W网规高培-WCDMA无线接口物理层

1、WCDMA无线接口物理层无线接口物理层 华为机密，未经许可不得扩散2前言前言l物理层处于无线接口协议模型的最底层，它提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能；l物理层通过MAC子层的传输信道实现向上层提供数据传输服务；l物理层的主要功能包括：信道编解码，扩频调制和解扩解调，闭环功率控制等等。华为机密，未经许可不得扩散3课程目标课程目标l了解了解WCDMA无线接口的协议结构；无线接口的协议结构；l掌握掌握WCDMA物理层的关键技术；物理层的关键技术；l了解了解WCDMA物理层过程。物理层过程。学习完本课程，您将能够：学习完本课程，您将能够：华为机密，未经许可不得扩散4课程内容课程内容T第一章第一

2、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华为机密，未经许可不得扩散5 RNS RNC RNS RNC Core Network Node B Node B Node B Node B Iu Iu Iur Iub Iub Iub Iub UTRAN协议结构协议结构华为机密，未经许可不得扩散6 Radio Resource Control (RRC) Medium Access Control (MAC) Transport channels Physical layer Cont

3、rol / 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华为机密，未经许可不得扩散7MAC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华为机密，未经许可不得扩散8l在在WCDMA系统的无线接口中，从不同协议层次上讲，承载用系统的无线接口中，从不同协议层次上讲，承载用户各种业务的信道被分为以下三类：户各种业务的信道被分为以下三类：逻辑信道逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载类型不同（控制面 / 用户面）分为两大类，即控制逻辑信道和业务逻辑信道。传输信道传输信道：无线接口层二和物理层之

4、间的接口，是物理层对MAC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。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。信道概念信道概念华为机密，未经许可不得扩散9l物理信道可以由某一载波频率、码（信道码和扰码）、相位确定。物理信道可以由某一载波频率、码（信道码和扰码）、相位确定。l在采用扰码与扩频码的信道里，扰码或扩频码任何一种不同，都在采用扰码与扩频码的信道里，扰码或扩频码任何一种不同，都可以确定为不同的信道。可以确

5、定为不同的信道。l多数信道是由无线帧和时隙组成，每一无线帧包括多数信道是由无线帧和时隙组成，每一无线帧包括15个时隙。个时隙。l物理信道分为上行物理信道和下行物理信道。物理信道分为上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华为机密，未经许可不得扩散10l扩频包括两个操作：扩频包括两个操作：信道码（信道码（channelization）操作，它使数据符号变为码片，并增）操作，它使数据符号变为码片，并增加了信号带宽，每符号的码片数称为扩频因子（加了信号带宽，每符号的码片数称为扩频因子（SF），可以通），可以通过与过与OVSF相乘得到相乘得到扰码操作，它作用在扩频信号上扰码操

6、作，它作用在扩频信号上数据比特OVSF码扰码扩频后码片扩频技术扩频技术华为机密，未经许可不得扩散11l信道码使用信道码使用OVSF码码l定义：定义：Cch,SF,k, 描述信道码，描述信道码，SF 为扩频因子，为扩频因子， k 为码为码号号, 0 k504,分成等长的多段编码块Turbo码:如果TBS SIZE5114,分成等长的多段编码块不编码:不用分段如果分段不能均分,在第一个码块的开始位置填充0比特如果Turbo编码的码块长度10ms的的TrCHl上行无线帧分段前上行无线帧分段前,由无线帧均衡保证了数据长度是由无线帧均衡保证了数据长度是TTI内无内无线帧数线帧数Fi的整数倍数的整数倍数l

7、下行无线帧分段前下行无线帧分段前,由速率匹配算法保证了数据长度是由速率匹配算法保证了数据长度是TTI内内无线帧数无线帧数Fi的整数倍数的整数倍数无线帧分段无线帧分段华为机密，未经许可不得扩散54l复用以无线帧复用以无线帧(10ms)为单位为单位l复用的输入为复用的输入为TrCH数据数据,复用后形成复用后形成CCTrCHlCCTrCH的格式由的格式由TFCI指示指示l复用前的各复用前的各TrCH可以有不同的可以有不同的TTIlCCTrCH有两种类型有两种类型:公共类型和专用类型公共类型和专用类型公共类型CCTrCH只能由公共TrCH复用形成专用类型CCTrCH只能由专用TrCH复用形成l对一个用

