WCDMA-物理层层信道详细解读

..WCDMA1、WCDMA物理层信道1.1、同步信道〔SCH,SynchronisationChannelSCH是下行物理信道,分为主同步信道〔P-SCH,PrimarySCH和从同步信道〔S-SCH,SecondarySCH。主要用于UE在开机后与系统进行时隙同步和帧同步的过程,以完成物理层同步。SCH是一个用于在小区搜索过程中UE与网络进行时隙同步和帧同步的下行物理信道。SCH包括两个子信道,一个是主同步信道〔P-SCH,另一个是从同步信道〔S-SCH。SCH的每个无线帧长度为10ms〔38400chips,分为15个时隙。每个时隙的长度为2560chips。SCH的无线帧结构如图：P-SCH上发送的是基本同步码〔PSC,PrimarySynchronizationCode,长为256chips。PSC在每一个时隙的前256个码片的位置发射一次,在图中用cp表示。系统中每个小区的PSC都是相同的。S-SCH上发送的是辅助同步码〔SSC,SecondarySynchronizationCode,长为256chips。S-SCH与P-SCH在时间上并行传输。SSC在图中用csi,k来表示,其中i〔0～63表示主扰码组的组号,k〔0～14表示时隙号。S-SCH的每一个无线帧重复发射这15个SSC。每个SSC是从长为256chips的16个不同的码片序列中选取的。在S-SCH上发送的SSC序列共有64种确定的组合,对应64个主扰码组,用于指示小区的下行扰码是属于哪一个扰码组的。也就是说如果两个小区的主扰码不同,那么这两个小区的S-SCH信道上发送的SSC序列就不同。图中的参数a用于指示P-CCPCH是否进行了发射分集,a=+1,表示P-CCPCH进行了STTD发射分集,a=-1,表示P-CCPCH未进行STTD发射分集。SCH信道不进行扩频和加扰。当小区的任意一个下行物理信道上使用发射分集〔开环或闭环时,SCH也将使用发射分集。SCH采用的是时间切换发射分集〔TSTD方式。1.2、公共导频信道〔CPICH,CommonPilotChannel是下行物理信道。CPICH分为主公共导频信道〔P-CPICH,Primary和从公共导频信道〔S-CPICH,Secondary。CPICH提供其他物理信道的信道估计参考。P-CPICH在整个小区的覆盖范围中不间断地发射,并承载着小区主扰码的信息。同时,P-CPICH也是其它物理信道的功率基准,其发射功率决定了小区的覆盖范围。S-CPICH是可以用在智能天线系统当中的一个解决方案,目前暂未使用。CPICH为固定速率的下行物理信道,速率为30kbps,SF为256,用于传输预定义的比特/符号序列。CPICH主要用来辅助终端对其他物理信道进行信道估计。CPICH的无线帧结构如图。CPICH的每个无线帧长为10ms,分成15个时隙,每个时隙的长度为2560chips。当小区的任意一个下行物理信道上使用发射分集〔开环或闭环时,两根发射天线使用相同的信道化码和扰码来发射CPICH。在这种情况下,对天线1和天线2来说,预定义的符号序列图样是不同的,见图。在没有发射分集时,则使用图中天线1的符号序列图样。CPICH分为主公共导频信道〔P-CPICH和从公共导频信道〔S-CPICH两类。它们的用途不同,其区别仅限于物理特性不同。主公共导频信道〔P-CPICH：**信道化码固定为Cch,256,0；**扰码为小区主扰码；**每个小区有且仅有一个P-CPICH；**在整个小区内进行广播；**是SCH、P-CCPCH、AICH和PICH的相位基准,也是所有其它下行物理信道的缺省相位基准；**是所有下行物理信道的功率基准。从公共导频信道〔S-CPICH：**可使用SF为256的信道化码中的任意一个；**可使用主扰码或者从扰码进行加扰；**每个小区可以不配置S-CPICH,也可以配置零个或者多个S-CPICH；**可以覆盖整个小区或者小区的一部分；**可以通过上层信令配置,成为S-CCPCH和下行DPCH的相位基准。1.3、主公共控制物理信道〔P-CCPCH,PrimaryCommonControlPhysicalChannel是下行物理信道,用于承载BCH上的系统广播消息,UE通过读取该信道的内容来获取各种系统下发的参数。