W初級04WCDMA無線接口物理層課件

1、WCDMA無線接口物理層第1頁，共49頁。前 言WCDMA無線接口物理層位于WCDMA無線接口協(xié)議棧的最底層，它提供保證比特流在空口正確傳輸所需要的功能WCDMA無線接口物理層通過傳輸信道實(shí)現(xiàn)向高層提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)WCDMA無線接口物理層的主要功能包括：信道編/解碼，擴(kuò)頻/解擴(kuò)和調(diào)制/解調(diào)，內(nèi)環(huán)功率控制等第2頁，共49頁。培訓(xùn)目標(biāo)學(xué)習(xí)完此課程，您將會：了解WCDMA無線接口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)掌握WCDMA系統(tǒng)中的信道類型和它們之間的映射關(guān)系掌握WCDMA物理信道的結(jié)構(gòu)第3頁，共49頁。目 錄WCDMA 無線接口概述WCDMA 物理層關(guān)鍵技術(shù)第4頁，共49頁。WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)UTRANUMTS Te

2、rrestrial Radio Access NetworkCNCore NetworkUEUser EquipmentIu接口UTRANUEUu接口 CN第5頁，共49頁。UTRAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)RNSRNCRNSRNCCore NetworkNode BNode BNode BNode BIuIuIurIubIubIubIubCNUTRANUEUu第6頁，共49頁。 WCDMA無線接口(Uu接口)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)L3controlcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-plane signalingU-plane informationPHYL2

3、/MACL1RLCDCNtGCL2/RLC MACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplication avoidanceUuS boundaryBMCL2/BMCcontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadioBearersRRCcontrol第7頁，共49頁。 WCDMA無線接口(Uu接口)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)L3controlcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-plane signalingU-plane informationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLC MACRLCRLCRLCRL

4、CRLCRLCRLCDuplication avoidanceUuS boundaryBMCL2/BMCcontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadioBearersRRCcontrol第8頁，共49頁。 WCDMA信號處理過程中的擴(kuò)頻在WCDMA系統(tǒng)中，擴(kuò)頻過程包括信道化和加擾，兩個(gè)步驟；其中擴(kuò)頻使用的是OVSF碼，加擾使用的是擾碼。第9頁，共49頁。 WCDMA信號處理過程中的擴(kuò)頻在WCDMA系統(tǒng)中，擴(kuò)頻過程包括信道化和加擾，兩個(gè)步驟；其中擴(kuò)頻使用的是OVSF碼，加擾使用的是擾碼。第10頁，共49頁。 WCDMA系統(tǒng)中的信道化碼（OVSF碼）在WCDMA系統(tǒng)中使用Cch,

5、SF,k來描述信道碼（OVSF碼），其中SF 為擴(kuò)頻因子， k 為碼號，k的取值范圍0 k （SF-1）SF = 8SF = 1SF = 2SF = 4Cch,1,0 = (1)Cch,2,0 = (1,1)Cch,2,1 = (1, -1)Cch,4,0 = (1,1,1,1)Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)Cch,8,0 = (1,1,1,1,1,1,1,1)Cch,8,1 = (1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)Cch,8,2 = (1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)Cch,8,3

6、= (1,1,-1,-1,-1,-1,1,1)Cch,8,4 = (1,-1,1,-1,1,-1,1,-1)Cch,8,5 = (1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)Cch,8,6 = (1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)Cch,8,7 = (1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)第11頁，共49頁。 WCDMA系統(tǒng)中的擾碼WCDMA中的擾碼是從GOLD序列中截取，長度是38400chips，周期為10ms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(gè)上行長擾碼和224個(gè)上行短擾碼WCDMA系統(tǒng)目前使用長擾碼，上行擾碼由RNC進(jìn)行分配，同一RNC內(nèi)不同用戶上行擾碼不同

