1、WCDMA系統的物理層FDD一、物理層的成幀過程1. 傳輸信道向物理信道的映射高層的數據通過傳輸信道映射到物理層的物理信道上。物理層既要有能力支持傳輸寬帶業務所使用的多種速率的傳輸信道，又要能夠把多種業務復用到同一個連接中。本節將解釋第三代系統的物理層如何處理多速率業務。每一個傳輸信道都有一個傳輸格式指示信息TFI，物理層把同一時刻到達的各傳輸信道的TFI組合成傳輸格式組合指示TFCI，用來通知接收機當前幀的傳輸信道的格式。接收機從解調后的TFCI信息判斷出當前信道的傳輸格式，從而能夠正確解調接收信息。傳輸信道分為公用傳輸信道與專用傳輸信道兩種，專用信道是采用了特定的擴頻碼、擾碼碼字，為某一個

2、用戶所專用；公用信道那么是為整個小區或小區中的某一組用戶所公用。各傳輸信道映射到各自對應的物理信道。其對應關系如下: 2 上行鏈路的成幀過程在相應的每個傳輸時間間隔(TTI)，數據以傳輸塊的形式到達CRC單元。這里的TTI允許的取值間隔是：10ms、20ms、40ms、80ms。對每個傳輸塊，需要進行的基帶處理步驟包括： - 為每個傳輸塊加 CRC校驗比特；- 傳輸塊的串聯與碼塊分段- 信道編碼- 無線幀均衡- 速率匹配- 插入不連續傳輸(DTX)指示比特- 交織- 無線幀分段；- 傳輸信道的復用;- 物理信道分段;- 映射到物理信道；理信道理信道圖1 上行鏈路傳輸信道的成幀過程 12 3、傳

3、輸信道的復用多路復用模塊把每個傳輸信道的數據幀10ms依次串行級聯起來，復合成一個編碼組合信道CCTrCH，編碼組合信道CCTrCH是介于傳輸信道和物理信道之間的一個信道形式，處于對傳輸信道的編碼、復用過程之后，物理信道的映射之前。它包含一個或多個傳輸信道的數據，根據系統要求映射到同一個用戶的一個或幾個物理信道中去。根據承載的傳輸信道類型不同，編碼組合傳輸信道可以分為專用型和公用型兩種。一般地，專用傳輸信道和公用傳輸信道不能復用到同一個CCTrCH中。對于公用傳輸信道，僅有FACH 和 PCH 可以復用到同一個CCTrCH。相應地，一個 CCTrCH 可以映射到一個或多個物理信道，這些物理信道

4、必須有同樣的擴頻因子。復用到一個CCTrCH上的傳輸信道之間應該有一致的時序關系。圖2所示為具有不同傳輸時間間隔的傳輸信道傳輸塊允許到達的時間點。傳輸時間間隔TTI10 ms20 ms40 ms80 ms允許的傳輸時間點0 ms10 ms20 ms30 ms40 ms50 ms60 ms70 ms80 ms90 ms100 ms110 ms120 ms130 ms140 ms150 ms160 ms允許的傳輸時間點圖2 關于編碼組合傳輸信道CCTrCH的傳輸時間點4、下行鏈路的成幀過程在成幀過程中，上行鏈路與下行鏈路的區別并不多，我們依次介紹。首先來看它的編碼/復用流程圖(圖3)：理信道物理信

5、道圖3 下行鏈路傳輸信道的成幀過程21 二、業務復用WCDMA系統傳輸的業務數據經過高層的封裝，以傳輸信道數據的形式進入物理信道。承載著通信業務的多個傳輸信道進入同一個復合傳輸信道CCTrCH，再映射到物理信道。WCDMA系統的業務復用過程，是為并發業務分配無線資源、保證其業務質量、并將傳輸格式通知接收機過程；具體到物理層，就是把承載了用戶信息的傳輸信道與其控制信息進行組合，再映射到物理信道，進行發送的過程。1 有關傳輸格式的參數的介紹傳輸格式TF：Transport Format傳輸格式集合TFS：Transport Format Set傳輸格式組合TFC：Transport Format

6、Combination傳輸格式組合集合TFCS：Transport Format Combination Set傳輸格式指示TFI ：Transport Format Indicator傳輸格式組合指示TFCI：Transport Format Combination Indicator2、 3G系統可承載的業務對上、下行專用信道，主要有以下幾類業務：信令，語音，電路型數據用于 、可視 業務，分組型數據用于瀏覽器、文件下載等業務。物理層傳輸的業務選擇如下幾種：單獨信令：語音+信令：電路交換型數據+信令：分組交換型數據+信令語音+ 分組交換型數據+信令：語音+ 電路交換型數據+信令：21 專用信

7、道的業務格式對上/下行專用信道，單業務存在時，業務的根本傳輸格式形式例舉如下：1、話音業務：碼速率：8kbps ,傳輸時間間隔TTI ：10ms ,傳輸塊大小：80bits ,CRC校驗比特長度：16bits ,編碼方案：卷積編碼，1/3碼率，2、電路型數據業務：(1)碼速率：64kbps,傳輸時間間隔TTI ：20ms ,傳輸塊大小：1280bits ,CRC校驗比特長度：16bits ,編碼方案：Turbo編碼，1/3碼率，(2)碼速率：144kbps,傳輸時間間隔TTI ：40ms ,傳輸塊大小：5760bits ,CRC校驗比特長度：16bits ,編碼方案：Turbo編碼，1/3碼率

