WCDMA 物理层信道
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WCDMA 物理层信道. UT 斯达康公司3 G 产品管理与市场部. 课程内容. 下行物理信道结构 上行物理信道结构 信道间定时关系. 3GPP 参考规范. 25.101 UE Radio Transmission and Reception (FDD) 25.104 UTRA (BS) FDD Radio Transmission and Reception 25.211 Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD) 25.212 - PowerPoint PPT Presentation
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WCDMAWCDMA 物理层信道物理层信道UT 斯达康公司 3G 产品管理与市场部
2
下行物理信道结构上行物理信道结构信道间定时关系
课程内容
3
25.101UE Radio Transmission and Reception (FDD)25.104UTRA (BS) FDD Radio Transmission and Reception25.211Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD)25.212Multiplexing and channel coding (FDD)25.213Spreading and modulation (FDD)25.302Service provided by the physical layer25.331Radio Resource Control (RRC) protocol25.108Common test environment for user equipment (UE) conformance test
3GPP 参考规范
4
空中接口总揽
层3
控制平面信令 用户平面信息
物理层
层 2/MAC
层1
RLC
DC Nt GC
层 2/RLC
MAC 子层
RLC RLC
RLCRLC
RLC RLC
RLC
重复防止机制
Uu 接 口 边界
BMC 层 2/BMC
控 制CPDCP
PDCPPDCP 层 2/
PDCP
DC Nt GC
RRC
层 3 ( 控制平面 ):
•无限资源控制 RRC
•重复防止机制•非 接 入 层 信 令 -- CM, MM, SM and etc.
层 2:
•MAC: 实现逻辑信道映射到 传输信道•RLC ( 控 制 / 用 户 平 面 , TM/UM/AM)
•PDCP ( 仅用户平面 )
•BMC ( 仅用户平面 )
•向上层提供无线承载层 1:
编解码，扩频调制，数字调制，频率分配 (FDD/TDD).
实现传输信道映射到码组合传输信道本地接口 :
RRC 实现低层配置控制； 在RRC 和 每 个 低 层 功 能 实 体(PDCP, RLC, MAC, and L1) 间分 别 定 义 了 控 制 业 务 接 入 点（ SAP ）
控制
CPH
Y
控制CR
LC
控制CB
MC
逻辑信道
传输信道
无线承载
RLC 子层
控制CM
AC
5
基站 Node B
用户终端 UE
P-CCPCH- 主公共控制物理信道SCH – 同步信道
P-CPICH – 主公共导频信道S-CPICH – 辅助公共导频信道小区广播信道
DPDCH – 专用物理数据信道DPCCH – 专用物理控制信道
专用连接信道
寻呼信道
PICH – 寻呼指示信道S-CCPCH – 辅助公共控制物理信道
PRACH – 随即接入物理信道AICH – 获取指示信道
随机接入信道
WCDMA 空口物理信道
HS-DPCCH – 高速专用控制信道
HS-SCCH – 高速共享控制信道HS-PDSCH －高速下行物理共享信道
高速下行共享信道
6
下行物理信道
7
公共下行物理信道• P-CCPCH 主公共控制物理信道 - 广播小区信息 - 广播小区系统帧号 (SFN); 所有下行信道帧定时参考• SCH 同步信道 - 快速同步：主同步码用于时隙同步，辅同步码用于帧同步 与 P-CCPCH 时分复用• S-CCPCH 辅助公共控制物理信道 - 在 Idle ， CELL_PCH,CELL_FACH 下发送寻呼和控制信令• P-CPICH 公共导频信道 • S-CPICH 辅助公共导频信道（用于波束成型小区）• PDSCH 下行物理共享信道 - 多用户共享下行时分高速数据信道
专用下行物理信道• DPDCH 专用下行物理数据信道• DPCCH 专用物理下行控制信道 - 发送专用连接模式下物理层信令和控制信息
WCDMA 下行物理信道类型
8
下行指示信道– 捕获指示信道 (AICH)
• 基站向移动台指示捕获到随机接入试探• 指示方式：回应移动台随机接入签名码
– 寻呼指示信道 (PICH)• 通知移动台监视下一个寻呼帧 (S-CCPCH)
下行共享信道– 高速下行物理共享信道 (HS-PDSCH)– 高速共享控制信道 (HS-SCCH)
WCDMA 下行物理信道类型
9
WCDMA 下行信道结构 (FDD)
BCCH广播控制信道PCCH寻呼控制信道CCCH公共控制信道
DCCH专用控制信道
DTCH专用业务信道 N
BCH广播信道 .PCH寻呼信道
FACH前向接入信道
DCH专用信道 .
P-CCPCH(*)主公共控制信道
S-CCPCH辅助公共控制信道
DPDCH ( 每个 UE 一个或多个 ) 专用物理数据信道 .
