WCDMA網規高培-WCDMA無線接口物理層第一頁，共95頁。前言物理層處于無線接口協議模型的最底層，它提供物理介質中比特流傳輸所需要的所有功能；物理層通過MAC子層的傳輸信道實現向上層提供數據傳輸服務；物理層的主要功能包括：信道編解碼，擴頻調制和解擴解調，閉環功率控制等等。2第二頁，共95頁。課程目標了解WCDMA無線接口的協議結構；掌握WCDMA物理層的關鍵技術；了解WCDMA物理層過程。學習完本課程，您將能夠：3第三頁，共95頁。課程內容 T第一章概述第二章物理信道及信道映射第三章WCDMA物理層處理過程第四章WCDMA物理層過程4第四頁，共95頁。UTRAN協議結構5第五頁，共95頁。無線接口協議結構6第六頁，共95頁。MAC層（層2）物理信道擴頻調制傳輸信道物理信道結構擴頻調制編碼和復用映射到物理層解復用解碼映射到MAC層解調解擴物理層技術實現7第七頁，共95頁。在WCDMA系統的無線接口中，從不同協議層次上講，承載用戶各種業務的信道被分為以下三類：邏輯信道：直接承載用戶業務；根據承載的是控制平面業務還是用戶平面業務分為兩大類，即控制信道和業務信道。傳輸信道：無線接口層二和物理層的接口，是物理層對MAC層提供的服務；根據傳輸的是針對一個用戶的專用信息還是針對所有用戶的公共信息而分為專用信道和公共信道兩大類。物理信道：各種信息在無線接口傳輸時的最終體現形式，每一種使用特定的載波頻率、碼（擴頻碼和擾碼）以及載波相對相位（0或/2）的信道都可以理解為一類特定的信道。信道概念8第八頁，共95頁。物理信道可以由某一載波頻率、碼（信道碼和擾碼）、相位確定。在采用擾碼與擴頻碼的信道里，擾碼或擴頻碼任何一種不同，都可以確定為不同的信道。多數信道是由無線幀和時隙組成，每一無線幀包括15個時隙。物理信道分為上行物理信道和下行物理信道。頻率、碼、相位物理信道物理信道9第九頁，共95頁。擴頻包括兩個操作：信道化（channelization）操作，它使數據符號變為碼片，并增加了信號帶寬，每符號的碼片數稱為擴頻因子（SF），可以通過與OVSF相乘得到擾碼操作，它作用在擴頻信號上數據比特OVSF碼擾碼擴頻后碼片擴頻技術10第十頁，共95頁。信道碼使用OVSF碼定義：Cch,SF,k,描述信道碼，SF為擴頻因子，k為碼號,0<k<SF-1信道碼11第十一頁，共95頁。

