WCDMA信道

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WCDMA信道

结合物理过程来学信道就好了。
手机开机上电开始,手机先要扫频,找到可以使用的频点,这个时候还不涉及到物理信道。
当手机选好频点以后,要找合适的小区驻留,这个时候就涉及到了物理信道。
首先,手机必须知道小区是否可以驻留,这个和 PLMN 有关。所以手机要先知道小区的 PLMN 等关键信息。想要知道 PLMN ,就必须去读 PCCPCH ,主公共控制物理信道。但是这个信道已经被扩频加扰了,怎么获取扰码和扩频码就是当前最重要的了。
为了获取扰码和扩频码等信息,手机就要读取包含这些内容的小区物理信道的具体信息,也就是每个帧和时隙。
要读取时隙和帧的具体信息,必须要知道每个时隙和帧的开始位置,这个过程就是同步过程。我在给联通客户培训物理层过程的时候最先讲的就是同步过程。
同步过程涉及到的物理信道有两条,主同步信道和从同步信道。
主同步信道上发射的是主同步码,主同步码在每个时隙的最开始的 256 个码片上发射,发射主同步码的时候,手机滤波器上就会有高电平指示,这样就获得了时隙同步。  



获得时隙同步之后,手机就知道了这个小区的每个时隙的开始。这个时候手机会去读从同步信道。从同步信道上发射的是从同步码,从同步码的序列是 64 组固定序列中的一种,也在每个时隙的前 256 个码片发射,对应主扰码组的组号。手机也知道这 64 个固定序列。当手机逐个读取从同步码之后,就知道了从同步码的固定序列,也就知道了序列的开始位置和序列对应的主扰码组号。
       
这样,一个无线帧的开始就确定了,当然,还有主扰码组的组号。
要强调一下,主从同步信道都是不扩频不加扰的,所以手机不需要知道扩频码和扰码就能读取这 2 个信道的信息。



获取同步之后,手机已经收集了该小区的很多有用信息,但是还是不知道该小区的主扰码,所以接下来的过程就是要获取小区信息的关键——主扰码。
获取主扰码的过程就像解一个方程。涉及到的物理信道是 CPICH ,公共导频信道。
CPICH 发射的信息是固定的全 1 序列,该信道的扩频码也是固定的 Cch 256 0 ,这些是在协议里固定好的,手机自己也知道。那手机怎么获取主扰码呢?
在同步过程的第 2 步里,手机已经知道了主扰码组的租号。在这个组里,一共有 8 个主扰码。手机用这 8 个主扰码挨个去解扰 CPICH ,在用 Cch 256 0 去解扩 CPICH ,如果得到的是全 1 序列,那么用来解扰的扰码就是当前小区的主扰码。这样最多试 8 次就能确定主扰码。这也是为什么 512 个主扰码要分成 64 组的原因。
主扰码确定以后,所有的物理信道都可以解扰了,协议中又规定了 PCCPCH 主公共控制物理信道的扩频码固定为 Cch 256 1 ,那么 PCCPCH 信道的所有信息就知道了。 PCCPCH 里都有什么信息呢?




首先要知道 PCCPCH 的信息结构。
PCCPCH 里有 3 种信息,分别是 MIB 主消息块 ,SB 调度块 ,SIB 系统消息块。
MIB 里保存的是该小区的最重要的信息,比如 PLMN 。手机在读取了 MIB 以后,就知道这个小区是否可以驻留。不同的运营商对应的 PLMN 是不一样的。手机的 SIM 卡里保留有可用的 PLMN 。当手机读取了 PLMN 以后,确定可以驻留在当前小区后,继续读 SIB SB 的信息。 SIB 中有该小区的具体配置信息,比如各物理信道的配置情况,使用的扩频码,功率设置等。
到这里,手机的选网流程就完成了。涉及到的信道有: PSCH,SSCH,CPICH,PCCPCH.
3 条信道都不承载上层的有效信息,所以没有传输信道映射到这些物理信道上。广播消息是承载在 PCCPCH 上的,所有传输信道中的 BCH 是映射到 PCCPCH 上的。



PCCPCH 发射的时候有一个特点,就是每个时隙的前 256 片会关闭发射机,也就是不发送信号。原因是为了避免因为同步信道在前 256 片发射的时候峰均比太高。
经过以上的步骤, UE 可以正常驻留在当前小区后,就进入了 IDLE 状态,会进行空闲态下的一些活动,比如位置区更新等,当然也等待别人呼叫自己或者去呼叫别人。
如果 UE 等待别人呼叫自己的话,就涉及到了另外一个物理层过程——寻呼。
寻呼涉及到的物理信道有 2 个, PICH 寻呼指示信道和 SCCPCH 从公共控制物理信道。 PICH 上承载的是寻呼指示消息,不是真正的寻呼消息。而真正的寻呼消息承载在 SCCPCH 上。两个信道成对出现,可以配置多条。
UE 会采用非连续接收技术,每隔一段时间侦听一次 PICH ,看是否有属于自己寻呼组的寻呼消息。这里要注意,在 PICH 上发的寻呼指示都是针对某个寻呼组的,不是针对某个 UE 的。如果 UE 发现有属于自己所在寻呼组的寻呼指示,则去 SCCPCH 上读对应的寻呼消息,看是不是寻呼自己的。不是的话,继续采用非连续接收技术隔一段时间侦听一次 PICH ,如果是的话,响应寻呼