DPCCH ( 每 UE 一个 )专用物理控制信道Pilot, TPC, TFCI
SSC i
逻辑信道 传输信道 物理信道
下行链路 RF 输出
专用物理信道 (DPCH) －每 UE 一个
HS-DSCH高速下行共享信道
CTCH公共业务信道
CPICH公共导频信道空数据编码
HS-PDSCH高速物理下行共享信道
AICH 捕获指示信道PICH 寻呼指示信道
捕获指示信道寻呼指示信道 S/P
S/P
S/P
S/P
S/P
S/P
S/P
下行扰码
I+jQ I/Q调制Q
I
Cch
Cch
C
Cch
Cch
Cch 256,1
Cch 256,0
GS
PSC
GP
同 步 码(*)
基带滤波基带滤波
Gain
Gain
Gain
Gain
Gain
Gain
Gain
SCH 同 步 信道
DTCH专用业务信道 1DCH专用信道 复用
复用
CCTrCHDCH专用信道 .
编码
编码
编码编码
编码
编码HS-SCCH高速共享控制信道
ch16, nS/P
C Gainch16, n
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下行链路发送分集应用物理信道类型 开环模式 闭环模式
TSTD STTD CLTD
P-CCPCH – 采用 –
SCH 采用 – –
S-CCPCH – 采用 –
DPCH – 采用 采用PICH – 采用 –
AICH – 采用 采用
11
C4,0
1
1 -1
1 1
1 1 1 1
1 1 -1 -1
1 -1 1 -1
1 -1 -1 1
C1,0
C2,0
C2,1
C4,1
C4,2
C4,3
SF = 1 SF = 2 SF = 4 SF = 8
OVSF 生成树
OVSF －正交可变扩频因子用于区分同小区下行链路同时发送的不同物理信道
12
I
Q
1
1 0
02
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
17
17
16
16
15
15
14
14
13
13
12
12
11
11
10
10
下行链路扰码生成
m 序列生成函数 : x =1+X7+X18 y =1+X5+X7+ X10+X18
Gold 码序列 zn(i) = x((i+n) modulo (218 - 1)) + y(i) mod 2, i&n=0,…, 218-2,
Sdl,n(i) = Zn(i) + j Zn((i+131072) mod (218-1)), i=0,1,…,38399
初始状态 : x 序列 x (0)=1, x(1)= x(2)=...= x (16)= x (17)=0 ； y 序列 y(0)=y(1)= … =y(16)= y(17)=1.
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下行链路扰码结构
主扰码 SC0
15 个辅扰码
15 个辅扰码
15 个辅扰码
15 个辅扰码
主扰码组 #1 主扰码组 #64
8192 个下行链路扰码每个扰码长度为 38,400 码片，从 218 - 1 (262,143 chip) Gold 序列中选取得到
主扰码 SC7 主扰码 SC504 主扰码 SC511
P-CCPCH, P-CPICH, PICH, AICH, HS-SCCH, HS-PDSCH 和 承载 PCH 的S-CCPCH 使用主扰码加扰扰码 k 对应的左侧替代扰码序号为 k+8192 ，右侧扰码序号为 k+16384 。
替代扰码用于压缩帧；如果 n<SF/2 则使用左侧替代扰码， nSF/2 则使用右侧替代扰码，非压缩帧信道化码为 cch,SF,n 。
扰码规划为每个小区分配唯一的扰码组和主扰码资源
14
固定的 Pilot 符号数据 (10 符号 / 时隙 )
1 无线帧 = 15 时隙 = 10 mSec
1 时隙 = 2560 码片 = 10 符号 = 20 bits = 666.667 uSec
A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A AA A A
-A A A -A A -A -A A A -A -A A A -A -A A A -A -A A A -AA A -A
Slot 0 Slot 1Slot 14
天线 1 符号
天线 2 符号
采用 STTD 发送分集方式
公共导频信道 (CPICH)
65 7 8 9 10 11 12 13 1443210
15
主 / 辅公共导频信道 (P/S-CPICH)
主公共导频信道 P-CPICH扩频码：信道码 Cch,256,0 ＋主扰码每小区仅有一个，并在全小区广播为 SCH, P-CCPCH, AICH, PICH, AP-AICH, CD/CA-ICH, CSICH, CPCH 附带的下行 DPCCH 和 S-CCPCH 信道提供相位参考和信道估计主 P-CPICH 作为下行 DPCH 及 PDSCH 信道相位参考和信道估计切换测量和小区选择 / 重选调节主导频功率可以调节邻小区间的负载平衡
辅助公共导频信道 S-CPICH扩频码：信道码 Cch,256,x ＋主或辅扰码 每个小区中可没有或有几个辅助公共控制信道 S-CPICH ，在整个小区或部分小区中发送 ( 智能天线 )由高层信令控制，也可以作为下行 DPCH 信道的相位参考 辅助公共导频信道也可以替代主公共导频信道作为开环发送分集情况下，下行物理链路的相位参考
P-CPICH
波束成型S-CPICH
16
用户数据发送
为 DPCCH 提供解调、功控等控制数据
用户数据接收
下行专用信道 (DPCH) 功能描述
DPCCH
数据格式、上行功控等信息
DPDCH DPDCH
实现物理层实现物理层数据承载数据承载
DPCCH/DPDCH 时分复用
