[教育]移動通信第9章碼分多址(cdma)移動通信系統(tǒng)

1、第9章 碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng) （二）,9.1 WCDMA系統(tǒng) 9.2 TD-SCDMA系統(tǒng),,,,UMTS(Universal Mobile Telecommunications System， 通用移動通信系統(tǒng))是采用WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)無線接口技術(shù)的第三代移動通信系統(tǒng)， 通常也把UMTS系統(tǒng)稱為WCDMA通信系統(tǒng)。UMTS系統(tǒng)采用了與第二代移動通

2、信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)，包括 UMTS的陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN， UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork)和核心網(wǎng)絡(luò)(CN，Core Network)。,9.1 WCDMA 系 統(tǒng),,,,9.1.1 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu),用戶設(shè)備(UE)+UTRAN+CN構(gòu)成一個完整的WCDMA移動通信系統(tǒng)。UE與UTRAN 之間的接口稱為Uu接口（無線接口）， UTRAN與CN之間的接口稱為Iu接口。,,,,WCD

3、MA是一種直接序列擴(kuò)頻碼分多址（DS-CDMA）系統(tǒng)。 WCDMA無線接口的基本參數(shù)如表9-1所示。,其中無線接入網(wǎng)絡(luò)處理所有與無線有關(guān)的功能，而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的話音呼叫和數(shù)據(jù)連接，并實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的交換和路由功能。CN從邏輯上分為電路交換(CS，Circuit Switched)域和分組交換(PS，Packet Switched)域。,表9-1 WCDMA無線接口基本參數(shù),,,,WCDMA的無線幀長為10 ms，分成15個

4、時隙。信道的信息速率將根據(jù)符號率變化， 而符號率取決于不同的擴(kuò)頻因子(SF)。,,,,SF的取值與具體的雙工模式有關(guān)， 對于FDD模式， 其上行擴(kuò)頻因子為4～256， 下行擴(kuò)頻因子為4～512；對于TDD模式， 其上行和下行擴(kuò)頻因子均為1～16。,無線空中接口指用戶設(shè)備(UE)和網(wǎng)絡(luò)之間的U接口， 它分為控制平面和用戶平面?？刂破矫嬗晌锢韺?、 媒體接入控制層（MAC）、無線鏈路控制層（RLC）和無線資源控制（RRC）等子層組成。,在用戶

5、平面的RLC子層之上有分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）和廣播/組播控制（BMC）。整個無線接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖9-1所示。,,,,圖9-1 無線接口的分層結(jié)構(gòu),,,,RRC(無線資源控制)層位于無線接口的第三層,它主要處理UE和UTRAN的第三層控制平面之間的信令,包括處理連接管理功能、無線承載控制功能、 RRC連接移動性管理和測量功能。,,,,UTRAN的結(jié)構(gòu)如圖9-2中的虛線框所示。,媒體接入控制層屏蔽了物理介質(zhì)的特征,為高層提供了使用物

6、理介質(zhì)的手段。高層以邏輯信道的形式向MAC層傳輸信息,MAC完成傳輸信息的有關(guān)變換， 通過傳輸信道將信息發(fā)向物理層。,圖9-2 UTRAN的結(jié)構(gòu),,,,傳輸信道是物理層提供給高層（MAC）的業(yè)務(wù)。 根據(jù)其傳輸方式或所傳輸數(shù)據(jù)的特性， 傳輸信道分為兩類： 專用信道(DCH)和公共信道。,,,,9.1.2 WCDMA無線接口,1. WCDMA無線接口的物理層,其中,RACH、CPCH為上行公共信道,BCH、 FACH、PCH和DSCH為下

7、行公共信道。,公共傳輸信道又分為6類：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)、公共分組信道(CPCH)和下行共享信道(DSCH)。,物理層將通過信道化碼（碼道）、頻率、正交調(diào)制的同相（I）和正交（Q）分支等基本的物理資源來實現(xiàn)物理信道， 并完成與上述傳輸信道的映射。,,,,一般的物理信道包括3層結(jié)構(gòu)： 超幀、 幀和時隙。超幀長度為720 ms，包括72個幀；每幀長為10 ms，對應(yīng)的

8、碼片數(shù)為38 400 chip；每幀由15個時隙組成,一個時隙的長度為2560 chip；每時隙的比特數(shù)取決于物理信道的信息傳輸速率。,與傳輸信道相對應(yīng)， 物理信道也分為專用物理信道和公共物理信道。,上行物理信道分為專用上行物理信道和公共上行物理信道。,,,,專用上行物理信道有兩類，即專用上行物理數(shù)據(jù)信道(上行DPDCH)和專用上行物理控制信道(上行DPCCH)。,(1) 專用上行物理信道。,1) 上行物理信道,DPDCH用于傳送專用傳

9、輸信道(DCH)。在每個無線鏈路中，可能有0、1或若干個上行DPDCH。DPCCH用于傳輸物理層產(chǎn)生的控制信息。,在WCDMA無線接口中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率、信道數(shù)、發(fā)送功率等參數(shù)都是可變的。為了使接收機(jī)能夠正確解調(diào)，必須將這些參數(shù)在物理層控制信息中通知接收機(jī)。,,,,物理層控制信息由為相干檢測提供信道估計的導(dǎo)頻比特、 發(fā)送功率控制(TPC)命令、 反饋信息(FBI)、 可選的傳輸格式組合指示(TFCI)等組成。,上行專用物理信道的幀結(jié)構(gòu)如

