WCDMA物理层信道介绍.ppt

1,WCDMA物理层信道,2,下行物理信道结构上行物理信道结构信道间定时关系,课程内容,3,25.101UERadioTransmissionandReception(FDD)25.104UTRA(BS)FDDRadioTransmissionandReception25.211Physicalchannelsandmappingoftransportchannelsontophysicalchannels(FDD)25.212Multiplexingandchannelcoding(FDD)25.213Spreadingandmodulation(FDD)25.302Serviceprovidedbythephysicallayer25.331RadioResourceControl(RRC)protocol25.108Commontestenvironmentforuserequipment(UE)conformancetest,3GPP参考规范,4,空中接口总揽,层3,控制平面信令,用户平面信息,物理层,层2/MAC,层1,RLC,DC,Nt,GC,层2/RLC,MAC子层,RLC,RLC,RL,C,RLC,RLC,RLC,RLC,重复防止机制,Uu接口边界,BMC,层2/BMC,控制CPDCP,PDCP,PDCP,层2/PDCP,DC,Nt,GC,RRC,层3(控制平面):无限资源控制RRC重复防止机制非接入层信令-CM,MM,SMandetc.层2:MAC:实现逻辑信道映射到传输信道RLC(控制/用户平面,TM/UM/AM)PDCP(仅用户平面)BMC(仅用户平面)向上层提供无线承载层1:编解码，扩频调制，数字调制，频率分配(FDD/TDD).实现传输信道映射到码组合传输信道本地接口:RRC实现低层配置控制；在RRC和每个低层功能实体(PDCP,RLC,MAC,andL1)间分别定义了控制业务接入点（SAP）,控制CPHY,控制CRLC,控制CBMC,逻辑信道,传输信道,无线承载,RLC子层,控制CMAC,5,基站NodeB,用户终端UE,WCDMA空口物理信道,6,下行物理信道,7,公共下行物理信道P-CCPCH主公共控制物理信道-广播小区信息-广播小区系统帧号(SFN);所有下行信道帧定时参考SCH同步信道-快速同步：主同步码用于时隙同步，辅同步码用于帧同步与P-CCPCH时分复用S-CCPCH辅助公共控制物理信道-在Idle，CELL_PCH,CELL_FACH下发送寻呼和控制信令P-CPICH公共导频信道S-CPICH辅助公共导频信道（用于波束成型小区）PDSCH下行物理共享信道-多用户共享下行时分高速数据信道专用下行物理信道DPDCH专用下行物理数据信道DPCCH专用物理下行控制信道-发送专用连接模式下物理层信令和控制信息,WCDMA下行物理信道类型,8,下行指示信道捕获指示信道(AICH)基站向移动台指示捕获到随机接入试探指示方式：回应移动台随机接入签名码寻呼指示信道(PICH)通知移动台监视下一个寻呼帧(S-CCPCH)下行共享信道高速下行物理共享信道(HS-PDSCH)高速共享控制信道(HS-SCCH),WCDMA下行物理信道类型,9,WCDMA下行信道结构(FDD),BCCH,广播控制信道,PCCH,寻呼控制信道,CCCH,公共控制信道,DCCH,专用控制信道,DTCH,专用业务信道,N,BCH,广播信道.,PCH,寻呼信道,FACH,前向接入信道,DCH,专用信道.,P-CCPCH(*),主公共控制信道,S-CCPCH,辅助公共控制信道,DPDCH(每个UE一个或多个),专用物理数据信道.,DPCCH(每UE一个),专用物理控制信道,Pilot,TPC,TFCI,SSC,i,逻辑信道,传输信道,物理信道,下行链路RF输出,专用物理信道(DPCH)每UE一个,HS-DSCH,高速下行共享信道,CTCH,公共业务信道,CPICH,公共导频信道,空数据,编码,HS-PDSCH,高速物理下行共享信道,AICH,捕获指示信道,PICH,寻呼指示信道,捕获指示信道,寻呼指示信道,S/P,S/P,S/P,S/P,S/P,S/P,S/P,下行扰码,I+jQ,I/Q调制,Q,I,C,ch,C,ch,C,C,ch,C,ch,C,ch256,1,C,ch256,0,S,G,S,PSC,G,P,S,同步码(*),S,基带滤波,基带滤波,Gain,Gain,Gain,Gain,Gain,Gain,Gain,SCH同步信道,DTCH,专用业务信道,1,DCH,专用信道,复用,复用,CCTrCH,DCH,专用信道.,编码,编码,编码,编码,编码,编码,HS-SCCH,高速共享控制信道,ch16,n,S/P,C,Gain,ch16,n,10,下行链路发送分集应用,11,OVSF生成树,OVSF正交可变扩频因子用于区分同小区下行链路同时发送的不同物理信道,