码按符号相关而得到的 在主扰码被识别后 就 可以检测到 P CCPCH 了 系统和小区特定的 BCH 信息也就可以读取出来了 3 23 2 公共信道同步 公共信道同步 所有公共物理信道的无线帧定时都可以在小区搜索完成之后确定 在小区搜索过程中 可以得到 P CCPCH 的无线帧定时 然后根据给出的其它公共物理信道与 P CCPCH 的相对定 时关系确定这些信道的定时 精品文档 14欢迎下载 4 4 寻呼过程 寻呼过程 当 UE 完成同步过程 并驻留在某个小区下之后 会被分配到一个寻呼组中 如果有 寻呼消息需要发送到任何属于该寻呼组的 UE 时 寻呼指示 PI 就会周期性地在寻呼指 示信道 PICH 中出现 UE 非连续地在自己所属的寻呼时刻检测 PICH 如果发现相应的 PI 被置为 1 则说 明有针对自己所属寻呼组中 UE 的寻呼消息 就会在一定的时间间隔 7680chips 后对在 S CCPCH 中发送的 PCH 帧进行译码以查看是否有发送给自己的寻呼信息 当 PI 接收指示 判决可靠性较低时 UE 也需要对随后的 PCH 进行译码 精品文档 15欢迎下载 PI 出现的频率越低 UE 的 DRX 非连续接收 周期就越长 将 UE 唤醒以检测 PICH 的 次数就越少 电池的寿命就越长 但是对于寻呼消息响应的及时性就会越差 需要设置合 理的 DRX 周期来对这两个方面进行折衷 5 5 随机接入过程 随机接入过程 精品文档 16欢迎下载 6 6 码资源管理 码资源管理 OVSF 码是 CDMA 系统中比较宝贵的资源 下行只有一个码树给很多用户使用 所有用 户用一个扰码 码分配的目标是以尽可能低的复杂度支持尽可能多的用户 码分配准则 考虑两个因素 第一是利用率 就是尽量减少因码分配而阻