7、對于下行物理信道，共可以有218 -1 = 262143個(gè)擾碼，但只使用了08191號的擾碼第12頁，共49頁。WCDMA系統(tǒng)中的擾碼主擾碼/從擾碼下行擾碼分為512 集（set），每個(gè)集中包含1個(gè)主擾碼和15個(gè)從擾碼第13頁，共49頁。WCDMA系統(tǒng)中的擾碼擾碼組下行主擾碼組0組1組63主擾碼0主擾碼1主擾碼7主擾碼8*63512個(gè)主擾碼64組每組8個(gè)主擾碼主擾碼 8*63+1主擾碼 8*63+7第14頁，共49頁。目 錄WCDMA 無線接口概述WCDMA 物理層關(guān)鍵技術(shù)2.1 物理信道結(jié)構(gòu)2.2 信道映射關(guān)系第15頁，共49頁。WCDMA系統(tǒng)中的信道類型在WCDMA系統(tǒng)的無線接口中，從不同

8、協(xié)議層次上講，承載用戶各種業(yè)務(wù)的信道被分為以下三類：邏輯信道：直接承載用戶業(yè)務(wù)；根據(jù)承載的是控制平面業(yè)務(wù)還是用戶平面業(yè)務(wù)，分為控制信道和業(yè)務(wù)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(wù)；根據(jù)傳輸?shù)氖轻槍σ粋€(gè)用戶的專用信息還是針對所有用戶的公共信息，分為專用信道和公共信道物理信道：各種信息在無線接口傳輸時(shí)的最終體現(xiàn)形式，每一種使用特定的載波頻率、碼（擴(kuò)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 第16頁，共49頁。業(yè)務(wù)邏輯信道控制邏輯信道 專用業(yè)務(wù)信道（DTCH） 公共業(yè)務(wù)信道 （CTCH） 廣播控制信道 （BCCH） 尋呼控制信道 （PC

9、CH） 專用控制信道 （DCCH） 公共控制信道 （CCCH）WCDMA系統(tǒng)中邏輯信道的類型第17頁，共49頁。廣播信道 BCH前向接入信道 FACH尋呼信道 PCH隨機(jī)接入信道 RACH高速下行共享信道 HS-DSCH專用信道 DCH增強(qiáng)專用信道 E-DCH公共傳輸信道專用傳輸信道WCDMA系統(tǒng)中傳輸信道的類型第18頁，共49頁。 WCDMA系統(tǒng)中物理信道的類型物理信道分為上行物理信道和下行物理信道物理信道可以由某一載波頻率、碼（信道碼和擾碼）、相位確定多數(shù)信道由無線幀和時(shí)隙組成，每一無線幀10ms，包括15個(gè)時(shí)隙 Data Slot #0 Slot #1 Slot #14 Tslot =

10、2560 chips T = 10 ms, 38400chips Data Slot #i第19頁，共49頁。上行公共物理信道物理隨機(jī)接入信道 (PRACH)上行專用物理信道專用物理數(shù)據(jù)信道(uplink DPDCH)專用物理控制信道 (uplink DPCCH)HSDPA專用物理控制信道(HS-DPCCH)HSUPA專用物理數(shù)據(jù)信道（E-DPDCH）HSUPA專用物理控制信道（E-DPCCH）上行物理信道 WCDMA系統(tǒng)中的上行物理信道第20頁，共49頁。下行公共物理信道主公共控制物理信道 (P-CCPCH)從公共控制物理信道 (S-CCPCH)同步信道 (P-SCH/S-SCH)尋呼指示信

11、道 (PICH)捕獲指示信道 (AICH)主公共導(dǎo)頻信道 (P-CPICH)HSDPA物理下行共享信道 (HS-PDSCH)HSDPA共享控制信道 (HS-SCCH)HSUPA控制信道(E-AGCH/E-RGCH/E-HICH)下行專用物理信道 (downlink DPCH)下行物理信道 WCDMA系統(tǒng)中的下行物理信道第21頁，共49頁。物理信道的功能基站NodeB用戶終端UEP-CPICH主公共導(dǎo)頻信道 P-CCPCH主公共控制物理信道小區(qū)廣播信道DPDCH 專用物理數(shù)據(jù)信道DPCCH 專用物理控制信道專用信道與尋呼過程有關(guān)的物理信道S-CCPCH從公共控制物理信道PICH 尋呼指示信道PR

