WCDMA高级培训整理的笔记

WCDMA高级培训课件

主要内容：

1、UMTS的基本理论。简述无线通信的发展历史以及他们之间的变化。

2、UMTS基本结构的介绍。从逻辑视图介绍UMTS的功能结构，GSM及GPRS向UMTS过渡的结构变化。

3、无线接口。UMTS作为UTRAN网络并且是FDD方式下的空中接口特性，包括： a、WCMDA空中接口的基本原理

b、UTRAN网络的总体介绍，协议模型、物理层、RLC层、MAC层的基本功能以及所对应的信道、空中接口的通信过程、调制解调方案及AMR等。 4、基本通信过程。移动台至核心网之间的通信过程。

一、UMTS Introduction 目标：1、UMTS是什么？

2、UMTS的标准由谁制定、这些标准的特点及不同标准的差异。 3、UMTS现状，各国license发布情况。

1、移动通信的基本发展过程

第一代以模拟制式为代表的空中无线接口的应用主要有：NMT（北欧）、TACS（英国）、AMPS（北美）及R2000（铁路应用）等。多种标准的存在使得彼此不兼容，不能互联互通。

第二代移动通信引入数字和调频技术，最典型的技术有：GSM（欧洲）、CDMA IS-95（北美）、D-AMPS（北美）、IS-136（北美）等。在整个发展过程中，主要有三个分支，分别是欧洲、北美和日本的移动通信发展历程。日本的分支由于比较独立，一般不在讨论之中。

作为欧洲第二代移动通信技术的典型代表是GSM，GSM在空中接口的主要特点：多址方式－—TDMA，采用8路时分复用的多址方式，每用户的接入是通过占用物理信道的时隙来区分。从网络侧考虑，区分上下行链路的双工方式是FDD。在每一个频率上使用8路时分复用，微观的占用时间片来区分多路用户的个人通信。在通信过程中，每个用户得到的物理资源是时隙，在GSM中物理信道的定义为：物理信道（Phy channel）＝频率（Frequence）+时隙号（TS number）。由于采用电路交换方式，每用户在通信过程中，将一直占用网络分配的物理信道直至通信结束。在空中接口，物理信道的分配是采用固定的分配方式。一个用户对应一个时隙（TS），时隙用于传送话音时，话音的净比特速率（经过原编码后的速率）为13kbit/s(FR)或12.2kbit/s(EFR)；传送数据时，单信道最大传输速率为9.6kbit/s（限值），由于受限于该速率，所以GSM的数据业务归为承载业务，主要是通过GSM网络承载数据到外部网络。但是，如果在软件上升级，也可以支持到14.4kbit/s的数据速率。

随着数据业务的发展，为提高空中接口上的数据传送速率，在GSM基础上提出了2.5代的GPRS技术。GPRS提供的是一种数据服务，它不能独立于GSM存在，它的目的只是在GSM系统上提供高速有效地传递数据业务的服务。因此，GPRS的无线部分不会发生变化，仍然沿用GSM的无线接口，采用TDMA帧结构，但交换方式由电路交换转变为分组交换方式。在2.5代系统中，核心网交换域由电路交换域（CS Domain）和分组交换域（PS Domain）构成。从数据速率和业务的角度来说，GPRS可以提高空中接口中数据业务的速率，而对于话音速率没有任何影响。如何在GSM系统数据速率受限的前提下提高空中接口的数据速率？可以有两种方法：第一是改变信道编码方案，提高每用户的单信道数据净比特率。在GSM系统中，空中接口上的每用户信息是按20ms分块，每信息块包含456bits，传输速率为22.8kbit/s。

456bits的信息块内容大体可以分成二部分，即有用消息字段和保护字段。从22.8kbps角度来说，要提高传输速率，也就是在20ms时间段，增加信息块的有用消息字段的长度，减少保护字段的长度。这种机制即所谓的信道编码（channel coding）。这种方案的实现带来的缺陷就是由于保护字段的减少，数据包在空中接口传递时，它的可靠性会有所下降，数据包对无线接口的敏感性会加重，也就是对载干比（能量之比）的要求将会提高，基本要达到14dB以上，才能满足CS4的编码方案。对于CS4编码，数据速率为20.4kbps，与22.8kbps比较，几乎没有保护。而数据业务比较关键的是块的差错率、块的丢失率，话音业务比较注重的因素是时延。随着单信道数据速率的提高，对无线信道空中接口的载干比要求也会提高，因此通过提高单信道数据传递速率的方法并不是最有效的。作为第二种方案，就是通过多时隙分配来实行数据速率的提高，也就说通过改变无线资源的分配使每用户根据数据量的大小动态分配占用多个时隙来完成分组数据块的传送。这种动态分配从两个角度来考虑，首先是每用户空中接口的最大可占用时隙为8个TS，其次是每时隙可支持的最大用户数为8个。二种方案前者是通过提高单信道速率，后者是通过提高资源利用率的角度来实现数据传递速率的提升。理论上，GPRS网络能够提供的最大数据传递速率是采用CS4编码方式，8时隙共用的前提下得到的值为160kbps。而实际上，当前的小区规划中定义的分组时隙取决于业务量的大小，以最大4个TS为例，（1＋3）个TS的配置方式是指1个时隙是静态分配给分组时隙，3个时隙作为混合方式的分配，完成分组或话音业务的传送。因此，目前最大的时隙分配是4个TS。从信道编码方式来考虑，目前使用较多的是CS1和CS2方案，CS1多用于信令，而CS2可以动态选择支持业务和信令。CS2的速率理论值是12.2kbps，考虑一定的阻塞（5％），实际有效速率是10kbps，而CS1只有8kbps。因此，从网络侧考虑，最大的数据传递速率只有40kbps。从移动台来看，对于GPRS移动终端来说，移动台有所谓的多时隙能力的指标值。多时隙能力是指移动台在上下行链路上同时能够获得的最大无线资源能力，即能获得的最大时隙数。在规范中移动台按多时隙能力被分成class1~class29共29个级别，而目前网络能支持的只有class1~class13共13个级别。对于一个3＋1级别的移动台来说，该移动台在下行方向上最大只能同时获得3个时隙，在上行方向上最大只能获得1个时隙。目前MOTO各式包括测试手机最大的也就是3＋1的移动台，通常使用的也就是2＋1或其他级别的手机。因此，数据速率还要取决于移动终端的级别，移动台只有在class29级别时，才能真正实现8＋8的时隙配置。所以，在实际过程中，手机真正能获得的数据传输速率在下行方向上目前也只有30kbps，这也是目前GPRS网络能够提供的有效速率，一般变化范围在20～40kbps之间。这里所讲的速率是净比特速率，指的是业务数据包经过多重分装后，在进入RLC的MAP层之前的速率，并不是指经过信道编码之后的速率。所以，在考虑数据速率时，必须清楚所处的阶段，是原编码速率、经过信道编码的速率还是经过调制后的速率。

（课间提问：GPRS系统在通信过程中，手机要不断对系统进行测量，那么又如何能够实现8＋8的时隙配置？也就说如果手机工作在8＋8模式下，靠什么物理信道来完成测量和信令的交互？）

在GPRS网络中，空中接口的传递速率，无论是30kbps还是160kbps，都显得太低，这样就存在了由GSM和GPRS网络继续向上过渡的系统要求，被称为E－GSM和E－GPRS，其中，E代表的是EDGE技术。EDGE技术是采用了空中接口上不同的无线处理方式，主要是调制方案的改变。由于采用不同的调制方案，可以提高空中接口的信息传输速率，在原有基础上提高3倍的数据速率的增长。因此，E－GSM的数据速率可以达到43.2kbps，E－GPRS可以达到480kbps。EDGE技术的缺点是由于无线接口调制方案的改变，需要改变所有BTS基站的硬件和软件。EDGE技术早在二年前，欧洲的GSM网络就已经投入商用。对于一个大型网络，由于采用EDGE技术所需要的追加投资将非常巨大，这也就是我国目前没有引入这一技术的主要原因。

作为GSM营运商，为提高数据的传递速率，可能会考虑的方案是GSM/GPRS网络直接向UMTS的演进。UMTS技术作为欧洲3G的典型代表，在空中接口上选择了码分多址CDMA的方式，在双工方式上，既可以选择FDD方式，也可以采用TDD方式，取决于空中接口的规范。在FDD方式下，UMTS理论速率为2Mbps，是每用户所能得到的最大净比特速率，指未经过信道编码之前的速率，而实际上可以达到2.1Mbps。这个速率是含有数据包头的数据流，如用户的数据是IP数据，IP应用层数据可能是某个FTP数据包，数据包在封装时会选择各种合适的底层协议数据，即IP数据的包头。

第二个移动通信演进的分支，是北美分支。首先作为第一代系统，选择的是800MHz的AMPS系统。北美与欧洲的发展模式不同，欧洲在模拟系统中由于采用了多种制式，导致它在做GSM规范时，力求一体化，所以GSM是先有规范后有网络。而这个问题，对北美来说就不是那么重要。由于北美从一开始就选择了统一的AMPS制式，所以它首先要考虑的是不断改善网络的性能。作为北美第二代系统的一个重要分支D－AMPS系统，就是在原有的AMPS基础上引入了数字化技术。与此同时，欧洲GSM1900MHz也被引入了北美，作为第二代系统的补充。北美二代系统的第三个分支，就是高通公司研制并拥有专利的CDMA系统。CDMA在北美的发展大致经历了几个阶段，首先是窄带CDMA，引入的是IS－95空中接口的标准，IS－41是核心网标准（对应GSM是MAP标准）。IS－95标准系列通称为CDMA One技术，1993年IS－95标准被最终确定，作为第一个被引入的CDMA系统，采用的是IS－95A的标准，标准确定在扩频时使用的带宽为1.25MHz、速率为1.2288Mcps，相对于WCDMA中5MHz的带宽，1.25MHz带宽则被称为窄代系统。对于CDMA来说，物理信道的定义是指：物理信道（Phy channel）＝频率（Frequence）+码子（Code）。与GSM相对应，CDMA系统中的每用户是通过分配的码子来得到单业务信道，目前的IS－95A标准，单信道码子上的最大数据用户速率是14.4kbps。发展到IS－95B标准时，通过码子捆绑技术，单用户可占用的码子最大可以分配8个码子，所以可以得到的最大数据速率为14.4x8＝115.2kbps。

与GPRS对应，CDMA的2.5代技术被称为CDMA2000－1X，所对应的标准仍然是2.5代的标准而非3代标准。在CDMA2000 1X单载波中，带宽仍为1.25MHz，双工方式为FDD方式，提供用户共二类信道，一类称为Fundamental Channel(基本信道)，另一类称为Supplemental Channel（附加信道）。在通信过程中，用户会固定的得到一个F信道，并始终维持不会释放，在基本信道上，传送的是信令（Signaling）和业务（Traffic）信息，速率为9.6kbps；当用户申请高速率业务时，系统会提供S信道，S信道的获得并非按Qos由系统自动分配，而是任何用户都可以根据需要向系统申请。在系统中，S信道的配置数量不多，因为它的实现要用到Walsh四阶矩阵中的二个码子，另外2个码子要分配给公共信道，所以最多只有2个S信道，每小区只能同时分配2个用户使用独立的S信道。用户只有申请并获得S信道后，才能提供153kbps的业务。由于信道数较少，系统就规定了单个用户占用该信道的时长（ms级的占用周期），因此，信道的占用具有非连续性。用户在F信道上通过发送信令消息，向系统申请S信道，获得S信道后，用户会在S信道上传送业务信息，而自动释放在F信道上传业务信息；如果在占用周期内没有传完业务信息，用户将再次申请S信道，所以，用户的业务速率会有所波动，这也是CDMA2000 1X的特点和缺陷，目前的码子规划只能做到这一步。与GPRS连续占用时隙的工作模式相比，CDMA2000 1X存在明显的缺陷，即所谓的信道重配置过程，这也体现了欧洲与北美在制定规范体制上的区别。在核心网部分，CDMA2000 1X同样被分为CS和PS域，与GPRS不同的是，CDMA在制定标准时，各实体间的接口都是内部的（Internal），这样的结构更适合内部高效的运作。只有在中国的使用过程中，由于营运商的要求，才对A接口开放，从而实现多厂家设备的互联。在CDMA由IS－95向CDMA2000－1X过渡过程中，BSC增加了分组交换的功能，相当于GPRS中SGSN的功能由BSC来实现。这与GPRS中CS域与PS域是独立完成的结构截然不同。所以，由于接口的不开放，使CDMA2000