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下行专用物理信道 (DPCH) 帧结构
下行专用物理信道 DPCH 由 DPDCH 和 DPCCH 时分复用构成扩频因子 SF = 512/2k , 512 － > 4, 连接期间可重新配置支持压缩模式 :
模式 A －通过数据打孔或高层调度实现 模式 B －通过扩频因子减半实现
Slot 14Slot iSlot 2Slot 0
Frame 0 Frame 1 Frame j Frame 72
10 ms
Data 2TFCITPC Pilot
2560 Chips, 10×2k bits k=0..7
Data 1
一个超帧 =720ms
DPDCH DPDCHDPCCH DPCCH
18
下行专用物理信道 (DPCH) 可变数据速率举例
Bits/ Frame Bits/ Slot
DPCCH
Channel Bit Rate
(kbps)
Channel Symbol
Rate (ksps)
SF
TOTAL DPDCH DPCCH TOTAL DPDCH
TFCI TPC PILOT
15 7.5 512 150 60 90 10 4 0 2 4
120 60 64 1200 900 300 80 60 8 4 8
1920 960 4 19,200 18,720 480 1280 1248 8 8 16
19
Npilot = 4 Npilot = 8 Npilot = 16 Symbol # 0 1 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 Slot #1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
11 00 01 00 10 11 11 10 01 11 01 10 10 00 00
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
11 00 01 00 10 11 11 10 01 11 01 10 10 00 00
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
10 10 01 00 01 10 00 00 10 11 01 11 00 11 11
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
11 00 01 00 10 11 11 10 01 11 01 10 10 00 00
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
10 10 01 00 01 10 00 00 10 11 01 11 00 11 11
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
11 11 10 01 11 01 10 10 00 00 11 00 01 00 10
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
10 00 00 10 11 01 11 00 11 11 10 10 01 00 01
下行专用控制信道 (DPCCH) 导频比特模式
注：阴影区域比特为帧同步字 FSW, 用于帧同步
20
下行专用物理信道 (DPCH) 多码传输
多码传输 , 即一个 CCTrCH映射成几个并行的下行链路 DPCHs均使用相同的扩频因子；在这种情况下，物理层控制信息仅在主下行链路 DPCH 中发送。 在其它附加DPCH 对应的时间内，采用非连续发送 (DTX) 方式。针对同一个 UE ，当几个 CCTrCHs映射到几个不同的 DPCH 中发送给同一个 UE 时，也采用多码传输技术，各 DPCH 可以采用不同的扩频因子。物理层控制信息仅在主下行链路 DPCH 中发送，在其它附加 DPCH 对应的时间内，采用非连续发送 (DTX) 方式。
1 时隙 = 0.666 mSec = 2560 码片 = 10 x 2^k bits, k = [0...7]
Data 2TFCIData 1 TPC Pilot主 DPCCH/DPDCH
附加 DPCCH/DPDCH
附加 DPCCH/DPDCH
Data 3 Data 4
Data N-1 Data N
21
DPCH Offset － DOFF
Data 2
TFCIData 1
TPC
Pilot
Data 2
TFCIData 1
TPC
Pilot
Data 2
TFCIData 1
TPC
Pilot Data 2
TFCIData 1
TPC
Pilot
Data 2
TFCIData 1
TPC
Pilot
Data 2
TFCIData 1
TPC
PilotDPCH1
DPCH2
DPCH3
DPCH1
DPCH2
DPCH3
DOFF=1
DOFF=2
无专用物理信道偏移 有专用物理信道偏移
22
下行物理链路相位参考物理信道类型 主公共导频信道 辅助公共导频信道 专用导频
P-CCPCH 采用 – –
SCH 采用 – –
S-CCPCH 采用 – –
DPCH 采用 采用 采用PICH 采用 – –
PDSCH* 采用 采用 采用
AICH 采用 – –
CSICH 采用 – –
DL-DPCCH for CPCH 采用 – –
注 *:PDSCH 和伴随的 DPCH 采用相同的相位参考
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主公共控制物理信道 (P-CCPCH) 帧结构
与同步信道 SCH 时间复用，前 256 码片用于发送主 / 辅同步信道 (P-SCH 和 S-SCH)