P-CCPCH为固定速率的下行物理信道,速率为30kbps,SF为256。P-CCPCH用于承载BCH传输信道,发送系统广播消息。P-CCPCH的无线帧结构如图。P-CCPCH的每个无线帧长为10ms,分成15个时隙,每个时隙的长度为2560chips在每个时隙的前256chips内,P-CCPCH不进行发射。在此段时间内,将发射P-SCH和S-SCH。因此可以认为SCH和P-CCPCH是时分复用的。如果系统采用开环发射分集传送P-CCPCH,那么P-CCPCH需要使用基于空间时间块编码的开环发射分集〔STTD,见4.5.4节。P-CCPCH的STTD编码模式如图4-16所示。除了时隙#14外,每帧的其他偶数编号的时隙的最后两个数据符号与下一个时隙的最前两个数据符号一起进行STTD编码。时隙#14的最后两个符号不进行STTD编码,而是以相同的功率在两根发射天线上发射。P-CCPCH是否进行STTD编码由高层信令决定,UE通过SCH的调制方式获知P-CCPCH是否采用了STTD编码。因此UE在开机注册和小区切换时可以通过接收高层消息、解调SCH或者这两种方式的组合,来确定是否在P-CCPCH上采用了STTD。1.4、寻呼指示信道〔PICH,PagingIndicatorChannel是下行物理信道,用于发送寻呼指示,以支持UE的睡眠模式。用户以一定的时间间隔解调PICH信道,查看是否有针对自己所属寻呼组的寻呼消息,若有,则在一定时间间隔后,读取相应的S-CCPCH信道〔PCH传输信道,查看是否有针对自己的寻呼内容。PICH为固定速率的下行物理信道,SF为256,用于传输寻呼指示〔PI。PICH的无线帧结构如图所示。PICH的每个无线帧长为10ms。PICH总是与一个S-CCPCH〔从公共控制物理信道随路以配合使用,以支持UE的休眠工作模式,S-CCPCH用于承载PCH传输信道。一个PICH无线帧长为10ms,包括300个比特〔b0,b1,…,b299。其中,288个比特〔b0,b1,…,b287用于传输寻呼指示。余下的12个比特未定义,不发送。一帧内可以有n〔n=18,36,72,144个寻呼指示,不同个寻呼指示的配置对应不同的寻呼指示长度,如当一帧中配置36个寻呼指示时,单个寻呼指示的长度为8bits。如果某个寻呼指示被置为"1",则表示与这个寻呼指示相对应的寻呼组中的某个UE被寻呼了,该寻呼组下的UE就要读取相应的S-CCPCH中具体的寻呼消息。1.5、从公共控制物理信道〔S-CCPCH,SecondaryCommonControlPhysicalChannel是下行物理信道,用于承载两个传输信道,一个是PCH信道,一个是FACH信道。这两个传输信道都映射到S-CCPCH信道上。PCH信道承载的是系统的寻呼消息,FACH信道可以承载少量的下行数据以及公共信令。S-CCPCH为可变速率的下行物理信道,其无线帧结构如图4-18所示。S-CCPCH的每个无线帧长为10ms,分成15个时隙,每个时隙的长度为2560chips。图中的参数k确定了每个S-CCPCH时隙的总比特数,它与该信道的扩频因子SF有关,SF=256/2k〔k=0…6。S-CCPCH的速率可为30*2kkbps,SF为256～4。S-CCPCH用于承载FACH和PCH传输信道。有两种类型的S-CCPCH：包括TFCI〔传输格式组合指示的和不包括TFCI的。是否传输TFCI是由UTRAN来决定的,因此对所有的UE来说,支持TFCI的使用是必须的。一个小区可以有多条S-CCPCH。FACH和PCH可以映射到相同的或不同的S-CCPCH。如果FACH和PCH映射到相同的S-CCPCH,它们可以映射到同一帧。P-CCPCH和S-CCPCH的主要的区别在于P-CCPCH是一个固定速率的物理信道而S-CCPCH可以通过包含TFCI来支持可变速率。另外,P-CCPCH是在整个小区内连续发射的,而S-CCPCH可以采用与专用物理信道〔DPCH相同的方式以一个窄瓣波束的形式来发射〔仅仅对承载FACH的S-CCPCH有效。1.6、物理随机接入信道〔PRACH,PhysicalRandomAccessChannel是上行物理信道,用于承载RACH传输信道。PRACH信道分为前缀部分和消息部分。