－1X的物理实体较GPRS网要少，对应GGSN的网关实体称为PDSN。

在CDMA2000向三代过渡的过程中，最初有二个分支。一个分支称为CDMA2000－MC叫多载波CDMA技术，这一技术是在空中接口中通过多载波码分多址实现宽带业务的提供，目前，该技术已被搁置。另一分支是CDMA2000－1XEV（增强型），已作为主流技术被发展。其中CDMA2000－1XEV－DO（data only）已被韩国商用，CDMA2000－1XEV－DV（data&voice）将在下阶段被采用，并将作为真正的CDMA2000的3G标准。该技术使用的带宽仍然是单载波的1.25MHz，它的发展趋势并不打算向宽带过渡，由于使用了增强的数据速率和新的调制方案，使得速率提高，可以在1.25MHz带宽上达到2.4Mbps（HDR方案）。CDMA在向3G过渡的过程中，无线部分也将发生较大变化，这是因为采用了高通的专利技术使得在16QAM的调制方案上提高速率。欧洲在制定WCDMA规范时，就有意要避开高通的专利，所以采用了5MHz带宽来实现2Mbps的数据传递速率。

二种技术的比较表明，3G标准都采用了码分多址的多址方案，它的特点在于： a、增加了系统容量（Increased capacity）。这一特点值得考虑的有以下观点。所谓容量是指同时使用的用户数，在TDMA方式中，由于物理资源是固定分配，所以容量是指硬容量，容量受限于系统的载频数和可用的时隙数。在GSM中，单载频同时通话的用户数是8个，所以，一旦网络规划完毕，系统的容量也就确定下来。而对于CDMA来说，容量是指软容量，是不受物理资源的限制，CDMA的物理资源是码子，只要码子是无穷的，它的容量就是无穷的。对于单载频来说，采用多少矩阵的码子，有多少个码子，就会同时接入多少个用户。但是，CDMA作为一个自干扰系统，它容量的增长受两个因素的影响，首先是在上行链路上，容量受限于干扰因素，也就是在上行链路不同用户使用相同频率时会产生同频干扰，同频干扰的加剧，达到一定门限时，使容量的增加受限。这也称为上行链路的容量干扰受限。其次在下行链路上，容量增加受限于能量（Power）。在下行链路上，所有的用户分享同一个能量，所以能量的分配也就决定了下行链路上的用户容量。因此，GSM和CDMA的容量一般不具有可比性，这是因为对同样是单载波系统CDMA根据不同的业务需求，容量是不定的，要根据实际情况来算，而GSM系统则具有确定的容量值。

b、增加覆盖（Improved coverage）。不同的观点认为，覆盖一般有3种不同的含义，第一种称为计划的覆盖范围（Planned Cell Coverage），也就是在规划过程中，希望获得的理想覆盖；第二种称为实际的覆盖范围（Practical Coverage），由于无线环境的限制，无论采取何种措施，都无法加大覆盖范围，称为实际的覆盖；第三种称为可操作的覆盖范围（Operational Coverage），指的是移动台可接入系统的最大距离。所以在考虑覆盖范围时，应该考虑以上因素，一般认为GSM和CDMA也不具有可比性。在GSM中，实际的覆盖范围一般认为是不可变的，当实行网优时，系统的可操作范围是可变的。如改变最小接受电平值，用户可接入的距离就会发生相应变化。所以这种范围的变化，是可以人为来操作的。而在CDMA中，覆盖范围是动态变化的，不像GSM是静态的变化，这也被称为CDMA的呼吸效应。随着小区负荷的增加，实际可操作范围的小区半径会缩小，小区半径随用户的干扰而发生动态的变化，这也就是CDMA小区规划的复杂性所在。

c、简化系统规划年（Simplified system planning）。这一提法应改为不用做频率规划，因为它简化的只是频率复用方案。而码子仍需要规划，所以对于CDMA的系统设计来说，并不会简化，如果考虑无线射频的规划，由于小区是动态变化，系统的规划只会更加复杂。要考虑小区的负荷，小区呼吸的可行性、呼吸效应之后的重叠覆盖区的大小等因素。

d、增加电池使用时间（Increased battery time ）。这也同样不具有可比性。GSM手机在工作过程中，是采用突发脉冲的发式工作的，信号总是在自己的脉冲时间段发射，所以，手机无论在监测公共控制信道还是通话过程，信号的接受和发射都有一个不连续性，由发射期、空闲期和不发射期构成整个工作时间。而对于CDMA来说，手机始终处于持续工作方式，

即使在没有信号传递的过程中，也需要连续监听公共导频信道的信息并解码。所以到底那个手机的待机时间更长，不具有可比性。另外，由于开环功率控制的原因，CDMA手机的平均接续时间（呼叫建立时间）要比GSM手机长，尤其是在系统干扰较大的时候，接续时间会更长。一般情况下，CDMA手机的接续时间是ms级，规范中规定，在最差情况下，接续时间可以达到秒级。

e、灵活的切换（Facilitated handovers）。根据欧洲GSM对切换的的定义，切换是指系统在无线接口上为用户提供连续性服务的过程。UMTS的切换和IS－95中的切换是不同的。UMTS中的软切换和更软切换，是在无线接入网内部的过程，而把跨MSC或SGSN之间的切换，定义成重定位过程（Re－location），二种切换过程促发的机制和建立过程是独立的。由于软切换的引入，使无线接口的掉话率有明显改善。除了软切换，CDMA还定义了各种硬切换，如从UMTS系统切换到GSM系统、在网络初期，系统不提供Iur接口时，UMTS之间的切换、今后使用多载波之间的切换等。

f、需要的带宽（Bandwidth on demand）。从空中接口角度来说，经过扩频之后的速率是可以调整的。如在UMTS规范中，WCDMA在最初提交空中接口的标准时，速率是4.096Mcps，而不是3.84Mcps。结合余弦滚降系数α＝0.22的射频转换之后，4.096x(1+α)=4.99MHz，将占用空中接口上的5MHz带宽。但是为了实现多系统在空中接口的兼容，鉴于MC当时提出的载波是三载波，也就是3个1.25MHz构成的带宽，欧洲WCDMA的带宽提出了让步，将4.096MHz带宽减为3.84MHz带宽。而它的余弦滚降系数并未发生变化，仍为0.22，因此，3.84 x(1+α)=4.7MHz，与CDMA2000－MC三载波的带宽几乎一样。由此可见，扩频之后的带宽可以由系统自己决定。除此之外，这一特点还可以体现在分组技术的特点上，将来过渡到R4活R5时，在核心网的业务上，它所有的业务资源都是共享的，也就存在着Qos的引入。用户和网络之间，可以通过协商Qos获得它所需要的带宽。在网络闲的情况下，可以获得较高的带宽，而在网络忙时，只能维持保证速率。

2、3代移动通信简介

根据报告显示，全球移动用户数到2004年将会超过固定电话的用户数，2005年，预测无线数据业务在整个移动通信业务中将占据70％的份额。3代移动通信就是为了满足数据业务在无线通信接口上的实现而诞生的。

IMT－2000是ITU（International Telecommunication Union）对3代移动通信标准的总称，其中，欧洲选择的标准称为UMTS，北美选择的标准称为CDMA2000。二者最主要的区别在于它们无线接口上标准的不同，核心网技术没有太大的变化。IMT－2000的基本要求称为3A，即Anytime、Anywhere、Anything。保证通信的3A也就是要求通信系统能够实现全球化、多媒体化、综合化、智能化和个人化。所谓全球化，是指系统能够真正实现全球兼容，业务实现全球漫游。多媒体化是指在宽带上能够传送多媒体业务，各种多媒体业务能够在统一的无线接口上传送，并满足不同业务类型的不同Qos的要求，如话音业务、视频业务、普通数据流业务、E－mail业务、Wap Browser业务等等对Qos的要求都是不同的。如何在统一的无线接口上满足不同Qos的要求，就是3G的一个关键。综合化是针对UTRAN网络来说的，UMTS规范规定了统一的上层应用协议，对于底层的接入来说却可以随着接入的不同类型而替换，如陆地无线接入网络、卫星接入网络、无绳电话接入网络、W－LAN等等都可以作为它不同类型的接入，所以它的接入类型是可变的，但它的上层应用是不变的。智能化是指在智能网平台上提供各种智能业务，如最典型的代表VHE（Virtual Home Environment）。个人化方面，从目前的发展状况来看是不可能实现了，它的基本含义是指用户只要有一个个人的号码，就可以实现在不同网络中的通信，对不同网络来说，个人号码是唯一的。

从营运商和用户的角度来看，3G能够提供用户高速的多媒体、虚拟居家环境等业务。营

变时延；

吞吐量（Throughput）――数据包的流量，如64Kbps，128Kbps等，吞吐量的描述分成峰值速率和保证速率，来区分不同的业务等级；

包丢失率（Packet loss Rate）――一般体现为BLER指标，块差错率的直接体现是空中接口上的Ec/Io，二者有直接的影响。Ec/Io越低，BLER就越高，Ec/Io在空中接口上将作为重要的门限而存在；

三、WCDMA（空中接口）基本原理概述 目标：了解扩频的基本原理（码字）、功率、功率控制、上下行链路的覆盖限制、Rake接收

机、宏分集、发射分集、压缩模式及无线帧等概念。

1、扩频基本原理（码字）

对于多址接入方式，WCDMA在同一载频上，多个用户通过不同的码字加以区分，为什么WCDMA还会有时间轴的定义？对于CDMA来说，物理信道的定义是频率加码字，时间概念的引入是在传输信道上基带信号处理过程的基本单位，对应用层信息，以多长时间来分块进行基带信号处理，如GSM中20ms的时间块，在UMTS中则随不同传输信道的格式，选择10ms、20ms、40ms或80ms等不同的时间块。所以时间概念是空中接口基带信号处理中传输信道的适配，也就是传输信道上的速率适配。时间和时隙的作用是提供时钟参考和传输信道块的处理单位。

在WCDMA中码字（Code）和功率（Power）是二个重要概念，码字是用来区分每一路通信的，而功率是对系统的干扰。与GSM类似，在WCDMA系统中，FDD方式下空中接口的主要参数包括：

带宽――5MHz（实际使用的带宽射频调制之后是4.75MHz，在频率划分上可以不留保护频带）；

双工间隔――190MHz（中间值），规范规定双工间隔可以在134.8MHz～245.2MHz间取值（取决于不同国家的频谱规划）；

信道栅格（channel raster）――200KHz，在中心频率选择时，每200KHz频率作为一个单位，故中心频率一定是200KHz的整数倍；

绝对射频信道号（UARFCN）――用一对整数来描述空中接口的一对上下行频率，对应关系：Nul（Number UL）＝5xful；Ndl＝5xfdl，其中ful和fdl分别是上行和下行链路的绝对频率值。该参数将作为底层的系统配置参数写入软件中，一旦获得相应的Lisence参数就不会发生变化。

