网规高培WCDMA无线接口物理层PPT学习教案

1、会计学1网规高培网规高培WCDMA无线接口物理层无线接口物理层2学习完本课程，您将能够：学习完本课程，您将能够：第1页/共94页3T第一章第一章 概述概述第二章第二章 物理信道及信道映射物理信道及信道映射第三章第三章 WCDMA物理层处理过程物理层处理过程第四章第四章 WCDMA物理层过程物理层过程第2页/共94页4 RNS RNC RNS RNC Core Network Node B Node B Node B Node B Iu Iu Iur Iub Iub Iub Iub UTRAN协议结构协议结构第3页/共94页5 Radio Resource Control (RRC) Mediu

2、m Access Control (MAC) Transport channels Physical layer Control / Measurements Layer 3 Logical channels Layer 2 Layer 1 无线接口协议结构无线接口协议结构第4页/共94页6MAC层（层2）物理信道扩频调制传输信道物理层技术实现物理层技术实现第5页/共94页7MAC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公共信息而分为专用信道和公共信道两大类。n物理信道物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载

3、波相对相位（0或/2）的信道都可以理解为一类特定的信道。信道概念信道概念第6页/共94页8n物理信道分为上行物理信道物理信道分为上行物理信道和下行物理信道。和下行物理信道。频率、码、相位物理信道物理信道物理信道第7页/共94页9数据比特OVSF码扰码扩频后码片扩频技术扩频技术第8页/共94页10 SF = 1 SF = 2 SF = 4 Cch,1,0 = (1) Cch,2,0 = (1,1) Cch,2,1 = (1,-1) Cch,4,0 =(1,1,1,1) Cch,4,1 = (1,1,-1,-1) Cch,4,2 = (1,-1,1,-1) Cch,4,3 = (1,-1,-1,1

4、) 信道码信道码第9页/共94页11产生产生218-1 =262143个扰码，个扰码，但只使用了但只使用了0.8191号的扰号的扰码码扰码扰码第10页/共94页12下行扰码集0集1集511主扰码0从扰码1从扰码15主扰码51116从扰码511161从扰码51116158192个扰码512集每集分为1个主扰码15个从扰码下行链路扰码特点下行链路扰码特点第11页/共94页13下行主扰码组0组1组63主扰码0主扰码1主扰码7主扰码16*8*63512个主扰码64组每组8个主扰码主扰码16*8*6316主扰码16*8*63167下行链路扰码特点下行链路扰码特点第12页/共94页14第13页/共94页1

5、5T第一章第一章 概述概述第二章第二章 物理信道及信道映射物理信道及信道映射第三章第三章 WCDMA物理层处理过程物理层处理过程第四章第四章 WCDMA物理层过程物理层过程第14页/共94页16第15页/共94页17下行专用物理信道(downlink DPCH)下行物理信道下行公共物理信道公共控制物理信道(CCPCH)同步信道(SCH)物理下行共享信道(PDSCH)寻呼指示信道(PICH)捕获指示信道(AICH)公共导频信道(CPICH)下行物理信道下行物理信道第16页/共94页18上行公共物理信道物理随机接入信道(PRACH)物理共用分组信道(PCPCH)上行专用物理信道上行专用物理数据信道

6、(uplink DPDCH)上行专用物理控制信道 (uplink DPCCH)上行物理信道上行物理信道上行物理信道第17页/共94页19同步信道同步信道SCH第18页/共94页20 Primary SCH Secondary SCH 256 chips 2560 chips One 10 ms SCH radio frame acsi,0 acp acsi,1 acp acsi,14 acp Slot #0 Slot #1 Slot #14 同步信道同步信道SCH第19页/共94页21slot #1Frame#i+1Frame#islot #14A A A A A A A A A A A A

7、A A A A A A A A A A A A-A -A A A -A -A A A -A A -A -A A A -A -A A A -A -A A A -A -AAntenna 2Antenna 1slot #0Frame Boundary公共导频信道公共导频信道CPICH第20页/共94页22CPICH第21页/共94页23 Data 18 bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Tslot = 2560 chips , 20 bits 1 radio frame: Tf = 10 ms (Tx OFF) 256 chips 主公共控制物理信道主公共控