8、，3、隨路信令(DCCH)：碼速率：2.4kbps,傳輸時間間隔TTI ：40ms ,傳輸塊大小：96bits ,CRC校驗比特長度：16bits ,編碼方案: 卷積編碼，1/3碼率，專用信道還具有以下并發業務類型：1 話音業務 + 64kbps數據2 話音業務 + 144kbps數據22 上下行鏈路的公用信道的編碼格式上下行鏈路的公用信道也具有其相對固定的編碼格式，在此舉例介紹：1、下行信道的FACH和PCH根本形式：碼速率：8kbps,傳輸時間間隔TTI ：10ms ,傳輸塊大小：8bits ,CRC校驗比特長度：16bits ,編碼方案：卷積編碼，1/2碼率，2、下行BCH的根本形式：碼

9、速率：11.5kbps,傳輸時間間隔TTI ：10ms ,傳輸塊大小：115bits ,CRC校驗比特長度：12bits ,編碼方案：卷積編碼，1/2碼率，3、上行RACH的根本形式：碼速率：12.2kbps,傳輸時間間隔TTI ：10ms ,傳輸塊大小：122bits ,CRC校驗比特長度：16bits ,編碼方案：卷積編碼，1/2碼率，3、業務復用過程例如2nd interleaving480kbps DPDCH15kbps DPCCH 圖5.14 上行鏈路144 kbps話音業務的編碼過程注：DCCH：專用控制信道，承載隨路信令DTCH：專用傳輸信道，承載用戶數據三、WCDMA系統的擴頻

10、與擾碼1、 Walsh 函數， OVSF碼的介紹及擴頻碼的性質 SF = 1SF = 2SF = 4圖5.16 產生OVSF 碼的碼樹為使用方便，我們把信道化碼記作CSF, k，其中SF是該碼字的擴頻因子，k是碼字序號，且有0 £ k £ SF-1。在圖5.16的碼樹中，碼樹的每一層規定了信道化碼的長度SF。 有以上分析，我們可以把OVSF碼的數學特性簡單歸納為：k- 碼字長度是2的整數次冪，即SF = 2。在擴頻操作中，上行鏈路使用的是k = 2，3,.，8，即SF = 4，8，,256的OVSF碼；下行鏈路使用的是k = 2，3，,9，即SF = 4，8，,512的OV

11、SF碼。- 對于長度一定的OVSF碼組，包含的碼字總數與其碼長度相等，即共有SF個長度為SF的OVSF碼字。- 長度相同的不同碼字之間相互正交，其互相關值為0。 2、 上行鏈路的擾碼2.1 長擾碼Long Scrambling Code5.4.1.2節簡要介紹了m序列和Gold序列。WCDMA系統的上行鏈路使用的長擾碼是一個復數序列，它的實部和虛部所使用的根底序列c1、c2就分別來自于一個Gold序列。c1、c2分別由兩個m序列的不同相移序列相加而成。在此，我們以產生c1、c2的簡單結構圖圖5.17為根底，結合Gold序列的性質，對上行鏈路的長擾碼加以介紹。 圖 5.17 生成上行鏈路復擾碼的

12、硬件結構示意圖2.2、短擾碼Short Scrambling Code(i)以n為模相加相乘(i) 圖 5.18 上行鏈路短擾碼的前255 碼片序列產生器23、下行鏈路的擾碼 圖5.19 下行鏈路擾碼發生器的結構3、物理信道的擴頻與加擾過程物理信道成幀之后，需要對物理信道的數據流進行擴頻、加擾碼兩步操作。擴頻操作又叫做信道化操作，就是用一個高速數字序列與數字信號相乘，把一個一個的數據符號轉換為一系列碼片，大大提高了數字符號的速率，增加了信號帶寬。在接收端，用相同的高速數字序列與接收符號相乘，進行相關運算，將擴頻符號解擴。用來轉換數據的數字序列符號叫做信道化碼，在WCDMA中采用OVSF碼作為信

13、道化碼；每個符號被轉化成的碼片數目叫做擴頻因子Spreading Factor。第二步操作叫做加擾操作，就是用一個偽隨機序列與擴頻之后的序列相乘，對信號起到加密、擾亂作用。擾碼的碼片速率與已擴頻符號相同，因此不影響符號速率。幾步操作之間的數據速率的相互關系見圖5.20：比特速率碼片速率碼片速率圖5.20 擴頻操作與擾碼操作前后的符號速率 圖5.20中的比特速率即無線幀中的數據率，碼片速率為3.84Mbps。上行鏈路物理信道加擾的作用是區分用戶，下行鏈路加擾可以區分基站和信道，因此選擇的擾碼之間必須有良好的自相關性。我們的系統采用Gold碼作為擾碼。31 上行鏈路物理信道的擴頻與加擾過程上行鏈路

14、共有三種物理信道：專用物理信道、物理隨機接入信道、公共分組信道。三種信道的信道結構見下節、用途各不相同，因此需要逐個介紹。311 上行鏈路專用物理信道( DPDCH/DPCCH)a.擴頻與加擾過程 圖5.21 上行專用信道多碼道調制過程圖 5.22 上行鏈路專用物理信道的調制b、混合相移鍵控HPSK(Hybrid Phase Shift Keying) I=Ichip*IS-Qchip*QSQ=Ichip*QS+Qchip*ISIQIsQs復擾碼圖 5.23 復擾碼過程 HPSK的根本想法是通過最小化過零次數來減小信號的峰-平比。5.11 公式1channelI1channelQW0W11,1