在TDD方式下，会增加一个时隙参数的定义，一个TS定义为666.67us；频段从1900～1920MHz；2010～2025MHz，每5MHz构成一个中心频率。

（UM10 4-7～4-8）

在WCDMA中采用的扩频方式是直接扩频（DS），在讲述扩频原理之前，须明确几个概念，首先，时间频率的二元性指的是在传送二进制比特流时，它的周期性和在频谱上表现出来特性之间的相互关系，如要传送的比特流101101，在扩频及加扰调制之前，它要被转换成物理上高低电平的电信号，在UMTS中，电平转换采用的是NRZ编码方案。0比特编为正相位、1比特变为负相位。左图中每比特周期用T0表示，右图每比特周期用T1表示，T1< T0所以右图比特流速率大于左图，速率＝1/周期。对应于空中接口功率谱特性，横轴单位格是1/T，

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纵轴表示功率峰值，只考虑主瓣值为aT，其中a代表比特本身的幅度增益。比较二图可知，T值较小的信号，频谱特性中的峰值能量就小，也就是随比特速率增高，主瓣峰值能量降低，而占用的频谱1/T展宽。扩频的目标就是将窄代高能量信号展宽成5MHz的宽带低能量信号，

降低峰值能量。如何将窄代高能量信号展宽成宽带低能量信号？作为直扩的方式，就是将数据序列与高速的扩频序列进行相乘运算获得，如果是比特流的话就是进行异或运算，由于在电路扩频之前已经是＋1、－1的物理电信号，所以异或运算将转变成相乘运算，结果是一样的。由4-8图可知，数据序列是扩频之前的序列，经过NRZ编码之后，假设每比特周期是

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由6个单位（虚线表示周期单位）构成，对于原始比特来说，峰值能量是aTbit，即Ebit2

＝aTbit。扩频序列是幅度增益为1的单位序列，没有多余能量的引入，只是速率上有变化，扩频序列速率是数据序列速率的6倍。经过相乘运算之后，在空中接口上发送的序列，速率与扩频序列的速率相同，原数据序列的1比特由6个比特位的序列来表示，因此，扩频后的序列抗干扰性能增加了。扩频之后的比特能量峰值仍然是a，周期发生变化T＝Tchip，所以

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扩频后的峰值能量为aTchip。定义Eb＝aTbit为扩频之前比特的峰值能量；Ec＝aTchip为扩频之后在空中接口传送的码片的峰值能量。Tb＝SFxTc，定义SF为扩频因子，指原来的1比特信息由SF个码片（chip）来表示。因此，在Chip速率保持一定（3.84Mcps）的前提下，比特速率与扩频因子呈反比关系。在UMTS中已定义了扩频后的Chip速率为3.84Mcps，Bit Rate x SF＝3.84Mcps， SF最小取值是4。需要明确的几个概念是Bit、Symbol（码符号）和Chip（码片）。Bit对应的是有用信息（Information），是进入物理层进行基带信号处理前的信息位，它的速率称为比特速率；Symbol是在空中接口发送之前，对信息进行基带信号处理（信道编码）如交织、循环冗余校验位的添加、速率适配等之后，在进入扩频调制之前的信号，所以Symbol对应的是基带信号处理之后的信号，它的速率称为Symbol速率；Chip是空中接口上经过扩频调制之后的信息单位，用于体现能量（energy）的承载。由此，公式Bit Rate x SF＝Chip Rate将被修正为Symbol Rate x SF＝Chip Rate。下表所示为UMTS服务类型常见的速率对应关系，其中的Bearer Data Rate应是Symbol Rate：

Service Speech Packet 64kbps Packet 384kbps Bit Rate （kbps） 12.2 64 384 Bearer Data Rate （kbps） 30 120 960 SF 128 32 4 Modulation Rate （Mchip/s） 3.84 3.84 3.84 基带信号处理的整个过程与GSM基本一样，原始信息比特流进入传输信道作处理时，首先会添加CRC冗余校验位，称为CRC Attachment过程，这一过程的选择，取决于传输信道的特性；CRC保护之后，对信息进行编码，可以选择各种信道编码方式，如卷积、Turbe码等，效率可以是1/2、1/3各不一样，取决于服务类别；信道编码之后，要进行速率适配，称为Punctch或Repetation过程，原始比特速率可以各不相同，而后面进行扩频时，SF的取值是有固定的如4、16、32、64、128等，所以原始速率为中间值时，需要对速率进行适配，以满足SF的取值；速率适配之后，要完成一次交织和二次交织过程，交织过程中速率不会发生变化，只是打乱发送顺序，目的还是为了抵抗空中接口的干扰；交织完成之后，要做时间帧的适配，即将空中接口上的信息块适配到空中接口10ms的帧上。过程结束之后，对于上下链路，在区分I路和Q路时，处理方法各不一样，下行链路要先进行串并转换分成I路和Q路，每个I路和Q路上的速率即为Symbol Rate。同样，对于上行链路，采用并行的BPSK方式，I路和Q路不是串并转换而来，而是各是一个分支分别进行扩频和加扰调制过程。进行扩频之后的速率为Chip Rate。再进行加扰处理和每码字功率增益的调整过程。整个基带信号处理过程结束之后，再进行中频转换和射频调制过程，将Chip关系调制到相位关系上，即所谓的相调。值得注意的是，对于同一类业务，系统根据不同的Qos要求，在传输信道上可能会选择不同的速率，则信号处理过程会有所区别，实行动态的处理过程，这

也是与GSM系统的区别。但从规范的角度来看，不同Qos的业务选择的处理过程是一定的，只是提供了多样的处理方式，由RNC动态分配。

3.84Mchip/s的速率值是人为确定的。从上述的时间频率二元性上可知，频率越宽系统的抗干扰性能越好，但频率的使用率却越低。所以3.84Mchip/s的速率值只是人为的一个折中。WCDMA本身定义的速率值是4.096Mchip/s，为了欧洲与北美不同制式的协调，才最终选择了3.84Mchip/s的速率。

对于接受端，接受机会将接受到的信号序列和相同的扩频序列进行同样的相乘运算而完成解扩过程。在信号接受开始时，接受端产生的扩频序列必须完成与发射端扩频序列同步的过程，同时一直维持同步过程直到信号完全接受。

作为CDMA来说，用户工作在同一个中心频率上，所有的用户信息叠加在空中接口上发射并通过码字来区分。所以码字的选择非常重要，系统应对码字有怎样的特性要求？也就是怎样来区分用户？一个重要的概念就是码字的正交。需要明确的几个概念――自相关性和互相关性。所谓自相关性（auto-correlation），指的是作为一个码字序列来说，它本身的相关特性，在相位同步的前提条件下，有100％的相关性。对于二进制比特流来说，也就是自身进行异或运算后为0序列，对相乘运算来说，得到100％的+1，称为完全正相关，如得到的是100％的－1，则称为完全负相关，相位偏转；码字选择时，要求码字要有良好的自相关性，使得相关解调器可以很容易捕捉到码字的存在。互相关性（cross-correlation）指的是不同码字之间的相关特性，通过不同码字，系统得以实现码分复用，所以不同码字应保证不相关，简单来说，系统希望码字能完全正交。但在实际系统中，这种完全正交的特性是比较难实现的，所以希望码字的互相关性是越低越好。正交性的判断，在同步条件下，进行相乘运算，50％的＋1和50％的－1，则完全正交，如果是二进制比特流运算的话，应该是50％的＋1和50％的0，表示完全正交。所以良好的自相关性和较低的互相关性，是对码字的基本要求。有用信号的提取正是由于有用信号的码字和其他信号的码字存在正交性，经过相乘运算之后，可以将其他信号屏蔽为零，而只提取出有用信号的能量。公式∑SPi x SPm＝0（i≠m）时，表示完全正交。（举例见UM10 4-11）

（UM10 4-12～4-13）

在UMTS中，码字一共有二种类型的应用，第一种称为信道化码（Channelization code，简写为CH），第二种称为扰码（Scrambling code，简写为SC）。由于在上下行链路中处理方式的不同，导致二种类型码字的作用各不一样。在下行链路（基站→移动台方向）上，基站向本小区发送信息时，基站首先将各种用户信息分别与各自的CH进行相乘运算，之后将信号叠加，再与扰码进行相乘运算，之后在空中接口上发射。移动台侧先做解扰，然后再解出自己的有用信息。用户信息和CH进行相乘运算时，CH就是扩频序列，通过选择CH的正交性，来区分用户信息。所以CH无论在上行还是下行链路上，它最基本的作用就是直接扩频（Spreading），所以CH就是扩频码。经过扩频后的速率都是3.84Mchip/s，再进行扰码加密过程，扰码的速率也是恒定的3.84Mchip/s。CH除了作为扩频码外，还可以作为物理信道的ID。在UMTS中，单个用户的业务类型，可以根据需要分配多个物理信道，理论上2M速率的实现是通过同时占用多个物理信道来实现的，而用户正是通过识别不同的CH来获得物理信道的服务，所以CH是用来区分在下行链路上的多个物理信道的。空中接口资源在分配时，相当于分配给用户的就是多个CH。而这种分配是由RNC来完成的动态分配。作为扰码，移动台必须首先进行解扰，然后才能获得自己的有用信息，所以扰码的作用相当于小区的ID。对移动台来说，由于工作在相同频率，所以可以收到来自不同小区的无线信号，是一个自干扰系统，但通过扰码，移动台只需要对驻扎小区进行解码，因为有用信息只有在本小区的专用信道上发送。在下行链路上，移动台首先要区分本小区和非本小区的信号，这个区分过程就是通过解本小区扰码来实现的。所以系统中每小区对应一个扰码。需要强调的是

cell、sector和BTS概念的不同。对于BTS来说，可以是全向站、三扇区或六扇区定向站等，如果基站在发射方向是全向发射，从逻辑角度来说，基站的管理是一个小区（cell），1BTS＝1cell，基站分配一个扰码；如果基站在发射方向是三扇区定向发射，每个扇区（sector）就是一个小区（cell），故一个BTS需要3个扰码。所以cell的概念是OMCR上的概念，逻辑上是执行相关算法的最小单位。而sector的构成是从射频角度上讲的。在UMTS中，一个全向的BTS，可以理解为在下行链路上是全向发射，而上行方向则是3扇区定向接受的，采用3付天线，在发射方向三扇区发射相同的信号，相当于全向发射，而接受端是定向接受。对于相邻小区的扰码在分配时码字的互相关性要低，正交性要好。但从网络角度来说，如果二个基站处于同时发射，到达移动台后，由于所处位置不同，在接受来自二个小区的信号时，由于传播时延，信号的相位会有所偏差，形成干扰。也就是在同步条件下，完全正交的特性，由于传播时延而遭到破坏。