8、户而言对一个用户而言,上行同时只能存在一个上行同时只能存在一个CCTrCH;下行可有多个下行可有多个l同一个同一个CCTrCH的不同无线帧由的不同无线帧由CFN来区分来区分TrCH的复用的复用华为机密，未经许可不得扩散55l当不止使用一个物理信道时,一个CCTrCH无线帧分成几个物理帧多码传输，多码传输的各个物理信道SF一定相同l上行物理信道的DPCCH和DPDCH是码复用的l下行物理信道的DPCCH和DPDCH是时分复用的l上行物理信道一定是全填充的,除了压缩模式l下行物理信道的DTX是不发送的l上行只有一个DPCCH,因此上行的TPC流可能控制下行的多个DPDCH,这些DPDCH可能属于一

9、个CCTrCH,也可能属于不同的CCTrCH.l下行也只有一个DPCCH,尽管可能有多个CCTrCH,这时DPCCH在最小SF的CCTrCH的物理信道上传输.这样TPC流和TFCI字都只有一个.物理信道分段与映射物理信道分段与映射华为机密，未经许可不得扩散5610、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

10、码 或 Turbo码Rate matched dataRate matched dataDTXororData before 1st interleavingData after 1st interleaved交织器列数：1、2、4 或 8无线帧无线帧无线帧无线帧数目：1、2、4 或 8TrCH-1TrCH-2TrCH-ICCTrCHTrCH-1 TrCH-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 TFCIpilotdata1da

11、ta2TPC 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华为机密，未经许可不得扩散57l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组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组合信道合信道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

12、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华为机密，未经许可不得扩散58The 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

13、 msTransport block size148 bitsTransport block set size148 bitsCRC16 bitsCoding CC, coding rate = 1/3TTI40 ms12.2kb/s AMR语音参数3.4kb/s 控制信道参数编码与复用例子编码与复用例子华为机密，未经许可不得扩散59 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 Ta

14、il 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 = (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 NR

15、F1 NRF2 NRF2 NRF3 NRF3 下行链路下行链路12.2kb/s AMR语音编码语音编码华为机密，未经许可不得扩散60 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 lu 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 i t s R a d io f r a m e s

16、 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 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 *

17、( 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 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)华为机密，未经许可不得扩散61 12.2 kbps data 3.4 kbps dat

18、a 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 FN =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

19、#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华为机密，未经许可不得扩散62WCDMA物理层处理过程物理层处理过程华为机密，未经许可不得扩散63lDPCCH/DPDCH扩频扩频可以同时传输可以同时传输1个个DPCCH和和0到到6个的个的DPDCH扰码可以为长扰码或短扰码扰码可以为长扰码或短扰码比重因子比重因子c和和d至少有一个为至少有一个为1扰码的边界和无线帧边界一致扰码的边界和无线帧边界一致上行扩频上行扩频华为机密，未经许可不得扩散64 I j cd ,1 d Slo n g ,n o r Ss h o rt,

20、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扩频扩频华为机密，未经许可不得扩散65lmessage 部分如下图，比重因子取值与部分如下图，比重因子取值与DPDCH/DPCCH相同相同 j c cc cd d Sr-msg,n I+jQ PRACH message control part PRACH message data part Q I PRACH扩频

21、扩频华为机密，未经许可不得扩散66l上行上行DPCCH/DPDCH信道码配置信道码配置DPCCH固定为Cc = Cch,256,0.当只有一个DPDCH时，Cd,1 = Cch,SF,k ，k=SF/4当有多个DPDCH传输时，所有的DPDCH的扩频因子为4，DPDCHn由Cd,n = Cch,4,k 扩频，当n为1，2，时k=1；n为3，4时，k=3；当n为5，6时，k=2lPRACH message部分信道码配置部分信道码配置控制部分固定256扩频，扩频码为cc = Cch,256,m ，其中 m = 16(s - 1) + 15；（s为preamble的signature号，1 = s

22、= 16）数据部分可以32到256扩频，扩频码为Cd = Cch,SF,m ，其中 SF 为data part 的扩频因子且 m = SF*(s - 1)/16上行信道码配置上行信道码配置华为机密，未经许可不得扩散67l上行上行DPCCH/DPDCH扰码配置扰码配置当使用长扰码时，Slong,n(i) = Clong,n(i), i = 0, 1, , 38399当使用短扰码时，Sshort,n(i) = Cshort,n(i), i = 0, 1, , 38399lPRACH message部分扰码部分扰码PRACH message部分扰码为10ms长度，与preamble部分扰码是一一对应

23、的，并为上层决定固定采用长扰码，为Sr-msg,n(i) = Clong,n(i + 4096), i = 0, 1, , 38399lPCPCH 扰码扰码信息部分扰码10ms长度，由小区决定，并且与signature和access preamble的接入子信道一一对应可以使用长扰码和短扰码上行扰码配置上行扰码配置华为机密，未经许可不得扩散68 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