15、1,-1圖5.24 HPSK調制過程3.2、物理隨機接入信道PRACH隨機接入信道由前導簽名和消息兩局部組成，本小節僅在前文的根底上介紹本信道使用的擴頻碼、擾碼。1、 隨機接入信道的前導局部不進行I/Q支路映射，但是也需要進行復數調制。WCDMA對物理隨機接入信道前導局部的基帶調制過程如圖5.25。 圖5.25 物理隨機接入信道前導局部的基帶調制. 2、消息局部PRACH的消息局部的擴頻與調制方式與上行DPCH相同，消息局部的擾碼的選擇取決于它的前導簽名Preamble signature。圖5.26 物理隨機接入信道的消息局部的擴頻32 下行鏈路物理信道的擴頻與加擾過程 下行物理信道的擴頻與

16、擾碼操作與上行信道的步驟 下行鏈路物理信道的擴頻與加擾過程在下行鏈路中，只有同步信道SCH不需要進行擴頻與加擾。其他信道的擾碼相位與主公共控制物理信道P-CCPCH的擾碼一致，而不一定與本信道的幀邊界對齊。物理信道經過擴頻之后，分別用各自對應的增益因子對加擾之后的復序列進行調幅；主、從同步信道也分別采用增益因子Gp 、Gs 進行調幅。各信道的復序列根據復數運算法那么進行相加合并。合并之后的復值碼片序列如圖中所示，再分裂為實、虛兩局部，分別進行脈沖成型，調制發送。 33 同步碼的組成與小區搜索過程一、同步碼的組成。1、主同步碼PSC Primary Synchronization Code主同步

17、碼PSC記作Cp，叫做總分層格雷碼序列generalised hierarchical Golay sequence.，它的內容定義為Cp=&lt;y(0),y(1),y(2),.,y(255)&gt;. 其中y=<a,a,a,a,a,a,a,a,a,a,a,a,a,a,a,a>a = &lt;x1, x2, x3, , x16&gt; = &lt;0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0&gt;2、輔同步碼SSC Secondary Synchronization Code輔同步碼

18、SSC碼字C1,C16是由一個哈德碼序列與z序列按位模相加而成。 z序列定義為：Z=b,b,b,b,b,b,b,其中 b=<x1,x2,.,x8,9,10,.,16>&lt;x1, x2, x3, , x16&gt; = &lt;0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0&gt;二、同步碼的分配主同步碼PSC序列只有一個，用于WCDMA的所有小區的所有時隙。從碼字的生成過程可見，輔同步碼共有16個。它們經過排列組合，選16個編成一組，總共合成64個不同的碼組序列，與下行主擾碼的64個擾碼組一一對應。從

19、此可以推斷小區選用輔同步碼的步驟，即首先找到本小區的主擾碼屬于哪一個擾碼組，然后找到對應的輔同步碼序列；每個時隙對應一個輔擾碼號，根據此擾碼號就可以計算出同步信道的同步碼字。因此，輔同步碼的碼組序列必須滿足以下要求：一個碼組序列循環移位的結果是唯一的 , 64個序列中的任何一個進行小于15次的循環移位,都不會與其他序列的循環移位相同；同樣,也不會與自己的其它任何循環序列重復。因此，在實際系統中，不同小區選用不同的序列模式。不同時隙選用不同的輔同步碼, 三、小區搜索過程移動臺開機，需要與系統聯系，首先要與某一個小區的信號取得時序同步。這種從無聯系到時序同步的過程就是移動臺的小區搜索過程。在小區搜

20、索過程中，移動臺捕獲一個小區的發射信號并據此確定這個小區的下行鏈路擾碼和幀同步。小區搜索分三步實現：第一步：時隙同步。移動臺首先搜索主同步信道的主同步碼，與信號最強的基站取得時隙同步。因為所有的小區都使用同一個碼字作自己的主同步碼。這一步可利用匹配濾波器匹配根本同步碼Cpsc來實現，也可用相關器實現。PSC是一個Golay碼序列，具有良好的非周期自相關性，易于識別。第二步：擾碼碼組識別和幀同步。由于使用不同擾碼組的小區，其輔同步碼也不同，而且這些輔同步碼是以幀為周期，所以在時隙已經同步后，可以進行第二步，利用輔同步信道SSCH來識別擾碼碼組和實現幀同步。通過計算接收信號和所有可能的SSC序列的

21、互相關性，識別出該小區的幀頭以及主擾碼所屬的碼組。第三步：擾碼識別。當基站所屬的擾碼碼組已確定后，需進一步確定基站的身份碼下行擾碼。移動臺使用第二步識別到的擾碼碼組中的8個主擾碼分別與捕獲的P-CPICH信道進行相關計算，得到該小區使用的下行擾碼。根據識別到的擾碼，P-CCPCH就可以被檢測出，從而可獲得超幀同步，系統以及小區的特定的播送信息就可被讀出。五 物理信道特點及物理層的幀結構物理信道的幀結構高層數據傳輸到物理層之后，映射到物理信道的無線幀中。物理信道的數據傳輸速率、加擾方式、信道內容都有所不同，而且都可以無線幀為單位進行區分。因此，我們從物理信道的幀結構著手，分別介紹各信道的結構、調