10、圖9-3所示。 每一長度10 ms的幀分為15個時隙， 每一時隙的長度為Tslot=2560個碼片(chip)， 對應(yīng)于一個功率控制周期。 DPDCH和DPCCH是并行碼分復(fù)用傳輸?shù)摹?,,,在每一個無線鏈路中， 只有一個上行DPCCH。,TFCI通知接收機(jī)在上行DPDCH的一個無線幀內(nèi)同時傳輸?shù)膫鬏斝诺赖乃矔r傳輸格式組合參數(shù)。,圖9-3 上行專用物理信道的幀結(jié)構(gòu),,,,與上行傳輸信道相對應(yīng)，公共上行物理信道也分為兩類。用于承載RACH

11、的物理信道稱為物理隨機(jī)接入信道(PRACH)，用于承載CPCH的物理信道稱為物理公共分組信道(PCPCH)。,,,,(2) 公共上行物理信道:,物理隨機(jī)接入信道(PRACH)用于移動臺在發(fā)起呼叫等情況下發(fā)送接入請求信息。 PRACH的傳輸基于時隙ALOHA協(xié)議， 可在一幀中的任一個時隙開始傳輸。,圖9-4 隨機(jī)接入的發(fā)送格式,,,,隨機(jī)接入的發(fā)送格式示于圖9-4。,它由一個或幾個長度為4096 chip的前置序列和10 ms或20 ms

12、的消息部分組成。隨機(jī)接入突發(fā)前置部分中,長為4096 chip由長度為16的擴(kuò)頻(特征)序列的256次重復(fù)組成占兩個物理時隙進(jìn)行傳輸。,,,,隨機(jī)接入消息部分的物理傳輸結(jié)構(gòu)與上行專用信道的相同,但擴(kuò)頻比僅有256、128、64和32幾種形式,占用15或30個時隙,每個時隙內(nèi)可以傳送10/20/40/80個比特。,其控制部分的擴(kuò)頻比與專用信道的相同,但其導(dǎo)頻比特僅有8bit一種形式,導(dǎo)頻比特圖案與專用信道中Npilot=8的情況完全相同。

13、,,,,物理公共分組信道(PCPCH)是一條多用戶接入信道， 傳送CPCH傳輸信道上的信息。 接入?yún)f(xié)議基于帶沖突檢測的時隙載波偵聽多址(CSMA/CD)， 用戶可以在無線幀中的任何一個時隙作為開頭開始傳輸, 其傳輸結(jié)構(gòu)如圖9-5所示。,在10ms的消息格式中,隨機(jī)接入消息中的TFCI的總比特數(shù)也為15×2=30bit。無線幀中TFCI的值對應(yīng)于當(dāng)前隨機(jī)接入信道部分的傳輸格式。在使用20ms消息格式的情況下,TFCI在第二個無線

14、幀重復(fù)。,,,,,PCPCH的 格式與PRACH類似,但增加了一個沖突檢測前置碼和 一個可選的功率控制前置碼,消息部分可能包括一個或多個10ms長的幀。,與PRACH類似,消息有兩個部分—高層用戶數(shù)據(jù)部分和物理層控制信息部分。數(shù)據(jù)部分采用和DPDCH一樣的擴(kuò)頻因子:4、8、16、32、64、128和 256;控制部分的擴(kuò)頻因子是256。,圖9-5 PCPCH上的傳輸結(jié)構(gòu),上行專用物理信道和上行公共物理信道的擴(kuò)頻和調(diào)制分別如圖9-6和9-

15、7所示。,,,,(3) 上行信道的擴(kuò)頻與調(diào)制。,圖9-6 上行DPDCH／DPCCH的擴(kuò)頻與調(diào)制,圖9-7 PRACH消息部分的擴(kuò)頻和調(diào)制,,,,,,,在上行DPDCH/DPCCH的擴(kuò)頻與調(diào)制中,1個DPCCH和最多6個并行的DPDCH可以同時發(fā)送。所有的物理信道數(shù)據(jù)先被信道碼cd,n或cc擴(kuò)頻,再被乘以不同的增益β(βd代表業(yè)務(wù)信道增益,βc代表控制信道增益),合并后分別調(diào)制到兩個正交支路I和Q上,最后還是經(jīng)過復(fù)數(shù)擾碼。PRACH消息

16、部分的擴(kuò)頻和調(diào)制與上行DPDCH/DPCCH的擴(kuò)頻和調(diào)制相似。,在上述擴(kuò)展過程中,信道碼cd(cd,n)或cc擴(kuò)頻因子(OVSF))碼,它的作用是保證所有用戶不同物理信道之間的正交性。OVSF碼可以用圖9-8所示的碼樹來定義。,圖9-8 產(chǎn)生正交可變擴(kuò)頻因子碼的碼樹,,,,圖中,OVSF碼可以描述為cSF,code number,其中的SF代表了DPDCH的擴(kuò)展因子,code number是擴(kuò)展碼的編號。如c4,2表示的是擴(kuò)展因子為4

17、的第2號碼,c4,2=(1,1,-1m-1) 。,復(fù)數(shù)擾碼是采用下列方法產(chǎn)生的：,(9-1),其中, w0和w1是碼片速率的序列， 定義為,w0={(+1+1)(+1+1)(+1+1)(+1+1)…} (9-2) w1={(+1-1)(+1-1)(+1-1)(+1-1)…} (9-3),用下式給出：,k=0， 1， 2， … (9-4),,,,在 OVSF的碼樹中,我