固定速率 30 kbps, SF = Cch,256,1 1/2卷积编码， CRC ＝ 16 bits ， TTI=20ms 帧结构不同于下行专用物理信道 DL-DPCH: 无 TPC, TFCI, pilot比特 只发送与第一层无关的高层控制消息－广播控制消息
Broadcast Data (18 bits)SSCi
61 帧 = 15 时隙 = 10 mSec
2304 Chips256 ChipsSCH BCH/P-CCPCH
PSC
5 7 8 9 10 11 12 13 1443210
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辅助公共控制物理信道 (S-CCPCH) 帧结构
单小区最多 16 个 S-CCPCH 信道辅助公共控制物理信道 (S-CCPCH) 承载前向接入信道 (FACH) 、寻呼信道(PCH) ；可以映射到不同或相同的 S-CCPCH 上公共控制物理信道无内环功控，可以采取慢速功控P-CCPCH 采用固定的 TFC ，而 S-CCPCH 支持多种 TFC 由 TFCI 指示
扩频因子 = 256 to 41 Slot = 0.666 mSec = 2560 码片 = 20 × 2k data bits; k = [0..6]
1 帧 = 15 时隙 = 10 mSec
20 to 1256 bits0, 2, or 8 bits
数据TFCI or DTX 导频0, 8, or 16 bits
65 7 8 9 10 11 12 13 1443210
25
Slot Format
Bit Rate (kbps) SF Ndata Npilot NTFCI
0 30 256 20 0 0
1 30 256 12 8 0
… … … … … …
4 60 128 40 0 0
5 60 128 32 8 0
… … … … … …
17 1920 4 1256 16 8
辅助公共控制物理信道 (S-CCPCH) 时隙格式
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同步信道 (SCH) 传输结构主同步信道
P-SCH
辅同步信道S-SCH
256 chips
2560 chips
10 ms 同步信道无线帧
ac si,0
acp
ac si,1
acp
ac si,14
acp
Slot #0 Slot #1 Slot #14
每个时隙主同步信道 (P-SCH) 发送 256 个码片的主同步码 (PSC) － cp ，且对于 UTRAN 系统的每个小区主同步码 (PSC) 相同辅同步信道 (S-SCH) 由重复发送的 15 个 256 码片的辅同步码构成，其中辅同步码 (SSC)表示为 cs
i,k ，其中 i = 0, 1, …, 63 为下行主扰码组序号 , k = 0, 1, …, 14 为辅同步信道时隙编号
16 个辅同步码 (SSC)从长 256比特的码组中选出，构成 64 个组合；每个小区采用其中的一种组合，代表本小区采用的下行链路主扰码所属的主扰码组
27
同步码生成
主同步码 (PSC)a = <x1, x2, x3, …, x16> = <1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, 1>
Cpsc = (1 + j) <a, a, a, -a, -a, a, -a, -a, a, a, a, -a, a, -a, a, a>优良的非周期自相关特性
辅同步码 (SSC)
16 个辅同步码 (SSC), {Cssc,1,…,C ssc,16}z = <b, b, b, -b, b, b, -b, -b, b, -b, b, -b, -b, -b, -b, -b>, 其中b = <x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, -x9, -x10, -x11, -x12, -x13, -x14, -x15, -x16> 且 x1, x2 , …, x15, x16, 与主同步码中 a 有相同定义第 k 个辅同步码 , Cssc,k, k = 1, 2, 3, …, 16 如下定义：Cssc,k = (1 + j) <hm(0) z(0), hm(1) z(1), hm(2) z(2), …, hm(255) z(255)> hm(i) 表示为 Hadamard 序列 H8 的第 m 个， 其中 m = 16*(k-1)
28
辅同步码 SSC
时隙号 扰码组 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #15
Group 1 1 1 2 8 9 10 15 8 10 16 2 7 15 7 16 Group 2 1 1 5 16 7 3 14 16 3 10 5 12 14 12 10 Group 3 1 2 1 15 5 5 12 16 6 11 2 16 11 15 12
Group 62 9 10 13 10 11 15 15 9 16 12 14 13 16 14 11 Group 63 9 11 12 15 12 9 13 13 11 14 10 16 15 14 16 Group 64 9 12 10 15 13 14 9 14 15 11 11 13 12 16 10
一个 SSC 序列模式唯一标识一个扰码组，即任意 SSC 的周期性偏移不会等同于任意其它的 SSC 序列 ;64 个序列中的任意一个序列的非零且小于 15 的循环移位都不同于 64 个序列中其它序列的循环移位 ;且任意序列的非零且小于 15 的任意循环移位与自身的其它小于 15 的循环移位也是不同的 ;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151 帧 = 15 时隙 = 10 mSec