在上行链路（移动台→基站方向）上，每个移动台向基站发射自己的信息，信息由每个移动台自己处理，首先经过CH进行扩频，然后再增加各自的扰码进行加扰。对于不同用户，如果是相同的服务类型，则可以选择相同的CH，而通过扰码来加以区分。从扰码角度来看，在上行方向上是移动台（UE）的ID，对于每一个移动台，会有一个扰码来对应，不同UE之间的扰码应该是完全正交。对于高速业务，UE同样可以分配多个物理信道同时进行工作，只是现阶段不作讨论。所以在UL方向，CH的作用只是扩频。在不同方向上码字的作用归纳如下： 信道化码（CH） 扰码（SC） Down Link Up Link 扩频（spreading） 扩频（spreading） 物理信道标识（phy channel ID） 小区标识（cell ID） 移动台标识（UE ID） 值得注意的是，码字作为空中接口的资源是按序分配的。在DL方向，CH是由RNC根据业务类型进行动态分配，对于相同业务类型则分配正交的码字；SC是在OMC上确定的，相当于GSM中频率规划，在UMTS中需要做码字规划（512个主扰码），一旦确定，则是由OMC静态管理。在UL方向，现阶段的CH是由RNC以半静态方式分配的，对于相同业务速率，CH是唯一的，规范中规定在将来可以是动态分配；SC的分配，首先要区分二个ID，一个是RNC所分配的临时识别符（UE ID），另一个是完成位置登记时由核心网分配的临时识别符（UIA）。这里的UE ID仍然是由RNC动态分配的，如果是属于同一个RNC，UE的ID是不会出现重复的，由UE ID来触发上行链路上扰码的产生，所以上行链路上的扰码是RNC根据用户的每一次RRC连接建立请求动态分配的，上行SC是针对每用户分配，而不是针对每业务类型。所谓的RNC无线资源的管理功能，就是RNC对码字的管理。

（注上述码字均为用户专用信道上的码字，非公共信道上的码字）

（提问：在UL方向上，不同的RNC是否存在相同的UE ID分配而发生冲突？） （UM10 4-14～4-15） 对于WCDMA来说，选择的扩频码称为正交可变扩频因子（Orthogonal Variable Spresding Factor，简称OVSF）。该码字的产生机制与Walsh码的产生机制没有太大区别，Walsh码用矩阵结构而OVSF采用树形结构来描述。最初的根赋值是Cch,1,0＝1，由SF＝1升至SF＝2时，第1个子树的第一比特位保留，第二比特位进行复制，Cch,2,0＝1 1，第2个子树的第一比特位保留，第二比特位进行相位偏转，Cch,2,1＝1 －1，依此类推，SF=4时子树的产生机制与SF=2时相同，码树结构如图：

Cch,4,0＝1 1 1 1

Cch,2,0＝1 1

Cch,4,1＝1 1 -1 -1 C＝1 ch,1,0 Cch,4,2＝1 -1 1 -1

Cch,2,1＝1 -1

Cch,4,3＝1 -1 -1 1

SF=1 SF=2 SF=4 ??

在OVSF码树结构中，每一阶对应一个SF值，如SF=2时，位于同阶的可用码字是2个，SF=4时，可用码字是4个，依此类推，SF=8时，有8个可用码字。码字的标识是 Cch,SF,no 其中，SF为扩频因子，No从上至下按序编号。SF值代表原来的一个比特用SF个码片来表示，如SF＝4，一个比特位用4个码片来表示。每个码字的长度与SF值相关，SF＝4表示码字长度为4。码字的取值范围，在上行方向，SF＝4、8、16、32、64、128、256；在下行方向，SF＝4、8、16、32、64、128、256、512。使用位于同一阶的码字，表示原始用户的业务速率是一致的，才会选择到相同的SF值。同一阶码字之间是完全正交的。当位于不同阶的码字间存在父子关系时，码字之间具有相关性，在DL方向也就不能被同时分配使用。当位于不同阶的码字间不存在父子关系时，码字之间仍是正交关系。由于父子关系的码字具有相关性，所以在选择码序列时数量会受限。在DL方向不考虑公共信道和功率受限，假设所有码字都可以被分配用来通信，在最大情况下允许同时使用的用户数应当是512个。在DL方向所能支持的最大速率，SF越小，速率越高，所以在SF＝4时，速率是最大。但在SF＝4是，只能用Cch,4,1、Cch,4,2、、Cch,4,3 三个码字，这是因为Cch,4,0 产生的子码字序列要被分配给公共信道使用。所以Cch,4,0 树不能使用，用户的2M速率就是同时占用SF＝4的三个码字获得的。SF＝4时单信道的Symbol Rate＝3.84/4＝960ksymbol/s，这只是其中一路（I或Q路）上的速率，两路信号在DL方向是通过串并转换之后获得的，奇偶比特分开，速率减半。所以在恢复到原始比特时，首先要经过串并转换的逆过程，将I路960k信号和Q路960k信号叠加，成为2x960＝1920kbps速率的信号，这才是经过信道编码、交织等基带信号处理过程之后的信号速率。在1920kbps中有用信息只占768kbps，这是进行基带信号处理前的有效速率，相当于用户单信道上的原始信息速率只有768kbps，只有同时得到DL方向上三个信道的物理链路，Bit Rate＝3 x 768＝2.1Mbps，才能满足最大2M的业务。所以2M速率指的是用户的比特速率，在规范中被归为2048业务。

OVSF的分配原则：在DL方向，根据用户的业务请求由RNC动态分配，在同一阶情况下，初始状态时，是按由上到下的原则分配，在使用状态下，对空闲资源，也是从上到下按序分配。从RNC的动态资源管理来说，假设在SF＝8层，已有5个用户分别占用5个码字信道（0、2、6码字未用），在不考虑上行链路的干扰受限和下行链路的功率受限时，有第6个用户（业务速配要求SF＝4）申请接入时，RNC允许接入，分配码字时可以采用二种方案，第一种称为Auto－Patching（打补丁）方案，所谓补丁现象，是指由于码字资源的按序分配，个别用户在放弃码字时，会出现不相邻码字被分别占用的现象，如3、7码字占用而2、6码字未占用。所以当第6个用户申请接入时，可以将占用码字3的用户重新配置，使占用码字6信道，将2、3码字的父码字（SF＝4）分配给用户6，这个过程即为Auto－Patching过程；

第二种称为Self－Splitting（自我分裂）方案，将申请SF＝4的用户分裂，使分别占用2个SF＝8的信道来实现。二种方案优选第二种，因为无线链路重建需要涉及相应的信令过程，同时，二个SF＝8的功率和一个SF＝4的功率是不等效的。在速率适配时，RNC会优先选择SF值高的物理信道，以降低功率。在UL方向的码字分配，现阶段在专用的信令和业务信道上，只能分配每阶中的一个码字，即Cch,SF,SF/4的码字，如Cch,4,1、Cch,8,2等。该码字是1 1 －1 －1的重复，只是根据速率不同SF值的不同而重复的次数不同。这是针对单业务单信道情况的码字分配方案，将来如果一个移动台支持多个业务，码字分配就会发生变化，该原则不再发生作用。一般认为在上行链路上所要求的速率不是很高，区分用户是通过扰码来区分的，不同用户之间无需通过扩频码来区分用户，所以可以简化码字的分配方式，现阶段无需通过扩频码来区分物理信道，对相同速率的业务可以分配相同的扩频码字，而只通过扰码来区分用户。RNC的这种分配方式称为半静态分配方式。

根据上述的分配原则，一个小区在DL方向码字最多只能分配一个2M业务的承载，这称为码字缺陷（Shortage）。为了弥补缺陷，规范中规定了付扰码（Secondary SC）的概念，对相同的扩频码，为了达到重复使用的目的，以满足多用户的业务需求，可以通过付扰码加以区分。在同一个扰码下，OVSF码树只能使用一次，对同一个小区来说，最多可以分配1个主扰码和15个付扰码，即OVSF可以重复使用16次，所以码字资源是足够使用，只是现阶段仍暂不使用付扰码。从码字角度考虑容量是不受限的，受限的是下行链路上的功率和上行链路上的干扰，也就是在下行链路上允许提供多少个2M用户取决于小区最大允许功率数。

码字的正交性在同步前提下完全正交，非同步条件下会发生相位偏转。信号在下行链路是所有码字叠加后进行发射的，所有码字同步且正交，到达移动台后，移动台接受来自不同小区的信号，码字会发生偏转，可以通过主扰码加以区分和过虑，从而接受本小区的信号。本小区信号由于多经产生的时延对于移动台来说，无论是有用信号还是干扰信号都是一样的。所以对于信道化码的码字要求只是完成扩频及基本正交就可以。在上行链路，每个移动台各自发射独立的信号，传播时延及发射时间不同，基站侧接受仍是所有信号的叠加，上行链路上的信号相关性较差，不可能同步，所以要选择相关性比扩频码要好的扰码来区分不同用户，对扰码的特性要求较高。

对于扰码来说，系统选择的是伪随机序列（PN序列），PN序列的码字与窄代CDMA不同，窄代CDMA是m序列，WCDMA选择的是Gold序列。序列不同指的是产生的机制不同，从而会有不同的相关特性。PN序列产生的基本原理如图所示：

+ 0 0 1 PN=……..001

以三个移位寄存器为例，每一位的初始赋值称为状态值，假设为001，最后一位的状态值作为PN序列的输出，序列产生如下：

序列 0 1 2 3 4 5 6 第一位 1 0 1 1 1 0 第二位 0 1 0 1 1 1 第三位 0 0 1 0 1 1 PN输出 1 0 0 1 0 1 1 7 0 0 1 n1 产生的PN序列为11101001的周期性重复，循环周期称为PN序列的长度＝2－1，其中n为移位寄存器的个数，例中n＝3，所以序列长度为7位，每7位之后会重复一次。由于选择PN序列的长度、寄存器抽头及初始赋值各不一样，将会产生不同的PN序列。PN序列每

nn

偏移一个相位，就可以截取2－1长的PN序列，也就是对于周期为2－1的PN序列可以有n

2－1个。

在UMTS中，上行链路的PN序列采用25位移位寄存器，I路Q路分开各是25位寄存器，

25

可以看成同一个扰码。扰码周期（长度）为2－1。根据扰码产生的机制，首先寄存器的赋值是变化的，对Q路来说，初始赋值为全“1”码，对I路来说，初始赋值的前24位有RNC动态分配，也就是RNC分配给移动台一个24位的识别符，这个识别符将作为PN序列产生的寄存器前24位的初始赋值，再加上第25位的状态值“1”。在上行链路方向上每个移动台由于所得的状态值不同的，所以产生的码序列是不同的，相当于在该方向上实际可以使用的扰

24

码是2个。Gold码产生的码序列的自相关性是非常好的，但由于只是初始赋值的不同，所以不同的PN序列不是完全正交，只是近似正交。但由于码序列长度较长，克服了正交特性的不足，因为码字越长，正交性越好。所以在UMTS中，系统不需完全同步，只要近似同步就可以。在上行链路，还可以选择短扰码，该扰码周期是256，该技术在将来会被引入，当在上行链路上使用短扰码时，为克服码间干扰，对Rake接受机会有较高要求，会采用多用户监测技术（MUD）来代替Rake接受机制，目前使用的还是长扰码。在实际使用中，系统会每10ms截取PN序列中的38400chips，使扰码速率位3.84Mchip/s，所以只使用了PN序列中的一段。

在下行方向上的扰码仍然选择的是长扰码，它的初始赋值及周期是固定的。采用18位

18

的移位寄存器，周期是2－1＝262143，而实际在下行链路上可以使用的扰码规范只定义了8192个，作为Cell ID，规范只定义了8192个扰码，并分配到512个小区，每个小区可以使用16个扰码，包括1个主扰码和15个付扰码。15个付扰码完成对OVSF的复用。相当于可用码字是16 x 512＝8192个。也就是每512个小区会重复使用8192个码字。对于下行链路上的主扰码，规范中同时又将512个主扰码分成了64组，每组由8个主扰码构成，而付扰码与主扰码是绑定的。下行链路扰码采用静态分配。也就是下行链路的扰码是利用同一PN序列的不同偏置（offset）来区分，并完成每10ms 38400chips的截取而获得的。下行链路的扰码具有非常好的自相关性，在同步的前提下，100％相关，在非同步条件下，也能满足近似正交。而不同码字之间也有较好的互相关性，在同步的前提下，100％相关，在非同步条件下，也能满足近似正交。为使相邻小区间码字的相关性最好，所以在网络建设时对512个码字要进行码字规划。

