1、、八1一、刖呂在這期的文章中，我們要介紹在wcdma無線通信技術屮，屬于各類通信 層的信道(channel)技術，與我們過去在internet使用的tcp/ip通信協議比較， tcp/ip并沒有專屬于傳輸控制與資料的固定信道存在，可以由使用者自行產生不 同的連線。并且自行構建傳輸控制信號與使用者資料的連線。但是在wcdma當 中就不是如此了，它有專屬的通信管道的概念，每個不同的管道各有它特定的功 能，例如：用來進行同步、傳輸控制信號或是使用者資料，都會透過不同的通信管 道，如果需要傳輸更大量的使用者資料，就會配置更多該類的通訊管道來傳輸使用 者資料。因此，要了解wcdma無線通訊技術，學習這些

2、不同階層的管道架構，將 會是一個相當重要的課題，接下來就讓筆者開始這次的內容。二、wcdma無線界面協議架構如圖一所示，我們可以吧wcdma無線界面(radio interface)區分為以下幾個部 分：control planeuser planerrcjpdcpbmc )xlogical channelsmactransport chanphyphysical channels hardware圖一，wcdma無線界面架構由下而上首先就是屬于layer 1的物理層(phy, physical layer),這部分 提供了屬于物理層的通道(channel)架構與相關技術，例如，物理層的同步機

3、制 與碰撞檢測。在來就是屬于layer 2的mac (media access control)、rlc(radio link control) 、 pdcp (packet data control protocol)與 bmc ( broadcast and multicast control),這部分的通訊協議提供各式網絡通信機制，例如：mac 提供了 qos服務，rlc提供了單雙向的封包進出介面，pdcp提供了使用者用來 傳送tcp/ip封包機制與封包表頭壓縮的功能，bmc則可供基地臺用來廣播傳送給大量使用者的資訊。最后一層就是屬t" layer 3的rrc (radio r

4、esource control) o pdcp、bmc與rrc層的服務要透過rlc層所提供的logical channel 來傳送與接收資料，而rlc層則須把這些logical channel整合為mac層所提供 的transport channel, mac層則在透過底層的硬件所提供的physical channel來把 資料傳送出去。如圖2所示，physical channel主要是負責處理使用者手持裝置與基地臺間 的無線資源配置，transport channel與logical channel則是用來傳遞使用者手持設 備與rnc之間的信息。原來的gsm網絡中,bsc (basestat

5、ion controller)需要 知道詳細的物理層無線通信資源的情況，到了 wcdma網絡時，rnc (radio network controller)不再需要了解物理層無線資源的配置情況，改由每個 basestation 來處理。user planeuser plane qrncphysical channelsatm/aal2basestationlogical channelstransport channelsuuiub圖二，由ue到rnc的無線界面協議的轉換如同在前幾期所介紹的核心網絡架構，在rnc之后會把這些屬于無線界面 的協議，轉為合適于iups與iucs界面傳輸的通信協議。

6、三、通信信道(channel)的架構既然我們已經知道了 wcdma radio interface所包含的幾個部分，接下來就 針對每個部分所提供的channel機制來加以說明。首先，針對channel的名稱來分類的話，標記為“common”的channel表 示這個channel是可以被多個使用者通信設備同時使用的，標記為“dedicated”的 channel表示這個channel是專屬于特定的使用者通信設備使用。其他還有被賦予 特定工作的 channel,例如：broadcast channel (bch)、paging channel(pch)、forward access channe

7、l (fach) -5 downlink shared channel (dsch) o如圖三所示，就是各個協議層所包含的各類通信管道，左邊的為downlink 部分(basestation到ue),右邊的為uplink (ue到basestation),由上而下就 是屬于rlc提供的logical channel、mac提供的transport channel與物理層提供 的 physical channel 圖三，各協議層的通信管道uebasestatio n接下來，就讓我們針對各個不同部分的channel,作一個介紹。屬于 rlc 部分的 logical channel/|_dcchpd

8、tch ccchictchzbcch n pcch圖四，rlc所包含的channel與傳輸方向dcch (dedicated control channel)傳輸控制信息，雙向傳輸。屬于點對點的傳輸方式，用來傳送使用者與核心網絡端 的控制信息。dtch (dedicated traffic channel)傳輸資料信息，雙向傳輸。屬于點對店的傳輸方式，用來傳送使用者與使用者之間 的通信資料。ccch (common control channel)傳輸控制信息，雙向傳輸。用來傳送ue與核心網絡端的資訊，會通過transport channel的fach (downlink)與rach (upl

