1、物理层介绍WCDMAWCDMA物理层介绍物理层介绍v概述v物理信道特征及帧结构v信道编码与复用v扩频与调制v物理层的测量v概述UTRANUTRAN的总体结构的总体结构 RNS RNC RNS RNC Core Network Node B Node B Node B Node B Iu Iu Iur Iub Iub Iub Iub UERadio LinkUu WCDMAWCDMA无线接口协议结构无线接口协议结构L 3controlcontrolcontrolcontrolL o g ic a lC h a n n e lsT ra n s p o rtC h a n n e lsC-p la
2、 n e s ig n a llin gU-p la n e in fo rm a tio nP H YL 2/M A CL 1R L CD CN tG CL 2/R L C M A CR L CR L CR L CR L CR L CR L CR L CD u p lic a tio n a v o id a n c eU u S b o u n d a ryB M CL 2/B M Cc o n tro lP D C PP D C PL 2/P D C PD CN tG CR a d ioB e a re rsR R C各协议之间的关系各协议之间的关系上层数据 上层数据MAC层数据信道编码
3、与复用信道结构与信道映射帧形成扩频与调制无线帧物理层过程物理层测量 上层数据上层数据MAC层数据信道编码与复用帧形成扩频与调制无线帧 上层数据上层数据MAC层数据解复用与信道译码帧拆解解调与解扩无线帧基带收发过程基带收发过程v概述v物理信道特征及帧结构v信道编码与复用v扩频与调制v物理层过程v物理层的测量v物理信道特征及帧结构专用物理信道(DPCH)下行物理信道上行物理信道公用物理信道物理随机接入信道(PRACH)物理公共分组信道(PCPCH)主公共控制物理信道(P-CCPCH)捕获指示信道(AICH)寻呼指示信道(PICH)物理下行共享信道(PDSCH)专用物理信道(DPCH)公用物理信道物
4、理信道物理信道分类物理信道分类辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)CPCH状态信道(CSICH)同步信道(SCH)接入前缀捕获指示信道(AP-AICH)碰撞检测/信道指配指示信道(CD/CA-ICH)公用导频信道(CPICH)传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射物理随机接入信道(PRACH)物理公共分组信道(PCPCH)主公共控制物理信道(P-CCPCH)捕获指示信道(AICH)寻呼指示信道(PICH)物理下行共享信道(PDSCH)辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)CPCH状态信道(CSICH)同步信道(SCH)接入前缀捕获指示信道(AP-AICH)碰撞检测/信道指配指示信道
5、(CD/CA-ICH)公用导频信道(CPICH)专用物理控制信道(DPCCH)专用物理数据信道(DPDCH)广播信道(BCH)前向接入信道(FACH)下行共享信道(DSCH)寻呼信道(PCH)随机接入信道(RACH)公共分组信道(CPCH)专用信道(CPCH)上行专用物理信道帧结构（上行专用物理信道帧结构（DPCHDPCH）Pilot Npilot bitsTPC NTPC bitsDataNdata bitsSlot#0Slot#1Slot#iSlot#14Tslot=2560 chips,10 bits1 radio frame:Tf=10 msDPDCHDPCCHFBI NFBI bit
6、sTFCI NTFCI bitsTslot=2560 chips,Ndata=10*2k bits(k=0.6)物理随机接入信道（物理随机接入信道（PRACHPRACH）M essage part Pream ble 4096 chips 10 m s(one radio fram e)Pream ble Pream ble M essage part Pream ble 4096 chips 20 m s(tw o radio fram es)Pream ble Pream ble D a ta Nd a ta b its S lo t#0 S lo t#1 S lo t#i S lo t#