18、們可按一定的規(guī)則來選取不同SF的相互正交的碼,如c4,1和c2,2相互正交。,圖9-9 上行鏈路短擾碼生成器,,,,下行DPCH由傳輸數(shù)據(jù)部分的DPDCH和傳輸控制信息(導(dǎo)頻比特、TPC命令和可選的TFCI)部分（DPCCH）組成，以時分復(fù)用的方式發(fā)送,如圖9-10所示。,,,,2) 下行物理信道,(1) 下行專用物理信道（DPCH）:,下行物理信道分為下行專用物理信道(DPCH)和下行公共物理信道(包括公共下行導(dǎo)頻信道(CPICH)

19、、基本公共控制物理信道(PCCPCH) 、輔助公共控制物理信道(SCCPCH) 、同步信道(SCH) 、捕獲指示信道(AICH) 、尋呼指示信道(PICH) 。,圖9-10 下行DPCH的幀結(jié)構(gòu),,,,每個下行DPCH時隙的總比特數(shù)由擴(kuò)頻系數(shù)SF =512／2k決定， 擴(kuò)頻系數(shù)的范圍由512到4。,下行鏈路可能采用多碼傳輸， 一個或幾個傳輸信道經(jīng)編碼復(fù)接后， 組成的組合編碼傳輸信道(CCTrCH)使用幾個并行的擴(kuò)頻系數(shù)相同的下行DPCH

20、進(jìn)行傳輸。,,,,在不同的下行時隙格式中， 下行鏈路DPCH中Npilot的比特數(shù)為2到16， NTPC為2到8比特， NTFCI為0到8比特， Ndata1和Ndata2的確切比特數(shù)取決于傳輸速率和所用的時隙格式。 下行鏈路使用哪種時隙格式由高層設(shè)定。,圖9-11 多碼傳輸時下行鏈路的時隙格式,,,,此時,物理層的控制信息僅放在第一個下行DPCH上,其他附加的DPCH相應(yīng)的控制信息的傳輸時間不發(fā)送任何信息, 即采用不連續(xù)發(fā)射(DTX)

21、,如圖9-11所示。,,,,(2) 公共下行導(dǎo)頻信道（CPICH）:,CPICH是固定速率(30 kb／s， SF=256)的下行物理信道， 攜帶預(yù)知的20比特(10個符號)導(dǎo)頻序列（且沒有任何物理控制信息）。,公共導(dǎo)頻信道有兩類：基本CPICH和輔助CPICH， 它們的用途不同，物理特征上也有所不同。,,,,(3) 基本公共控制物理信道（PCCPCH）:,基本CCPCH為固定速率(SF=256)的下行物理信道， 用于攜帶BCH。 在每

22、個時隙的前256個碼片不發(fā)送CCPCH的任何信息（Tx off）， 因而可攜帶18比特的數(shù)據(jù)。,基本CCPCH與下行DPCH的不同是沒有TPC命令、TFCI和導(dǎo)頻比特。在每一時隙的前256個碼片,即基本CCPCH不發(fā)送的期間,發(fā)送基本SCH和輔助SCH(見圖9-13),圖9-13 同步信道(SCH)結(jié)構(gòu),,,,,,,(4) 輔助公共控制物理信道（SCCPCH）:,輔助CCPCH用于攜帶FACH和PCH。 有兩類輔助CCPCH： 包括TF

23、CI的和不包括TFCI的， 由UTRAN決定是否發(fā)送TFCI。 輔助CCPCH可能的速率集和下行DPCH相同。 輔助CCPCH的幀結(jié)構(gòu)如圖9-12所示， 擴(kuò)頻系數(shù)的范圍為4~256。,圖9-12 輔助公共控制物理信道的幀結(jié)構(gòu),,,,同步信道(SCH)是用于小區(qū)搜索的下行信道。 SCH由兩個子信道組成： 基本SCH和輔助SCH。SCH無線幀的結(jié)構(gòu)如圖9-13所示。,,,,(5) 同步信道(SCH):,圖9-13 同步信道(SCH)結(jié)構(gòu),圖

24、9-14 捕獲指示信道(AICH)的結(jié)構(gòu),,,,(6) 捕獲指示信道（AICH）:,捕獲指示信道(AICH)為用于攜帶捕獲指示(AI)的物理信道， 它給出移動終端是否已得到一條PRACH的指示。 AIi對應(yīng)于PRACH或PCPCH上的特征碼i。 AICH的幀結(jié)構(gòu)如圖9-14所示。,包括由15個連續(xù)接入時隙(AS)組成的重復(fù)序列， 每一個AS的長度為40個比特間隔， 每個AS包括32個比特和1024個碼片長度的空部分， 采用固定的擴(kuò)展因子

25、128。,,,,圖9-14 捕獲指示信道(AICH)的結(jié)構(gòu),圖9-15 尋呼指示信道(PICH)的結(jié)構(gòu),,,,(7) 尋呼指示信道（PICH）:,尋呼指示信道(PICH)是固定速率的物理信道(SF=256)， 用于攜帶尋呼指示(PI)。 PICH總是與SCCPCH相關(guān)聯(lián)。 PICH的幀結(jié)構(gòu)如圖9-15所示。,在每一個PICH幀中發(fā)送N個尋呼指示, N=18、 36、 72或144。,,,,圖9-15 尋呼指示信道(PICH)的結(jié)構(gòu),