12,下行链路扰码生成,m序列生成函数:x=1+X7+X18y=1+X5+X7+X10+X18Gold码序列zn(i)=x(i+n)modulo(218-1)+y(i)mod2,ik=0.6,1帧=15时隙=10mSec,20to1256bits,0,2,or8bits,数据,TFCIorDTX,导频,0,8,or16bits,6,5,7,8,9,10,11,12,13,14,4,3,2,1,0,25,辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)时隙格式,26,同步信道(SCH)传输结构,主同步信道P-SCH,辅同步信道S-SCH,256chips,2560chips,10ms同步信道无线帧,ac,s,i,0,ac,p,ac,s,i,1,ac,p,ac,s,i,14,ac,p,Slot#0,Slot#1,Slot#14,每个时隙主同步信道(P-SCH)发送256个码片的主同步码(PSC)cp，且对于UTRAN系统的每个小区主同步码(PSC)相同辅同步信道(S-SCH)由重复发送的15个256码片的辅同步码构成，其中辅同步码(SSC)表示为csi,k，其中i=0,1,63为下行主扰码组序号,k=0,1,14为辅同步信道时隙编号16个辅同步码(SSC)从长256比特的码组中选出，构成64个组合；每个小区采用其中的一种组合，代表本小区采用的下行链路主扰码所属的主扰码组,27,同步码生成,主同步码(PSC)a=Cpsc=(1+j)优良的非周期自相关特性辅同步码(SSC)16个辅同步码(SSC),Cssc,1,Cssc,16z=,其中b=且x1,x2,x15,x16,与主同步码中a有相同定义第k个辅同步码,Cssc,k,k=1,2,3,16如下定义：Cssc,k=(1+j)hm(i)表示为Hadamard序列H8的第m个，其中m=16*(k-1),28,辅同步码SSC,一个SSC序列模式唯一标识一个扰码组，即任意SSC的周期性偏移不会等同于任意其它的SSC序列;64个序列中的任意一个序列的非零且小于15的循环移位都不同于64个序列中其它序列的循环移位;且任意序列的非零且小于15的任意循环移位与自身的其它小于15的循环移位也是不同的;,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1帧=15时隙=10mSec,SSCi,SSC1,SSC15,29,寻呼指示信道(PICH)帧结构,固定扩频因子SF=256寻呼指示信道(PICH)总是伴随包含寻呼信道(PCH)的S-CCPCH发送发送定时比对应的S-CCPCH帧提前tPICH=7680码片一个时隙内发送Np个寻呼指示P0,PNp-1,其中Np=18,36,72,or144寻呼指示Pq，其中如下表，寻呼指示Pq映射到PICH比特,30,固定扩频因子SF=256捕获指示中AIs的s对应于上行随机接入信道的签字码sAICH相位参考采用主公共导频信道P-CPICH当采用STTD发送模式时，STTD编码应用于bs,0,bs,1,.,bs,31，然后再组合成AICH符号a0,a31AI=+1ACK;AI=-1NAK;AI=0无信息实值符号,捕获指示信道(AICH)帧结构,31,捕获指示(AICH)签字模式,32,高速共享控制信道(HS-SCCH)帧结构,固定SF128，固定数据速率60kbps承载HS-PDSCH信道的层1控制信令,33,高速物理下行共享信道(HS-PDSCH)帧结构,固定扩频因子SF16可以多信道并行传输，通过传输速率QPSK调制M=2,16QAM调制M=4只承载用户数据，不承载任何控制信息,34,HS-SCCH和HS-PDSCH定时关系,HS-PDSCH信道子帧起始发送时刻迟于伴随的HS-SCCH信道子帧起始发送时刻2*Tslot=5120码片,无线帧10ms,Subframe2,Subframe3,Subframe1,Subframe0,Subframe4,Subframe2,Subframe3,Subframe1,Subframe0,Subframe4,无线帧10ms,无线子帧2ms7680chips,2*Tslot5120chips,HS-SCCH信道,HS-PDSCH信道,35,上行物理信道,36,上行物理信道公共上行物理信道PRACH物理随机接入信道-移动台发起向基站的接入信息专用上下物理信道DPDCH专用上行物理数据信道DPCCH专用上下物理控制信道-移动台向基站发送专用连接模式下物理层信令和控制信息HS-DPCCH高速专用物理控制信道,WCDMA上行物理信道类型,37,逻辑信道,传输信道,物理信道,QPSK调制,I/QMod.,Q,I,Chc,I,Filter,Filter,CCCH公共控制信道,DTCH(packetmode)专用业务信道,RACH随机接入信道,PRACH物理随机接入信道,DPDCH#1专用物