7、14 Tslo t=2560 c h ip s,10 b its D a ta C o n tro l Tslo t=2560 c h ip s,Nd a ta=10*2k b its (k=0.3)P ilo t Np ilo t b its T F C I NT FC I b its M e s s a g e p a rt ra d io fra m e TR A C H=10 m s 4096 chips P0 P1 Pj Pj C D A P C ontrol D atat 0 or 8 slots N*10 m s M essage 物理公共分组信道（物理公共分组信道（PCPCHP
8、CPCH）发射结构发射结构PCPCHPCPCH消息部分帧结构消息部分帧结构Pilot Npilot bitsTPC NTPC bitsDataNdata bitsSlot#0Slot#1Slot#iSlot#14Tslot=2560 chips,10 bits1 radio frame:Tf=10 ms数据部分控制部分FBI NFBI bitsTFCI NTFCI bitsTslot=2560 chips,Ndata=10*2k bits(k=0.6)One radio frame,Tf=10 msTPC NTPC bitsSlot#0Slot#1Slot#iSlot#14Tslot=2560
9、 chips,10*2k bits(k=0.7)Data2Ndata2 bitsDPDCHTFCI NTFCI bitsPilot Npilot bitsData1Ndata1 bitsDPDCHDPCCHDPCCH下行专用物理信道帧结构（下行专用物理信道帧结构（DPCHDPCH）One radio frame,Tf=10 ms TPC NTPC bits Slot#0 Slot#1 Slot#i Slot#14 Tslot=2560 chips,10 bits CCC NCCC bits TFCI NTFCI bits Pilot Npilot bits DPCCH for CPCH 用于用
10、于CPCHCPCH的下行的下行DPCCHDPCCH时隙格式i信道比特速率(kbps)信道符号速率(ksps)SF比特/时隙DPCCH Bits/Slot每帧发射的时隙数NTPCNTFCINCCCNPilot0157.551210204415 发射预先定义好的已知序列，发射预先定义好的已知序列，A1j 固定传输速率固定传输速率30Kbps，SF=256 发射分集时，两根天线上发射的信号使用相同发射分集时，两根天线上发射的信号使用相同的扩频码和扰码，但传送序列有所不同。的扩频码和扰码，但传送序列有所不同。主要用于信道估计主要用于信道估计slot#1Frame#i+1Frame#islot#14A
11、A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A-A-A A A-A-A A A-A A-A-A A A-A-A A A-A-A A A-A-AAntenna 2Antenna 1slot#0Frame Boundary公共导频信道（公共导频信道（CPICHCPICH）Data Ndata1=18 bits Slot#0 Slot#1 Slot#i Slot#14 Tslot=2560 chips,20 bits 1 radio frame:Tf=10 ms(Tx OFF)256 chips 主公共控制物理信道（主公共控制物理信道（P-CCPCHP-C
12、CPCH）固定为30Kbps（SF=256）的传输速率，用于承载BCH。每个时隙的头256chips为空，到时候由SCH填充；或者说P-CCPCH与SCH时分复用。Slot#0 Slot#1 Slot#i Slot#14 Tslot=2560 chips,20*2k bits(k=0.6)Pilot Npilot bits Data Ndata1 bits 1 radio frame:Tf=10 ms TFCI NTFCI bits 辅助公共控制物理信道（辅助公共控制物理信道（S-CCPCHS-CCPCH）用于承载FACH和PCH，可分别承载FACH和PCH，也可两者同时承载。TFCI可有可无