2、WCDMA的覆盖、容量及功率控制（功率）

（UM10 4-24~4-25）

在通常的无线系统（AMPS、TDMA、GSM）中，有用信号能量总是要求足够的强以超过干扰能量。作为衡量能量的指标值，载干比C/I值就是有用信号能量与同信道干扰能量的比值。在GSM系统中，要求同频干扰C/I值大于＋9dB，只有大于＋9dB，接受机才能解调有用信号。作为CDMA来说，本身是一个自干扰系统，在空中接口上传送的是每用户的chip，空中接口上体现的能量是Ec值，除用户信号能量外，所有其他信号的叠加能量将成为该用户的干扰能量，每用户的Ec总是淹没在干扰能量中，所以从空中接口来看，Ec/Io总是负值。表示空中接口上的每Chip能量是低于空中接口上其他干扰的能量。到达接受机解扩之后，会将有用信号提取出来，此时有用信号的能量将大于接受机解扩后接受下来的干扰能量，否则信号将无法被读取。Eb/No代表接口后信号的比特能量与噪声能量的比值，为正值。在常用的

无线系统中有Eb/No的概念，但在WCDMA中一般不提及。在窄代CDMA中，Eb代表每比特能量＝S/R=（Signal Power/Bit Rate），No代表噪声的功率谱密度＝N/W＝（Noise Power/Bandwith），所以Eb/No＝S/R x W/N＝S/N x W/R。其中S/N即为信噪比，W/R是由于扩频引起的处理器增益。在WCDMA中，当考虑空中接口上的干扰和噪声源时，同频干扰会是主要的干扰源，除此之外，还有处理器内的热噪声、白噪声等等。通常在空中接口上会用Ec/Io作为衡量指标值。实际系统的报告测量都会采用Ec/Io值。处理器增益（processing gain）是指解扩前的Ec/Io值与解扩之后的Eb/No值之间的比值。用dB表示时，Eb/No＝Ec/Io＋PG。图4-25描述的Eb/No是系统正常工作时必须满足的最小值，Echip能量称为有用信号能量，不同用户chip能量的叠加必须小于允许最大噪声能量值，允许噪声能量与chip能量的差值即为多用户可共享分配的能量。相关概念的举例说明如下：

原始数据B=1，P＝18 扩频后数据B=18，P＝1 传输数据 干扰信号＝6 有用数据信号＝1

图中横轴代表带宽B（Bandwith），竖轴代表功率P（Power），取单位数值，假设原始发送一个B＝1、P＝18的窄代高能量信号，经扩频后变为宽带低能量信号（B＝18、P＝1），信号在空中接口上与其他同频干扰信号叠加之后再传输发送。假设在空中接口上Ec＝1，干扰信号能量有6个单位，传输数据的载干比为1/6＝0.167，Ec/Io＝10log(1/6)＝－8dB。信号到达接受端进行解扩过程，将宽带低能量信号转换成窄代高能量信号（B＝1、P＝18），提取有用信号P＝18，同频干扰信号功率仍为6，则载干比＝18/6＝3，Eb/No＝10log(18/6)＝5dB；PG＝Eb/No－Ec/Io＝13dB。随着扩频因子的加大，处理器增益PG会提高。

用户信号经解扩之后，所需要的比值变为Eb/No，解扩之前的比值是Ec/Io。Eb与实际系统中所能容纳的最大噪声门限的比值会出现一个目标值，称为Eb/No required。该指标衡量的是当前接受机的最低性能，也就是当Eb/No小于目标值时，有用信号将不能被恢复出来。Eb/No required值是最差情况下的最低门限。Eb能量与最大噪声电平的比值大于目标值就可以被接收机恢复出有用信号，所以系统对用户Eb的控制成为可能。触发功率控制功能，每用户的Eb就会降低。功率下降、干扰下降则系统的用户容量就增加，用户数增加，噪声平台会提高，每用户的Eb也会要求升高。所以功率控制是CDMA中用来克服同频自干扰现象最有效的手段。功率控制执行的程度上是一个循环，有下调的可能性，意味着可容纳的用户将增加。合理的功率控制可以减少上下行链路的干扰。

功率控制过程是一个动态持续调整的过程，由于所有用户功率都在随时变化，导致噪声平台的随时变化。与GSM相比，在GSM中功率控制周期是2次/s，每480ms会完成一次完整的功率控制过程；在窄代CDMA中启动了上下行链路上的开环和闭环功率控制，闭环功率控制周期是800次/s，而在WCDMA中内环的闭环功率控制周期为1500次/s。

（UM10 4-27～4-28）

在WCDMA中，功率控制被分为开环和闭环功率控制，上下行链路上都有开环和闭环的功控。以上行链路为例，开环功率控制是指在公共信道上的功率控制，是在RLC连接建立过程中所执行的功率控制。一旦RLC连接建立成功，获得专用信道，将转入闭环功率控制。在UE进入专用状态之前，执行的都是开环功控。上行RLC建立过程涉及到的信道是随机接入信道。作为开环功控指的是移动台以尝试性方式来发出功率控制值，而GSM中移动台是根据参数定义的最大功率值开始发送的。在CDMA中移动台在发出随机接入请求之前，在上行方向上发出一个Pre Amble，称为前导部分。Pre Amble会以初始功率值Po向基站发送，但基站并不一定会侦听到该信息，间隔一定周期，移动台没有收到在下行方向上基站相应的应答时，移动台将递增△P的功率值再次发送Pre Amble，依此类推，直至移动台收到下行方向上基站的应答信号，移动台将以该功率值发起随机接入请求信号，整个开环功率控制过程结束。这与窄代CDMA和CDMA2000中的开环功控过程不同，WCDMA的开环功控是将Pre Amble和随机接入请求信号分开发送的。而CDMA和CDMA2000中的开环功控是同时发射的，基站直接对随机接入请求信号作出相应。对于初始功率值Po的取值，根据移动台距离基站远近位置的不同，要满足一定的算法，移动台首先要在基站下行方向上解码系统信息参数，获取相应的参数设置，通过参数设置及对公共导频信道Ec/Io的测量，来估算Po值。而递增功率△P值由参数定义，是统一的。Pre Amble是在物理层上传递的一个序列，规范中定义为签名序列，定义的签名序列共有16种且完全正交。移动台随机产生签名序列并发送，在下行方向，移动台只针对该序列进行相应的运算，监测该序列是无响应、被允许还是不接受。基站对Pre Amble的应答分三种情况，＋1表示响应、0表示无响应，－1表示拒绝。

移动台一旦获得专用信道，系统将触发闭环功控过程。在上行方向，闭环功控分为内环和外环，内环指的是移动台和基站之间的功控、外环指的是移动台或基站和RNC之间的功控。上行链路的闭环功控，首先由基站完成对上行链路的测量，由RNC根据服务类型Qos的不同要求，向基站设置执行功率控制的门限值。门限值（SIR）的大小是动态变化的，SIR（Signal to Interference Ratio）目标值由RNC根据Iub接口上统计的块差错率（BLER），进行一定的算法而确定的值。基站根据SIR目标值来命令移动台完成功率控制，由基站对上行链路进行测量，并与SIR目标值比较，从而决定移动台的发射功率升或降。所以内环功率控制指的是基站根据SIR目标值执行功控，调整周期是1500次/s，即每10ms帧中出现15次功率控制比特位（TPC）。功率控制比特位（TPC）规范规定是1位或2位，表示的含义只有二种，增加或减少。增加或减少的步进值是由参数设置定义的。所以闭环功控相当于GSM中的步进制功率控制算法，只不过内环是由基站命令移动台来完成的，而基站要根据RNC设定的SIR目标值来作参考。SIR所反应的只不过是空中接口上行链路上用户受干扰的情况，所以作为RNC来说，它也是在时刻改变SIR值，也就是外环功控的周期。外环功控周期也就是SIR值更新周期，RNC根据基站上传的统计新的BLER值，推算出新的SIR目标值。新旧SIR目标值的更新每10ms一次，也就是空中接口的一个无线帧。换言之，在一个SIR目标值下，内环功控每10ms调整15次。在上行链路上的功控是针对每用户来执行的（for UE），RNC必须根据用户申请服务的Qos值，确定不同BLER的要求，根据BLER来设置SIR目标值。在下行链路上的闭环功控，由移动台控制基站执行功率调整，RNC设置目标值并发往移动台，作为移动台的参考门限，移动台根据下行链路的测量值与门限值比较，在上行链路上发送功率控制比特位（TPC），命令基站调整功率，基站完成基于每码字的功率调整（for code），在码字上通过调整基带信号上的功率增益，影响在下行链路上功率的百分比，从而完成功率控制。在上行链路上尽管收到每个不同用户的测量报告，并据此报告会产生各个目标值，但最终送往基站的目标值则是一个平均值，是所有业务的均衡体现值，该值对小区内的所有用户都起作用，所考虑的因素主要是Ec/Io。在下行链路上目标值的设定是根据移动台的位置而

取不同的值，是基于物理信道的目标值，考虑的因素主要是功率。所以上行功控的目的是抗干扰，而下行功控的目的是克服功率受限。

（UM10 4-29～4-30）

关于系统的覆盖（Coverage）和容量（Capacity）的限制问题，在UMTS中须分上下行链路分别进行描述。在上行链路上，存在3个推论，第一个推论：在chip速率恒定（3.84M）的前提下，为计算方便假设为100，chip rate＝bit rate x SF，SF＝1时bit rate＝100；SF＝2则bit rate＝50；SF＝4则bit rate＝25；另Ec＝Eb/SF，假设所有用户不论业务类型Eb一致，随着Bit速率增加，SF值的下降，在空中接口上所引入的Ec逐渐增大，所以推论是在空中接口上，如果业务速率越高，在上行链路方向上，扩频后所造成的干扰Ec也就越大。第二个推论：用户的速率越高，该用户要求距离基站的实际可操作的范围越小，也就是用户速率与覆盖之间的关系。假设Eb/No为恒定值2，即No＝0（在不考虑上行链路的噪声干扰的前提下），Eb＝2。这是最差情况下，基站可以容忍的门限值，也就是解扩后的Eb/No必须大于2，若小于2则基站就无法恢复信号。所以每用户到达基站时，Eb值必须大于2。比较SF＝4时，用户的Ec＝Eb/SF＝2/4＝0.5dB，表示该用户信号到达基站时空中接口上的能量必须大于0.5dB；当SF＝8时，用户的Ec＝Eb/SF＝2/8＝0.25dB。假设移动台初始发射功率都是30dB，对SF＝4的用户来说，上行链路允许空中损耗为30－0.5＝29.5dB，SF＝8时，允许空中损耗为30－0.25＝29.75dB，换言之，基站允许SF＝8的用户，可以距基站的距离更远。因此，用户速率越高，Cellrange的范围越小。第三个推论：在用户速率恒定的前提下（假设SF=8），随着噪声功率的增加（假设No＝6），Cellrange的范围将减小。由于在推论二中，Eb/No＝2，所以Eb＝8，Ec＝Eb/SF＝8/8＝1dB，允许空中损耗变为为30－1＝29dB，所以对于同一个用户（SF＝8），随着噪声加剧，基站要求移动台的距离更近。所以推论是Eb/No恒定，No增加，Cellrange的范围减小。也就是CDMA系统中呼吸效应的体现。结论是小区负荷越重，上行干扰也就越大，小区覆盖半径（实际可操作范围）减小。当小区范围减小，对于小区边缘的用户处理大致有几种方案可供选择，如不启动Cell Breathing，直接拒绝新用户的接入（一旦启动CB功能，小区会出现覆盖空洞）；但对UMTS来说，如果根据Qos新用户是高优先级别用户，系统必须满足用户接入，可以选择将原小区内处于边缘的低级别用户切换出本小区，再允许该高级别用户接入；如果基站周围无可用小区可作切换时，基站可以选择减小Eb/No的门限，降低服务质量来允许新的用户接入；这种方法是牺牲所有用户的服务质量门限来满足容量的需求，在建网初期一般不作考虑，也就是不允许用户质量的下降，因此，可以通过降低用户的业务速率（有效比特速率），减少每用户发射功率，来满足新用户接入，这一方案是在R4版本，真正启动Qos时才会使用，低端用户会仍满足保证速率的要求；最极端的处理方法是直接拒绝低级别用户，释放功率。满足高级别用户接入。