8、制物理信道P-CCPCH第22页/共94页24 One radio frame (10 ms) b1 b0 288 bits for paging indication 12 bits (undefined) b287 b288 b299 寻呼指示信道寻呼指示信道PICH第23页/共94页25nN 个寻呼指示个寻呼指示 PI0, , PIN-1 在一帧内传送，在一帧内传送，N=18, 36, 72, or 144. n如果某一帧中的如果某一帧中的 PIi 被置为被置为1，说明说明PIi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寻呼指示信道寻呼指示信道PICH第24页/共

9、94页26 Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Tslot = 2560 chips, 20*2k bits (k=0.6) Pilot Npilot bits Data Ndata bits 1 radio frame: Tf = 10 ms TFCI NTFCI bits 从公共控制物理信道从公共控制物理信道S-CCPCH第25页/共94页274096chips长度，由长度为16的signature进行256次重复构成，共有16种signaturen10或20ms的信息部分n使用哪个signature及信息部分长度由高层决定物理随机接入信道物理随机接入信道PR

10、ACH第26页/共94页28#0#1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#145120 chipsradio frame: 10 msradio frame: 10 msAccess slot #0Random Access TransmissionAccess slot #1Access slot #7Access slot #14Random Access TransmissionRandom Access TransmissionRandom Access TransmissionAccess slot #8RACH的接入时隙分配的接入时隙分配第27页/共94页29

11、Message part Preamble 4096 chips 10 ms (one radio frame) Preamble Preamble Message part Preamble 4096 chips 20 ms (two radio frames) Preamble Preamble RACH的发射结构的发射结构第28页/共94页30 Pilot Npilot bits Data Ndata bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0.3) Message part radi

12、o frame TRACH = 10 ms Data Control TFCI NTFCI bits PRACH信息部分信息部分第29页/共94页31AS #14AS #0AS #1AS #iAS #14AS #0a1a2a0a31a32a30a33a38a39AI partUnused part20 ms捕获指示信道（捕获指示信道（AICH）第30页/共94页32 One radio frame, Tf = 10 ms Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0.7) Data2 Ndata2 bi

13、ts DPDCH TFCI NTFCI bits Pilot Npilot bits Data1 Ndata1 bits DPDCH DPCCH DPCCH TPC NTPC bits 专用下行物理信道专用下行物理信道第31页/共94页33改变改变nDPDCH和和DPCCH是时间复是时间复用的用的n同一同一CCTrCH的多码传输使用的多码传输使用相同的扩频因子，此时，只需相同的扩频因子，此时，只需传输第一个传输第一个DPCH的控制信息的控制信息就行。就行。n当有多个当有多个CCTrCH给同一用户给同一用户时，每个时，每个CCTrCH可以使用不可以使用不同的扩频因子，并且只需传输同的扩频因子，并

14、且只需传输一个一个DPCCH信息信息专用下行物理信道专用下行物理信道DPCH第32页/共94页34DCH数据DPDCHDPCCH为DPDCH提供解调、功控等控制数据DCH数据下行下行DPDCH/DPCCH作用作用第33页/共94页35 T ra n s m is s io n P o w e r P h y s ic a l C h a n n e l 1 T ra n s m is s io n P o w e r P h y s ic a l C h a n n e l 2 T ra n s m is s io n P o w e r P h y s ic a l C h a n n e

15、l L D P D C H O n e S lo t (2 5 6 0 c h ip s ) T F C I P ilo t T P C D P D C H 下行多码传输的时隙结构下行多码传输的时隙结构第34页/共94页36DSCH数据PDSCH物理下行共享信道物理下行共享信道PDSCH第35页/共94页37n在相同的层在相同的层1连接中，连接中，DPDCH与与DPCCH的扩频因的扩频因子是可以不同的子是可以不同的n每个每个DPCCH时隙由时隙由Pilot，TFCI，FBI，TPC构成。构成。上行专用物理信道的特点上行专用物理信道的特点上行专用物理信道上行专用物理信道DPDCH/DPCCH第3

16、6页/共94页38 Pilot Npilot bits TPC NTPC bits Data Ndata bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0.6) 1 radio frame: Tf = 10 ms DPDCH DPCCH FBI NFBI bits TFCI NTFCI bits 上行上行DPDCH/DPCCH帧结构帧结构第37页/共94页39DCH数据DPDCHDPCCH为DPDCH提供解调、功控等控制数据上行上行DPDCH/DPCCH作用作用第38页/共94页40 4096 c