26、一個長度為10 ms的PICH由300 bit組成， 其中288 bit用于攜帶尋呼指示， 剩下的12 bit未用。,如果在某一幀中尋呼指示置為“1”， 則表示與該尋呼指示有關(guān)的移動臺應(yīng)讀取SCCPCH的對應(yīng)幀。,圖9-16 下行DPCH的擴(kuò)頻和調(diào)制,,,,(8) 下行鏈路的擴(kuò)頻和調(diào)制:,除了SCH外， 所有下行物理信道的擴(kuò)頻和調(diào)制過程如圖9-16所示。,數(shù)字調(diào)制方式是QPSK， 每一組兩個比特經(jīng)過串/并變換之后分別映像到I和Q支路。,

27、不同的物理信道使用不同的信道碼，而同一個小區(qū)的物理信道則使用相同的擾碼。,,,,I和Q支路隨后用相同的信道碼擴(kuò)頻至碼片速率(實數(shù)擴(kuò)頻)，然后再用復(fù)數(shù)的擾碼Sdl,n對其進(jìn)行擾碼。,SCH和其它下行物理信道的時分多路復(fù)用如圖9-17所示。 基本SCH和輔助SCH是碼分多路的， 并且在每個時隙的第1個256碼片中同時傳輸。,圖9-17 SCH和下行物理信道的時分多路復(fù)用,,,,SCH的傳輸功率可以通過增益因子GP和GS來分別加以調(diào)節(jié).與PC

28、CPCH的傳輸功率是不相關(guān)的。,圖9-16中使用的信道化擴(kuò)頻碼與上行中所用的信道化擴(kuò)頻碼相同，為正交擴(kuò)頻因子(OVSF)碼?；綜PICH使用c256,0，PCCPCH使用c256,1, 其余信道的擴(kuò)頻碼由網(wǎng)絡(luò)決定。,,,,圖9-16 下行DPCH的擴(kuò)頻和調(diào)制,,,,,擾碼的長度為38 400碼片,共有218-1=262 143個擾碼,序號為0,…,262 142,但實際上只用序號為k=0, 1, …, 8191的擾碼,共8192個,分

29、成512個集合。,每個集合有16個碼,其中一個是基本擾碼,碼序號為n=16×i，i=0, …, 511，其它15個為輔助擾碼,第i個集合中的碼序號為16×i+k, k=1, …, 15。,此外,在壓縮模式下,要改變所使用的擾碼,將序號為k的擾碼替換成對應(yīng)的兩各擾碼之一,序號分別為k+8192和k+16 384。,擾碼序列是通過將兩個實數(shù)序列合并為一個復(fù)數(shù)序列構(gòu)成的。每一個實數(shù)序列由如下兩個x和y序列的對應(yīng)位模2加而成

30、，它實際上是一個Gold序列： x序列用本原多項式1+x7+x18, y序列用多項式1+x5+x7+x10+x18。,,,,x序列取決于選定的擾碼序號n，表示為xn。這樣，令xn(i)和y(i)分別表示序列xn和y的第i個符號, m序列xn和y就可以這樣構(gòu)成：,在一個CCTrCH上可以混合使用基本擾碼和輔助擾碼。,其后序列的遞歸定義為xn(i+18)=xn(i+7)+xn(i) mod 2 i=0, …, 218

31、-2y(i+18)=y(i+10)+y(i+7)+y(i+5)+y(i) mod 2 i=0, …, 218-2,,,,初始條件： x0(0)=x0(1)=…=x0(16)=0, x0(17)=1 y(0)=y(1)=…=y(16)=y(17)=1,xn用如下的等式構(gòu)成： xn(i)=x0((i+n) mod 218-1) i=0, …

32、, 218-2,第n個Gold碼序列zn定義為 zn(i)=xn(i)+y(i) mod 2 i=0, …, 218-2經(jīng)過“0”→“+1”， “1”→“-1”變換成為實數(shù)值。,,,,最后， 第n個復(fù)數(shù)擾碼序列cscramb定義為(其中, N為38 400， M=217=131 072)： cscramb(i)=zn(i)+jzn(i+M) i=0

33、, 1, …, N-1,基本同步碼系列cp是這樣產(chǎn)生的:,,,,哈達(dá)碼序列有如下的遞歸定義：,令 y=,則 cp=,其中,y(i)表示y的第i位,輔助同步碼的產(chǎn)生方法如下:,,,,(9) 下行鏈路發(fā)射分集:,下行鏈路發(fā)射分集是指在基站方通過兩根天線發(fā)射信號，每根天線被賦予不同的加權(quán)系數(shù)(包括幅度、 相位等)，從而使接收方增強(qiáng)接收效果， 改進(jìn)下行鏈路的性能。發(fā)射分集包括開環(huán)發(fā)射分集和閉環(huán)發(fā)射分集。,開環(huán)發(fā)射分集不需要移動臺的反饋，基

34、站的發(fā)射先經(jīng)過空間時間塊編碼，再在移動臺中進(jìn)行分集接收解碼，改善接收效果。,,,,開環(huán)發(fā)射分集主要包括TSTD(Time Switched Transmit Diversity， 時間切換發(fā)射分集)和STTD(Space Time block coding based Transmit antenna Diversity， 空間時間發(fā)射分集)。,閉環(huán)發(fā)射分集需要移動臺的參與， 移動臺實時監(jiān)測基站的兩個天線發(fā)射的信號幅度和相位等， 然后在

35、反向信道里通知基站下一次應(yīng)發(fā)射的幅度和相位， 從而改善接收效果。,圖9-18 STTD編碼過程,,,,STTD發(fā)射分集的編碼過程如圖9-18所示。,輸入的信道比 特分為4比特一組(b0,b1,b2,b3),經(jīng)過STTD編碼后實際發(fā)往天線1的比特與原比特同為(b0,b1,b2,b3),實際發(fā)往天線2的比特為(-b2,b3,b0,-b1) 。,圖9-19 DPCH的STTD編碼過程,,,,下面以DPCH為例說明STTD編碼的應(yīng)用，其過程如