除了寻呼, UE 还可以呼叫别人嘛,所以就要提到随机接入过程
随即接入过程涉及的信道也有 2 条,分别是 PRACH 物理随机接入信道和 AICH 捕获指示信道。
物理随机接入信道采用特定的接入帧和接入时隙,分别是普通无线帧和时隙的 2 倍。为什么是两倍呢?这个又和随机接入过程有关系。
UE 想发起随机接入过程,就要给 UTRAN 发信息,但是 UE 不知道以多大的功率来发送信息 UTRAN 才能受到,那怎么办呢? UE 会估计一个初始功率来发射(具体怎么估计的,大家还是看协议或者问牛人,俺不是太明白 @_@) 。因为一开始 UE 不知道 UTRAN 能不能收到,所以会试探性的发一些东西给 UTRAN ,以期待 UTRAN 能有所反应。
这个试探性的东西就是前导,也叫前缀, preamble 。前导生成是有规则的, UE 会选一个 16 个码片大小的签名序列重复 256 次,得到一个 4096 片长的前导。然后在一个接入时隙的开始以自己估计的那个功率发送这个前导。应为前导是 4096chip 长,比一个无线帧大,所以 PRACH 采用特殊的接入帧和接入时隙。
UE 发了前导以后,会侦听 AICH ,也就是捕获指示信道。为什么要侦听这条信道呢?是因为如果 UTRAN 收到了 UE 发送的前导,会在 AICH 上发与生成前导的那个签名序列对应的捕获指示 AI UE 收到了这个 AI 后,就知道 UTRAN 收到了它发的前导,就接着发后面的消息部分。如果 UE 侦听 AICH 一段时间后发现没有对应自己发的前导的 AI ,则 UE 认为 UTRAN 没有收到自己发射的前导。于是, UE 按一定步长提升发射功率,选择一个新的签名序列构成新前导,在 3-4 个接入时隙过后开始第 2 次随机接入过程。如果达到重试次数或者发射功率达到一定值,或者 UTRAN AICH 上回拒绝信息,则随机接入过程失败。



呼叫与被呼基本介绍完了,涉及的信道都是成对出现的
PICH SCCPCH AICH PRACH
其中 PICH AICH 都是承载一些物理层指示,没有承载上层信息,所以没有传输信道映射到这 2 条信道上。
SCCPCH 承载了寻呼消息,所以传输信道的 PCH 寻呼信道映射到了 SCCPCH 上。当然, SCCPCH 不仅仅承载了寻呼消息,还正在公共信道的一些信令数据,所以传输信道里的 FACH 也映射到了 SCCPCH 上。
PRACH 承载的是 UE 的上行数据,所以传输信道中的 RACH 映射到了 PRACH 上。




最后还有 2 条信道没有介绍,那就是 DPCCH DPDCH 。上行的时候,这 2 条信道分别有属于自己的码字,都采用 IQ 两路复用的方式上传数据。下行的时候,原本这 2 条信道的信息都被时分复用到一条信道 DPCH 中。 DPDCH 是专用物理数据信道,用来传用户的数据的。 DPCCH 不承载上层业务,只负责传送 DPDCH 需要的控制、解调等信息。 DPCCH 采用固定的 256 位的扩频码,每时隙传固定的 10bit ,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, Feedback Information ),以及发射功率控制指令( TPC, Transmission Power Control ),所以说 WCDMA 系统的功控频率是 1500 /s
为什么上下行采用不一样的方式呢?因为上行码资源不受限,每个 UE 有自己的一个码树,而下行的时候码资源是受限的,一个基站的码树要给这个基站下的所有 UE 用。所以下行为了节约码资源,采用的是和上行不一样的方式。
假设我们做 12.2K AMR 语音业务,上行的时候,先要编码,一般采用 1/3 卷积码,那么 12.2K 的业务, 3.4K 的随路信令一起传送的话,编码之后的速率大概是
(12.2+3.4)*3 约等于 48K ,然后在做物理层的速率匹配,要匹配到 60K 的速率。采用的扩频码就是 64 位的,因为 3.84M cps/64= 60kbps
下行 12.2K AMR 语音业务 +3.4K 随路信令,然后编码, 12.2K 的业务 +3.4K 随路信令都采用 1/3 卷积码,编码之后的速率大概是 48K ,然后也做速率匹配。但是下行的时候,每条物理信道(除了同步信道)都要先把自己的信息分成 2 路,分别放到 I 路和 Q 路上传。所以 I 路和 Q 路上分别是约 24K 的速率,这个时候再做速率匹配,就匹配到了 30K 30K 对应的扩频码就是 128
所以通常同一业务上下行用的码字是不一样的。
Q&A:
1 、为什么速率匹配时匹配到 30K 60K ,为什么不是别的数呢?
这个和扩频码有关,码片速率固定为 3.84M cps ,扩频码是 256 128 64 32 16 8 4 。所以物理层的速率,只能是 3.84M cps 除以对应的扩频码,分别得到 15K,30K,60K,120K,240K,480K,960K.
2 、上下行都有 I/Q 分路,为什么上行没用 I/Q 分路呢?
上行也用了 I/Q 分路,不过不是对单一物理信道用的,而是 DPDCH 放到 I 路, DPCCH 放到 Q 路( DPDCH 有多条的话 I 路和 Q 路都有 DPDCH ,但是每条 DPDCH 不分路)。