9、ink)來傳送資料。資料傳輸時,會 傳送一個 urnti (utran radio network temporary identity)的識別碼，用來識 別正在服務該使用者的rnc,以便收到這份資料的rnc可以將資料繞送到止確的 rncoctch (common traffic channel)傳輸資料信息，單向downlink傳輸。屬于一對多單向傳輸方式，用來傳送資料給 一群使用者。bcch (broadcast control channel)傳輸控制信息，單向downlink傳輸。用來傳送與該無線網絡區域相關的廣播信息，所有的ue都必須可以收到這個channel的信息。pcch (pa

10、ging control channel)傳輸控制信息，單向downlink傳輸。用來傳送建立連線的呼叫(paging)信息。屬于 mac 部分的 transport channelcpch rachuedsch fach bch pchbasestation圖五，mac所包含的channel與傳輸方向dch (dedicated channel)傳輸資料信息，雙向傳輸o是transport channel屮唯一屬于dedicated的channel,負責傳送上層的資料(如：語音或者封包資料)。支持soft handover (屬于common的channel不支持soft handover)

11、與快速功率控制(fast powercontrol),可以動態的在frame傳送過程中改變傳輸速率。cpch (common packet channel)傳輸資料信息，單向uplink傳輸。cpch主要用來傳輸ue上傳的資料封包，與rach的不同在于它使用快速功率控制與物理層碰撞偵測，使得cpch可以提供 較佳的傳輸，細節可以參考稍后介紹的pcpchorach (random access channel)傳輸資料或控制信息，單向uplink傳輸。提供給ue用來傳送控制信息給無線網 絡端(例如：要建立一個通話的連線)，由于rach傳輸可涵蓋整個cell的范 圍，因此它所能提供的傳輸速率相當有

12、限，僅能用來傳輸少量的使用者資料封包。bch (broadcast channel)傳輸控制信息，單向downlink傳輸。用來廣播系統相關信息到無線網絡所屬的 cell,當ue無法讀取bch的資料時，將會造成該使用者無法對目前的某地臺注 冊。所以說bch傳輸功率必須夠大，以便讓ue可以順利讀取該channel的信息。曲于每個cell當中會存在運算能力較低的通信設備，為了讓所有通信設備都 可以接收到廣播的信息，所以bch的傳輸速率并不高。fach (forward link access channel)傳輸資料或者控制信息，單向downlink傳輸。fach與pch樣都是通過physical

13、 channel 的 s-ccpch (secondarycommon control physical channel)來 傳送資料的。它可以獨立使用一個s-ccpch或是與pch共用s-ccpcho由于 fach并不需要先建立一個dedicated的連線，也沒有支持快速功率控制，所以當 無線網絡收到使用者通過rach傳送的信息，可以通過fach傳送低速率的冋應 信息給使用者通信設備。如同bch 樣，為了可以讓所有在無線通信網絡中的通 信設備都可以接收并解碼fach的資料，fach通道的傳輸速率并不高。dsch (downlink shared channel)傳輸資料或控制信息，單向dow

14、nlink傳輸?？梢杂脕韨鬏斀o指定或一組使用者資 料或控制信息，它的用途類似fach,不過不同的是它支持了快速功率控制，并可 以根據使用情況動態改變frame的傳輸速率。由于dsch不像fach與bch需要 讓整個cell的用戶都收到信息，所以說可以提供較為充分彈性的傳輸速率。pch (paging channel)傳輸控制信息，單向downlink傳輸。當無線網絡要與使用者的通信設備建立一個 連線時，就會通過pch來傳送信息(例如：有人撥電話給該用戶)。根據系統規 劃上的不同，可以針對使用者目前所在的cell送信息，或者對一群cell送信息。屬于物理層部分的physical channelw

15、cdma與目前使用的gsm有一個明顯的不同就是，gsm系統只能在同意時間 選擇傳送語咅或者是數據資料，而wcdma可以通過物理層的channel,來同時傳 送一個以上的通信信道，借以傳送語音或者資料封包。所以，wcdma的物理層 channel架構將會是了解它如何提供如此多樣化服務的必備知識，接下來我們就以 次為主軸來介紹。yljdpdch x|-|dpcchisuepcpch prachpccpch sccpch pdsch schaichcpichcsich pichcd/ca-ichbasestatio n圖六，物理層所包含的channel與傳輸方向dpdch (dedicated ph