17、hips P0 P1 PjPjCollision Resolution Preamble Access Preamble Control Part Data Part 0 or 8 slots N*10 ms Message Part 物理公共分组信道物理公共分组信道PCPCH第39页/共94页41物理公共分组信道物理公共分组信道PCPCH第40页/共94页42第41页/共94页43BCH, 广播信道FACH, 前向接入信道PCH, 寻呼信道RACH,反向（随机）接入信道CPCH, 公共分组信道DSCH，下行共享信道DCH，专用信道DCH信道可以为上行或下行信道公共传输信道专用传输信道传输信道

18、传输信道第42页/共94页44XORTransport Channels (L1 Characteristics Dependent)PCHBCHFACHRACHDCHS-CCPCHP-CCPCHPhysical ChannelsPRACHDPDCHLogical Channels (Data Dependent)PCCHDCCHDTCHDecicatedLogicalChannelCipherOnBCCHCCCHCTCHHigher Layer dataPagingSystemInfoSignallingCellBroadcastServiceSignallingandUser dataDT

19、CHDTCH信道映射关系信道映射关系第43页/共94页45T第一章第一章 概述概述第二章第二章 WCDMA物理信道结构及功能物理信道结构及功能第三章第三章 WCDMA物理层处理过程物理层处理过程第四章第四章 WCDMA物理层过程物理层过程第44页/共94页46第45页/共94页47上传输。上传输。来自MAC的数据流编码与复用，实现传输信道映射到物理信道物理信道上的数据流内容：信道编码策略是检错编码、纠错编码、速率匹配、交织和传输信道到物理信道的相互映射的组合；编码与复用概述编码与复用概述第46页/共94页48(TrCH)复用复用n物理信道分段物理信道分段n物理信道映射物理信道映射编码与复用步骤

20、编码与复用步骤编码与复用步骤第47页/共94页49nCRC,要进行比特反转要进行比特反转TB的的CRC第48页/共94页50块的开始位置填充0比特n如果Turbo编码的码块长度40,则在开始位置填充0比特,使编码长度始终为40TB级联与码块分段级联与码块分段第49页/共94页51nCPCH、DCH、DSCHFACH1/2或1/3卷积码、1/3Turbo码、不编码n编码码块级联编码码块级联前向纠错编码前向纠错编码第50页/共94页52n速率匹配原则速率匹配原则n保证重复/打孔位均匀分布在各无线帧内n保证重复/打孔位均匀分布在交织前的数据流中,确保译码性能n满足各TrCH的平衡条件下,尽量增加重复

21、或减少打孔速率匹配速率匹配第51页/共94页53,一个小区共用一棵SF资源树，资源很有限n1st DTX插入对插入对TrCH的一个的一个TTI进行进行,2nd DTX插入对插入对CCTrCH的无线帧进行的无线帧进行nDTX在空中接口的发送能量在空中接口的发送能量为为0DTX插入插入第52页/共94页54n1stTTI相应列数并按行写入,经过列间置换后按列读出n1st交织的列间置换规则是:把列号进行比特反转n2nd交织的交织长度是一个物理帧，属于帧内交织n2nd交织是将一个物理帧内的数据分30列按行写入,经过列间置换后按列读出.如果数据长度不是30的倍数,需要去除无效数据n2nd交织的列间置换规

22、则是: 0,20,10,5,15,25,3,13,23,8,18,28,1,11,21, 6,16,26,4,14,24,19,9,29,12,2,7,22,27,17交织交织第53页/共94页55是是TTI内无线帧数内无线帧数Fi的整数的整数倍数倍数无线帧分段无线帧分段第54页/共94页56;n专用类型CCTrCH只能由专用TrCH复用形成n对一个用户而言对一个用户而言,上行同时只上行同时只能存在一个能存在一个CCTrCH;下行可下行可有多个有多个n同一个同一个CCTrCH的不同无线的不同无线帧由帧由CFN来区分来区分TrCH的复用的复用第55页/共94页57物理信道分段与映射物理信道分段与