36、圖9-19所示，,其中的信道編碼、速率匹配和交織與在非分集模式下相同。為了使接收端能夠確切地估計每個信道的特性，需要在每個天線上插入導(dǎo)頻。,圖9-20 DPCH采用反饋模式發(fā)射分集的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu),,,,閉環(huán)發(fā)射分集實質(zhì)上是一種需要移動臺參與的反饋模式發(fā)射分集， 只有DPCH采用閉環(huán)發(fā)射分集方式， 需要使用上行信道的FBI域。,DPCH采用反饋模式發(fā)射分集的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)如圖9-20所示:,,,,加權(quán)因子由移動臺決定，并用上行DPCCH的FBI

37、域中的D域來傳送。,其與通常的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)的主要不同在于這里有兩個天線的加權(quán)因子w1和w2(復(fù)數(shù))。,3) 業(yè)務(wù)信道的復(fù)接,傳輸信道到物理信道的映射關(guān)系如圖9-21所示。,圖9-21 傳輸信道到物理信道的映射,,,,如圖所示，DCH經(jīng)編碼和復(fù)用后，形成的數(shù)據(jù)流串行地映射(先入先映射)到物理信道；BCH、FACH和PCH的數(shù)據(jù)流經(jīng)編碼、交織后分別直接映射到基本和輔助CCPCH上；對RACH，編碼和交織后的比特映射到PRACH的隨機(jī)接入突發(fā)的

38、消息部分。,,,,下面討論具體的編碼和復(fù)用過程。,(1) 物理層數(shù)據(jù)傳輸格式。,在物理層和MAC間交互的所有傳輸信道規(guī)定為單向鏈路，即上行或下行，移動終端可以同時具有一個或多個傳輸信道。,在同一時間使用同一個傳輸信道，在物理層和MAC間交換的一組傳輸塊稱作傳輸塊集。傳輸塊中的比特數(shù)定義為傳輸塊的大小。,,,,在物理層和MAC間信息交換的基本單元定義為傳輸塊。典型的傳輸塊為RLC的一個協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，物理層為每一個傳輸塊添加CRC

39、。,在一個給定的傳輸塊集中，傳輸塊的大小總是固定的，也就是說，在一個傳輸塊集中的所有傳輸塊應(yīng)是相同大小的。,MAC層是按照固定的傳輸時間間隔向物理層傳輸數(shù)據(jù)塊的。,,,,圖中同時也示出了不同TTI的大小，可能的TTI大小為10、20、40和80 ms。,圖9-22為在物理層與MAC間通過三個并行的傳輸信道同時交換傳輸塊集的示例。每一個傳輸塊集由大量的傳輸塊組成。,傳輸時間間隔(TTI)定義為傳輸塊集的到達(dá)間隔，它等于物理層在無線接口中發(fā)

40、送傳輸塊集的周期。TTI總是最小交織周期(10 ms)的倍數(shù)，MAC層每個TTI向物理層發(fā)送一次傳輸塊集。,圖9-22 MAC和物理層間數(shù)據(jù)的交換,,,,傳輸格式定義為在一個傳輸信道上，在一個TTI中發(fā)送傳輸塊集的格式。傳輸格式由兩部分組成，分別稱作動態(tài)部分和半靜態(tài)部分。,,,,半靜態(tài)部分的屬性包括傳輸時間間隔、使用的差錯保護(hù)方案（差錯保護(hù)類型（Turbo編碼、卷積編碼或不編碼）、糾錯編碼速率、靜態(tài)速率匹配參數(shù)、鑿孔極限）以及CRC大小

41、。,動態(tài)部分的屬性包括傳輸塊大小、 傳輸塊集大小。,,,,傳輸格式組合集定義為在編碼組合傳輸信道上的傳輸格式組合的集合。,半靜態(tài)部分：{10 ms，卷積編碼，靜態(tài)速率匹配參數(shù)=1}。它表示傳輸時間間隔為10 ms，采用的糾錯編碼為卷積編碼， 靜態(tài)速率匹配參數(shù)為1。,動態(tài)部分：{320 bit，640 bit}。它表示傳輸塊大小為320 bit；傳輸塊集由兩個傳輸塊組成，其大小為640 bit。,,,,·動態(tài)部分：,組合3 D

42、CH1： {160 bit， 160 bit}； DCH2： {320 bit， 320 bit}； DCH3： {320 bit， 320 bit}。,組合2 DCH1： {40 bit， 40 bit}； DCH2： {320 bit， 1280 bit}； DCH3： {320 bit， 320 bit}；,組合1 DCH1： {20 bit， 20 bit}； DCH2： {320 bit， 12

43、80 bit}； DCH3： {320 bit， 320 bit}；,·半靜態(tài)部分：,DCH1： {10 ms， 卷積編碼， 靜態(tài)速率匹配參數(shù)=1}； DCH2： {10 ms， 卷積編碼， 靜態(tài)速率匹配參數(shù)=1}； DCH3： {40 ms， Turbo編碼， 靜態(tài)速率匹配參數(shù)=2}。,,,,(2) 信道編碼與復(fù)接:,上行和下行信道編碼／復(fù)接分別如圖9-23和圖9-24所示。,其基本的過程包括：添加CRC校驗比特、傳輸塊