16、ysical data channel)與 dpcch (dedicated physicalcontrol channel)dpdch與dpcch均為雙向傳輸，負責傳送使用者的資料與控制信息。專供特定 一位使用者與無線網絡端資料傳送使用，可以動態的改變傳輸速率。一個dpdch 可以包含多個dch,傳送一個以上的語音或者是資料封包連線。每個dpdch都 會伴隨著一個dpcch來傳送控制信息。如圖七所示，在uplink的傳輸時，是通過dual channel qpsk把實際的使用者資 料與控制信息分別通過dpdch與dpcch傳輸，通常uplink會有一個固定展頻碼(spreading fact

17、or)的dpcch傳送控制信息與一個或一個以上不同展頻碼的 dpdch來傳送使用考資料。dpdch idatadpcchpilottfcifbitpcjtransport format combination indicator(tfci) feedback information(fbi) transmission power control(tpc)012345678910 111213142560 chips10msframe length = 38400 chips圖七，dpdch 與 dpcch uplink 的 frame 結構dpcch的pilot位主要是提供給基地臺用來判斷目前

18、接收的channelo tfci位， 可以用來指示每個傳輸fnrnie中的dpdch,所使用的資料傳輸速率（通過改變展 頻碼）。如果tfci資料沒有接收正確的話，就會導致dpdch的資料損壞，每個 tfci都會隨著它目前所指定的dpdch傳送出去，所以說如果tfci損壞的話，只 會影響到冃前的dpdcho如果沒有tfci位的話，傳輸時就會使用固定展頻碼， 維持一定的傳輸速率，通過tfci的好處就是可以維持一個動態的展頻碼與傳輸速 率。tpc位，用來指示downlink部分傳輸功率控制命令。在uplink部分，可以借由一個以上的dpdch管道，在每個管道使用不同的展頻 碼，提高傳輸速率到2mbp

19、s,不過提供了多個編碼管道會造成ue功率上的消耗， 而犧牲了電力供給的持久性?；嘏_端會查看dpcch的位，通過pilot位根據slot來加以區隔dpdch,并且 依據tpc位的命令修正downlink部分的連線功率。針對每個frame來取得 dpcch的tfci位，以便獲得dpdch傳輸速率相關資訊。如圖八所示，在downlink傳輸dpdch時，有一部分的時間會用來傳輸dpcch 的控制信息，由于使用了 qpsk的編碼，和較于downlink部分采用的dual- channel qpsk, uplink的dpdch等于使用了 bpsk的編碼方式來傳輸，因此 downlink部分的dpdch

20、可以擁有較高的資料傳輸速率。10msframe length = 38400 chips圖八，dpdch 與 dpcch downlink 的 frame 結構如下圖九所示，為dpdch與dpcch在uplink與downlink的運作示意圖。uebascslationdpdch and dpcch are time multiplexed'(it 5mhz>2,70mhzdpdch and dpcch are time multiplexed5mhz5 /downlink(qpsk)dpdcli and dpcch arc time multiplexedf 5mhz2110

21、mhz>5mhz5mhz1990 mhzuplink5mhz(dual-channel qpsk)1920 mhz圖九，wcdma fdd mode dpdch 與 dpcch 在 uplink 和 downlink 的運作示意pcpch (physical common packet channel)單向uplink傳輸，負責傳輸cpch的資料。當需要增加uplink的傳輸速率時，可 以通過增加pcpch的方式，來傳遞使用者的資料。pcpch的配置與運作流程如下圖十所示，pcpch會先通過傳送access preamble 的方式，決定所要使用的傳輸功率，之后通過cd/ca檢測碰撞信息

22、，最后傳輸相 關能量控制信息后，才進行真正的pcpch資料傳輸。在建立pcpch的傳輸后，基地臺控制信息會通過downlink的dpdch傳遞給ue端。當使用音半持護備翌透過pcpch傳送資料時pcpci1ueiestaiiomifi glch跖劉高傳拱能嵐再i&鐵出pcpci1(access preamble sent)bascstalionz-直到收到bascstation送回的 ap-a1ch9ap-aich(access preamble deiecicd)進行fe&ma與通汛件勺配置cd/ca(collision detectlon/channel assignmen