23、映射第56页/共94页5810、20、40 or 80msdatadatadataTrCH-idataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCd a t aCBLCBLCBL0、8、16 or 24bits块长 Z512Ktail ， 卷积码5120Ktail ，Turbo码CedBLCedBLCedBLCoded data卷积码 或 Turbo码Rate matched dataRate matched dataDTXororData before 1st interleavingData after 1st interleaved交织器列数：1、2、4

24、或 8无线帧无线帧无线帧无线帧数目：1、2、4 或 8TrCH-1TrCH-2TrCH-ICCTrCHTrCH-1TrCH-2TrCH-IDTXCCTrCHPh-1Ph-2Ph-P10ms时间内10ms时间内Ph-1Ph-2Ph-PTPC TFCIpilot扩频、加扰扩频、加扰扩频、加扰TrCH-i+1data1data2TPC TFCIpilotdata1data2TPC TFCIpilotdata1data2扩频前物理信道的形成流程扩频前物理信道的形成流程第57页/共94页59l每个传输信道上可传送不同业务数据，多个传输信道复用为一个码每个传输信道上可传送不同业务数据，多个传输信道复用为一

25、个码组合信道组合信道CCTrCH，所以，所以WCDMA支持多个业务共用一个物理连接支持多个业务共用一个物理连接。lCCTrCH的形成：的形成： 业务数据加CRC校验码； 信道纠错编码：根据业务类型选择卷积编码或Turbo编码； 速率匹配； 交织； 多个传输信道复用为CCTrCHlCCTrCH映射到物理信道的数据部分映射到物理信道的数据部分l物理层填加物理层信号物理层填加物理层信号TFCI、TPC和和Pilot，形成完整物理信道，而，形成完整物理信道，而后进行扩频加扰，最后在无线接口上发送。后进行扩频加扰，最后在无线接口上发送。扩频前物理信道的形成流程扩频前物理信道的形成流程第58页/共94页6

26、0The number of TrChs3Transport block size81, 103, and 60 bitsCRC12 bits (attached only to TrCh#1)Coding CC, coding rate = 1/3 for TrCh#1, 2 coding rate = 1/2 for TrCh#3TTI20 msTransport block size148 bitsTransport block set size148 bitsCRC16 bitsCoding CC, coding rate = 1/3TTI40 ms12.2kb/s AMR语音参数3.

27、4kb/s 控制信道参数编码与复用例子编码与复用例子第59页/共94页61 TrC h#1 Transport block C R C attachm ent C R C Tail bit attachm ent C onvolutional coding R =1/3, 1/2 R ate m atching 81 81 303 Tail 8 93 303+NRM 1 1st interleaving 12 R adio fram e segm entation #1a To TrC h M ultiplexing 303 +NRM 1 NRF1 = (303 +NRM 1)/2 NRF2

28、= (333+ NRM 2)/2 NRF3 = (136+ NRM 3)/2 #1b TrC h#2 103 103 333 Tail 8 103 333 +NRM 2 #2a TrC h#3 60 60 136 Tail 8 60 136 +NRM 3 #3a 136 +NRM 3 #3b 333 +NRM 2 #2b NRF1 NRF1 NRF2 NRF2 NRF3 NRF3 下行链路下行链路12.2kb/s AMR语音编码语音编码第60页/共94页62 T r a n s p o r t b lo c k C R C a tta c h m e n t C R C C o n v o l

29、u tio n a l c o d in g R = 1 /3 R a te m a tc h in g 1 4 8 1 4 8 5 1 6 * B T a il 8 * B ( 5 1 6 + NR M) * B 1s t in te r le a v in g 1 6 b its R a d io f r a m e s e g m e n ta tio n # 1 ( 1 2 9 + NR M) * B + ND I /4 T o T r C h M u ltip le x in g ( 5 1 6 + NR M) * B + ND I # 2 # 4 T a il b it a tta

30、 c h m e n t 1 6 4 * B # 3 T r B k c o n c a tin a tio n B T r B k s ( B = 0 ,1 ) 1 6 4 * B ( 5 1 6 + NR M) * B + ND I I n s e r tio n o f D T X in d ic a tio n * ( 1 2 9 + NR M) * B + ND I /4 ( 1 2 9 + NR M) * B + ND I /4 ( 1 2 9 + NR M) * B + ND I /4 * I n s e r tio n o f D T X in d ic a tio n is