44、級聯(lián)和碼組分段、信道編碼、速率匹配、交織、無線幀分段、傳輸信道復(fù)接、物理信道分段、交織和物理信道映射等。 在下行信道中還需插入不連續(xù)發(fā)送指示比特(DTX)。,圖9-23 上行傳輸信道復(fù)接結(jié)構(gòu),,,,圖9-24 下行傳輸信道復(fù)接結(jié)構(gòu),,,,CRC為24、16、12、8或0 bit，其生成多項式分別為 gCRC24(D)=D24+D23+D6+D5+D+1 gCRC16(D)=D16+D12+D5+1 gCRC12(D)=D

45、12+D11+D3+D2+D+1 gCRC8(D)=D8+D7+D4+D3+D+1,,,,傳輸塊級聯(lián)和碼塊分段的功能是將一個TTI中的所有傳輸塊級聯(lián)到一起。,如果級聯(lián)后的比特數(shù)大于一個信道編碼單元（碼塊）的最大允許比特數(shù)Z， 那么要將級聯(lián)后的比特進(jìn)行分段， 分段后的碼塊具有相同的長度。,,,,碼塊的最大長度取決于TrCH的編碼方式(卷積編碼時，Z=504；Turbo編碼時，Z=5114；不編碼時，Z不受限)。,分段后的碼塊送給信

46、道編碼模塊進(jìn)行信道編碼操作, 從而形成無線幀。,TrCH可用的信道編碼方案為卷積編碼、Turbo編碼、不編碼。不同類型的TrCH上使用的編碼方案和編碼速率如表9-2所示。,表9-2 編碼方案和編碼速率,,,,,,,2. WCDMA無線接口的MAC層,MAC層負(fù)責(zé)將邏輯信道映射到傳輸信道，為每個傳輸信道選擇合適的傳輸格式(TF)。MAC向上層提供以下業(yè)務(wù)：,(3) 測量報告。 該服務(wù)向RRC報告本地測量結(jié)果。,(2) 無線資源和MAC層參

47、數(shù)的重新分配。 該服務(wù)是由RRC來控制執(zhí)行的。,(1) 數(shù)據(jù)傳輸。 通過該服務(wù)， 可以實現(xiàn)端到端MAC層實體間MAC SDU的無分段、 非確認(rèn)的傳輸。,,,,業(yè)務(wù)信道包括專用業(yè)務(wù)信道（DTCH）和公共業(yè)務(wù)信道（CTCH）。,控制信道包括同步控制信道（SCCH）、廣播控制信道（BCCH）、尋呼控制信道（PCCH）、專用控制信道（DCCH）、公共控制信道（CCCH）以及共享控制信道（SHCCH）。,MAC層通過邏輯信道向高層提供服務(wù)， 或者

48、說邏輯信道是MAC層向上層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的接口。,邏輯信道類型是由其傳輸?shù)男畔㈩悇e來定義的。,所有邏輯信道可分為兩大類： 控制信道和業(yè)務(wù)信道。,,,,邏輯信道的信息經(jīng)過MAC層后， 將映射至相應(yīng)的傳輸信道。,DCCH和DTCH可映射至RACH和FACH， 或CPCH和FACH， 或RACH和DSCH， 或DCH和DSCH， 或DCH； DCCH還可映射至FAUSCH；,以下列出了邏輯信道至傳輸信道的映射關(guān)系， 反之亦然：,BCCH可映

49、射至BCH， 也可映射至FACH；,PCCH可映射至PCH；,CCCH可映射至RACH和FACH；,SHCCH映射至RACH和USCH/FACH以及DSCH。,CTCH映射至FACH；,MAC層的主要功能有：進(jìn)行邏輯信道和傳輸信道間的映射，為每一傳輸信道選擇合適的傳輸格式，對每一移動終端（UE）的不同數(shù)據(jù)流進(jìn)行優(yōu)先級處理，對不同UE進(jìn)行優(yōu)先級處理，在DSCH和FACH上對不同用戶的數(shù)據(jù)流進(jìn)行優(yōu)先級處理，在公用傳輸信道上識別不同移動終端（

50、UE），復(fù)用和解復(fù)用，業(yè)務(wù)流量監(jiān)控，動態(tài)傳輸信道類型切換，對透明RLC進(jìn)行加密和解密，為RACH和CPCH進(jìn)行ASC選擇。,,,,,,,3. WCDMA無線接口的鏈路層控制協(xié)議,1) 無線鏈路控制（RLC）協(xié)議,無線鏈路控制（RLC）協(xié)議主要完成對數(shù)據(jù)單元的分割和組裝， 加密和解密， 用判決反饋重傳實現(xiàn)對數(shù)據(jù)單元的差錯控制， 并通過收、 發(fā)窗口進(jìn)行流量控制等。,RLC有三種工作模式:透明模式(Transparent Mode)、 非確認(rèn)

51、模式(Unacknowledged Mode)和確認(rèn)模式(Acknowledged Mode)。RLC的建立、 釋放和重新配置由RRC控制。,,,,對于非確認(rèn)模式，發(fā)射端從高層接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元， RLC將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元分割成一定大小的RLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元。,(2) 非確認(rèn)模式(UM)。,(1) 透明模式(Tr)。,對于透明模式，發(fā)射端從高層接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元， RLC將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元分割成一定大小的RLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元而不附加任何RLC開銷。,一