13、，由上层决定；没有TPC，采用开环功控；导频为8或16比特。传输能力比下行DPCH稍逊，SF为2564。同步信道（同步信道（SCHSCH）SCH用于小区搜索，分成主同步信道（P-SCH）和辅助同步信道（S-SCH），两者并行发射。SCH占用每个无线帧的前256个码片，与P-CCPCH时分复用。主同步码(PSC)以时隙为周期发射，用于时隙同步；辅助同步码以无线帧为周期发射，用于帧同步，并指出小区主扰码的组号。a为一个指示调制信号，用于指示P-CCPCH是否采用了STTD。Primary SCH Secondary SCH 256 chips 2560 chips One 10 ms SCH ra
14、dio frame acsi,0 acp acsi,1 acp acsi,14 acp Slot#0 Slot#1 Slot#14 PDSCH承载 DSCH,被多个码分用户分时共享。PDSCH 总是与一个 DPCH相伴随，所需控制信息在所伴随的DPCH的DPCCH上传输。DSCH上传的是纯数据，效率很高，适合处理短时高速率突发业务，是特殊形式的多码传输，但高层控制起来比较复杂。Slot#0 Slot#1 Slot#i Slot#14 Tslot=2560 chips,20*2k bits(k=0.6)Data Ndata1 bits 1 radio frame:Tf=10 ms 物理下行共享信
15、道（物理下行共享信道（PDSCHPDSCH）1024 chipsTransmission OffAS#14AS#0AS#1AS#iAS#14AS#0a1a2a0a31a30AI part=4096 chips,32 real-valued symbols20 ms捕获指示信道（捕获指示信道（AICHAICH）AICH每一帧为20 ms，分成15个接入时隙AS,每个时隙有20个符号(5120码片)。每个时隙包括两部分，捕获指示AI部分（4096码片）和空部分（1024码片）。16个AI分别对16种签名进行应答，AI1、1和0分别代表同意接入、不同意接入和没有听到请求。aj是由16个AI和16个签
16、名进行矩阵运算得到。寻呼指示信道（寻呼指示信道（PICHPICH）b1b0288 bits for paging indication12 bits(transmissionoff)One radio frame(10 ms)b287b288b299PICH为固定速率(SF=256)的物理信道，用于承载寻呼指示(PI).PICH 总是与S-CCPCH 相伴随，如果某一帧中的 PIi 被置为1，说明Pii所对应的UE应对S-CCPCH的对应帧进行解调。PICH一帧为10ms，包括300bits。其中，288 比特用于传送 PI，其余12 比特尚未定义，不发射。一帧内传送N 个寻呼指示PI，N=1
17、8,36,72,or 144。v概述v物理信道特征及帧结构v信道编码与复用v扩频与调制v物理层的测量v信道编码与复用速率匹配添加CRC传输块拼接/编码块分段信道编码无线帧均衡第一次交织无线帧分段速率匹配传输信道复用物理信道分段第二次交织物理信道映射速率匹配添加CRC传输块拼接/编码块分段信道编码第一次DTX插入第一次交织无线帧分段速率匹配传输信道复用物理信道分段第二次交织物理信道映射第二次DTX插入编码复用处理流程编码复用处理流程上行上行下行下行10、20、40 or 80msdatadatadataTrCH-idataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCR
18、Cd a t aCBLCBLCBL0、8、12、16 or 24bits块长 Z504，卷积码5114，Turbo码CedBLCedBLCedBLCoded data卷积码 或 Turbo码Rate matched dataRate matched dataDTXororData before 1st interleavingData after 1st interleaved交织器列数：1、2、4 或 8无线帧无线帧无线帧无线帧数目：1、2、4 或 8TrCH-1TrCH-2TrCH-ICCTrCHTrCH-1 TrCH-2TrCH-IDTXCCTrCHPh-1Ph-2Ph-P10ms时间内