12、ACH 隨機(jī)接入物理信道AICH 獲取指示信道與隨機(jī)接入過程有關(guān)的物理信道HS-DPCCH 高速專用控制信道HS-SCCH 高速共享控制信道HS-PDSCH 高速下行物理共享信道與HSDPA有關(guān)的物理信道E-DPCCHE-DCH專用控制信道 E-DPDCHE-DCH專用數(shù)據(jù)信道E-RGCH/E-HICH 相對授權(quán)信道/混合自動重傳指示信道E-AGCH 絕對授權(quán)信道與HSUPA有關(guān)的物理信道SCH同步信道第22頁，共49頁。Primary SCHSecondary SCHSlot #0Slot #1Slot #14acsi,0pacpacpacacsi,1acsi,14256 chips2560

13、 chipsOne 10 ms SCH radio frame分成主同步信道P-SCH和從同步信道S-SCHP-SCH的每個(gè)時(shí)隙內(nèi)重復(fù)發(fā)送主同步碼S-SCH上發(fā)送從同步碼，從同步碼從16個(gè)長為256個(gè)碼片的碼組中選擇，其排列方式代表該小區(qū)主擾碼所屬的主碼組用于小區(qū)搜索，占用每個(gè)時(shí)隙的前256個(gè)碼片（Chips）同步信道SCH第23頁，共49頁。UE使用從同步信道 （S-SCH）搜索下行主擾碼組的機(jī)制.2560 chipsacpSlot # ?P-SCHacpSlot #?166S-SCHacpSlot #?11Group 2Slot 7, 8, 9256 chips第24頁，共49頁。 Pre

14、-defined symbol sequenceSlot #0Slot #1Slot # iSlot #14 Tslot = 2560 chips , 20 bits1 radio frame: Tr = 10 msPCPICH的信道碼固定為Cch,256,0；數(shù)據(jù)速率固定為30KbpsPCPICH的擾碼為下行主擾碼一個(gè)小區(qū)只有一個(gè)PCPICH，在整個(gè)小區(qū)廣播PCPICH為SCH, PCCPCH, AICH, PICH提供相位基準(zhǔn)，還是其它下行物理信道的缺省相位基準(zhǔn)主公共導(dǎo)頻信道PCPICH第25頁，共49頁。PCCPCH Data18 bitsSlot #01 radio frame: Tf

15、 = 10 msSlot #1Slot #i256 chipsSlot #14Tslot = 2560 chips,20 bits SCHPCCPCH用于承載系統(tǒng)廣播消息PCCPCH的信道碼固定為Cch,256,1，數(shù)據(jù)數(shù)率固定為30kbpsPCCPCH的無線幀結(jié)構(gòu)中每個(gè)時(shí)隙的前256chips不發(fā)送PCCPCH的內(nèi)容，用于SCH的發(fā)送主公共控制物理信道PCCPCH第26頁，共49頁。One radio frame (10 ms)b1 b0 288 bits for paging indication12 bits (undefined)b287 b288 b299用于傳送尋呼指示（Page

16、Indicators），與S-CCPCH成對配置數(shù)據(jù)數(shù)率固定為30kbps，SF=256每幀300bits，其中288bits用于傳送尋呼指示（其余12bits未定義）n個(gè)尋呼指示PI0，PIn-1在一幀內(nèi)傳送，n=18，36，72，144如果某一幀中的PI被置為1，說明該P(yáng)I對應(yīng)的UE應(yīng)對S-CCPCH傳送的尋呼消息進(jìn)行檢測尋呼指示信道PICH第27頁，共49頁。DataN bitsSlot #0Slot #1Slot #iSlot #141 radio frame: Tf = 10 msTslot = 2560 chips, DataPilotN bitsPilotN bitsTFCITF

17、CI20*2k bits (k=0.6)用于承載尋呼信息、下行信令、下行數(shù)據(jù)SF=2564（256、128、64、32、16、8、4）Pilot：導(dǎo)頻符號，用于相干解調(diào)TFCI：傳輸格式控制指示，描述數(shù)據(jù)塊的格式從公共控制物理信道SCCPCH第28頁，共49頁。Message partPreamble 4096 chips10 ms (one radio frame)PreamblePreambleMessage partPreamble 4096 chips20 ms (two radio frames)PreamblePreamble用于承載上行信令和上行數(shù)據(jù)隨機(jī)接入傳送數(shù)據(jù)由兩部分組成：