52、個AM協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）內(nèi)有一個有效載荷單元(PU)，MUX決定在什么時候?qū)⒛囊粋€協(xié)議數(shù)據(jù)單元送給MAC，通常控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元在一個邏輯信道里傳輸，而數(shù)據(jù)協(xié)議數(shù)據(jù)單元在另外一個邏輯信道里傳輸, 如圖9-25所示。,,,,(3) 確認(rèn)模式(AM):,確認(rèn)模式比較復(fù)雜,它包含反饋重傳機(jī)制ARQ。通過ARQ，可以實現(xiàn)RLC層的差錯控制。,與非確認(rèn)模式類似，發(fā)射端通過AM-SAP從高層接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元。RLC將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)分段／

53、級聯(lián)為固定長度的有效載荷單元(PU)。,圖9-25 應(yīng)答模式實體模型,,,,目前，最常見的高層數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸協(xié)議有： 網(wǎng)絡(luò)層的IPv4與IPv6、傳輸層的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)和傳輸控制協(xié)議(TCP)等。,,,,2) 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP),PDCP以三種不同的RLC傳輸方式(確認(rèn)、非確認(rèn)和透明方式)來提供對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的發(fā)送和接收。,為了有效支持上述協(xié)議和其他新型的協(xié)議， 而不需對RLC或MAC層作任何改動，在W

54、CDMA中引入了分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)。,廣播/組播(BMC)協(xié)議子層負(fù)責(zé)傳輸來自網(wǎng)絡(luò)的需要廣播或組播給小區(qū)內(nèi)所有移動臺的信息。BMC子層僅存在于無線空中接口的用戶平面上，它暫時存放從高層來的用戶數(shù)據(jù)，直到將它們調(diào)度好后準(zhǔn)備發(fā)送。,,,,它在一條公用業(yè)務(wù)信道（CTCH）上使用RLC的非確認(rèn)模式來傳輸信息。,3） 廣播/組播(BMC)協(xié)議,PDCP負(fù)責(zé)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)從一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議到一種RLC實體間的映射，并且完成了在傳輸實體

55、端對網(wǎng)絡(luò)PDU的冗余控制信息的壓縮和在接收實體端的解壓縮。,RRC協(xié)議是UTRAN中高層協(xié)議的核心規(guī)范，其中包括了UE和UTRAN之間傳遞的幾乎所有的控制信令，以及UE在各種狀態(tài)下無線資源的使用情況、 測量任務(wù)和執(zhí)行的操作。,,,,4. WCDMA無線接口的無線資源控制,系統(tǒng)中無線資源包含WCDMA頻率、不同信道類型、信道碼、擴(kuò)頻因子、擾碼和控制發(fā)射功率的能力等。,對不希望在小區(qū)內(nèi)廣播的用戶數(shù)據(jù),BMC對其進(jìn)行透明傳遞。BMC還完成其他

56、一些功能，如在網(wǎng)絡(luò)側(cè)周期性地估計小區(qū)廣播的業(yè)務(wù)量大小，并用一個指示原語將此信息轉(zhuǎn)給RRC層。,圖9-26 RRC與低層的交互動作,,,,·廣播由非接入層(核心網(wǎng))提供的信息； ·廣播與接入層相關(guān)的信息； ·建立、 維持及釋放UE和UTRAN之間的一個RRC連接；·建立、 重新配置及釋放無線承載；·分配、 重新配置及釋放用于RRC連接的無線資源；·RRC連接移動功能；

57、·控制所需的QoS；·UE測量的報告和對報告模式的控制；,,,,RRC層的主要功能有：,·外環(huán)功率控制； ·安全模式控制； ·慢速動態(tài)信道分配； ·尋呼；·初始小區(qū)選擇和重選；·上行鏈路DCH上無線資源的仲裁； ·RRC消息完整性保護(hù)；·定時提前；·CBS控制。 RRC的連接建立過程如圖9-27所

58、示。,,,,圖9-27 RRC的連接建立過程,,,,圖9-28 R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,,,9.1.3 WCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò),1. WCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),R99版本中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9-28所示。,因此，在核心網(wǎng)絡(luò)中,CS域和PS域是并列的。R99中CS域的功能實體包括MSC、VLR、GMSC等。PS域特有的功能實體包括SGSN和GGSN，為用戶提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。,,,,圖9-28中所有功能實體都可作為獨立的物理設(shè)備。,HLR、AuC、

59、EIR為CS域和PS域共用設(shè)備，在無線接入網(wǎng)中可支持GSM的BSS以及UTRAN的RNS。,R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計中充分考慮了第二代（2G）/第三代（3G）移動通信系統(tǒng)的兼容， 以支持GSM／GPRS／3G的平滑過渡。,A接口和Abis接口定義在GSM08-series技術(shù)規(guī)范中； Iu-CS接口定義在UMTS25.4xx-series技術(shù)規(guī)范中； B、C、D、E、F和G接口則是以7號信令方式實現(xiàn)相應(yīng)的移動應(yīng)用部分(MAP)，用于完成數(shù)據(jù)

60、交換。H接口未提供標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。,,,,1) CS域的接口,2) PS域的接口,Gb接口定義在GSM08.14、 08.16 和 08.18 技術(shù)規(guī)范中；,Iu-PS接口定義在UMTS25.4xx-series技術(shù)規(guī)范中；,,,,Gc、 Gr、 Gf、 Gd接口則是基于7號信令的MAP協(xié)議；,Gs實現(xiàn)SGSN與MSC之間的聯(lián)合操作， 基于SCCP/BSSAP+協(xié)議； Ge基于CAP協(xié)議； Gn/Gp協(xié)議由GTP V0升級到V1版本； Ga／