23、t preamble sent)7收到baseslalion回應的訳息何送刊和:逬的捽副胡息j11臥crcontroi pmam用csen【卩透過 downlink 的 dpcch 溥輸 pcpch 的i；能量控制pilot欄位與cpch控制命令iidownlink dpcch；啞匹翌l 理竺列 j圖十，pcpch與aich傳輸流程upli nk- transport format combination indicator(tfci) feedback information(fbi) transmission power controlftpc)如下圖一所示，pcpch的控制信息分別會通過

24、uplink以dual-channel qpsk 傳送，與downlink部分通過dpcch傳送。0123456789101112131410ms2560 chips <>downlinktpctfcicccpilotcontrol'、transmission power control(tpc)transport format combination indicator(tfci) cpch control command(ccc)2560 chips <>0123456789101112131410ms圖 一,pcpch frame的結構cd/ca-ich

25、(collision detection/channel assignment indicator channel)進行pcpch傳輸流程時會使用到的channel,用來傳輸downlink的控制信號，展 頻碼固定為256。傳回碰撞偵測與通信管道配置信息給ue。csich (cpch status indicator channel)進行pcpch傳輸流程時所使用到的channel,用來傳輸downlink的控制信號。利 用了 aich未被使用的部分來傳遞資料，可以用來顯示現在每個物理層的pcpch 的使用狀態，以便于讓使用者端選擇一個目前尚未被使用的pcpch,或是經由系統指定使用一個未被使

26、用的pcpch,與ap-aich使用共同的展頻碼。4096 chips<>(>transmission offb&b&+6b8"status indicator part| as0as1as2as3as4as5as6as7as8as9as10asuas12as13as145120 chips20mstotal length = 38400 chips * 2 =76800 chips圖十二，csich frame的結構prach (physical random access channel)單向uplink傳輸，負責傳遞rach的資料。使用者的無線

27、通信設備可以通過pccpch取得bch傳送的資訊，通過這些資訊可以知道目前可用的prach資源與 所使用的繞碼(scrambling code),之后由使用者的通信設備選擇一個prach資 源來使用。如圖十三所示，首先通過prach傳送preamble的資訊給基地臺端， 如果基地臺收到ue送處的prach資訊，基地臺就會通過aich回應，如果ue 沒收到aich的資訊，就會把prach的傳送能量調高，再重新發送給基地臺端， 知道基地臺端收到ue所送出的prach資訊，并且成功回應aicho當使書呂冃寺設備耍透過prach傅送言料時 亠prach fueprac_(piramblc sen&qu

28、ot;如果沒收到basesumon傳回的aich資料bascstation直到可以收到bav>sialion送冋的aich alch(preamble jeiected)開始進行prach的資料傅遞aprach(random access informaiion scnr)圖十三,prach與aich傳輸流程如圖十四所示，prach通過uplink來傳輸資料與關于物理層的控制信息。10msframe length = 38400 chips圖十四，prach frame結構pdsch (physical downlink shared channel)單向downlink傳輸，負責傳輸d

29、sch的資料，可使用4256的展頻碼，當downlink資料傳輸速率要增加時，可以通過pdsch來增加downlink部分的資料 傳輸速率。而且在同一個cell當中，可以針對不同的使用者配置多個pdscho不 過pdsch所傳送的fwme必須要伴隨著dpch (dpcch/dpdch)來傳輸， pdsch所使用的控制信息，會通過所伴隨的dpcch來傳遞，所以pdsch支持 tfc1與tpc位的控制信息，因此可以隨著每個frame的傳遞來調整傳輸速率并且 支持快速能量控制，以提供較高的傳輸速率。pdsch主要是用在短時間內傳輸大量資料的情況，在沒有pdsch的情況下，系 統面對這樣的需求時，需要

30、使用額外的展頻碼以增加通信管道，來擴充傳輸的速 率，不過有了 pdsch之后，系統在傳輸短時間的資料時，就可以通過pdsch來 傳輸，以增加系統運作上的效率。此外，為了確保ue接收pdsch資料時不會增加對比上的問題，pdsch的資料會 在dpcch控制資訊接收后，3到18個slot內送達，如圖十五所示：38400 chips10 ms dpch framesloti3iil46080 chips7associated pdsch frame18 slot、associated pdsch frame1l84480 chipsv4xi1!1 slot = 2560 chips圖十五，pdsch