SSC1 SSC2 SSC3 SSC4 SSC5 SSC6 SSC7 SSC8 SSC9 SSC10 SSC11 SSC12 SSC13 SSC14 SSC15 SSC16
SSCi
SSC1 SSC15
29
寻呼指示信道 (PICH) 帧结构
固定扩频因子 SF = 256
寻呼指示信道 (PICH) 总是伴随包含寻呼信道 (PCH) 的 S-CCPCH 发送发发发发发发发发 S-CCPCH 帧提前 PICH = 7680 码片
一个时隙内发送 Np 个寻呼指示 {P0, …, PNp-1} , 其中 Np=18, 36, 72, or 144
寻呼指示 Pq ，其中如下表，寻呼指示 Pq 映射到 PICH 比特
NpNpSFNSFNSFNSFNPIq mod144
144mod512/64/8/18
每帧寻呼指示数 (Np) Pq = 1 Pq = 0
Np=18 {b16q, …, b16q+15} = {-1,-1,…,-1} {b16q, …, b16q+15} = {+1,+1,…,+1}
Np=36 {b8q, …, b8q+7} = {-1,-1,…,-1} {b8q, …, b8q+7} = {+1,+1,…,+1}
Np=72 {b4q, …, b4q+3} = {-1, -1,…,-1} {b4q, …, b4q+3} = {+1, +1,…,+1}
Np=144 {b2q, b2q+1} = {-1,-1} {b2q, b2q+1} = {+1,+1}
b1b0
288 bits 用于寻呼指示 12 bits (未定义 )
一个无线帧 (10 ms)
b287 b288 b299
pNIMSIPI mod)8192(
30
固定扩频因子 SF = 256
捕获指示中 AIs 的 s 对应于上行随机接入信道的签字码 s
AICH 相位参考采用主公共导频信道 P-CPICH
当采用 STTD 发送模式时， STTD编码应用于 bs,0, bs,1, ..., bs,31 ，然后再组合成 AICH 符号 a0, …, a31
AI=+1 ACK; AI = -1 NAK; AI = 0 无信息实值符号
捕获指示信道 (AICH) 帧结构
15
0 j s, s j b AI a
s
1024 码片 发送关闭
AS#0
AS#1
AS #i AS#14
a1 a
2 a
31
a30
AI 部分 = 4096 码片 32 个实值符号-
20 ms
a0
31
捕获指示 (AICH) 签字模式s bs,0, bs,1…, bs,31
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 -1
-1
1 1 -1
-1
1 1 -1
-1
1 1 -1
-1
1 1 -1
-1
1 1 -1
-1
1 1 -1
-1
1 1 -1
-1
2 1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
3 1 1 -1
-1
-1
-1
1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
1 1
4 1 1 1 1 1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
1 1 1 1 1 1 1 1 -1
-1
-1
-1
-1
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-1
1 1
32
高速共享控制信道 (HS-SCCH) 帧结构
固定 SF ＝ 128 ，固定数据速率 60kbps承载 HS-PDSCH 信道的层 1 控制信令
Slot 2Slot 1Slot 0
无线帧 10 ms
Data
2560 Chips, 40 bits, SF=128
Subframe 2 Subframe 3Subframe 1Subframe 0 Subframe 4
无线子帧 2 ms
33
高速物理下行共享信道 (HS-PDSCH) 帧结构
固定扩频因子 SF ＝ 16可以多信道并行传输，通过传输速率QPSK 调制 M=2, 16QAM 调制 M=4只承载用户数据，不承载任何控制信息
Slot 2Slot 1Slot 0
无线帧 10 ms
Ndata
2560 Chips, M×10× 2k bits (k=4)
Subframe 2 Subframe 3Subframe 1Subframe 0 Subframe 4
无线子帧 2 ms
时隙格式 比特速率 符号速率 扩频因子 子帧比特数 时隙比特数 Ndata
0(QPSK) 480kbps 240ksps 16 960 320 320
1(16QAM) 960kbps 240ksps 16 1920 640 640
34
HS-SCCH 和 HS-PDSCH 定时关系
HS-PDSCH 信道子帧起始发送时刻迟于伴随的 HS-SCCH 信道子帧起始发送时刻 2*Tslot=5120 码片
无线帧 10 ms
Subframe 2 Subframe 3Subframe 1Subframe 0 Subframe 4
Subframe 2 Subframe 3Subframe 1Subframe 0 Subframe 4
无线帧 10 ms
无线子帧 2 ms7680chips
2*Tslot5120chips
HS-SCCH 信道
HS-PDSCH 信道
35
上行物理信道
36
上行物理信道– 公共上行物理信道
• PRACH 物理随机接入信道 - 移动台发起向基站的接入信息– 专用上下物理信道
• DPDCH 专用上行物理数据信道 • DPCCH 专用上下物理控制信道 - 移动台向基站发送专用连接模式下物理层信令和控制信息• HS-DPCCH 高速专用物理控制信道
WCDMA 上行物理信道类型
37
逻辑信道 传输信道 物理信道
QPSK 调制
I/QMod.