22、制參數、在系統中的作用、信道之間的相對時序等內容。WCDMA的物理信道在時間上分為3層結構：超幀、無線幀、時隙。物理信道的幀結構見圖5.29。一個超幀為期720ms ，包括72個無線幀。其邊界由系統幀標號SFNSystem Frame Number)定義。一個超幀的頭幀SFN 對72取模值為0。它的尾幀SFN 對72取模值為71。一個無線幀周期長10ms，包括15個等長時隙，對應38400個碼片，它是物理信道的根本單元。時隙是一個比特域組成的單元，對應2560個碼片，物理信道的類型決定每個時隙的信息比特數和結構。super 圖5.29 物理信道的幀結構 下行鏈路物理信道下行鏈路專用傳輸信道一、

23、信道結構在下行鏈路中，專用物理數據信道DPDCH承載專用傳輸信道上的數據消息，公共物理控制信道DPCCH承載第一層產生的控制信息包括的導頻信號，功控指令，和可選的TFCI，它們在專用下行物理信道上時分復用傳輸，共同組成一個幀周期為10ms的無線幀。它們使用相同的擴頻碼、擾碼。圖 5.33說明了下行鏈路專用物理信道的幀結構。f 圖 5.33 下行鏈路專用物理信道的幀結構二、TPC 比特域TPC比特域根據信道結構的不同分為2、4、8比特三種模式，表5.9列出了傳輸功率控制命令與TPC比特模式的對應關系。 三、傳輸格式組合指示比特(TFCI)TFCI值對應于當時專用信道DCH上傳輸的比特速率的特定組

24、合，這個值是在DCH信道增加或刪除時商定的，關于TFCI的應用前文有具體介紹。 五專用物理信道的多碼傳輸一個復合編碼傳輸信道可以被映射到多個并行的使用相同的擴頻系數下行專用物理信道上，但是只在第一個下行專用物理信道上傳輸第一層的控制信息。如果有多個復合編碼傳輸信道被映射到一個用戶設備的多個下行專用物理信道上，不同的復合編碼傳輸信道所映射的下行專用物理信道可以使用不同的擴頻系數。第一層的控制信息仍然只在第一個下行專用物理信道上傳輸。這種情況的傳輸格式見示意圖5.35。傳輸功率傳輸功率傳輸功率 圖 5.35 下行物理信道多碼傳輸時的時隙格式公共下行物理信道一、公共導頻信道CPICHCommon P

25、ilot Channel 公共導頻信道是一個不編碼信道，它的功能是在用戶設備端輔助專用信道做信道估計；同時在其他公共信道與專用信道沒有聯系或者沒有使用智能天線技術時，作為它們的參考信號。CPICH是由全向天線發送的，它具有固定的比特速率30kbps，擴頻因子SF固定為256。它的幀結構如圖5.36所示。 f 圖5.36 公共導頻信道的幀結構如果移動小區的下行鏈路采用分集方式，那么公共導頻信道在兩個天線上發送的符號選用相同的擴頻碼和擾碼，但是兩個天線上的預先規定的符號序列不同，如圖5.37所示。如果不用分集，那么兩個天線序列都用天線1的符號序列。公共導頻信道又分為主Primary、輔Second

26、ary兩個信道，從表5.10中我們可以清楚地看到這兩個信道的區別。二、主公共控制物理信道P-CCPCHPrimary Common Control Physical Channelf圖5.38 P-CCPCH的幀結構 三、輔公共控制信道SCCPCHSecondary Common Control Physical ChannelSCCPCH攜帶前向接入信道FACH和尋呼信道PCH。該信道的速率與下行專用物理信道DPCH相同。圖5.39所示為輔公共控制物理信道的幀結構。f 圖5.39 輔公共控制物理信道的幀結構FACH和PCH可以被映射到同一個輔公共控制物理信道上，也可以映射到不同的輔公共控制物

27、理信道上。如果映射到相同的輔公共控制物理信道，它們可以被映射到同一幀中。 四、同步信道同步信道為用戶提供幀同步、碼片同步和比特同步，用于小區搜索。它包括兩個并行傳輸的子信道：主同步信道和輔同步信道。圖 5.40所示為同步信道的幀結構。圖 5.40 同步信道的幀結構主同步信道由一個256碼片長的調制碼組成，主同步信道在每一個時隙都發送。系統內的所有的小區的主同步信道都相同。輔助同步信道重復傳送15個長度為256碼片的調制碼。輔助同步碼與主同步信道并行傳輸。主、輔同步碼的碼字的產生與分配方案在前文中有詳細介紹，在此不贅述。在介紹PCCPCH時曾經提到，它是否使用TSTD調制可以從SCH的調制中看出

28、來。圖5.40中的a就是表示是否使用STTD的一個調制因子，a1表示PCCPCH使用空時發射分集TSTD。a 1表示沒有使用分集。 六、捕獲指示信道AICHAICH用來指示基站是否接收到了PRACH的前導序列。基站一探測到PRACH信道的前導序列，探測到的簽名序列就會很快在AICH信道反映出來。AICH可以同時檢測16個不同的簽名序列。AICH具有固定速率擴頻因子為256，攜帶捕獲指示信息AI。捕獲指示信息的取值與物理隨機接入信道PRACH上的接入前導相對應。圖5.41 為捕獲指示信道(AICH)的幀結構。20 ms圖5.41 捕獲指示信道(AICH)的幀結構AICH直接受基站控制，高層不關心