31、 與 dpch (dpcch+dpdch)的 timingp-ccpch (primarycommon control physical channel)單向downlink傳輸，負責傳遞bch的資料，為了能夠讓所有cell內的ue都可以 接收并解調p-ccpch的資料，它使用固定的展頻碼(通常為256),與較低的傳輸速率，并且透過較高的能量來傳遞。如圖十六所示，在p-ccpch傳遞資料時, 會先持續256 chip的idle時間后，才傳遞資料。256 chips . #2304 chips10msframe length = 38400 chips圖十六，p-ccpch frame結構p-c

32、cpch的資料是很重要的，必須要確保所有的通信設備都可以收到該信息，如 果使用者的通信設備收不到p-ccpch的資料，就無法通過bch取得重要的系統 資訊。s-ccpch (secondary common control physical channel)downlink傳輸，負責傳遞pch與fach的資料，這些不同的上層資料，可以通過 同一個或是個別的s-ccpch來傳遞。如同p-ccpch的情形，s-ccpch同樣也是 屬于低速率的通訊管道，可以透過修改系統的參數來增加s-ccpch傳輸的速率， 或是把pch的資料另外通過pich (paging indicator channel)來傳

33、遞，以增加系 統的效能。如圖十七所示，為s-ccpch的資料結構，s-ccpch并沒有tpc位，不過與p ccpch相比多了 tfci與pilot位，所以說s-ccpch可以支持多種的傳輸速率， 而p-ccpch只能提供固定的傳輸速率。tfcidatapilot 0123456789 10 11 12 13 14<>10msframe length = 38400 chips圖十七，s-ccpch frame結構cpich (common pilot channel)用來傳輸downlink的控制信號，展頻碼固定為256。cpich在每個區域都會采用 不同的繞碼，主要提供給ue偵測

34、dedicated的channelo cpich可以分為兩類， primary cpich具有固定的展頻碼，在一個通訊區域里只會有一個primary cpich,但會有零個或是零個以上的secondary cpich如圖十八所示，為cpich的frame結構，在同一區域屮傳輸cpich時會通過兩個 天線傳輸同樣展頻碼與同樣繞碼的資料，不過這兩個天線所傳送的資料會具有不同 的預定順序符號(pre define symbol sequence),以便于讓ue可以選擇出信號 品質較好的天線，以進行dedicated的channel資料傳輸。10msframe length = 38400 chips

35、圖十八，cpich frame結構如果在一個通信范圍內，有某個區域的無線通信資源需求很強烈，就可以提供 secondary cpich給該區域，以便于提供更多屬于dedicated的通信管道給該區域 使用。sch (synchronisation channel)用來傳輸downlink的控制信號。wcdma提供的sch同步管道有兩類，分別為 p-sch (primary synchronisation channel)與 s-sch (secondary synchronisation channel)。所有cell的p-sch的展頻碼固定為256,當ue可以解調出p-sch與 ssch資料

36、時，就表示已經達到frame與每個slot間的同步了，并且可以由s sch獲得0前該cell所采用的scrambling code群組。如圖十九所示，secondary sch所傳送的資料可以由i與k兩個數值來區隔，i代表 了從063個不同的scrambling code群組，k則代表了 014個slot編號。手機 可以通過secondary sch取得目前所要使用的scrambling code群組，之后再由該 群組中找出目前使用的scrambling code,以便于解出bch的資料，獲得系統的廣 播信息。sk)toslot 1slot 14primary schsecondary sch

37、acpacs.i.k3csi.k:256 chipsk2560 chips圖十九，synchronisation channel 結構說明pich (paging indicator channel)用來傳輸downlink的控制信息。pich的展頻碼為256,基地臺端所傳送的pich 資訊可以被全部cell中的使用者通信設備接收，因此pich屬于低速的通信管道。如圖二十所示，上層的pch資料會通過s-ccpch來傳送，而pich主要的目的是 于pch搭配，當使用者通信設備與無線網絡端注冊后，系統就會把使用者歸類到某一個特定的paging群組，如果使用者通信設備偵測到pich的pi (paging indicator)位是自己所屬的paging群組，就會開始去解碼s-ccpch上的pch資 料，來查看是否有通話的信息送給該使用者。pirwpich frame廠uncontaining