PRACH信道的一个重要使用场景是当用户在初始发起呼叫的时候,由于没有分配任何专用信道,因此在上行通过此公共信道联系网络侧,向网络侧申请建立连接。同时该信道也可以用来承载少量的上行数据以及其他公共信令。PRACH用来承载RACH传输信道。PRACH的传输是快速捕获指示〔AI配合下的时隙ALOHA方式。UE可以在一个预先定义的时间偏置尝试随机接入传输,表示为接入时隙。图4-19显示了无线帧中接入时隙的数量和它们之间的相互间隔。每两个无线帧有15个接入时隙,接入时隙之间的间隔为5120chips。当前小区中哪个接入时隙的信息可用,是由高层信息给出的。随机接入发射的结构如图4-20所示。随机接入发射由两部分组成,首先是一个或多个长为4096chips的接入前缀,然后是一个长为10ms或20ms的消息部分。RACH前缀部分：每个随机接入的前缀部分长为4096chips,是对长度为16chips的一个签名序列〔signature的256次重复。总共有16个不同的签名序列可供选择使用,这些签名序列之间相互正交。RACH消息部分：下图显示了随机接入消息部分的帧结构。10ms的消息部分由15个时隙组成,每个时隙的长度为2560chips。每个时隙包括两部分,一个是数据部分,RACH传输信道映射到这部分；另一个是控制部分,用来传输物理层控制信息。从时间上看,数据部分和控制部分是并行发射传输的。一个10ms的消息部分由一个无线帧组成,而一个20ms的消息部分则是由两个连续的10ms无线帧组成的。图中的参数k确定了数据部分每个时隙的总比特数,它与该信道的扩频因子SF有关,SF=256/2k〔k=0…3。数据部分的速率可为15*2kkbps,SF为256～32。控制部分的SF为256,每一个时隙共有10个比特,其中包括8个已知的Pilot导频比特,用来支持用于相干检测的信道估计,以及2个TFCI比特。在10ms的一个随机接入帧中TFCI比特的总数为15*2=30比特。TFCI值对应于当前随机接入消息的一个特定的传输格式。在PRACH消息部分长度为20ms的情况下,TFCI将在第2个无线帧中重复。1.7、捕获指示信道〔AICH,AcquisitionIndicatorChannel是下行物理信道。网络侧在接收到UE发送的PRACH信道的前缀部分后,在AICH信道上回一个应答消息,指示是否允许UE接入。AICH为固定速率的下行物理信道,SF为256,用于传输捕获指示〔AI。AICH的无线帧结构如图4-22所示。捕获指示AI对应于PRACH上的签名序列。AICH的每个无线帧长为20ms,由重复的15个连续的接入时隙〔AS,AccessSlot组成,每个接入时隙长为5120chips。每个接入时隙由两部分组成,一个是捕获指示〔AI部分,由32个实数值符号a0,…,a31组成,另一部分是持续8个符号位的1024chips的空闲部分。1.8、专用物理数据信道〔DPDCH,DedicatedPhysicalDataChannel是上下行双向物理信道,用于承载DCH传输信道上的用户业务数据。上行DPCH分为两部分,分别是上行DPDCH〔专用物理数据信道和上行DPCCH〔专用物理控制信道。上行DPCH的无线帧结构如图：上行DPCH的每个无线帧长为10ms,分成15个时隙,每个时隙的长度为2560chips,对应于一个功率控制周期。从时间上看,上行DPDCH和上行DPCCH是并行发射传输的。DPDCH用于承载DCH传输信道。图中的参数k确定了DPDCH每个时隙的总比特数,它与该信道的扩频因子SF有关,SF=256/2k〔k=0…6。DPDCH的速率可为15*2kkbps,SF为256～4。在每条无线链路中可以有0个、1个或多个〔最多6个上行DPDCH。DPCCH用来传输物理层控制信息,以配合DPDCH的正确传输。上行DPCCH的扩频因子一直等于256,即每个上行DPCCH时隙有10个比特,其中包括支持信道估计以进行相干检测的已知导频比特〔Pilot,可选的传输格式组合指示〔TFCI,反馈信息〔FBI,FeedbackInformation,以及发射功率控制指令〔TPC,TransmissionPowerControl。