18、1或多個(gè)的preamble（前綴）：4096chips長度，由長度為16chips的標(biāo)簽序列（signature）進(jìn)行256次重復(fù)構(gòu)成，一共有16種標(biāo)簽序列10或20ms的message（信息部分） 物理隨機(jī)接入信道PRACH第29頁，共49頁。#1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#145120 chipsradio frame: 10 msradio frame: 10 msAccess slot #0Random Access TransmissionAccess slot #1Access slot #7Access slot #14Random Access T

19、ransmissionRandom Access TransmissionRandom Access TransmissionAccess slot #8UE只能在時(shí)隙的開始位置進(jìn)行隨機(jī)接入傳送，每個(gè)時(shí)隙5120碼片，每20ms包含15個(gè)時(shí)隙物理隨機(jī)接入信道PRACH第30頁，共49頁。 PRACH信息部分的幀結(jié)構(gòu)PilotN bitsSlot # 0Slot # 1Slot # iSlot # 14Message part radio frame TRACH = 10 msTslot = 2560 chips, 10*2PilotTFCIN bitsTFCIDataNdata bitsDat

20、aControlk bits (k=0.3)消息數(shù)據(jù)部分：SF=256、128、64、32消息控制部分：SF=256，包括8個(gè)導(dǎo)頻比特和2個(gè)TFCI比特第31頁，共49頁。AS #14AS #0AS #1AS #iAS #14AS #0a1a2a0a31a32a30a33a38a39AI partUnused part20 ms用于下發(fā)捕獲指示消息NodeB收到UE發(fā)送的preamble后，通過該信道下發(fā)捕獲指示；UE收到捕獲指示后再通過PRACH發(fā)送接入消息SF=256，周期為20ms，包括重復(fù)的15個(gè)接入時(shí)隙（AS）捕獲指示信道AICH第32頁，共49頁。DPDCH用于實(shí)現(xiàn)物理層對高層數(shù)據(jù)

21、的承載SF=2564（256、128、64、32、16、8、4）DPCCH用于傳送物理層控制信息，為DPDCH提供解調(diào)、功控等控制數(shù)據(jù)DPCCH的信息有Pilot，TFCI，F(xiàn)BI，TPC構(gòu)成上行專用物理信道DPDCH/DPCCH第33頁，共49頁。下行專用物理信道包括DPDCH和DPCCH，二者是時(shí)間復(fù)用的DPDCH用于實(shí)現(xiàn)物理層對高層數(shù)據(jù)的承載DPCCH用于傳送物理層控制信息，為DPDCH提供解調(diào)、功控等控制數(shù)據(jù)SF=5128（512，256、128、64、32、16、8）下行專用物理信道DPCH第34頁，共49頁。HSDPA下行物理共享信道HS-PDSCHHS-PDSCH用于承載HSDP

22、A數(shù)據(jù)HS-PDSCH使用固定的擴(kuò)頻因子（SF=16），可以多信道并行傳輸，提高傳輸速率支持QPSK和16QAM調(diào)制方式根據(jù)UE的能力和無線環(huán)境的情況，UTRAN可以動態(tài)的為UE分配多個(gè)HS-PDSCH，以支持多碼傳輸?shù)?5頁，共49頁。HS-SCCH用于承載HS-PDSCH信道的控制消息HS-SCCH映射用戶的數(shù)據(jù)屬性信息：Xue、Xccs、Xms、Xrv、Xtbs、Xhap、XndUE通過Xue發(fā)現(xiàn)這次數(shù)據(jù)是自己的，然后使用Xccs、Xms、Xrv、Xtbs解出HS-PDSCH上的數(shù)據(jù)，使用Xhap、Xnd屬性進(jìn)行HARQ操作數(shù)據(jù)速率固定為60Kbps，SF=128HSDPA共享控制信道H

23、S-SCCH第36頁，共49頁。HSDPA專用物理控制信道HS-DPCCHHS-DPCCH用于物理層的反饋信息和信道質(zhì)量的傳送數(shù)據(jù)速率為15Kbps，SF=256，TTI=2ms（3時(shí)隙）承載HSDPA的兩種上行物理層信令：ACK/NACK和CQICQI：信道質(zhì)量指示ACK/NACK：指示數(shù)據(jù)是否正確，只有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才發(fā)送第37頁，共49頁。HSDPA數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕玖鞒蘊(yùn)ode BRNCUE5) ACK/NACK（on HS-DPCCH）6) 數(shù)據(jù)包+重傳(如果需要) （on HS-DSCH）數(shù)據(jù)包2) 調(diào)度并確定HS-DSCH參數(shù)3) 發(fā)送HS-DSCH參數(shù)（on HS-SCCH） 和 數(shù)據(jù)