理数据信道,CPCH公共分组信道,PCPCH物理公共分组信道,数据编码,数据编码,DPDCH#3(可选)专用物理数据信道,DPDCH#5(可选)专用物理数据信道,DPDCH#2(可选)专用物理数据信道,DPDCH#4(可选)专用物理数据信道.,DPDCH#6(可选)专用物理数据信道,Q,DPCCH专用物理控制信道,Pilot,TPC,TFCI，FBI,Chd,Gc,Gd,j,Chd,1,Gd,Chd,3,Gd,Chd,5,Gd,Chd,2,Gd,Chd,4,Gd,Chd,6,Gd,Chc,Gc,Chc,Chd,Gc,Gd,j,RACH控制部分,PCPCH控制部分,j,DCCH专用控制信道,DTCH专用业务信道,DCH专用信道,数据编码,DTCH专用业务信道,DCH专用信道,数据编码,复用,CCTrCH,DCH专用信道,数据编码,WCDMA上行信道结构(FDD),信道化,功率加权,I+jQ,移动台扰码,HS-DPCCH(Nmaxmod2=0)高速物理下行共享信道,Chhs,Ghs,HS-DPCCH(Nmaxmod2=1)高速物理下行共享信道,Chhs,Ghs,38,无捕获指示,捕获指示,随机接入信道消息部分,上行链路接入过程,无捕获指示,开机注册，从一个区域移动到另一个区域位置更新，呼叫初始化，短数据发送。,39,PRACH随机接入时隙,#0,#1,#2,#3,#4,#5,#6,#7,#8,#9,#10,#11,#12,#13,#14,5120chips,无线帧:10ms,无线帧:10ms,接入时隙,随机接入发送,PRACH采用时隙化ALOHA接入方式附以快速捕获确认(AICH)每两帧(20ms)15个接入时隙接入时隙起始间隔5120码片基站通过高层广播信令通知移动台可用接入时隙和接入子信道,随机接入发送,随机接入发送,随机接入发送,40,PRACH传输结构,消息部分,前导1,4096码片,10ms(一个无线帧),前导2,前导n,消息部分,前导1,4096码片,20ms(两个无线帧),前导2,前导n,RACH前导部分:4096码片=256重复*16bit签名码*长扰码前导签名码s,0s15,为16位长的信道化码Walsh码；每个子树节点之下的信道化码节点用于物理随机接入信道信道化扩频消息部分为10ms或20ms长使用哪个前导签名码和消息部分长度由基站高层控制功能决定，并通过系统广播消息通知移动台,传输形式1,传输形式2,41,PRACH前导码生成,前导码生成公式:Cpre,n,s(k)=Sr-pre,n(k)Csig,s(k),k=0,1,2,3,4095为码片序号;,第n个接入前导扰码Sr-pre,n(k)=clong,1,n(k),k=0,1,4095，n=0,1,81918192个前导扰码=512组16码/组,与下行主扰码有一一对应关系;前导签名码Csig,s(i)=Ps(imod16),i=0,1,4095；为旋转函数，使得两个码片之间的相位变化限制在90度，减小UE发射机的峰均比(PAR),注:签名码Ps(n)为16位长的Hadmard码,42,PRACH前导码选择,某个小区中使用的PRACH前导扰码组与该小区下行链路使用的主扰码有一一对应的关系。例如：对应于下行链路主扰码m的第k个PRACH前导扰码Sr-pre,n(i),其中n=16m+k，k=0,1,2,15且m=0,1,2,511；UE首先确定当前驻留小区的主扰码及其序号m，该主扰码序号决定UE应该使用的前导和消息部分扰码组；系统广播SIB5-PRACHS.-Preamblescramblingcodenumber(0-15)中指配的编号（为第一步中k值）决定了UE应从第二步中确定的扰码组空间中选取哪个扰码；系统广播信息SIB5-PRACHinfo.-availablesignature(bitstring16)指示可用签名码,43,PRACH信道化与扰码扩频,控制部分信道化码cc=Cch,256,m其中m=16*s+15,其中s为前导签名码序号数据部分信道化码cd=Cch,SF,m其中m=SF*s/16,扩频因子SF=32256功率加权因子Gc和Gd复扰码Sr-msg,n(i)=Clong,n(i+4096),i=0,1,38399;n=0,1,8191消息部分扰码与前导部分扰码有一一对应关系,44,PRACH消息帧结构,导频,数据部分,N,data,102kbitsk=0.3,slot1,slot2,Slotj,slot14,T,slot,=2560个码片,消息部分无线帧T,RACH,=10ms,数据部分,控制部分,TFCI,数据部分承载上层消息;控制部分承载物理层控制信息K=0,1,2,3对应于扩频因子SF=256,128,64,328比特导频用于相干解调和帧同步;TFCI指示传输格式组合,45,PRACH消息数据部分时隙格式,PRACH消息控制部分时隙格式,PRACH消息帧数据域和控制域,46,专用数据信道DPDCH