19、10ms时间内Ph-1Ph-2Ph-PTPC TFCIpilot扩频、加扰扩频、加扰扩频、加扰TrCH-i+1data1data2data1data2data1data2下行信道编码与复用下行信道编码与复用818193303148148164516420420105105480480480480145105105CRC12 TransportblockCRCattachmentTail bitattachmentConv.Coding1/3,1/3,1/2RatematchingTrchmultiplexing2ndInterleavingTail8TransportblockCRCattac
20、hmentTail bitattachmentCRC16Tail 8Conv.Coding1/31stInterleavingRadio FrameSegmentationRadio frameCFN=4N+3Radio frameCFN=4N+2Radio frameCFN=4N+1Radio frameCFN=4NPhysicalchannelmapping DCCH103103103333606060136Tail81stInterleaving290304156Radio FrameSegmentation#1b145#1a145#2b152#2a152#3b78#3a78Ratema
21、tching15278105Tail829030415614514515215278781215121512151215 DTCH1451451521527878105105105105145152781051451527810514515278105下行信道编码与复用举例下行信道编码与复用举例v概述v物理信道特征及帧结构v信道编码与复用v扩频与调制v物理层的测量v扩频与调制扩扩 频频 技技 术术扩频用于物理信道。扩频用于物理信道。扩频包括两步操作：扩频包括两步操作：信道化操作，将一个个的数据符号转换为一系列的码信道化操作，将一个个的数据符号转换为一系列的码片，片，增加了信号的带宽。增加了信号
22、的带宽。扰码操作，将扰码加在扩频信号上。扰码操作，将扰码加在扩频信号上。数据 信道化码 扰码 符号速率 码片速率 码片速率 扩扩 频频 技技 术术 上行链路扩频上行链路扩频 下行链路扩频下行链路扩频上上 行行 链链 路路 扩扩 频频信道化操作信道化操作v 上行链路三个物理信道上行链路三个物理信道:DPCCH/DPDCH,PRACH,PCPCH,其中其中PRACH和和PCPCH的前导部分是一个的前导部分是一个复数值码，可直接进行复数调制。复数值码，可直接进行复数调制。v WCDMA中信道化码采用中信道化码采用OVSF码（码（Orthogonal Variable Spreading Factor
23、 codes），），每个符号每个符号转化成的码片数目叫做扩频因子转化成的码片数目叫做扩频因子SF（Spreading Factor）。）。v 二进制数据流实数化，信道化，二进制数据流实数化，信道化，调幅，调幅，I/Q支路映支路映射，复数加扰。射，复数加扰。上上 行行 链链 路路 扩扩 频频信道化操作信道化操作OVSF码：码：信道化码用信道化码用Cch,SF,k唯一表示，其中唯一表示，其中SF代表码的扩频因子，代表码的扩频因子，k是码字序号，是码字序号，0 k SF-1。码字长度是码字长度是2的整数次幂，即的整数次幂，即SF=2k。每一级包括的码字总数与码长相等。每一级包括的码字总数与码长相等。
24、对于上行链路，对于上行链路，k=2,3,8；SF=4,8,256。不同长度、长度相等的不同码字之间相互正交。不同长度、长度相等的不同码字之间相互正交。SF=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)上上 行行 链链 路路 扩扩 频频扰码操作扰码操作v 上行链路物理信道加扰的作用是区分用户。上行链路物理信道加扰的作用是区分用户。v 信道化之后的码片序列用复数值扰码加扰，对信道化之后的码片序列用复数值
25、扰码加扰，对信号加密，加扰时扰码边界与无线帧边界一致。信号加密，加扰时扰码边界与无线帧边界一致。v WCDMA中采用中采用Gold码作为扰码，两个码作为扰码，两个m序列序列相加并截取一定长度码片序列而形成扰码。上相加并截取一定长度码片序列而形成扰码。上行链路扰码分为长扰码和短扰码。行链路扰码分为长扰码和短扰码。v 上行链路长扰码和短扰码都是上行链路长扰码和短扰码都是224个个，由高层分，由高层分配。配。上上 行行 链链 路路 扩扩 频频 DPCHDPCHDPCCH/DPDCH扩频：扩频：I j cd,1 d Sdpch,n I+jQ D P DC H1 Q cd,3 d D P DC H3 c