擾碼：GOLD序列擾碼每10ms重復一次，長度是38400chips對于上行物理信道，可用的擾碼分為長擾碼和短擾碼，共有224個上行長擾碼和224個上行短擾碼，上行擾碼由高層分配對于下行物理信道，可以產生218-1=262143個擾碼，但只使用了0...8191號的擾碼擾碼12第十二頁，共95頁。下行擾碼集0集1…集511主擾碼0從擾碼1…從擾碼15主擾碼511×16…從擾碼511×16＋1從擾碼511×16＋158192個擾碼512集每集分為1個主擾碼15個從擾碼下行鏈路擾碼特點13第十三頁，共95頁。下行主擾碼組0組1…組63主擾碼0主擾碼1…主擾碼7主擾碼16*8*63…512個主擾碼64組每組8個主擾碼主擾碼16*8*63＋16主擾碼16*8*63＋16×7下行鏈路擾碼特點14第十四頁，共95頁。本章小結本章主要對物理層的一些基本概念進行了介紹，包括：無線接口協議棧結構擴頻調制過程、信道碼、擾碼物理層技術的實現15第十五頁，共95頁。課程內容 T第一章概述第二章物理信道及信道映射第三章WCDMA物理層處理過程第四章WCDMA物理層過程16第十六頁，共95頁。物理信道及信道映射物理信道結構及功能無線接口信道映射17第十七頁，共95頁。下行專用物理信道(downlinkDPCH)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)尋呼指示信道(PICH)捕獲指示信道(AICH)公共導頻信道(CPICH)下行物理信道18第十八頁，共95頁。上行公共物理信道物理隨機接入信道(PRACH)物理共用分組信道(PCPCH)上行專用物理信道上行專用物理數據信道(uplinkDPDCH)上行專用物理控制信道(uplinkDPCCH)上行物理信道上行物理信道19第十九頁，共95頁。SCH不進行擴頻和加擾；用于小區搜索；SCH信道占用前256個Chip；分成P-SCH和S-SCH；主同步碼（PSC）在每個時隙內重復發射，傳送完全確知的序列；用于UE與UTRAN之間的比特同步；從同步碼（SSC）中包含擾碼組信息，用于確定小區中使用的擾碼組。同步信道SCH20第二十頁，共95頁。同步信道SCH21第二十一頁，共95頁。commonPilotChannel(CPICH)傳送確知序列固定速率30Kbps，SF=256發射分集時，使用相同的擴頻碼和擾碼，但傳送序列不同公共導頻信道CPICH22第二十二頁，共95頁。主CPICH使用相同的信道碼，即Cch,256,0；擾碼為主擾碼；一個小區只有一個主CPICH，在整個小區廣播；用于小區（主擾碼）搜索；主CPICH為SCH,PrimaryCCPCH,AICH,PICH提供相位基準。還是其它下行物理信道的缺省相位基準。其它信道的功率基準，測量其它信道都是通過測量CPICH信道來實現的。確定小區覆蓋范圍，小區呼吸功能。從CPICH可以使用任意信道碼，只要滿足SF=256擾碼可以使用主擾碼，也可以使用從擾碼一個小區可以有0、1或幾個從擾碼可以在小區內部分發射可以作為S-CCPCH和下行DPCH的參考.CPICH23第二十三頁，共95頁。用于承載BCH信道（系統消息）；固定數率（30kbps，SF=256）；使用相同的信道碼，即Cch,256,1；擾碼為主擾碼；每個時隙的頭256chips為空，只有數據域；可以采用STTD傳輸分集。主公共控制物理信道P-CCPCH24第二十四頁，共95頁。尋呼指示信道PICH25第二十五頁，共95頁。PICH為固定速率(SF=256)的物理信道，用于傳送PageIndicators(PI).PICH總是與一個S-CCPCH相聯系，這個信道正在傳送一個PCHPICH的幀結構：一幀為10ms，包括300bits.