29、它。因為從基站檢測到PRACH的前導序列到它在AICH信道上反映出來，只有幾個時隙的時間，而高層信令的速度太慢，根本來不及反響，更不能交給高層去控制。 上行鏈路的物理信道5541上行專用物理信道UL-DPCH一 . 信道結構如前文所述，WCDMA系統中的專用信道對用戶數據和物理層控制信息進行I/Q復用。專用物理控制信道DPCCH用于承載物理層產生的控制信息，這些控制信息包括導頻比特(Pilot)，包括功率控制命令TPC，包括反響指示信息FBI和一個可以選擇發送的TFCI。在每個物理連接中有一個且只有一個DPCCH，它的擴頻因子固定為256。上行專用物理數據信道DPDCH用于承載第二層及更高層產

30、生的專用數據，擴頻因子的選擇范圍是：4256。圖5.42為上行專用物理信道的幀結構。DPDCH數據slotdataDPCCHf圖5.42 上行專用物理數據信道/專用物理控制信道的幀結構 DPDCH的數據速率可以逐幀改變，所以它能夠進行變速率業務的傳輸。DPCCH信道的TFCI比特攜帶有相應的DPDCH數據幀的速率信息。由于TFCI與數據幀有一一對應關系，如果接收端未能正確地解調TFCI信息，其對應幀就會被丟棄，但不影響其他數據幀的接收與解調。但是TFCI的可靠性遠遠大于數據的可靠性，所以它的喪失是一件很稀罕的事情。 從接收機的接收效率考慮，最好是永遠進行DPDCH的單碼道傳輸；因為多碼道傳輸會

31、增加峰-平值功率比，降低終端功率放大器的效率。但是，即使對數據不編碼，采用4作為擴頻因子，得到的最高數據速率也不過960kbps；如果進行信道編碼，實際的數據速率會更低。如果需要傳輸高速數據，必須使用并行的數據信道。系統規定，最多可以并行傳輸6個DPDCH，即5760kbps，即使進行了1/2碼率的信道編碼，也可以為用戶提供2Mbps的業務。 物理隨機接入信道(PRACH ：Physical Random Access Channel)PCPCH信道是一種分組接入信道。在進入之前，基站和移動臺之間沒有連接，初始接入沒有功率控制，因此這段時間的傳送信息需要最小化。分組接入有三種選擇： 包含少量信

32、息的短分組的不頻繁傳輸 包含少量信息的短分組的頻繁傳輸 長分組的傳輸因為業務信道本身的建立需要信令，因此會消耗無線資源。所以最好在隨機接入消息中沒有功率控制時發送小分組。對于后兩種情況，系統應該為其分配專用的業務信道。如果已經保存了專用信道但沒有需要發送的信息，移動臺需要切斷傳輸或者僅發送功率控制和參考符號來保持物理連接。物理隨機接入信道承載隨機接入傳輸信道RACH。一、信道結構與發送時間物理隨機接入信道的傳輸結構與專用信道有所不同。它分為前導和消息兩局部。前導由一系列前導簽名序列組成，移動臺通過發送前導來與基站取得聯系。在上一節有對前導簽名序列碼字的詳細描述。PRACH的信道結構取決于建立同

33、步的時間的需要和所選擇的接入方式。此外，所期望的接入的試探次數和同步時間決定了PRACH的數量。因此，接入嘗試期間，信道傳送的數據量成為系統設計的一項重要前導前導消息局部圖5.43 隨機接入傳輸的結構 系統為移動臺定義了幾個可以開始發送信息確實切時刻，這幾個時刻叫做接入時隙access slots。每兩個連續無線的幀有15個接入時隙，間隔5120個碼片周期。接入時隙的時序關系見圖5.44示意。 接入時隙 #0接入時隙 #1接入時隙#7接入時隙 #8接入時隙#14 圖5.44 RACH 的接入時隙號與間隔.二、物理隨機接入信道的消息局部隨機接入信道的消息局部如圖5.45所示。10 ms 長的消息

34、分成15個時隙，每個時隙的長度Tslot = 2560個碼片。每個時隙由兩局部構成，數據局部承載第二層的數據信息，控制局部承載第一層的控制信息，它們并行傳輸。 數據局部控制局部RACH 圖5.45 隨機接入信道消息局部的結構四、物理信道之間的相對時序 圖 5.48 下行物理信道的幀時序和接入時隙的時序PRACH/AICH 的時序關系從UE發出的上行鏈路接入時隙n超前于接收到下行鏈路接入時隙n 的時間為tp-a 個碼片。其中n = 0, 1, , 14。下行鏈路的捕獲指示AI只能在下行鏈路接入時隙開始時進行發送；同樣地，上行RACH 的前導和消息局部只允許在上行鏈路接入時隙開始時進行發送。圖5.