Q
I
Chc
I
Filter
Filter
CCCH公共控制信道
DTCH (packet mode)专用业务信道
RACH随机接入信道 PRACH物理随机接入信道
DPDCH #1专用物理数据信道
CPCH公共分组信道 PCPCH物理公共分组信道数据编码
数据编码
DPDCH #3 ( 可选 )专用物理数据信道DPDCH #5 ( 可选 ) 专用物理数据信道
DPDCH #2 ( 可选 ) 专用物理数据信道DPDCH #4 ( 可选 ) 专用物理数据信道 .DPDCH #6 ( 可选 ) 专用物理数据信道 Q
DPCCH专用物理控制信道Pilot, TPC, TFCI ， FBI
Chd
Gc
Gd
j
Chd,1 Gd
Chd,3 Gd
Chd,5 Gd
Chd,2 Gd
Chd,4 Gd
Chd,6 Gd
Chc Gc
Chc
Chd
Gc
Gd
j
RACH 控制部分
PCPCH 控制部分
j
DCCH专用控制信道
DTCH专用业务信道 DCH专用信道 数据编码
DTCH专用业务信道 DCH专用信道 数据编码
复 用
CCTrCHDCH专用信道 数据编码
WCDMA 上行信道结构 (FDD)
信道化 功率加权
I+jQ
移动台扰码
HS-DPCCH (Nmax mod 2=0) 高速物理下行共享信道Chhs Ghs
HS-DPCCH (Nmax mod 2=1) 高速物理下行共享信道Chhs Ghs
38
获取指示信道随机接入信道
无捕获指示 捕获指示
随机接入信道消息部分
上行链路接入过程
无捕获指示
4096 码片(1.066 msec)
前导 1 初始发射功率 前导 2 增加发射功率前导 n
增加发射功率手机侧
基站侧
开机注册，从一个区域移动到另一个区域位置更新，呼叫初始化，短数据发送。
39
PRACH – 随机接入时隙
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14
5120 chips
无 线 帧 : 10 ms
无 线 帧 : 10 ms
接入时隙随机接入发送
PRACH 采用时隙化 ALOHA 接入方式附以快速捕获确认 (AICH)
每两帧 (20ms)15 个接入时隙 接入时隙起始间隔 5120 码片
基站通过高层广播信令通知移动台可用接入时隙和接入子信道
随机接入发送
随机接入发送随机接入发送
40
PRACH – 传输结构
消息部分前导 1
4096 码片 10 ms ( 一 个 无 线帧 )
前导 2 前导 n
消息部分前导 1
4096 码片 20 ms ( 两 个 无 线帧 )
前导 2 前导 n
RACH 前导部分 : 4096 码片 = 256 重复 * 16 bit 签名码 *长扰码前导签名码 s, 0 s 15, 为 16 位长的信道化码－ Walsh 码；每个子树节点之下的信道化码节点用于物理随机接入信道信道化扩频消息部分为 10ms 或 20ms长使用哪个前导签名码和消息部分长度由基站高层控制功能决定，并通过系统广播消息通知移动台
传输形式1
传输形式2
41
PRACH – 前导码生成前导码生成公式 :Cpre,n,s(k) = Sr-pre,n(k) Csig,s(k) , k = 0, 1, 2, 3, …, 4095 为码片序号 ;
)24
( kje
第 n 个接入前导扰码 Sr-pre,n(k) = clong,1,n(k), k= 0, 1, …, 4095 ， n = 0, 1, …, 81918192 个前导扰码 =512 组 ×16 码 / 组 , 与下行主扰码有一一对应关系 ; 前导签名码 Csig,s(i) = Ps(i mod 16), i = 0, 1, …, 4095 ； 为旋转函数，使得两个码片之间的相位变化限制在 90 度，减小 UE 发射机的峰均比 (PAR)
Preamblesignature
Value of n0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
P0(n) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1P1(n) 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1P2(n) 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1P3(n) 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1P4(n) 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1P5(n) 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1P6(n) 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1P7(n) 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1P8(n) 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1P9(n) 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1P10(n) 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1P11(n) 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1P12(n) 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1P13(n) 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1P14(n) 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1P15(n) 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1
注 : 签名码 Ps(n) 为 16 位长的 Hadmard 码
)24
( kje
42
PRACH 前导码选择
1. 某个小区中使用的 PRACH前导扰码组与该小区下行链路使用的主扰码有一一对应的关系。例如：对应于下行链路主扰码 m 的第 k 个 PRACH 前导扰码 Sr-pre,n(i), 其中 n = 16m + k ， k = 0, 1, 2, …, 15 且 m = 0, 1, 2, …, 511 ；