31、u s e d o n ly if th e p o s itio n o f th e T r C H s in th e r a d io f r a m e is f ix e d . DCH控制数据编码控制数据编码(3.4kb/s)第61页/共94页63 12.2 kbps data 3.4 kbps data T rC H m ultiplexing 30 ksps D PC H 2nd interleaving Physical channel m apping #1 #1a #3a 1 2 15 C FN =4N slot Pilot sym bol TPC 1 2 15 C F

32、N =4N +1 slot 1 2 15 C FN =4N +2 slot 1 2 15 C FN =4N +3 slot #2a #2 #1b #3b #2b #3 #1a #3a #2a #4 #1b #3b #2b #1a #1b #2a #2b #3a #3b #1a #1b #2a #2b #3a #3b #1 #2 #3 #4 510 510 510 510 12.2 kbps data AMR语音与控制数据复用语音与控制数据复用第62页/共94页64第63页/共94页65上行扩频上行扩频第64页/共94页66 I j cd ,1 d Slo n g ,n o r Ss h o r

33、t,n I+ jQ D P D C H1 Q cd ,3 d D P D C H3 cd ,5 d D P D C H5 cd ,2 d D P D C H2 cd ,4 d D P D C H4 cd ,6 d D P D C H6 cc c D P C C H DPCCH/DPDCH扩频扩频第65页/共94页67 j c cc cd d Sr-msg,n I+jQ PRACH message control part PRACH message data part Q I PRACH扩频扩频第66页/共94页68 j c cc cd d Sc-msg,n I+jQ PCPCH messag

34、e control part PCPCH message data part Q I PCPCH扩频扩频第67页/共94页69上行信道码配置上行信道码配置第68页/共94页70上行扰码配置上行扰码配置第69页/共94页71 I 除 SCH外的其它物理信道的数据 SP Cch,SF,m j Sdl,n Q I+jQ S l除除SCH外的其他下行物理信道，经串并变换后，用同一扩频码外的其他下行物理信道，经串并变换后，用同一扩频码扩频，然后进行复扰码操作扩频，然后进行复扰码操作l扰码的起始码片与扰码的起始码片与P-CCPCH的帧边界同步的帧边界同步l每个信道都有不同的加权因子每个信道都有不同的加权因

35、子下行链路扩频下行链路扩频第70页/共94页72 从 S点来的不同物理信道 G1 G2 GP GS S-SCH P-SCH 下行链路扩频下行链路扩频第71页/共94页73下行信道码配置下行信道码配置第72页/共94页74第73页/共94页75 S ImS ReS cos(t) 扩频后复数序列 -sin(t) 实部和虚部分开 脉冲 成形 脉冲 成形 上行调制上行调制第74页/共94页76 S ImS ReS cos(t) 扩频后复数序列 -sin(t) 实部和虚部分开 脉冲 成形 脉冲 成形 下行链路调制下行链路调制第75页/共94页77第76页/共94页78T第一章第一章 概述概述第二章第二章

36、 WCDMA物理信道结构及功能物理信道结构及功能第三章第三章 WCDMA物理层处理过程物理层处理过程第四章第四章 WCDMA物理层过程物理层过程第77页/共94页79时隙同步帧同步和码组识别扰码识别UE使用SCH的主同步码PSC去获得该小区的时隙同步UE使用SCH的辅助同步码SSC去找到帧同步，并对第一步中找到的小区的码组进行识别。UE通过CPICH对码组进行相关确定小区主扰码，然后检测PCCPCH，UE读取BCH信息。同步过程同步过程小区搜索小区搜索第78页/共94页80其它物理信道的定时基其它物理信道的定时基准）准）同步过程同步过程公共信道同步公共信道同步第79页/共94页81同步过程同步过程公共信道定时关系公共信道定时关系第80页/共94页82开始从可用R A C H 子信道组中随机选择一个导出可用上行接入时隙随机选择S I GN A T U R E 一个设置P r e a mb l e _ R e t r a n s _ M a x设置前缀重传功率传送一个前缀在对应的下行链路接入时隙中检测A I 指示没有相关的捕获指示捕获否定指示在对应时间发送随机接入M e s s a g e通过L 1 状态消息上报M A C 层结束物理层随机接入过程。R A C H me s s a g e t r a n s m i t t e d捕获肯定指示物理层状态为重新选择一个接入时隙随机选