24、（on HS-DSCH）4) 檢測HS-DSCH參數(shù)，如果有發(fā)送給自己的信息，則開始接收，存儲和解調(diào)數(shù)據(jù)1) CQI（on HS-DPCCH）第38頁，共49頁。HSUPA專用物理數(shù)據(jù)信道E-DPDCHE-DPDCH用于承載HSUPA用戶上行的傳輸數(shù)據(jù)，最大支持2個(gè)SF=4和2個(gè)SF=2的上行多碼傳輸，峰值速率可達(dá)5.76Mbps第39頁，共49頁。HSUPA專用物理控制信道E-DPCCHE-DPCCH用于承載解調(diào)E-DPDCH的所需的必要信息，如E-TFCI(7bit)、RSN(2bit，重傳序列號)、happy bit(1bit)，共10比特，擴(kuò)頻因子為256第40頁，共49頁。HSUPA

25、絕對授權(quán)信道E-AGCHE-AGCH即E-DCH絕對授權(quán)信道，為公共共享物理信道位于UE的E-DCH服務(wù)小區(qū)，指示下一個(gè)傳輸中UE允許使用的上行最大功率（E-DCH traffic Pilot RatioE-DPDCH / DPCCH），固定速率（SF=256）1 info bits + 16-bit CRC masked with a 16-bit UE-id and coded to 60 channel bits 10-ms radio frameSlot#2Slot#0Slot#1Slot#iSlot#14 E-AGCH2-ms sub-frame第41頁，共49頁。HSUPA相對授權(quán)

26、信道E-RGCHE-RGCH即相對授權(quán)信道，為專用物理信道，同一UE在同一小區(qū)中使用與E-HICH相同的信道碼和不同的簽名系列攜帶相對授權(quán)RG，最快可在2ms內(nèi)快速調(diào)整UE的上行可用功率。E-DCH服務(wù)小區(qū)可使用“UP”, “HOLD” 或 “DOWN”，非服務(wù)小區(qū)只能使用“HOLD”或“DOWN”。固定速率（SF=128）10-ms radio frameSlot#2Slot#0Slot#1Slot#iSlot#14 2-ms sub-framebi,0bi,1bi,3bi,2 bi,39第42頁，共49頁。HSUPA 混合自動重傳（HARQ）指示信道E-HICHE-HICH即HARQ指示信

27、道E-HICH承載NodeB反饋用戶上行數(shù)據(jù)的接收是否正確的ACK/NACK信息，固定速率（SF=128）E-DCH服務(wù)鏈路集可以發(fā)送+1和-1，分別表示ACK和NACK，E-DCH非服務(wù)鏈路集可以發(fā)送+1和0，分別表示ACK和NACK，其中0即為DTX10-ms radio frameSlot#2Slot#0Slot#1Slot#iSlot#14 2-ms sub-framebi,0bi,1bi,3bi,2 bi,39第43頁，共49頁。HSUPA數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕玖鞒?UE發(fā)送上行的資源請求，其中資源請求的消息中包含UE緩存中的數(shù)據(jù)量和上行功率的余量 NodeB基于UE的資源請求消息，通過E-RGCH或EAGCH分配上行資源 UE根據(jù)NodeB分配的上行資源，在E-DPDCH上發(fā)送上行數(shù)據(jù)，同時(shí)在E-DPCCH上發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)的控制信息 NodeB接收到UE的上行數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解碼校驗(yàn)，如果校驗(yàn)成功，則通過E-HICH發(fā)送ACK，UE收到ACK后，進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)塊的傳送；如果校驗(yàn)不成功，NodeB則通過E-HICH發(fā)送NACK，UE收到NACK后，將進(jìn)行數(shù)據(jù)的重傳NodeBE-DPDCHE-AGCH/RGCHE-HICHE-DPCCHUE第44頁，共49頁。目 錄WCDMA 無線接口概述WCDMA 物理層關(guān)鍵技術(shù)2.1 物理信道結(jié)構(gòu)2.2 信道映射關(guān)系第4