61、Gi協(xié)議沒有太大改動。,圖9-29所示為R4版本的PLMN基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。,圖9-29 支持CS和PS業(yè)務(wù)的PLMN的基本配置（R4）,,,,R4版本中PS域的功能實體SGSN 和GGSN沒有改變，與外界的接口也沒有改變。,,,,MSC服務(wù)器和CS-MGW共同完成MSC功能；對應(yīng)的GMSC也分成GMSC服務(wù)器和CS-MGW。各實體的功能如下。,但為了支持全I(xiàn)P網(wǎng)發(fā)展需要，R4版本中CS域?qū)嶓w有所變化，如MSC根據(jù)需要可分成兩個不同的實體：

62、MSC服務(wù)器(MSC Server，僅用于處理信令)和電路交換媒體網(wǎng)關(guān)(CS-MGW，用于處理用戶數(shù)據(jù))。,(1) MSC服務(wù)器(MSC Server)：主要由MSC的呼叫控制和移動控制組成，負(fù)責(zé)完成CS域的呼叫處理等功能。MSC服務(wù)器終接用戶-網(wǎng)絡(luò)信令， 并將其轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令。 MSC服務(wù)器也可包含VLR以處理移動用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和CAMEL相關(guān)數(shù)據(jù)。,,,,(2) 電路交換媒體網(wǎng)關(guān)(CS-MGW)是PSTN／PLMN的傳輸終接點

63、，并且通過Iu接口連接核心網(wǎng)和UTRAN。,圖9-30是R5版本的PLMN基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(沒有包括多媒體（IM）子系統(tǒng)部分)。,(3) GMSC服務(wù)器(GMSC Server)主要由GMSC的呼叫控制和移動控制組成。,,,,圖9-30 R5版本的PLMN基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,,,歸屬用戶服務(wù)器(HSS)是指定用戶的主數(shù)據(jù)庫， 包含支持網(wǎng)絡(luò)實體處理呼叫／會話的相關(guān)簽約信息。 HSS包括HLR和鑒權(quán)中心(AuC)。,,,,IP多媒體核心網(wǎng)子系統(tǒng)實體

64、配置如圖9-31所示。 下面簡要介紹該子系統(tǒng)的各實體功能。,R5新增了漫游信令網(wǎng)關(guān)(R-SGW)和T-SGW； 新增了IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)。,圖9-31 IP多媒體核心網(wǎng)子系統(tǒng)實體配置,,,,② S-CSCF實現(xiàn)UE的會話控制功能， 維持網(wǎng)絡(luò)運營商支持該業(yè)務(wù)所需的會話狀態(tài)。,,,,(1) 呼叫服務(wù)器控制功能(CSCF):,CSCF可起到代理CSCF(P-CSCF)、服務(wù)CSCF(S-CSCF)或詢問CSCF(I-CSCF)的作用。

65、,① P-CSCF是IP多媒體核心網(wǎng)子系統(tǒng)(IMS)內(nèi)的第一個接觸點，接受請求并進(jìn)行內(nèi)部處理或在翻譯后接著轉(zhuǎn)發(fā)。,③ I-CSCF是運營網(wǎng)絡(luò)內(nèi)關(guān)于所有到用戶的IMS連接的主要接觸點，用于所有與該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)簽約用戶或當(dāng)前位于該網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)漫游用戶相關(guān)的連接。,IM-MGW能夠支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制和有效負(fù)荷的處理，并能提供支持UMTS／GSM傳輸媒體的必需資源。,,,,(2) 媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF):,MGCF的主要功能包括：負(fù)責(zé)控制適

66、于媒體信道連接控制的呼叫狀態(tài)部分，與CSCF的通信，根據(jù)來自傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的入局呼叫的路由號碼選擇CSCF，執(zhí)行ISUP與IMS網(wǎng)絡(luò)呼叫控制協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，并能將其所收到的頻段信息轉(zhuǎn)發(fā)給CSCF/IM-MGW。,(3) IP多媒體—媒體網(wǎng)關(guān)功能(IM-MGW):,MRFC負(fù)責(zé)控制MRFP中的媒體流資源，解釋來自應(yīng)用服務(wù)器和S-CSCF的信息并控制MRFP。,,,,MRFP負(fù)責(zé)控制Mb參考點上的承載，為MRFC 的控制提供資源，產(chǎn)生、合成并處理媒

67、體流。,(5) 多媒體資源功能處理器(MRFP):,(4) 多媒體資源功能控制器(MRFC):,(6) 簽約位置功能(SLF):,在注冊和會話建立期間，用于I-CSCF詢問并獲得包含所請求用戶特定數(shù)據(jù)的HSS的名稱。而且，S-CSCF也可以在注冊期間詢問SLF。,,,,(7) 突破網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF， Breakout Gateway Control Function):,BGCF的主要功能是選擇在哪個網(wǎng)絡(luò)中將發(fā)生PSTN突破。如果

68、BGCF確定將發(fā)生突破的網(wǎng)絡(luò)與BGCF所在的網(wǎng)絡(luò)相同,則BGCF會選擇一個MGCF,負(fù)責(zé)與PSTN進(jìn)行互操作。如果突破發(fā)生在其他網(wǎng)絡(luò)內(nèi),則BGCF將會話信令轉(zhuǎn)發(fā)給其他BGCF或MGCF,與PSTN進(jìn)行互操作。,2. WCDMA系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型,圖9-32為UTRAN地面接口的通用協(xié)議模型。,圖9-32 UTRAN地面接口的通用協(xié)議模型,,,,UTRAN從層次上可以分為無線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層兩部分。,控制平面包含應(yīng)用層協(xié)議（如無線接