35、49清晰地表述了這一關系。5.49 移動臺方的PRACH 與 AICH 的時序關系tp-p：兩個前導之間的距離tp-p,min.：兩個前導之間的最小距離，且有 tp-p ³ tp-p,min.tp-a：前導與對應的AI之間的距離tp-m：前導與消息局部之間的距離以上數值根據參數AICH_Transmission_Timing的取值不同而異：第三代移動通信的演進一、第三代移動通信系統的開展過程國際電聯(ITU)早在1985年就開始研究適于全球運營的第三代移動通信系統，當時稱為未來公共陸地移動通信系統FPLMTS；1992年，世界無線電大會WARC分配了230MHz的頻率給FPLMTS；

36、1996年，ITU將FPLMTS更名為IMT-2000，即國際移動通信系統，這個命名有三重含意：工作于2000MHz頻段，最高數據速率可達2000 kbps即2 Mbps,預計2000年左右投入商用。1997年初，ITU發出通函，要求各國在1998年6月前，提交候選的IMT-2000無線傳輸技術RTT)方案。 1998年6月，ITU共收到了16個有關第三代移動通信無線接口的候選技術方案，其中10種是陸地方案，其它是衛星方案。陸地方案中最受關注的是美國提出的cdma2000和歐洲提出的W-CDMA。1999年10月份ITU在赫爾辛基舉行的會議確定了五種方案：IMT-2000 CDMA DS，即歐

37、洲和日本的UTRA/W-CDMA；IMT-2000 CDMA MC，即美國的cdma2000 MC；IMT-2000 CDMA TDD，即歐洲的UTRA TDD和中國的TD-SCDMA；IMT-2000 TDMA SC，即美國的UWC-136;IMT-2000 TDMA MC，即DECT。二、 第三代移動通信系統的特點第三代移動通信系統的數據速率可從幾kbps到2 Mbps；高速移動時為144 kbps；慢速移動時為384 kbps；靜止時為2 Mbps。多媒體化：提供高質量的多媒體業務，如話音、可變速率數據、活動視頻和高清晰圖像等多種業務，實現多種信息一體化。全球性：公用頻段, 全球漫游,

38、大市場。 在設計上具有高度的通用性，該系統中的業務以及它與固定網之間的業務可以兼容，擁有足夠的系統容量和強大的多種用戶管理能力，能提供全球漫游。是一個覆蓋全球的、具有高度智能和個人效勞特色的移動通信系統。綜合化：多環境、靈活性，能把現存的尋呼、無繩、蜂窩宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩、衛星移動等通信系統綜合在統一的系統中具有從小于50m的微微小區到大于500km的衛星小區 ，與不同網絡互通，提供無縫漫游和業務一致性。 網絡終端具有多樣性。平滑過渡和演進：與第二代系統的共存和互通，開放結構，易于引入新技術。 智能化：主要表現在優化網絡結構方面引入智能網概念和收發信機的軟件無線電化。個人化：用戶可用唯一

39、個人電信號碼PTN在任何終端上獲取所需要的電信業務，這就超越了傳統的終端移動性，真正實現個人移動性。三、兩種最主要的RTT方案：W-CDMA和cdma2000第三代系統中主要方案是CDMA方案，其中最重要的是W-CDMA和cdma2000，它們采用寬帶載波5MHz、相干解調、平衡干擾處理，因此能提供更大的容量。第三代系統有著更好的抗干擾能力。這是由于其寬帶特性5MHz射頻載波，可分辨更多多徑信號，因此信號較窄帶系統更穩定，起伏衰落小，使系統對信號功率的動態范圍和最大功率信號值的要求降低。上行鏈路采用相干檢測，相對于沒有采用相干檢測的第二代CDMA來說，上行鏈路有3db的性能改善。 3G系統還使

40、用了多用戶檢測，可消除來自其他用戶的干擾。第三代系統還提供多速率的業務，這意味著在高靈活性和高頻譜效率的情況下可提供了不同效勞質量的連接。第三代系統還支持頻間無縫切換，從而支持層次小區結構。同時，3G系統還采用快速功率控制。3G系統保持對新技術的開放性，支持智能天線陣技術，使系統得到許多改良。在滿足給定信號接收質量的前提下增加了有效通信用戶數：用戶數給定時，可以改善接收質量；可降低移動用戶的發射功率；減少其他用戶信號的干擾和影響。在3G系統中還會采用其它許多新技術，使系統不斷得到改良。31W-CDMA系統碼片速率：原來是4.096Mc/s，后來降為3.84 Mc/s，這樣，和cdma2000的

41、碼片速率3.6864 Mc/s相差不到5%，有利于制造雙模 。其實，碼片速率取3.6864 Mc/s 或4.096Mc/s或其折衷值3.84 Mc/s，對擴頻增益而言均未發生實質變化，且不與后向兼容GSM直接相關，因此W-CDMA的碼片速率取3.6864 Mc/s是完全可以的，但只取了折衷值3.84 Mc/s，因為W-CDMA的支持者擔憂其向cdmaOne體制根本參數歸一化后會形成市場驅動方面的不利影響，包括在一系列方面會受其IPR的牽制，由此他們以改為3.6864Mc/s會“降低容量為由，堅決反對融合于cdma2000的碼片速率3.6864 Mc/s，并表示至多只能降為折衷值3.84Mc/s

42、。基站間同步：W-CDMA那么主要取用異步方式，基站間不需同步，可擺脫GPS信號的約束；W-CDMA也提出了“同步方式作為可選項。下行信道導碼： W-CDMA采用與業務碼時分復用TM方式的非連續導碼。 分組數據：W-CDMA有兩種類型的分組數據傳輸方法。對于短而不頻繁的數據包，可用公共信道包傳輸；對于長而頻繁的數據包，可用專用信道。接入方法是時隙ALOHA。W-CDMA 的載頻是5M Hz。W-CDMA采用不同的長碼進行擴頻。前向鏈路專用物理信道DPCH的擴頻調制采用對稱QPSK調制，同相I和正交Q數據用相同的信道化碼和擾頻碼來擴頻。同一小區的不同物理信道用不同信道標識碼來區分。信道化碼采用的