,专用控制信道DPCCH,用户数据发送,上行专用物理信道原理,47,移动台最多可以同时发送1个DPCCH、一个HS-DPCCH和06个DPDCH各信道发射功率加权Gd、Gc、GhsDPCCH、DPDCH、HS-DPCCH信道采用I/Q复用成复值信号经Sdpch,n复值扰码，扰码可采用长扰码或短扰码DPCCH承载物理层控制：Pilot,TFCI,FBI,TPCDPDCH承载高层数据和信令消息,上行DPCCH/DPDCH/HS-DPCCH信道结构,I,DPDCH#1专用物理数据信道,DPDCH#3(可选)专用物理数据信道,DPDCH#5(可选)专用物理数据信道,DPDCH#2(可选)专用物理数据信道,DPDCH#4(可选)专用物理数据信道,DPDCH#6(可选)专用物理数据信道,Q,DPCCH专用物理控制信道,Chd,1,Gd,Chd,3,Gd,Chd,5,Gd,Chd,2,Gd,Chd,4,Gd,Chd,6,Gd,Chc,j,I/QMod.,Q,I,Filter,Filter,移动台扰码Sdpch,n,HS-DPCCH(Nmax-dpdchMod2=0),Ghs,HS-DPCCH(Nmax-dpdchMod2=1),Chhs,Ghs,Chhs,Gc,48,上行DPCCH、DPDCH、HS-DPCCH信道的扩频码,信道化码DPCCH信道化码chc=Cch,256,0.当只有一个DPDCH信道时，DPDCH1采用信道化码chd,1=Cch,SF,k，其中SF为DPDCH1扩频因子，且k=SF/4；当多于一个DPDCH时，所有DPDCH均采用扩频因子SF=4；DPDCHn采用信道化码chd,n=Cch,4,k,其中如果n1,2,k=1；如果n3,4,k=3；如果n5,6，k=2HS-DPCCH信道化码扰码:长、短扰码各22416777216个，由RNC指配给UE长扰码：Sdpch,n(i)=Clong,n(i),i=0,1,38399；其中i为一帧中码片编号短扰码：Sdpch,n(i)=Cshort,n(i),i=0,1,38399;适用于多用户检测技术，简化接收机实现,49,上行DPCCH/DPDCH信道相对增益,扩频后的DPCCH和DPDCH实值信号经Gc和Gd权重处理Gc和Gd通过高层信令指配或UE自行计算得到Gc和Gd分别由4比特表示任意时刻Gc或Gd其中之一为1,50,上行HS-DPCCH信道增益,信道增益Ghs值从派生出来，并由高层指配相对功率偏移量化如表所示,51,DPCCH:15kbps数据速率，每时隙10比特PILOT:固定模式(3,4,5,6,7,or8bits每个DPCCH时隙，包含帧同步字FSW)TFCI:发送格式组合指示(0,2,3,or4bits)FBI:闭环发送分集反馈指示(0,1,or2bits)TPC:发送功率控制(1or2bits);功率调整步长由RNC广播,上行DPCCH/DPDCH帧结构,TFCI,Data,Slot14,Sloti,Slot2,Slot0,Frame1,Frame2,Framei,Frame72,10ms,一个超帧=720ms,2560Chips,10 x2kbitsk=0.6,专用物理数据信道(DPDCH),专用物理控制信道(DPCCH),FBI,TPC,PILOT,52,注：A，B为两种压缩模式，其选择依据每帧所需压缩时隙数而定,DPDCH时隙格式,DPCCH时隙格式,上行DPCCH/DPDCH时隙格式,53,HS-DPCCH信道帧结构,固定扩频因子SF256，固定数据速率15kbps承载HS-DSCH相关的反馈信令：HARQ确认和信道质量指示CQI比特HS-DPCCH信道必须伴随一个上行DPCCH信道,无线帧10ms,1slot2560Chips,Subframe2,Subframe3,Subframe1,Subframe0,Subframe4,无线子帧2ms,CQI,HARQ-ACK,2slots5120Chips,54,上行物理信道调制,55,下行物理信道定时关系图,SecondarySCH,PrimarySCH,tS-CCPCH,k,10msFrame,P-CCPCH,(SFNmodulo2=0),P-CCPCH,(SFNmodulo2=1),CPICH(CommonPilotChannel),tPICH,tDPCH,n,CommonPilotChannel,PrimaryCCPCH(BroadcastData),SecondaryCCPCH(Paging,Signaling),PagingIndicationChannel,SCH(PSC+SSC)P-CCPCHS-CCPCHPICHAICHPDSCHDPCH,tS-CCPCH,k=Nx256chipstDPCH,n=Nx256chipstPICH=7680chips(3slots),k:thS-CCPCH,PICHforn:thS-CCPCH,n:thDPCCH/DPDCH