26、d,5 d D P DC H5 cd,2 d D P DC H2 cd,4 d D P DC H4 cd,6 d D P DC H6 cc c D P CC H S 上上 行行 链链 路路 扩扩 频频 PRACHPRACHPRACH消息部分扩频：消息部分扩频：j c cc cd d Sr-msg,n I+jQ PRACH 消息部分控制部分 PRACH消息部分数据部分 Q I S 上上 行行 链链 路路 扩扩 频频PCPCH消息部分扩频消息部分扩频:j c cc cd d Sc-msg,n I+jQ PCPCH 消息部分 控制部分 PCPCH 消息部分 数据部分 Q I S 上上 行行 链链 路
27、路 扩扩 频频PRACH前导码前导码:随机接入前导码随机接入前导码Cpre,n是一个复数值序列。它由一个前导是一个复数值序列。它由一个前导扰码扰码Sr pre,n和一个前导签名和一个前导签名Csig,s生成生成。定义：定义：Cpre,n,s(k)=Sr-pre,n(k)Csig,s(k),k=0,1,2,3,4095；其中其中k=0对应最先传送的码片。对应最先传送的码片。Sr-pre,n对应对应PRACH前导扰码，前导扰码，Csig,s是一个前导签名。是一个前导签名。Csig,s前导签名由一个前导签名由一个16位长的签名序列位长的签名序列Ps(n)重复重复256次次而成，其中而成，其中n=01
28、5。签名序列签名序列Ps(n)由由16个码长为个码长为16的的 Hadamard序列码生成。序列码生成。Csig,s定义如下：定义如下：Csig,s(i)=Ps(i 模模 16),i=0,1,4095.)24(kje上上 行行 链链 路路 扩扩 频频PCPCH前导码：前导码：PCPCH有两种前导码，接入前导码和有两种前导码，接入前导码和CD前导码，其组前导码，其组成与随机接入前导码类似，只是对应的前导扰码不同。成与随机接入前导码类似，只是对应的前导扰码不同。PCPCH接入前导码定义：接入前导码定义：Cc-acc,n,s(k)=Sc-acc,n(k)Csig,s(k),k=0,1,2,3,409
29、5；PCPCH CD前导码定义：前导码定义：Cc-cd,n,s(k)=Sc-cd,n(k)Csig,s(k),k=0,1,2,3,4095；其中的其中的Csig,s 与随机接入前导所用的签名相同。与随机接入前导所用的签名相同。)24(kje)24(kje扩扩 频频 技技 术术 上行链路扩频上行链路扩频 下行链路扩频下行链路扩频下下 行行 链链 路路 扩扩 频频信道化操作信道化操作v 下行链路除下行链路除SCH以外，都要进行扩频操作。以外，都要进行扩频操作。v 与上行链路相同，信道化码采用与上行链路相同，信道化码采用OVSF码，只是码，只是k的取值不同，的取值不同，k=2,3,9；SF=4,8,
30、512。v 基本过程类似上行链路，不同之处下行链路基本过程类似上行链路，不同之处下行链路I/Q支路映射在信道化之前，并且是逐比特映射。支路映射在信道化之前，并且是逐比特映射。下下 行行 链链 路路 扩扩 频频扰码操作扰码操作v 下行链路加扰可以区分小区和信道。下行链路加扰可以区分小区和信道。v 下行链路加扰过程与上行链路相同。下行链路加扰过程与上行链路相同。v 下行链路只有一种扰码，也是下行链路只有一种扰码，也是Gold码序列。总共码序列。总共218-1=262,143个扰码个扰码，常用的有，常用的有8192个。个。v 下行链路信道的扰码与下行链路信道的扰码与P-CCPCH信道的扰码对齐，信道
31、的扰码对齐，此时不必与加扰物理信道的帧边界对齐。此时不必与加扰物理信道的帧边界对齐。下下 行行 链链 路路 扩扩 频频扰码操作扰码操作下行链路扰码：下行链路扰码：常用的常用的81928192个扰码分成个扰码分成512512个集合，每个集合包括个集合，每个集合包括1 1个主扰码和个主扰码和1515个辅助扰码。主扰码和辅助扰码在个辅助扰码。主扰码和辅助扰码在CCTrCH中可以混用。中可以混用。v 每个小区只分配一个主扰码。每个小区只分配一个主扰码。P-CCPCH信道、信道、P-CPICH信道、信道、PICH信道、信道、AICH 信道、信道、AP-AICH信道、信道、CD/CA-ICH信道、信道、C