其中，288bits用于傳送PageIndicators.其余12bits尚未定義。N個尋呼指示{PI0,…,PIN-1}在一幀內傳送，N=18,36,72,or144.如果某一幀中的PIi被置為1，說明PIi對應UE應對S-CCPCH的對應幀進行解調尋呼指示信道PICH26第二十六頁，共95頁。用于傳送FACH和PCH。兩種SCCPCH:有TFCI和無TFCI。UTRAN決定TFCI是否發送，UE支持TFCI。可能的傳送速率與下行DPCH相同。SF=256–4。具體信道碼與擾碼由UTRAN確定。從公共控制物理信道S-CCPCH27第二十七頁，共95頁。隨機接入是基于快速捕獲指示的時隙ALOHA方法。時間上用接入時隙來確定，UE只能在時隙的開始位置進行隨機接入傳送，每個時隙5120chips，每2幀有15個slot。隨機接入傳送數據由兩部分組成：1或多個的preamble：4096chips長度，由長度為16的signature進行256次重復構成，共有16種signature10或20ms的信息部分使用哪個signature及信息部分長度由高層決定物理隨機接入信道PRACH28第二十八頁，共95頁。RACH的接入時隙分配29第二十九頁，共95頁。RACH的發射結構30第三十頁，共95頁。PRACH信息部分31第三十一頁，共95頁。AICH的幀結構：兩幀，共20ms，包括重復的15接入時隙AS,每個時隙有20個符號(5120碼片)。每個時隙包括兩部分，捕獲指示AI和空部分。捕獲指示AI有16種SignatureAICH的相位參考為CPICH.捕獲指示信道（AICH）32第三十二頁，共95頁。專用下行物理信道33第三十三頁，共95頁。DPCH包括專用的數據（DPDCH）及控制信息（DPCCH）：專用數據用于傳輸層2或更高層產生的數據；控制信息用于傳輸層1的控制信號控制信息包括：導頻、TPC、可選的TFCI。DPCH的擴頻因子可以為512到4，并且在連接過程中可以改變DPDCH和DPCCH是時間復用的同一CCTrCH的多碼傳輸使用相同的擴頻因子，此時，只需傳輸第一個DPCH的控制信息就行。當有多個CCTrCH給同一用戶時，每個CCTrCH可以使用不同的擴頻因子，并且只需傳輸一個DPCCH信息專用下行物理信道DPCH34第三十四頁，共95頁。實現物理層數據承載DCH數據DPDCHDPCCH為DPDCH提供解調、功控等控制數據DCH數據下行DPDCH/DPCCH作用35第三十五頁，共95頁。下行多碼傳輸的時隙結構36第三十六頁，共95頁。PDSCH傳送DSCH,DSCH被多個碼分用戶共享。PDSCH總是與一個DPCH相聯系，所需控制信息在DPCH上傳送兩種方式通知UE解調DSCH（用TFCI域，用高層信令）DSCH是特殊形式的多碼傳輸，DSCH與相聯系的DCH可以具有不同的SF，SF可在幀間改變。DSCH數據PDSCH承載DSCH數據物理下行共享信道PDSCH37第三十七頁，共95頁。DPDCH和DPCCH在無線幀通過I/Q復用DPDCH用來傳輸層2及更高層產生的專用數據DPCCH用來傳輸層1的控制信息幀長為10ms，分15個時隙，每時隙2560chipsDPDCH的擴頻因子為4到256在相同的層1連接中，DPDCH與DPCCH的擴頻因子是可以不同的每個DPCCH時隙由Pilot，TFCI，FBI，TPC構成。上行專用物理信道的特點上行專用物理信道DPDCH/DPCCH38第三十八頁，共95頁。上行DPDCH/DPCCH幀結構39第三十九頁，共95頁。DCH數據DPDCHDPCCH為DPDCH提供解調、功控等控制數據實現物理層數據承載上行DPDCH/DPCCH作用40第四十頁，共95頁。