在下行链路方向上，系统是功率受限。在CDMA中，无论时全向还是定向站，每小区与GSM一样都有功率放大器（PA），这个PA称为多载波PA。PA的最大能力，也就是下行链路的资源受限。作为CDMA来说，所有用户同时在PA上信号的叠加来进行发送，而GSM中每个接收和发送都对应一个PA。如当前小区实际可用的POWER能力时50W，假设用户1以Ec1能量发射，UE2发射能量Ec2，UE3发射能量Ec3，用户能量叠加Ec1＋Ec2＋Ec3，假设有第四个用户UE4要求通信，叠加能量可能会大于50W。在考虑功控过程已完成且上行方向系统已允许UE4接入的前提下，系统会强制命令小区边缘的用户UE1（但尚未满足切换门限的用户）作切换出小区处理，使UE4获得下行通路，满足叠加能量小于50W。当无法切出时，系统会拒绝新用户的接入。所以在下行方向上是功率受限。一旦业务种类确定，在下行方向传输信道上的chip能量是恒定的，移动台根据用户数的增减来执行下行链路的功控。如果在下行方向，用户叠加后的能量小于50W时，PA不会以50W功率发送，下行方向的功控是每

码字的功控，PA发射功率是动态变化的。关于Qos的体现，都是在信道分配之前体现的。用户提出接入请求，RNC通过NBAP协议咨询Node B是否有合适的资源（POWER），如果没有，RNC将与用户协商，降低Qos要求，否则拒绝接入分配资源。

3、WCDMA的移动性管理、切换和Rake接收机

（UM10 4-36~4-38）

Rake接收机完成的是整个基带信号的逆处理过程，包括解扰、解扩等等。在物理结构上，Rake接收机不是一个类似于板卡的实体，只是一个芯片，通过CPU芯片来实现的，实际是硬件上体现的配置，也就是最大可以配置几个。作为Rake接收机来说，一个Rake接收机对应一路通信，对应的是通信而不是多经。它可以同时处理空中接口上的多路信号，但每个Rake接收机对应的是一路通信。每个Rake接收机可以由多个finger组成，在接收时，接收的是多个路径（finger）的信号，也就是一路通信上的多路多经信号，通过解扩，解扰，时延调整之后进行叠加，最终合并为一路，送往基带信号的逆处理过程。Rake接收机所带来的优势就是多经分集。Rake接收机配置的最大数量将是基站上硬容量的限制，也就是决定了基站同时能够处理多少路的通信。在北电产品中，将Rake接收机所带的基带信号处理电路称为CE（channel element），CE是通过CPU芯片来实现的，在每个模块上可以包含多个CE，用来放置CE的模块称为CEM，CEM24表示一块模块板上有24个CE，还有CEM64、CEM128等等产品系列。码字、POWER作为软容量，在二者足够用的前提下，二者与CE的配置之间应当有一个均衡，CE过大会造成软容量满负荷时，CE的浪费，而CE过小会造成软容量有冗余的前提下系统已无法处理信号。Rake接收机内部可以有多个finger，一般上行链路最大是4个，下行链路最大6个，每个finger都将接收来自不同路径的一路信号，在进行合并时一定要对不同路径信号的时延进行补偿，需要有时延电路，时延电路进行选择时是动态发生变化的。也就是每个finger都在动态调整时延电路的参考，这种动态的调整是通过Rake接收机中所配置的搜索窗来进行控制，调整搜索窗相关点的大小，根据相关点大小来估算时延。经finger处理后的信号要实现多经合并，可能会采用最大比值合并的合并算法，最终合并成一路信号，送往基带信号处理。

WCDMA的切换共分成三种类型，分别称为软切换、更软切换和硬切换。软切换和硬切换是以移动台在空中接口上切换时是否占用多条通路来区分切换的，如果同时占用多条链路则称为软切换，反之任何时刻，都只占用一条链路则称为硬切换。不同系统之间、不同载频之间的切换都是硬切换，或者说在同一系统下，不支持Iur接口时也执行的是硬切换。软切换是发生在基站（不论是否归属同一个RNC）之间的切换，而更软切换是发生在同一基站的不同小区间的切换。从宏分集角度来看，宏分集功能是否放在RNC来执行的，如果RNC执行了宏分集功能，肯定执行的是软切换，如果没有宏分集则执行的是更软切换。在软切换过程中，SRNC是指为当前用户提供到核心网的Iu端口的RNC，DRNC是指用户选定的新的目标小区所在的RNC。从物理实体上，二者都是RNC，只是针对某特定用户来说的逻辑和功能上的不同概念。同一个RNC对UE1来说是SRNC，而对UE2来说可能是DRNC。

WCDMA的宏分集功能是与软切换直接相关的。在软切换过程中，需要在空中接口上建立多条链路，在上行链路上，移动台信号被二个Node B（例图）接收下来，并通过二条Iub链路送往RNC，由DRNC接收的信息将通过Iur接口送往SRNC，在SRNC里将执行宏分集功能，并将信号通过Iu接口送往核心网。在上行链路，SRNC执行宏分集功能也就是对多路信号根据BLER等多个判决条件进行选择（Selecting），向核心网提供一路最佳信号。在下行链路，来自核心网的信息首先到达SRNC，SRNC会将信息在二条链路上向移动台传递，所以由SRNC在下行链路上执行宏分集，也就是将一路信息分裂（Splitting）成二路，分别在Iub和Iur接口传递至不同的Node B。在更软切换过程中，基站会将收到的多路信号合路（Combined）

成一路信号送往SRNC，在下行链路，基站会将一路信息分裂成二路信号分别发送。这也是软切换和更软切换的区别。（提问：在同一个RNC下二个Node B之间的切换是什么切换？）

在软切换过程中，由SRNC根据测量报告选择合适的小区，由SRNC找到DRNC，通过信令通知DRNC添加无线链路，DRNC要核实自己的Node B是否有合适的资源，给出响应并添加无线链路，无线链路的添加无非是码字的分配。在下行链路需要分配新的扰码和信道化码，扰码代表Cell ID，由于占用了新的小区，所以SCN（新扰码）≠SCO（原扰码）；信道化码CH，由于是相同业务，可以保证是同一子树的码字，但不一定相同，取决于DRNC的可用资源，也就是用户可能占用二个信道。在上行链路，SCN（新扰码）＝SCO（原扰码），CHN（新信道化码）＝CHO（原信道化码）。所以软切换过程中码字的分配表明，上行相当于相同的信息同时被二个Node B确认，解码并处理。下行完全是提供了二个不同的物理信道。结合宏分集和软切换的概念，规范中规定了三个集合的概念。分别是激活集（Active Set）、监视集（Monitor Set）和邻区集（Neighbour Set）。进入激活集列表的小区是已经完成与移动台之间建立RRC连接的小区，空中信道已完成分配，移动台同时维持在多个小区的无线信道上。进入监视集的小区是指当前移动台可以测到Ec/Io的小区，但还没有建立RRC连接可以进入激活集的小区。邻区集的小区是指在系统消息广播中预定义的相邻小区的集合，与GSM一样，某个服务小区会定义它的相邻小区集，在系统消息中会发布相邻小区的码字特性及相关参数。邻区集里小区由OMC定义，监视集里的小区是移动台通过对邻区集小区的测量，对能够获得Ec/Io的小区上报给RNC，由RNC对监视集里的小区根据Ec/Io启动判决算法，一旦符合门限，小区会升级到激活集，所以监视集和激活集里小区的更新都是由RNC判决后通过信令消息来控制移动台。规范中规定激活集里小区最大6个，也就是同时允许6路无线链路接入。通常情况厂家会提供2～3个，因为过多的无线链路接入只能增加对系统的干扰和资源浪费。软切换过程结束，RNC拆除原无线链路时，会将激活集中对应的小区降级到监视集中，直至最终退出监视集。激活集和监视集中的小区更新都是由RNC来控制完成，进入到激活集的小区还会有区分，区分为参考小区（Primary Cell）和激活小区。举例假设开始用户在一个小区驻扎，与小区建立了一条链路的连接，此时激活集中只有这个小区，称为Primary Cell，由该小区所属的RNC为用户建立Iu接口。移动台同时会对该小区的邻区集小区进行测量，并形成监视集中的小区，对监视集小区通过对Ec/Io的判决，一旦超过门限值，就会建立RRC连接，并将小区升级到激活集中。作为软切换的判决原则，始终以参考小区的Ec/Io为参考值，监视集小区的Ec/Io与该参考值进行比较，其差值作为参数与门限值比较，当达到软切换的门限值时，就会触发软切换，也就是监视集中达到门限值要求的小区升级成为激活集小区，建立链路。但被激活小区能否成为Primary Cell并不一定，Primary Cell的更新过程将触发二级的判决门限。当UE在移动过程中，目标小区的强度大于Primary Cell时，SRNC将触发二级的判决门限，决定目标小区是否取代原来的Primary Cell，一旦更新成功，原来的Primary Cell将成为激活集中的普通小区，Primary Cell更新后RNC将通知移动台及时根据新的Primary Cell定义的邻区集小区。至于门限值的定义，进入监视集小区的门限值是由系统参数设定的Ec/Io绝对值，而进入激活集小区的门限值是与参考小区Ec/Io比较后的差值，是相对值门限。进入激活小区也就是启动了软切换过程。软切换完成的标志是激活集中只有一个服务小区，多于一个以上都被视为软切换过程中。激活集小区降为监视集小区同样要触发另外一个降级的门限值。多个门限值的设定正是为了有效防止移动台由于频繁移动所造成的震荡效应。在没有任何可切换小区的前提下，规范规定在激活集中必须保留一个Primary Cell，无论该小区是否已满足降级门限的要求，都不会触发降级算法。