43、是正交可變擴頻參數OVSF碼。OVSF碼在不同的擴頻參數的情況下也能保證不同下行物理鏈路的正交性，因而可以提供不同的比特率。同屬一個小區下行鏈路采用相同的擾頻碼。長為40960碼片10ms。系統可用擾頻碼512個。為了更快的搜索小區，下行鏈路使用的擾頻碼分成32組，每組16個碼，采用如下列圖所示三步小區搜索方法。 圖1 W-CDMA三步小區搜索方法 上行鏈路專用物理信道擴頻調制采用的是雙信道QPSKdual channel QPSK調制，I和Q信道用不同的信道標識碼擴頻后復用成I+jQ信號，再用信道標識碼進行擴頻。最后調制到射頻。上行鏈路使用的信道標識碼和下行鏈路中使用的碼屬于同一類的OVSF

44、碼，以保證專用物理數據信道DPDCH和專用物理控制信道DPCCH的正交性。上行鏈路使用的擾頻碼通常也是長為40960碼片10ms的偽隨機碼。為較易實現MUD，上行鏈路擾頻碼也可采用短VL-Kasami碼。在下行鏈路，各用戶相干檢測所需的導頻信號是用時分復用方式來發送的。并且每條鏈路對應一個導頻信號，所以可以被用來進行信道估計。在使用自適應天線情況下，上行鏈路也采用時分復用的導頻信號來進行相干檢測。對W-CDMA系統業務信道而言，較低的數據速率采用單碼擴頻，較高的數據速率采用多碼擴頻。同一連接的多業務，在正常情況下，采用時分復用的方式。經過外部編碼，內部編碼、業務復用和信道編碼后，多業務數據流被

45、映射到一個或多個專用的物理數據信道DPDCH。在多碼擴頻情況下，數據經過串并變換分成兩路，分別映射到I和Q信道進行擴頻傳輸。W-CDMA中信道編碼采用卷積碼和級聯碼，對要求BER=10-3的業務采用的束長度為9的卷積編碼，卷積率在1/2和14間。對要求BER10-6的業務，采用級聯編碼和外部RS編碼。一般一幀內部采用塊交織。但為了改善長時延的性能，W-CDMA還支持幀間交織。目前，Turbo編碼處于研究階段。對短的不常用的分組數據，W-CDMA一般采用公共信道分組傳輸方法，即把分組數據直接填充到隨機接人串中發送。對長的常用的分組數據采用專用信道來傳輸。數據大的單個分組數據采用單個分組傳輸方案，

46、此時，一俟傳輸完將立即釋放占有的專用的信道。多分組傳輸方案中，在分組間將保持專用信道以傳輸概率控制和同步信息。在W-CDMA中，隨機接人串幀長10ms，并且用固的功率發射，遵循Aloha原理。W-CDMA系統能適應多種傳輸速率，靈活提供多種業務。從8 kbps到384 kbps范圍的可變數據速率可被分配至每個5 MHz載波上不同的多個用戶。電路和分組交換業務能在同一信道組合，使每個W-CDMA終端連接可提供多達6種不通的業務，其范圍可從語音到一個組合的數據業務，如 、電子郵件以及視頻。而且，6種業務的每一種均可按照數據速率和特定質量標準進行優化。W-CDMA系統的核心網絡兼容GSM MAP，同

47、時要求支持ANSI-41IS-95的核心網。W-CDMA系統中大量采用ATM技術。ATM有著帶寬分配靈活、業務選擇廣泛、高效的突發數據業務復用、提供無線到有線網絡的端到端的寬帶業務、信元交換方式、易于同有線B-ISDN接口等諸多優點。32cdma2000系統cdma2000系統采用多載波方式，根本頻寬是1.25M Hz，支持n×1.25M Hz，n=1，3, 6, 9。碼片速率：從IS-95的后向兼容看，Qualcomm等很希望碼片速率為其窄帶系統IS-95的碼片速率1.2288 Mc/s的3倍，即3.6864 Mc/s；同時，由于北美第二代PCS頻段集中在IMT-2000核心頻段上

48、，特別是美國FCC將有關頻譜以巨額補償拍賣給以cdmaOne即窄帶CDMA，IS-95為主要業務對象的PCS運營部門后，這些運營商目前及將來相當長一段時間內關心的是回收其經濟利益，從而堅決支持以1.2288 M/s為根底的多載波“帶內演進方式邁步向IMT-2000推進。基站間同步：cdma2000仍沿用IS-95方式取用GPS使基站間嚴格同步，以取得較高的組網與頻譜利用效率，其缺點為完全依賴GPS，在無法收到GPS信號的時候或地點，就無法實施同步。不過，現在已提出不需GPS的非同步方案。下行信道導碼：cdma2000仍沿用IS-95方式取獨立的碼復用CM公共連續導碼，可連續調整，從而取得較好的