4096chips

P0

P1

PjPjCollisionResolutionPreamble

AccessPreamble

ControlPart

DataPart

0or8slots

N*10ms

MessagePart

物理公共分組信道PCPCH41第四十一頁，共95頁。CPCH傳輸是基于快速捕獲指示的DSMA-CD方法CPCH也是在與RACH一樣的時隙開始時刻傳輸的CPCH隨機訪問信號包括：1個或多個接入前綴AP，長度為4096chips1個沖突檢測前綴CD-P，長度為4096chips1個DPCCH功率控制前綴PC-P，長度為0或8個時隙，由高層決定1個message部分：物理公共分組信道PCPCH42第四十二頁，共95頁。物理信道及信道映射物理信道結構及功能無線接口信道映射43第四十三頁，共95頁。BCH,廣播信道FACH,前向接入信道PCH,尋呼信道RACH,反向（隨機）接入信道CPCH,公共分組信道DSCH，下行共享信道DCH，專用信道DCH信道可以為上行或下行信道公共傳輸信道專用傳輸信道傳輸信道44第四十四頁，共95頁。{XOR}TransportChannels(L1CharacteristicsDependent)PCHBCHFACHRACHDCHS-CCPCHP-CCPCHPhysicalChannelsPRACHDPDCHLogicalChannels(DataDependent)PCCHDCCHDTCHDecicatedLogicalChannelCipherOnBCCHCCCHCTCHHigherLayerdataPagingSystemInfoSignallingCellBroadcastServiceSignallingandUserdataDTCHDTCH信道映射關系45第四十五頁，共95頁。課程內容 T第一章概述第二章WCDMA物理信道結構及功能第三章WCDMA物理層處理過程第四章WCDMA物理層過程46第四十六頁，共95頁。WCDMA物理層處理過程編碼與復用技術擴頻技術調制技術47第四十七頁，共95頁。目的：從MAC層或更高層來的數據流(TB/TBS)經過信道編碼與復用后提供給無線傳輸鏈路上傳輸。來自MAC的數據流編碼與復用，實現傳輸信道映射到物理信道物理信道上的數據流內容：信道編碼策略是檢錯編碼、糾錯編碼、速率匹配、交織和傳輸信道到物理信道的相互映射的組合；編碼與復用概述48第四十八頁，共95頁。CRC添加傳輸塊級聯與碼塊分段前向糾錯編碼速率匹配DTX插入交織無線幀分段傳輸信道(TrCH)復用物理信道分段物理信道映射編碼與復用步驟編碼與復用步驟49第四十九頁，共95頁。CRC以TB為單位CRC長度由上層信令告訴0、8、12、16、24可選每個TrCH是不會改變的(重配置除外)如果沒有TB輸入,不應該計算CRC;如果有TB輸入,但輸入TBSIZE=0,仍要添加CRC,只是CRC均為0.CRC位添加在數據末端,且要進行比特反轉TB的CRC50第五十頁，共95頁。TB級聯是指一個TTI內的所有TB加上CRC后的串行級聯碼塊分段指編碼碼塊的分段,與編碼類型相關卷積碼:如果TBSSIZE>504,分成等長的多段編碼塊Turbo碼:如果TBSSIZE>5114,分成等長的多段編碼塊不編碼:不用分段如果分段不能均分,在第一個碼塊的開始位置填充"0"比特如果Turbo編碼的碼塊長度<40,則在開始位置填充"0"比特,使編碼長度始終為40TB級聯與碼塊分段51第五十一頁，共95頁。編碼類型及編碼率卷積碼(1/2、1/3),約束長度為9,加8個尾比特Turbo碼(1/3),兩個8狀態的并行級聯卷積碼(PCCC)構成,加6個尾比特不編碼編碼使用BCH、PCH和RACH——1/2卷積碼CPCH、DCH、DSCH和FACH——1/2或1/3卷積碼、1/3Turbo碼、不編碼編碼碼塊級聯前向糾錯編碼52第五十二頁，共95頁。含義對TrCH上的比特進行重復或打孔目的平衡復用在同一個CCTrCH上的各TrCH的Eb/I0匹配信道(上行)盡量避免多碼傳輸速率匹配原則保證重復/打孔位均勻分布在各無線幀內保證重復/打孔位均勻分布在交織前的數據流中,確保譯碼性能滿足各TrCH的平衡條件下,盡量增加重復或減少打孔速率匹配53第五十三頁，共95頁。