FBI是UE反馈给UTRAN的分集信息域,包括两个部分,一个是S部分,用于承载SSDT〔站点选择集发射,SiteSelectionDiversityTransmission信令,另一个是D部分,用于承载闭环模式发射分集的反馈信息。每条无线链路中只有1个DPCCH。下行DPCH〔专用物理信道：1.9、专用物理控制信道〔DPCCH,DedicatedPhysicalControlChannel是上下行双向物理信道。DPCCH是物理层产生的信道,不承载高层的任何信息,是为了配合DPDCH的传输和解调所附加的信道。DPDCH和DPCCH统称为专用物理信道〔DPCH,DedicatedPhysicalChannel。1.10、高速共享控制信道〔HS-SCCH,HighSpeedSharedControlChannel是下行物理信道。由于HSDPA的用户数据是承载在被多个用户所共享的信道上的,因此UE需要先检测HS-SCCH信道,看当前是否有针对自己的数据包,然后再确定是否解调共享信道的信息。从这个角度看,HS-SCCH信道的功能类似于PICH信道。HS-SCCH还包括其他有助于解调共享信道的必要信息。1.11、高速物理下行共享信道〔HS-PDSCH,HighSpeedPhysicalDownlinkSharedChannel是下行物理信道,用于承载用户的高速数据。该信道被本小区的HSDPA用户所共享。1.12、高速专用物理控制信道〔HS-DPCCH,HighSpeedDedicatedPhysicalControlChannel是上行物理信道,用于UE反馈下行数据接收是否成功,以及反馈下行链路质量信息。2、传输信道到物理信道的映射物理信道是用来承载传输信道中的信息的,是为传输信道服务的。图4-25显示了传输信道和物理信道之间的映射关系。传输信道可以映射到相应的物理信道上。在物理层来看,传输信道是映射到物理信道的数据部分的。除了数据部分,物理信道还有自己的物理信道控制部分,如DPCCH、PICH、AICH等,没有传输信道映射到物理信道控制部分。物理信道控制部分用来配合物理信道的使用,协助完成物理信道的功能。3、物理层同步过程3.1、同步过程小区搜索：在小区搜索过程中,UE搜索到一个小区并且确定该小区的下行扰码和公共物理信道的帧同步。1、时隙同步,UE使用P-SCH上的主同步码PSC去获得该小区的时隙同步。典型的方法是使用一个匹配滤波器〔或任何相似的设备来匹配对所有小区都相同的主同步码。小区的时隙定时可由检测匹配滤波器输出的波峰值得到。2、帧同步和码组识别,UE使用S-SCH的从同步码SSC去确定帧同步,并对第一步中找到的小区的码组进行识别。在一个S-SCH无线帧上发送的SSC序列共有64种确定的组合,对应64个主扰码组,每一个序列的循环位移都是唯一的。通过对接收的信号与所有可能的从同步码序列进行相关,并标识出最大相关值,可以得到小区的扰码组。这样,帧同步和码组识别就可以同时完成了。3、扰码识别,UE确定搜索到的小区所使用的确切的主扰码。主扰码是通过在CPICH上对在第二步所识别到的码组内的所有的码按符号相关而得到的。在主扰码被识别后,就可以检测到P-CCPCH了。系统和小区特定的BCH信息也就可以读取出来了。3.2、公共信道同步所有公共物理信道的无线帧定时都可以在小区搜索完成之后确定。在小区搜索过程中可以得到P-CCPCH的无线帧定时,然后根据给出的其它公共物理信道与P-CCPCH的相对定时关系确定这些信道的定时。4、寻呼过程当UE完成同步过程,并驻留在某个小区下之后,会被分配到一个寻呼组中,如果有寻呼消息需要发送到任何属于该寻呼组的UE时,寻呼指示〔PI就会周期性地在寻呼指示信道〔PICH中出现。UE非连续地在自己所属的寻呼时刻检测PICH,如果发现相应的PI被置为"1",则说明有针对自己所属寻呼组中UE的寻呼消息,就会在一定的时间间隔〔7680chips后对在S-CCPCH中发送的PCH帧进行译码以查看是否有发送给自己的寻呼信息,当PI接收指示判决可靠性较低时,UE也需要对随后的PCH进行译码。PI出现的频率越低,UE的DRX〔非连续接收周期就越长,将UE唤醒以检测PICH的次数就越少,电池的寿命就越长,但是对于寻呼消息响应的及时性就会越差。需要设置合理的DRX周期来对这两个方面进行折衷。5、随机接入过程6、码资源管理OVSF码是CDMA系统中比较宝贵的资源。下行只有一个码树给很