4、无线资源管理

（UM12 3-23）

在空中接口上完成无线资源分配和管理时，由RNC作为无线管理的控制核心。RNC的管理是基于服务类型的管理，根据不同业务对不同Qos的要求。图3-23给出了根据不同业务和用户对Qos的定义，也可以作为用户的特性参数。纵轴给出了用户的分类，将用户分成金、银、铜等不同的等级，每一类用户都可以申请规范中规定的各类业务，如交互类业务、流业务、背景业务和会话业务。每一类业务都是由Qos的参数来构成的，作为Qos参数主要包括业务类别（Traffic class）、业务的最大比特速率（Maximum bit rate）、保证比特速率（Guaranteed bit rate）也称为承诺比特速率、业务是否强调发送顺序、能够发送的SDU（业务包的字节数）的最大尺寸、SDU差错率、冗余比特差错率、传输时延、可变时延、是否使用排队功能等等。所有这些构成了Qos的一组参数，这组参数将在HLR中对不同业务作出定义。作为一个用户在发起业务请求消息到达网络侧时，RNC将如何根据用户的不同业务请求来分配空中接口的无线信道？首先RNC不会对用户的业务请求信令消息作出响应，当移动台发出服务请求的时候，消息属于CC层，即移动台和核心网之间的对话。消息将送往核心网，由核心网通过对用户的鉴权，查询用户在HLR中的业务参数，并将参数送往VLR，MSC根据用户的特性参数，向RNC提出分配资源的请求消息。由于WCDMA引入了CAC算法（呼叫允许控制算法），MSC向RNC发出RAB分配请求消息，在该请求消息中包含了用户申请业务的Qos参数。由核心网将分配请求消息送到RNC之后，RNC首先要完成RAB的无线访问承载（Matching）过程，这一过程是一个逻辑概念，并不是物理上的含义，RAB是上层的逻辑概念，与Qos有关。RNC对RAB请求消息判决是否能匹配到自己的RAB请求模板上来，如果没有合适的业务匹配模板，RNC将直接拒绝来自核心网的RAB分配请求消息。反之，RNC将根据模板给空中接口的移动台分配无线资源及Iub接口上的资源，无线接口上资源的分配称为RB承载，Iub接口上的资源分配称为Iub承载。所以第二步是从RAB到RB完成无线承载的映射。之所以需要这样的映射过程，是因为在核心网里，只有用户的类别和服务的等级以及每种服务的特性要求，而作为RNC来说，还需要监控整个无线小区的负荷和其它无线方面的因素，一旦负荷过重就无非满足用户的业务请求，所以需要完成RAB和RB之间的匹配过程。匹配完成RNC将分配的资源包括Iub、Iur、Iu接口上的传输资源、下行链路上的Power、OVSF码字、扰码、RNC接口节点的处理过程、基站资源及上行链路的干扰等等。所以在整个呼叫允许控制算法中，由核心网完成总控，由RNC根据当前的无线资源、网络负荷和空中接口的无线质量来选择合适的空中接口信道分配给用户，信道不单是物理信道上码字资源和Power资源的分配，还包含了对用户信息的传输信道的分配，整个的流程在北电设备中称为IRM（智能资源管理过程）。图3-23所反映的就是在RNC里无线资源管理的一个模板图，左端是业务的等级，业务分四类，根据上下行链路所能承受的最大比特速率的不同，每一类业务又分成不同的等级，如同样是背景类业务，最大比特速率有384、144或者64等，定义多种不同级别业务取决于用户的申请。在每一类业务等级下，用户又分成三类用户，有金、银、铜卡用户的等级，三类用户在吞吐量上速率的保证又与小区的负荷有关，小区负荷较轻时，可以达到最大384kbps的速率，小区负荷加重，速率降级或只能达到64kbps，在小区负荷非常严重的情况下，金卡用户仍能保证16kbps的速率。同样在图中也表明了对于384kbps的业务银卡和铜卡用户无权申请。由于在规范中对Qos没有明确的规定，图中所定义的算法只是北电的算法，各个厂家会有不同。

5、压缩模式

（UM12 3-28）

所谓压缩模式是和移动台作测量有关的一种工作模式。当移动台触发硬切换（在不同的载频之间、不同系统之间的切换）时，移动台必须启动压缩模式完成测量。在GSM中，移动

台作测量时要有一定的空闲期可以将电路调整到新的载频上，对新的载频信号进行测量。对CDMA来说，在同频的前提下，移动台可以实时完成测量，而无须电路上的调整，也就无须空闲期。但在硬切换时，不同频率之间，移动台同样需要这样的空闲期来进行频率的调整，进行锁频、解码等过程。空闲期的产生就是通过压缩模式来实现。在空中接口上，移动台在通信过程中信号是连续的，信号在连续的发射过程，要完成对不同载频或系统的相邻小区的测量必须使连续信号中断，这也就是压缩模式目的，产生时间间隔Gap。产生时间间隔的方式一共有三种：第一种方式只针对数据业务发射过程中有效，利用可选的协议分组数据汇聚协议（PDCP）来完成。该协议位于数据业务的用户平面，属于业务平面。它对原来需要发送的数据包的包头和数据包字段来进行压缩。换言之，原来需要整的10ms来传送数据包，经过压缩后可能只要5ms完成传送，另外5ms就形成了传输间隔Gap。这种方法在规范中是可选的。第二种方式是所谓的丢弃策略（Puncturing），也就是原来要发送10ms的数据包，只发送部分，而另一部分将被丢弃，从而节省发送时间，产生时间间隔，这一过程数据的速率、扩频因子等都不会发生变化，只是在空中接口发送的部分chip位被系统丢弃而产生发送间隔。第三种方式比较直观，假设用户初始速率SF＝32，按传输间隔每10ms一个块的发送方式发送数据，如果此时用户需要时间间隔对相邻小区测量，它会提高数据的传输速率使SF＝16，可以在5ms时间内完成原来10ms的数据包的发送，从而获得时间间隔。比较后二种方法，第三种方式没有信息的损失，其BLER值没有因为时间间隔的出现而受影响，但对整个系统来说，由于速率的提供，对系统空中接口的干扰有所增加。同样第二种方式正好相反，干扰没增加但BLER会增加。所以二种方法各有利弊。

6、发射分集功能

（UM12 3-29）

在WCDMA中，系统会有多种分集功能，如Rake接收机的使用克服多经效应，在网络侧是否还需要保留在GSM中使用的空间分集接收？资料显示可以不考虑使用，但在实际网络中仍然会考虑二者并用。除此之外，虽然在内部的传输信道上也已选择了交织（时间分集）来抗干扰，但为了增加空中接口的传输效果选择使用了在下行链路方向的发射分集功能，又称传输分集。对移动台来说，基站会将同样的信号通过二条路径发送给移动台，产生多经。发射分集的启动依赖系统的激活以及发射分集的方式。发射分集有二种方式，一种称为空时发射分集（STTD），另一种称为时间交换发射分集（TSTD）。作为STTD算法来说，可以应用于除同步信道（SCH）外的所有物理信道，而TSTD专门用于同步信道的发射分集。STTD方式又分为开环和闭环二种，开环方式是指基站将信号分二路直接发射，移动台作为多经信号加以接收，并不知道是发射分集的作用。闭环方式是指网络端执行发射分集之后将信号送往移动台，移动台通过上行链路的一个特殊域FBI比特位（反馈指示位）来通知网络端进行发射分集的微调。这种发射分集可以为系统增加最多5dB的增益。启动发射分集在硬件上射频部分的配置需要加倍，即每小区二个功放、二个双工模块等。

7、UMTS无线帧结构

（UM12 3-9）

对WCDMA来说除了码字和Power，还存在着时间轴，即空中接口上信息发送周期的定义。时间轴是物理层的概念，是已经经过传输信道的处理之后，完成了从传输信道的数据块到物理信道的适配。此时在空中接口上传送的是chip位，对于不同业务在空中接口上传送的chip速率是恒定为3.84Mcps。从逻辑的角度，规范规定每10ms来划分帧，1个帧＝10ms x 3.84 Mcps＝38400chips。再将1个帧划分为15个time slot，每个slot所能传送的chip数为2560chips＝0.667ms，而这个周期实际上没有太大意义。时间概念的引入是由于不同业务空

间接口上处理方式的不同，可能会引入多种物理信道使用的时间复用关系，每个物理信道不是并行的发送关系，不同物理信道分别占用不同的slot来传送chip。确定了slot和帧的概念，也就确定了时钟同步的过程，也就是给出了搜索相关窗的周期。规范同时还规定了一个复帧结构，这个复帧结构不再是GSM中用于逻辑信道向物理信道的映射，它纯粹是一个时间周期的概念，人为规定了4096个帧组成一个系统帧SFN（system frame），包含从0到4095的帧号。SFN在空中接口上以系统消息广播给移动台用于时钟同步。除此之外，在基站和RNC之间也会发送帧，这个帧不是无线帧而是帧协议FP（frame protocol），所以基站和RNC之间也需要完成相应的同步过程，通过帧号如BFN、CFN等来完成，这些帧号用于完成基站与RNC或核心网之间数据传送的同步过程。无线帧周期与实际周期是近似的，SFN将作为系统信息广播给移动台。

在空中接口上本身定义的无线帧是10ms，但对于公共随机接入信道来说，系统却定义了特殊的帧结构，称为接入帧（access frame）或访问帧，该帧仅适用于随机接入信道。它的帧周期是普通无线帧的二倍，即20ms，而速率仍然是3.84Mcps。由于帧周期的扩大，它的接入slot也变为无线slot的二倍。所以在后续章节中提及的物理信道随机接入的控制过程时，有关于接入slot公共控制选择算法仍然属于网络优化的一个重要部分。也就是如何通过算法来控制在随机接入信道上的冲突、碰撞及识别不同的用户。尽管有帧的概念，但在物理实现上对每个移动台来说，信号始终是连续发射、并行传送的。已不是GSM中物理信道的概念，只是空中接口上的一个发送机制。

四、UTRAN网络协议层的总体描述

目标：信道的分类、空中接口无线协议的结构、各协议层的描述及完成的功能、协议层之间

的传输模式。

1、信道的基本概念 （UM12 5-3）

在WCDMA中规范定义了三种信道，分别是逻辑信道、传输信道和物理信道。逻辑信道概念与GSM中逻辑信道的概念完全一样，按照消息的类别不同，将业务和信令消息进行分类，获得相应的信道称为逻辑信道，这种信道的定义只是逻辑上人为的定义。传输信道对应的是空中接口上不同信号的基带处理方式，根据不同的处理方式来描述信道的特性参数，构成了传输信道的概念，具体来说，就是信号的信道编码、选择的交织方式（交织周期、块内块间交织方式等）、CRC冗余校验的选择、块的分段等过程的不同，而定义了不同类别的传输信道。物理信道就是空中接口上的频率加码字（扩频吗＋扰码）。物理信道就是空中接口的承载媒体，根据它所承载的上层信息的不同定义了不同类的物理信道。举例说明三类信道的关系，如一个人出差，他所带的东西（领带、衬衣）可以比喻为逻辑信道，不同的东西就构成了不同的逻辑信道，每种东西放置到不同的容器中，这些容器（领带夹、衬衣套）就构成了传输信道，最终这些东西要放置到行李箱中，行李箱就是物理信道。所以在整个从逻辑信道到传输信道到物理信道的映射关系，存在着多次复用和解复用的过程。多个逻辑信道可能映射到同一个传输信道上，多个传输信道可能映射到同一个物理信道上。所以在功能协议层中会有每一层的复用和解复用的功能。这种映射关系在规范中是动态的，也是协议层的重点内容。在初期为了概念的理解，只给出固定的映射关系。对于物理信道，除了与上层有映射关系的物理信道外，还有一些纯粹由物理层产生的物理信道。所以物理信道又分成二类，称为纯粹物理信道（pure phy channel）和普通物理信道（normal phy channel）。与上层有映射关系的就是普通物理信道，与上层没有任何映射关系直接由物理层产生的码片序列信道就是纯粹物理信道。纯粹物理信道在整个无线接口通信过程中起着非常重要的作用。

2、空中接口的协议层 （UM12 5-4）

图5-4显示的是从UE角度来看的协议层结构图。UMTS将空中接口的协议层分为二个层面，称为接入层面（Access Stratum）和非接入层面（Non-Access Stratum）。其中接入层面就是移动台和UTRAN网络对话所应用到的层面，而非接入层面是移动台和核心网之间对话，透明通过接入层面。接入层面协议与接入类型的变化有关，非接入层面不会发生变化。目前的接入类型是UTRAN FDD模式。