與TrCH位置屬性有關如果TrCH位置固定,有1stDTX插入和2ndDTX插入;如果TrCH位置靈活,只有2ndDTX插入只有下行才有DTX插入,上行通過重復匹配信道上行用戶由擾碼區分,SF資源不是問題,所以可以通過重復來匹配信道,以提高性能,而下行由擴頻碼區分用戶,擾碼區分小區，一個小區共用一棵SF資源樹，資源很有限1stDTX插入對TrCH的一個TTI進行,2ndDTX插入對CCTrCH的無線幀進行DTX在空中接口的發送能量為0DTX插入54第五十四頁，共95頁。交織的作用：減小信道快衰落帶來的影響有兩次交織：1st交織和2nd交織1st交織的交織長度是TrCH的TTI，屬于幀間交織1st交織與TTI有關,TTI=10ms時沒有1st交織1st交織是根據TTI把輸入數據分成相應列數并按行寫入,經過列間置換后按列讀出1st交織的列間置換規則是:把列號進行比特反轉2nd交織的交織長度是一個物理幀，屬于幀內交織2nd交織是將一個物理幀內的數據分30列按行寫入,經過列間置換后按列讀出.如果數據長度不是30的倍數,需要去除無效數據2nd交織的列間置換規則是:{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}交織55第五十五頁，共95頁。原因:復用是按無線幀進行的無線幀分段是針對TTI>10ms的TrCH上行無線幀分段前,由無線幀均衡保證了數據長度是TTI內無線幀數Fi的整數倍數下行無線幀分段前,由速率匹配算法保證了數據長度是TTI內無線幀數Fi的整數倍數無線幀分段56第五十六頁，共95頁。復用以無線幀(10ms)為單位復用的輸入為TrCH數據,復用后形成CCTrCHCCTrCH的格式由TFCI指示復用前的各TrCH可以有不同的TTICCTrCH有兩種類型:公共類型和專用類型公共類型CCTrCH只能由公共TrCH復用而得;專用類型CCTrCH只能由專用TrCH復用形成對一個用戶而言,上行同時只能存在一個CCTrCH;下行可有多個同一個CCTrCH的不同無線幀由CFN來區分TrCH的復用57第五十七頁，共95頁。當不止使用一個物理信道時,一個CCTrCH無線幀分成幾個物理幀——多碼傳輸，多碼傳輸的各個物理信道SF一定相同上行物理信道的DPCCH和DPDCH是碼復用的下行物理信道的DPCCH和DPDCH是時分復用的上行物理信道一定是全填充的,除了壓縮模式下行物理信道的DTX是不發送的上行只有一個DPCCH,因此上行的TPC流可能控制下行的多個DPDCH,這些DPDCH可能屬于一個CCTrCH,也可能屬于不同的CCTrCH.下行也只有一個DPCCH,盡管可能有多個CCTrCH,這時DPCCH在最小SF的CCTrCH的物理信道上傳輸.這樣TPC流和TFCI字都只有一個.物理信道分段與映射58第五十八頁，共95頁。10、20、40or80msdatadatadataTrCH-idataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCBLCBLCBL0、8、16or24bits塊長Z＝512－Ktail，卷積碼5120－Ktail，Turbo碼CedBLCedBLCedBLCodeddata卷積碼或Turbo碼RatematcheddataRatematcheddataDTXororDatabefore1stinterleavingDataafter1stinterleaved交織器列數：1、2、4或8無線幀無線幀無線幀無線幀數目：1、2、4或8TrCH-1TrCH-2TrCH-ICCTrCHTrCH-1TrCH-2TrCH-IDTXCCTrCHPh-1Ph-2Ph-P10ms時間內10ms時間內Ph-1Ph-2Ph-PTPCTFCIpilot擴頻、加擾擴頻、加擾擴頻、加擾TrCH-i+1data1data2TPCTFCIpilotdata1data2TPCTFCIpilotdata1data2擴頻前物理信道的形成流程59第五十九頁，共95頁。每個傳輸信道上可傳送不同業務數據，多個傳輸信道復用為一個碼組合信道CCTrCH，所以WCDMA支持多個業務共用一個物理連接。CCTrCH的形成：