2. UE首先确定当前驻留小区的主扰码及其序号 m ，该主扰码序号决定UE 应该使用的前导和消息部分扰码组；
3. 系统广播 SIB5->PRACH Sys. info.->Preamble scrambling code number (0-15) 中指配的编号（为第一步中 k值）决定了 UE 应从第二步中确定的扰码组空间中选取哪个扰码；
4. 系统广播信息 SIB5-> PRACH info.-> available signature(bit string 16) 指示可用签名码
43
PRACH 信道化与扰码扩频
Chc
PRACH物理随机接入信道
Chd
Gc
Gd
j
RACH 控制部分
控制部分信道化码 cc = Cch,256,m 其中 m = 16s + 15,其中 s 为前导签名码序号数据部分信道化码 cd = Cch,SF,m 其中 m = SFs/16, 扩频因子 SF=32~256
功率加权因子 Gc 和 Gd
复扰码 Sr-msg,n(i) = Clong,n(i + 4096), i = 0, 1, …, 38399; n = 0,1, …, 8191 消息部分扰码与前导部分扰码有一一对应关系
44
PRACH 消息帧结构
导频
数据部分Ndata 10×2k bits k=0..3
slot1 slot2 Slot j slot14
Tslot = 2560 个 码片
消 息 部 分 无 线 帧 T
RACH = 10 ms
数据部分控制部分 TFCI
数据部分承载上层消息 ; 控制部分承载物理层控制信息K = 0, 1, 2, 3 对应于扩频因子 SF = 256, 128, 64, 32
8 比特导频用于相干解调和帧同步 ; TFCI 指示传输格式组合
45
Slot Format #i
Channel Bit Rate (kbps)
Channel Symbol Rate (ksps)
SF Bits/ Frame
Bits/ Slot
Npilot NTFCI
0 15 15 256 150 10 8 2
Slot Format #i Channel Bit Rate (kbps)
Channel Symbol Rate (ksps)
SF Bits/ Frame
Bits/ Slot
Ndata
0 15 15 256 150 10 10 1 30 30 128 300 20 20 2 60 60 64 600 40 40 3 120 120 32 1200 80 80
PRACH消息数据部分时隙格式
PRACH消息控制部分时隙格式
PRACH 消息帧数据域和控制域
46
专用数据信道 DPDCH
专用控制信道 DPCCH
为 DPDCH 提供相位估计，数据格式控制
实现物理层实现物理层数据承载数据承载
数据格式信息
用户数据发送
上行专用物理信道原理
用户数据接收
47
移动台最多可以同时发送 1 个 DPCCH、一个 HS-DPCCH 和 0～ 6 个 DPDCH
各信道发射功率加权 Gd 、 Gc 、 Ghs
DPCCH 、 DPDCH 、 HS-DPCCH 信道采用 I/Q 复用成复值信号
经 Sdpch,n 复值扰码，扰码可采用长扰码或短扰码DPCCH 承载物理层控制： Pilot, TFCI, FBI, TPC
DPDCH 承载高层数据和信令消息
上行 DPCCH/DPDCH/HS-DPCCH 信道结构
I
DPDCH #1专用物理数据信道DPDCH #3 ( 可选 )专用物理数据信道DPDCH #5 ( 可选 ) 专用物理数据信道
DPDCH #2 ( 可选 ) 专用物理数据信道DPDCH #4 ( 可选 ) 专用物理数据信道DPDCH #6 ( 可选 ) 专用物理数据信道 Q
DPCCH专用物理控制信道
Chd,1 Gd
Chd,3 Gd
Chd,5 Gd
Chd,2 Gd
Chd,4 Gd
Chd,6 Gd
Chc
j
I/QMod.
Q
I Filter
Filter
移动台扰码Sdpch,n
HS-DPCCH (Nmax-dpdch Mod 2 = 0)
Ghs
HS-DPCCH(Nmax-dpdch Mod 2 = 1)
ChhsGhs
Chhs
Gc
48
上行 DPCCH 、 DPDCH 、 HS-DPCCH 信道的扩频码信道化码DPCCH 信道化码 chc = Cch,256,0.
当只有一个 DPDCH 信道时， DPDCH1 采用信道化码 chd,1 =Cch,SF,k ，其中 SF 为 DPDCH1 扩频因子，且 k= SF / 4 ；当多于一个 DPDCH 时，所有 DPDCH均采用扩频因子 SF=4 ； DPDCHn 采用信道化码 chd,n = Cch,4,k , 其中如果 n {1, 2}, k = 1 ； 如果 n {3, 4}, k = 3 ；如果 n {5, 6} ， k = 2HS-DPCCH 信道化码
扰码 :长、短扰码各 2^24＝ 16777216 个，由 RNC 指配给UE长扰码： Sdpch,n(i) = Clong,n(i), i = 0, 1, …, 38399 ；其中 i 为一帧中码片编号短扰码： Sdpch,n(i) = Cshort,n(i), i = 0, 1, …, 38399;适用于多用户检测技术，简化接收机实现
Nmax-dpdch 信道码 Cch
1 Cch,256,64
2,4,6 Cch,256,1
3,5 Cch,256,32
49
上行 DPCCH/DPDCH 信道相对增益Gd 和 Gc 的值 Gd 和 Gc 量化的比值
15 1.0
14 14/15
13 13/15
12 12/15
11 11/15
10 10/15
9 9/15
8 8/15
7 7/15
6 6/15
5 5/15
4 4/15
3 3/15
2 2/15
1 1/15
0 关
扩频后的 DPCCH 和DPDCH 实值信 号经Gc 和 Gd权重处理Gc 和 Gd 通过高层信令指配或 UE自行计算得到Gc 和 Gd 分别由 4 比特表示任意时刻 Gc 或 Gd其中 之一为 1
51
DPCCH: 15 kbps 数据速率，每时隙 10比特 PILOT: 固定模式 (3, 4, 5, 6, 7, or 8 bits 每个 DPCCH 时隙，包含帧同步字 FSW)
TFCI: 发送格式组合指示 (0, 2, 3, or 4 bits)
FBI: 闭环发送分集反馈指示 (0, 1, or 2 bits)