24、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子下行链路扩频下行链路扩频华为机密，未经许可不得扩散69 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华为机密，未经许可不得扩散70l下行信道码也使用下行信道码也使用OVSF码码l主主CPICH固定使用固定使用Cch,256,0 信道码信道码l主主CCPCH固定使用固定使用Cch,256,1信道码信道码l其他物理信道由其他物理信道由UTRAN确定确定下行信道码配置下行信道码配置华为机密，未经许可不得扩散71WCDMA物

25、理层处理过程物理层处理过程华为机密，未经许可不得扩散72l调制的码片数率为调制的码片数率为3.84Mbps 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 上行链路调制上行链路调制华为机密，未经许可不得扩散73l码片速率为码片速率为3.84Mbps 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华为机密，未经许可不得扩散74本章小结本章小结本章主要介绍了：l各种物理信道的结构与功能l传输信道到物理信道的映射过程l扩频技术的实现l调制技术的实现华为机密，未

26、经许可不得扩散75课程内容课程内容T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华为机密，未经许可不得扩散76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华为机密，未经许可不得扩散77l公共信道同步公共信道同步l下面物理

27、信道有相同的帧定时：下面物理信道有相同的帧定时：SCH(基本和辅助)CPICH(基本和辅助)P-CCPCHPDSCHl小区搜索过程中得到小区搜索过程中得到P-CCPCH的无线帧定时（发射小的无线帧定时（发射小区区SFN，作为其它物理信道的定时基准），作为其它物理信道的定时基准）同步过程同步过程公共信道同步公共信道同步华为机密，未经许可不得扩散78 AICH access slots Secondary SCH Prim ary SCH S-CCPCH,k 10 m s PICH #0 #1 #2 #3 #14 #13 #12 #11 #10 #9 #8 #7 #6 #5 #4 P-CCPCH,

28、 (SFN m odulo 2) = 0 P-CCPCH, (SFN m odulo 2) = 1 Any CPICH k:th S-CCPCH PICH for k:th S-CCPCH n:th DPCH DPCH,n Any PDSCH 同步过程同步过程公共信道定时关系公共信道定时关系华为机密，未经许可不得扩散79RACH接入流程接入流程开始从可用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

29、 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择一个S I GN A T U R E 标识增加前缀传输功率D P 0前缀重传计数减1前缀重传计数大于0 ？N a c k o n A I C H r e c e i v e dN a c k o n A I C H r e c e i v e d物理层状态为物理层状态为随机接入过程随机接入过程- RACH华为机密

30、，未经许可不得扩散80l物理随机接入过程物理随机接入过程1、为规定的ASC随机选择一个RACH子信道组中；2、从选择的RACH子信道组中导出可用上行接入时隙；3、为规定的ASC随机选择一个可用的Signature标识；4、设置前缀重传计数Preamble_Retrans_Max；5、设置前缀传输功率Preamble_Initial_Power；6、利用选择的上行接入时隙、识别Signature标识、前缀传输功率参数传送一个前缀；随机接入过程随机接入过程- RACH华为机密，未经许可不得扩散817、在对应的下行链路接入时隙中，检测捕获指示。如果没有检测到与选择的Signature标识对应的捕获指

31、示，则： a：选择一个新的上行链路接入时隙作为下一个可用的接入时隙； b、选择一个新的Signature标识； c、增加前缀传输功率； d、前缀重传计数减1，如果前缀重传计数大于0，则重复步骤6，否则退出物理层随机接入过程随机接入过程随机接入过程- RACH华为机密，未经许可不得扩散828、如果检测到与选择的Signature标识相关的捕获指示为否定值，退出物理层随机接入过程；9、如果检测到与选择的识别Signature标识相关的捕获指示为肯定值，则在AICH对应上次前缀发射后3或4个上行接入时隙发射接入消息。10、结束物理层随机接入过程。随机接入过程随机接入过程- RACH华为机密，未经许可

32、不得扩散83l各种下行物理信道采用的发射分集模式各种下行物理信道采用的发射分集模式Physical channel type Open loop modeOpen loop modeClosed loopTSTDSTTDModeP-CCPCH-采用-SCH采用-S-CCPCH-采用-DPCH-采用采用PICH-采用-PDSCH-采用采用AICH-采用-CSICH-采用-发射分集模式发射分集模式华为机密，未经许可不得扩散84l基于空间时间块编码的发射天线分集基于空间时间块编码的发射天线分集(STTD）4个连续的比特个连续的比特b0, b1, b2, b3用用STTD编码。编码。b0b1b2b3b0b1b2b3-b2b3b0-b1Antenna 1Antenna 2Channel bitsSTTD encoded channel bitsfor antenna 1 and antenna 2.发射分集发射分集STTD华为机密，未经许可不得扩散85l时间切换的发射分集时间切换的发射分集(TSTD)