業務數據加CRC校驗碼；信道糾錯編碼：根據業務類型選擇卷積編碼或Turbo編碼；速率匹配；交織；多個傳輸信道復用為CCTrCHCCTrCH映射到物理信道的數據部分物理層填加物理層信號TFCI、TPC和Pilot，形成完整物理信道，而后進行擴頻加擾，最后在無線接口上發送。擴頻前物理信道的形成流程60第六十頁，共95頁。編碼與復用例子61第六十一頁，共95頁。下行鏈路12.2kb/sAMR語音編碼62第六十二頁，共95頁。DCH控制數據編碼(3.4kb/s)63第六十三頁，共95頁。AMR語音與控制數據復用64第六十四頁，共95頁。WCDMA物理層處理過程編碼與復用技術擴頻技術調制技術65第六十五頁，共95頁。DPCCH/DPDCH擴頻可以同時傳輸1個DPCCH和0到6個的DPDCH擾碼可以為長擾碼或短擾碼比重因子вc和вd至少有一個為1擾碼的邊界和無線幀邊界一致上行擴頻66第六十六頁，共95頁。DPCCH/DPDCH擴頻67第六十七頁，共95頁。message部分如下圖，比重因子取值與DPDCH/DPCCH相同PRACH擴頻68第六十八頁，共95頁。message部分如下圖，比重因子也如DPCCH/DPDCH部分PCPCH擴頻69第六十九頁，共95頁。上行DPCCH/DPDCH信道碼配置DPCCH固定為Cc=Cch,256,0.當只有一個DPDCH時，Cd,1=Cch,SF,k，k=SF/4當有多個DPDCH傳輸時，所有的DPDCH的擴頻因子為4，DPDCHn由cd,n=Cch,4,k擴頻，當n為1，2，時k=1；n為3，4時，k=3；當n為5，6時，k=2PRACHmessage部分信道碼配置控制部分固定256擴頻，擴頻碼為cc=Cch,256,m，其中m=16(s-1)+15；（s為preamble的signature號，1<=s<=16）數據部分可以32到256擴頻，擴頻碼為Cd=Cch,SF,m，其中SF為datapart的擴頻因子且m=SF*(s-1)/16PCPCH信道碼配置message部分的控制部分同PRACH的控制部分message部分的數據部分的擴頻因子可以為4到256PCPCH功率控制preamble的擴頻碼和控制部分是一樣的上行信道碼配置70第七十頁，共95頁。上行DPCCH/DPDCH擾碼配置當使用長擾碼時，Slong,n(i)=Clong,n(i),i=0,1,…,38399當使用短擾碼時，Sshort,n(i)=Cshort,n(i),i=0,1,…,38399PRACHmessage部分擾碼PRACHmessage部分擾碼為10ms長度，與preamble部分擾碼是一一對應的，并為上層決定固定采用長擾碼，為Sr-msg,n(i)=Clong,n(i+4096),i=0,1,…,38399PCPCH擾碼信息部分擾碼10ms長度，由小區決定，并且與signature和accesspreamble的接入子信道一一對應可以使用長擾碼和短擾碼上行擾碼配置71第七十一頁，共95頁。除SCH外的其他下行物理信道，經串并變換后，用同一擴頻碼擴頻，然后進行復擾碼操作擾碼的起始碼片與P-CCPCH的幀邊界同步每個信道都有不同的加權因子下行鏈路擴頻72第七十二頁，共95頁。下行鏈路擴頻73第七十三頁，共95頁。下行信道碼也使用OVSF碼主CPICH固定使用Cch,256,0信道碼主CCPCH固定使用Cch,256,1信道碼其他物理信道由UTRAN確定下行信道碼配置74第七十四頁，共95頁。WCDMA物理層處理過程編碼與復用技術擴頻技術調制技術75第七十五頁，共95頁。調制的碼片數率為3.84Mbps上行調制76第七十六頁，共95頁。碼片速率為3.84Mbps下行鏈路調制77第七十七頁，共95頁。本章小結本章主要介紹了：各種物理信道的結構與功能傳輸信道到物理信道的映射過程擴頻技術的實現調制技術的實現78第七十八頁，共95頁。課程內容 T第一章概述第二章WCDMA物理信道結構及功能第三章WCDMA物理層處理過程第四章WCDMA物理層過程79第七十九頁，共95頁。時隙同步幀同步和碼組識別擾碼識別UE使用SCH的主同步碼PSC去獲得該小區的時隙同步UE使用SCH的輔助同步碼SSC去找到幀同步，并對第一步中找到的小區的碼組進行識別。UE通過CPICH對碼組進行相關確定小區主擾碼，然后檢測PCCPCH，UE讀取BCH信息。同步過程—小區搜索80第八十頁，共95頁。公共信道同步下面物理信道有相同的幀定時：SCH(基本和輔助)CPICH(基本和輔助)P-CCPCHPDSCH小區搜索過程中得到P-CCPCH的無線幀定時（發射小區SFN，作為其它物理信道的定時基準）同步過程—公共信道同步81第八十一頁，共95頁。同步過程—公共信道定時關系82第八十二頁，共95頁。RACH接入流程隨機接入過程-RACH83第八十三頁，共95頁。物理隨機接入過程1、為規定的ASC隨機選擇一個RACH子信道組中；2、從選擇的RACH子信道組中導出可用上行接入時隙；3、為規定的ASC隨機選擇一個可用的Signature標識；4、設置前綴重傳計數Preamble_Retrans_Max；5、設置前綴傳輸功率Preamble_Initial_Power；6、利用選擇的上行接入時隙、識別Signature標識、前綴傳輸功率參數傳送一個前綴；隨機接入過程-RACH84第八十四頁，共9