1 、逻辑信道
MAC 层在逻辑信道上提供数据传送业务,逻辑信道类型集合是为 MAC 层提供的不同类型的数据传输业务而定义的。逻辑信道通常可以分为两类:控制信道和业务信道。控制信道用于传输控制平面信息,而业务信道用于传输用户平面信息。
其中,控制信道包括:
广播控制信道 (BCCH) :广播系统控制信息的下行链路信道。
寻呼控制信道 (PCCH) :传输寻呼信息的下行链路信道。
专用控制信道( DCCH ):在 UE RNC 之间发送专用控制信息的点对点双向信道,该信道在 RRC 连接建立过程期间建立。
公共控制信道( CCCH ):在网络 UE 之间发送控制信息的双向信道,这个逻辑信道总是映射到 RACH/FACH 传输信道。

业务信道包括:
专用业务信道( DTCH ):专用业务信道是为传输用户信息的专用于一个 UE 的点对点信道。该信道在上行链路和下行链路都存在。
公共业务信道( CTCH ):向全部或者一组特定 UE 传输专用用户信息的点到多点下行链路。
2 、传输信道
传输信道定义了在空中接口上数据传输的方式和特性。一般分为两类:专用信道和公共信道。专用信道使用 UE 的内在寻址方式;公共信道如果需要寻址,必须使用明确的 UE 寻址方式。
其中,仅存在一种类型的专用信道,即专用传输信道 (DCH) 。它是一个上行或下行传输信道。 DCH 在整个小区或小区内的某一部分使用波束赋形的天线进行发射。
另外, UTRA 定义了六类公共传输信道: BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH DSCH
广播信道 (BCH) :是一个下行传输信道,用于广播系统或小区特定的信息。 BCH 总是在整个小区内发射,并且有一个单独的传送格式。
前向接入信道 (FACH) :是一个下行传输信道。 FACH 在整个小区或小区内某一部分使用波束赋形的天线进行发射。 FACH 使用慢速功控。
寻呼信道 (PCH) :是一个下行传输信道。  PCH 总是在整个小区内进行发送。 PCH 的发射与物理层产生的寻呼指示的发射是相随的,以支持有效的睡眠模式。
随机接入信道 (RACH) :是一个上行传输信道。 RACH 总是在整个小区内进行接收。 RACH 的特性是带有碰撞冒险,使用开环功率控制。
公共分组信道 (CPCH) :是一个上行传输信道。 CPCH 与一个下行链路的专用信道相随,该专用信道用于提供上行链路 CPCH 的功率控制和 CPCH 控制命令(例:紧急停止)。 CPCH 的特性是带有初始的碰撞冒险和使用内环功率控制。
下行共享信道 (DSCH) :是一个被一些 UEs 共享的下行传输信道。 DSCH 与一个或几个下行 DCH 相随路。 DSCH 使用波束赋形天线在整个小区内发射,或在一部分小区内发射。
3 、物理信道
一个物理信道用一个特定的载频、扰码、信道化码(可选的)、开始和结束时间(有一段持续时间)来定义。对 WCDMA 来讲,一个 10ms 的无线帧被分成 15 个时隙 ( 在码片速率 3.84Mcps 时为 2560chip/slot) 。一个物理信道定义为一个码 ( 或多个码 )
传输信道被描述(比物理层更抽象的高层)为可以映射到物理信道上。在物理层看来,映射是从一个编码组合传输信道( CCTrCH )到物理信道的数据部分。除了数据部分,还有信道控制部分和物理信令。
对于上行物理信道,有:
        上行链路专用物理数据信道 (UL-DPCH)
         物理随机接入信道 (PRACH)Ø
         物理公共分组信道 (PCPCH)
对于下行物理信道,有:
         下行链路专用物理信道 (DL-DPCH)Ø
          物理下行共享信道 (PDSCH)
         公共导频信道 (CPICH)Ø
同步信道 (SCH)Ø
          基本公共控制物理信道( P-CCPCH
         辅助公共控制物理信道( S-CCPCH Ø
         捕获指示信道 (AICH)


寻呼指示信道 (PICH)Ø
         接入前缀捕获指示信道( AP-AICH Ø
         冲突检测信道分配指示信道( CD/CA-ICH

CPCH
状态指示信道( CSICH Ø 

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