49、系統性能。cdma2000是多載波方案，頻譜利用率較高。在此方案中帶寬為125MHz，碼片速率是12288Mchip/s。采用此方案可以使IS-95平穩過渡到第三代移動通信系統。cdma2000系統下行鏈路中，I信道和Q信道分別采用一個長為3×2的M序列來擴頻。不同的小區采用同一個M序列不同的相位偏移。搜索小區時只需搜索這兩個碼及其不同的相位偏移碼。在上行鏈路中，擴頻碼采用的是長為241的M序列，以不同的相位來區分不同的用戶。信道是用相互正交的、可變擴頻參數的Walsh序列來區分。下行鏈路在不使用自適應天線的情況下，采用公共導頻信道作為相干檢測的15參考信號。使用自適應天線時，采用輔

50、助導頻信道作為參考信號。輔助導頻信道是用戶通過碼分復用合用一個信道。上行鏈路的導頻信號和功率控制以及喪失指示比特時分復用。在多速率業務方面， cdma2000系統提供兩種業務信道類型：根本信道和增補信道。這兩種信道都是碼分復用信道。根本信道支持的數據速率為9.6kbit/s、14.4kbit/s及其子集的速率，可以傳輸語音、信令和低速數據。增補信道提供不同的高速數據速率。在下行鏈路中，不同QoS要求的業務都是用碼分復用的方式在增補信道中傳輸的。cdma2000的幀長為20ms，但控制信息用5ms和20ms，在根本信道中傳輸。根本信道使用約束長度為9的卷積編碼。增補信道中傳輸速率為14.4kbi

51、t/s。對高速數據而言，采用約束長度為4，卷積率為1/4的Turbo碼。cdma2000系統中分組數據的傳送也遵循時隙Aloha原理。但與W-CDMA不同的是，第一次隨機接入不成功后，其后將增加發射功率。移動用戶得到業務信道后，第一次發送數據時，可以不必事先約定發送速率。如果數據速率超過一定的門限，就需要申請一個新的接入。移動臺傳輸完后，將立即釋放占用的業務信道，但專用的控制信道不釋放。過了一會兒，釋放專用控制信道，但保持鏈路層和網絡層的連接以便減少鏈路重建時的設置時間。短數據串可以通過公共業務信道傳輸。cdma2000系統中還采用了簡單的自動重發請求的方案。cdma2000系統可以實現第一、

52、第二、第三代系統AMPS DAMPS IS-95cdma2000一條龍兼容式全融合方案。 cdma2000系統與第二代移動通信系統N-CDMA有著很好的兼容性，并且是由N-CDMA系統逐步過渡過來的。cdma2000可與TIAEIA-95-B N-CDMA系統共存于同一頻帶下。N-CDMA的所有信令作為cdma2000系統的一個子集。在增加其它新業務時，所制訂的標準和接口應與TIAEIA-95-B信令集和接口相同、相似或兼容.cdma2000系統支持1.2 kbps到大于2Mbps的數據速率，并且支持的RF帶寬由1.25 MHz到15 MHz可變。cdma2000系統中，所采用的增強媒體接入控

53、制MAC有效地提供高速分組數據業務。優化的MAC，有專用的控制信道DCCH，分組數據控制信道的幀長度可調，增強的尋呼和接入信道用于快速分組數據業務接入情道。靈活的信令結構使cdma2000能向后兼容N-CDMA。 33 軟件無線電技術根本思想是高速模數和數模轉換器盡可能靠天線處理，所有基帶信號處理都用軟件方式替代硬件實施。軟件無線電系統的關鍵局部為：寬帶多頻段天線、高速A/D和D/A轉換器以及高速信號處理局部。寬帶多頻段天線采用多頻段天線陣列，覆蓋不同頻程的幾個窗口；高速A/D轉換器的關鍵是采樣速率和量化位數根本思想是高速模數和數模轉換器盡可能靠天線處理，所有基帶信號處理都用軟件方式替代硬件實

54、施。軟件無線電系統的關鍵局部為：寬帶多頻段天線、高速A/D和D/A轉換器以及高速信號處理局部。寬帶多頻段天線采用多頻段天線陣列，覆蓋不同頻程的幾個窗口；高速A/D轉換器的關鍵是采樣速率和量化位數，高速信號處理局部完成基帶處理、調制解調、比特流處理和編解碼等工作。軟件無線電技術最大的優點是基于同樣的硬件環境，針對不同的功能采用不同的軟件來實施，其系統升級、多種模式的運行可以自適應地完成。軟件無線電能實現多模式通信系統的無縫連接。第三代移動通信系統具有多模、多頻段、多用戶的特點，面對多種移動通信標準，采用軟件無線電技術對于在未來移動通信網絡上實現多模、多頻率、不間斷業務能力方面將發揮重大作用，如基

55、站可以承載不同的軟件來適應不同的標準，而不用對硬件平臺改動；基站間可以由軟件算法協調，動態地分配信道與容量，網絡負荷可自適應；移動臺可以自動檢測接入的信號，以接入不同的網絡且能適應不同的接續時間要求。由于硬件器件技術的限制，目前要實現軟件無線電必須進行適度的折中，尚未充分利用軟件無線電的優勢。因此，應針對軟件無線電的特點，研究具有普遍意義的、不局限于特定硬件水平的長遠技術，為第三代移動通信系統效勞。四、第二代移動通信技術的升級和向第三代移動通信系統的過渡4.1 GSM的升級和向W-CDMA的過渡由于W-CDMA投資巨大，技術也不是很成熟，一時難于大規模應用，但用戶對高速率的數據業務又有一定需求，因此就出現了所謂的兩代半2.5G技術。在GSM根