32、SICH信道以及携载信道以及携载PCH信道的信道的S-CCPCH信道总是用主扰码信道总是用主扰码进行发射。其它的下行链路物理信道可用主扰码或与该小区主进行发射。其它的下行链路物理信道可用主扰码或与该小区主扰码处于同一扰码集的辅助扰码进行发射。扰码处于同一扰码集的辅助扰码进行发射。v 512512个主扰码又可分为个主扰码又可分为6464组，每组组，每组8 8个主扰码，可用于小区搜索。个主扰码，可用于小区搜索。下下 行行 链链 路路 扩扩 频频除除SCH以外的下行链路物理信道的扩频：以外的下行链路物理信道的扩频：I 除了SCH信道以外的所有下行链路物理信道 SP Cch,SF,m j Sdl,n
33、Q I+jQ S 下下 行行 链链 路路 扩扩 频码分配频码分配下下行物理信道行物理信道信道化码信道化码 Cch,SF,k Cch,SF,k SFSF k kCPICHP-CPICHCch,256,0 2560S-CPICHCch,256 256CCPCHP-CCPCH Cch,256,1 2561S-CCPCH Cch,SF,k 4SF256 PDSCHCch,SF,k 4SF256 AICH,AP-AICH,CD/CA-ICH,CSICH,PICH Cch,256 256DPCHCch,SF,k 4SF512 DL-DPCCHCch,512 512SCH不需要进行扩频 S ImS ReS
34、cos(t)扩 频后 复数 序列-sin(t)实 部和 虚部 分开 脉 冲 成 形 脉 冲 成 形 上行调制上行调制 S Im S ReS cos(t)扩 频后 复数 序列-sin(t)实 部和 虚部 分开 脉 冲 成 形 脉 冲 成 形 下行调制下行调制v概述v物理信道特征及帧结构v信道编码与复用v扩频与调制v物理层的测量v物理层的测量 物理层的测量规范相当于是在物理层的测量规范相当于是在UE和和UTRAN中提供中提供了一个含各种测量功能的工具箱或者称之为函数库；了一个含各种测量功能的工具箱或者称之为函数库；测量分为六大类：频内测量、频间测量、系统间测测量分为六大类：频内测量、频间测量、系统
35、间测量、业务量测量、质量测量和内部测量；量、业务量测量、质量测量和内部测量；UTRAN向向UE发发“测量控制消息测量控制消息”，要求，要求UE进行相进行相应的测量；应的测量；UE在测得相应的量后，向在测得相应的量后，向UTRAN回应一回应一个个“测量报告消息测量报告消息”，将测得的量报给，将测得的量报给UTRAN；空闲模式下，测量控制消息在系统信息中广播。空闲模式下，测量控制消息在系统信息中广播。物理层测量的控制物理层测量的控制UEUE的测量能力的测量能力 CPICH的接收信号码功率（的接收信号码功率（CIPCH RSCP）PCCPCH的的接收信号码功率（接收信号码功率（PCCPCH RSCP
36、）UTRA 载波接收信号强度指示（载波接收信号强度指示（UTRA carrier RSSI）GSM 载波接收信号强度指示（载波接收信号强度指示（GSM carrier RSSI）CPICH Ec/No 传输信道误块率（传输信道误块率（BLER)UEUE的测量能力（续）的测量能力（续）UE发射功率发射功率 SFN-CFN观测时间差观测时间差 SFN-SFN观测时间差观测时间差 UE接收接收-发射时间差发射时间差 到到GSM小区的观测时间差小区的观测时间差 用于用于UE定位的小区帧的定位的小区帧的UE GPS时序时序UTRANUTRAN的测量能力的测量能力 宽带总接收功率（宽带总接收功率（CIPCH RSCP）信干比（信干比（SIR）信干比误差信干比误差（SIRerror）载波发射功率载波发射功率 码发射功率码发射功率 传输信道误比特率（传输信道误比特率（BER)物理信道误比特率（物理信道误比特率（BER)UTRANUTRAN的测量能力（续）的测量能力（续）往返时间往返时间 用于用于UE定位的小区帧的定位的小区帧的UTRAN GPS时序时序 PRACH/PCPCH传播时延传播时延 确认了的确认了的PRACH前导数前导数 检测到的检测到的PCPCH接入前导数接入前导数 确认了的确认了的PCPCH接入前导数接入前导数谢 谢！