TPC: 发送功率控制 (1 or 2 bits); 功率调整步长由 RNC 广播
上行 DPCCH/DPDCH 帧结构
TFCI
Data
Slot 14Slot iSlot 2Slot 0
Frame 1 Frame 2 Frame i Frame 72
10 ms
一个超帧 = 720 ms
2560 Chips, 10x2k bits k=0..6
专用物理数据信道 (DPDCH)
专用物理控制信道 (DPCCH)
FBI TPCPILOT
52注： A ， B 为两种压缩模式，其选择依据每帧所需压缩时隙数而定
Slot Format #i Channel Bit Rate (kbps)
Channel Symbol Rate (ksps)
SF Bits/ Frame
Bits/ Slot
Ndata
0 15 15 256 150 10 10 1 30 30 128 300 20 20 2 60 60 64 600 40 40 3 120 120 32 1200 80 80 4 240 240 16 2400 160 160 5 480 480 8 4800 320 320 6 960 960 4 9600 640 640
Slot Format #i
Channel Bit Rate (kbps)
Channel Symbol Rate (ksps)
SF Bits/ Frame
Bits/ Slot
Npilot NTPC NTFCI NFBI Transmitted slots per
radio frame 0 15 15 256 150 10 6 2 2 0 15
0A 15 15 256 150 10 5 2 3 0 10-14 0B 15 15 256 150 10 4 2 4 0 8-9 1 15 15 256 150 10 8 2 0 0 8-15 2 15 15 256 150 10 5 2 2 1 15
2A 15 15 256 150 10 4 2 3 1 10-14 2B 15 15 256 150 10 3 2 4 1 8-9 3 15 15 256 150 10 7 2 0 1 8-15 4 15 15 256 150 10 6 2 0 2 8-15 5 15 15 256 150 10 5 1 2 2 15
5A 15 15 256 150 10 4 1 3 2 10-14 5B 15 15 256 150 10 3 1 4 2 8-9
DPDCH 时隙格式
DPCCH 时隙格式
上行 DPCCH/DPDCH 时隙格式
53
HS-DPCCH 信道帧结构
固定扩频因子 SF ＝ 256 ，固定数据速率 15kbps承载 HS-DSCH 相关的反馈信令： HARQ确认和信道质量指示 CQI比特HS-DPCCH 信道必须伴随一个上行 DPCCH 信道
无线帧 10 ms
1slot 2560 Chips
Subframe 2 Subframe 3Subframe 1Subframe 0 Subframe 4
无线子帧 2 ms
CQIHARQ-ACK
2slots 5120 Chips
时隙格式 信道比特率 信道符号速率 扩频因子 子帧比特数 时隙比特数 每子帧时隙数0 15kbps 15ksps 256 30 10 3
54
上行物理信道调制
I
Q
SC-Q
SC-I
FIR 基带滤波
FIR 基带滤波
cos ( 2发fRFt)
sin ( 2发fRFt)
SC-I
射频输出
Is
Qs
－
＋
＋
＋
55
下行物理信道定时关系图
Secondary SCH
Primary SCH
S-CCPCH,k
10 ms Frame
P-CCPCH, (SFN modulo 2 = 0) P-CCPCH, (SFN modulo 2 = 1)
CPICH (Common Pilot Channel)
AICH access slots #0 #1 #2 #3 #14#13#12#11#10#9#8#7#6#5#4
PICH
DPCH,n
Common PilotChannel
Primary CCPCH(Broadcast Data)
Secondary CCPCH(Paging, Signaling)
Paging Indication Channel
SCH (PSC+SSC)P-CCPCHS-CCPCHPICHAICHPDSCHDPCH
S-CCPCH,k = N x 256 chips
DPCH,n = N x 256 chips
PICH = 7680 chips (3 slots)
k:th S-CCPCH
PICH for n:th S-CCPCH
n:th DPCCH/DPDCH
HS-SCCH
Sub-frames
Dedicated PhysicalControl/Data Channel
#1 #2 #3 #4#0 #1 #2 #3 #4#0
56
下行链路物理信道定时关系描述 主 / 辅同步信道 (P/S-SCH) ，主 / 辅公共导频信道 (P/S-CPICH) ，主公共控制物理信道 (P-CCPCH) ，物理下行共享信道 (PDSCH)具有相同的帧定时不同的辅公共控制物理信道 (S-CCPCH) 可以有不同的帧偏移，且帧偏移以 256 码片为单位， S-CCPCH,k = Tk 256 码片 , Tk {0, 1, …, 149}
寻呼指示信道 (PICH) 定时超前于承载寻呼信道的辅公共控制物理信道 PICH = 7680 个码片捕获指示信道 (AICH) 的接入时隙 #0起始时间与主公共控制物理信道偶数帧起始时间同步不同专用物理信道 (DPCH) 可以具有不同的帧偏移，且帧偏移以 256 码片为单位， DPCH,n = Tn 256 码片 , Tn {0, 1, …, 149}.
HS-SCCH 信道与主公共控制信道 P-CCPCH 时间上对齐
58
小区捕获与同步过程
小区捕获与同步开始
P-CCPCH
(PSC + SSC + BCH)P-CPICH
UE 监视主同步信道码 PSC, 检测匹配滤波器输出峰值确定时隙同步
UE 监视附同步信道码 SSC, 检测匹配滤波器峰值确定帧定时和主扰码组时隙同步确定 ------>
UE 用主扰码组中所有主扰码与导频信道相关检测相关峰帧同步和主扰码组确定 ------>
UE 监视并解调 BCH 广播信道数据下行链路扰码确定 ------>
小区捕获与同步完成
UE 调整发送定时 BS + 1.5 码片读取 BCH 广播信道数据 , 超帧同步确定 ------>
59
We Promise, We DeliverWe Promise, We Deliver