协议层上层将其分成二个层面，用户平面和空制平面。控制平面走的是信令，无论是系统内还是系统间的信令，都位于控制平面，而用户平面定义的是业务信息的传递。作为用户平面来说，在空中接口上无非有二类，数据和话音。对于话音业务，上层AMR协议层的编码，然后直接利用底层的承载进行发射。对于数据业务，不同数据的应用选择合适的网络层，再选择合适的传输层，作传输承载，其中的PDCP（可选）只位于用户平面，只针对数据业务，完成数据包头和数据段的压缩。用户平面的BMC称为广播、组播业务控制协议。控制平面的上层通常称为层3消息，该层消息部分属于接入层面，另一部分属于非接入层面（移动台与核心网对话）。在非接入层面的协议有MM（移动性管理，如位置登记、与切换过程有关的消息）、CC（呼叫建立，如呼叫建立、服务申请）和CM等，这部分协议与GSM完全一样。在接入层面，UTRAN网络接入层的核心就是RRC层的模块协议。RRC层位于RNC，是移动台和RNC之间的对话。RRC层功能包括无线资源管理和分配、CAC算法、Qos映射、无线承载的分配、安全性功能等等。这些功能的控制全在RRC层，RRC同层的对话是与移动台的对话，不同层之间，由RRC完成对RLC、MAC层以及物理的传输子层的控制。

RLC层在RRC层控制下完成上层的应用到逻辑信道的映射，RLC可以区分上层控制层面或用户层面的不同信息，映射到不同的逻辑信道上。换言之，RLC层可以根据上层不同的逻辑消息来添加不同的RLC的字头（Header），选择合适的RLC层工作模式。MAC层同样需在RRC层控制下完成从逻辑信道到传输信道的映射，MAC会选择不同类的逻辑消息再映射到不同类的传输信道。由于映射的传输信道的不同，MAC所添加的字头是不一样的。需强调的是它只是映射到传输信道的类别上来，并不完成传输信道的处理，也就是整个基带信号的处理并非在MAC层完成。物理层包含二个子层，分别称为传输子层和物理子层。传输子层的功能就是完成基带信号的处理，传输信道的执行是由传输子层来完成。通过传输子层完成处理之后，信息将会被映射到物理信道上，在物理子层完成扩频和加扰，这样就完成了从传输信道向物理信道的映射。不论何层的映射都是由RRC层来控制。 （UM12 4-10）

RRC层的主要功能：

RRC连接管理（RRC connection management）：移动台向系统提出接入请求，需要完成

RRC连接建立过程。在RRC连接建立过程前要完成开环功控，RRC连接建立实际上是移动台和RNC之间的对话，RRC连接建立的标志是由RNC分配给移动台的24位临时识别符将会在RRC连接建立响应消息中发送给移动台。移动台会获得上行链路扰码的码序列发生器的初始值。RNC通过临时识别符来区分各移动台的RRC连接。

无线承载管理（Radio Bearer management）：RNC接收来自核心网的无线访问承载请求，

根据Qos的请求，与RNC内部的业务模板进行匹配，然后完成无线承载的分配。涉及到如吞吐量、Qos、传输信道等的描述。

无线资源管理（Radio Resource management）：包括码字、POWER的分配，无论是RRC

建立初期的资源分配还是移动台已经业务通信状态下资源的分配，都是

由RRC来控制的。在分配无线资源时，首先是移动台提出请求到RNC，RNC在分配无线信道之前，要激活基站中的资源，在得到正证实后，才可以为移动台分配资源，如果基站给予RNC负证实或响应超时，将被视为连接失败。

寻呼/事件报告的发送（Paging/Notification）：在GSM中寻呼请求（request）是由MSC

触发的。UTRAN中也是由核心网来触发，而RNC中的寻呼功能是指RNC作为寻呼的执行，完成来自核心网的寻呼请求。由RNC控制无线寻呼的过程，也就是无线寻呼信道的控制算法。所以与GSM相同，无线有无线的寻呼控制，核心网有核心网的寻呼控制。

信息广播（Broadcasting of information）：RNC与OMC通信，将系统信息通过空中接

口向移动台发送。

测量报告管理（Measurement reporting management）：移动台和基站发送上来的测量

报告都是以Ec/Io为参考的。由RNC的RRC层完成对测量报告的处理，根据测量报告完成一些过程如开环功控、闭环功控、切换等等。在GSM系统中，测量报告的处理是在基站侧完成的，相邻小区的删选也是在基站侧完成，再送往BSC，而在UTRAN网络中，都是由RNC来完成，基站只涉及物理层。

功率控制管理（Power control management）：指的是外环功控的管理，计算SIR目标

值，由RRC层实现SIR目标值算法的启动。

加密管理（Ciphering management）：加密的执行不是RRC的功能，加密的对象是RLC、

MAC层的块（传输层的块）。这里的加密管理指的是由RRC控制加密的执行，决定由谁来完成，也就是RRC层提供加密参数，将加密参数送往RLC层和MAC层并由传输层执行。

路由（Routing）：路由高层的协议单元PDU。RRC层的上层有不同类型的各种高层协议

数据单元，RRC将根据不同的数据单元路由到相应的不同底层，指的只是协议内部的功能。

完整性管理（Integrity management）：属于加密过程，对信令消息的完整性验证。信

令消息无论是接收还是发送都要获得完整性key（IK）参数，IK是由鉴权中心产生的鉴权五元组之一。IK与发送方向、发送帧号、随机号经过F9算法产生一个比特序列，称为MAC-I。MAC-I对MAP层消息进行封装，在空中接口发送至接收端，接收端将首先判定接收的MAC-I与自己产生的MAP-I序列是否相同，如果一致则对信令消息进行处理，如不一致，则认为该信令消息的完整性被破坏，信令消息非法，直接丢弃不作处理。

RRC层（层3消息）规范定义在3GPP规范中的TS25.331中。 （UM12 4-7）

RLC（Radio Link Control Layer）层对上层的逻辑消息进行处理，接收RRC层的控制，选择合适的传输模式。作为RLC层工作模式一共有三种，分别称为透明传输模式（Transparent）、非确认模式（Unacknowledged）和确认模式（Acknowledged）。RLC工作于透明模式时，上层消息透明穿过RLC层到达MAC层。没有任何的RLC层字头的添加，在RLC层不作任何处理。适合于实时性要求比较高的业务，减少RLC层的繁杂处理。

非确认和确认模式都属于非透明方式。消息在经过RLC层时，要添加RLC层的字头进行封装。包头的长短决定了不同的模式。对于非确认模式包头较短，不会触发重复机制，RLC层数据块出错时RLC层不作处理，它的重发将由上层应用层来启动，同时要执行分段、RLC层包头的添加和对RLC层的块实行加密等过程，这样的模式适合于VoIP业务。确认模式适

合于绝大多数的数据业务，包头较长含有重发机制，RLC如果收到错误数据包，会启动重发算法，要求发端进行重发。由于要实现重发，在RLC层就要求有缓冲区（buffer）。数据包将存放在缓冲区进行处理。这种模式适合于可靠性较高的信息传递，如传真类业务、背景类业务。RLC层根据上层的不同逻辑消息（逻辑信道）以及同一类信道内的不同类业务要求选择的传输模式各不一样。传输模式的选择来自于RRC层控制。

（UM12 4-6）

MAC（Medium Access Control）层仍然是第二层协议，完成从逻辑信道向传输信道的映射，MAC层包含了多种映射的软件包，如MAC-C、MAC-B、MAC-D等。MAC-B代表的是映射到广播信道，MAC-C代表的是映射到公共信道，MAC-D代表的是映射到专用信道。这种映射关系体现在传输格式的选择上，同时MAC层也是接收来自RRC的控制。作为MAC层来说，对于数据流有优先级的选择处理，此外还有对移动台的优先处理选择过程。MAC层完成在公共业务信道上不同用户的识别，所谓公共业务信道是UMTS定义的一种新的信道类型，它可以在上下行链路方向，在用户数据量不大的情况下，多个移动台共用同一个物理信道来完成信息传送。在传输信道上公共信道映射就需要表明不同用户数据的块，就需要由MAC层来添加移动台标识符域加以识别，即URNTI和CRNTI。传输信道在MAC层的封装长度是不固定的，取决于当前的工作方式和完成怎样的映射。MAC层有来自高层的多种逻辑信道将会映射到相同的传输信道，从逻辑概念上讲是完成了一个复用。同样从MAC层向高层传送消息时会分成不同的逻辑信道类型由RRC层处理，即所谓的解复用过程。由MAC层交换传输数据块送往物理层时对块的监视功能。MAC层的加密指加密的执行，MAC层接收来自RRC的控制，获得加密参数对MAC层的块进行加密，它对等是在RNC侧解密而不是在基站侧。MAC层完成随机接入控制，提供不同优先级的随机接入。

（UM12 4-5）

物理层由传输子层和物理子层构成，接受Layer1 Management的控制管理，Layer1 Management与RNC中的RRC层通信，RRC层通过业务访问点直接访问Layer1 Management。传输子层完成基带信号的处理，物理子层完成扩频和加扰调制以及射频调制。物理层的主要功能包括：

● 宏分集功能：无论是在RNC还是在基站，在RNC是选择一路、下行链路splittering，

在基站合路，都是指宏分集功能。

● 错误侦测：物理层经过基带信号逆处理过程来判定传输信道上数据块是否出错，通

过相应的指示位CRCI给予高层指示。

● 编码解码交织反交织：也就是基带信号的处理，目的是对有用信息进行保护。执行

的参数，如是1/2还是1/3卷积、是Turbo码还是卷积码，都是由MAC层来通知物理层。MAC层完成的是传输信道的映射。

● 传输信道复用和解复用：CCTrCH是码分复用传输信道，作为一个逻辑概念不在空

中接口上出现，不属于传输信道也不属于逻辑信道，它只是从MAC层向物理层映射时出现的一个逻辑概念。它是指一个用户所有传输信道的复用，每个用户会对应一个CCTrCH的处理，其中对应的上层传输信道是多个传输信道的复用。由CCTrCH向物理层映射时可能是向多个物理信道映射。

● CCTrCH对物理信道的映射 ● 功率叠加及物理信道上的合成 ● 物理信道调制解调扩频解扩 ● 频率和时间的同步

● 送往高层的测量和指示（EFR、SIR、接口等）

● 闭环功控：每秒1500次 ● 射频处理

从协议栈上可知，基站面向空中接口只有物理层协议，面向RNC底层的承载是AAL2，上层封装是帧协议FP，用于Node B和RNC之间的数据传递。到达RNC之后，CS域送往TRAU，同样是AAL2承载，上层是Iu接口的用户平面。作为PS域，RNC、PDCP（Option）、RNC和SGSN之间底层AAL5的承载，上层满足GPRS的对照协议，在Iu PS端口上，PDP Tunnel、U平面、UDP传输承载选择AAL5，到Gn接口，将去除ATM转换成Gn接口上的IP骨干网协议，高层是PDP、UDP到IP作为传输层，底层是以太网、物理层链路传送。

五、逻辑信道描述

目标：了解移动台不同的工作模式和状态、逻辑信道的描述、逻辑信道向传输信道的映射关

系。

（UM12 5-5） 1、移动台的工作状态

移动台的二种基本模式是空闲模式和连接模式。所谓空闲模式是指移动台处于待机状态，尚无业务存在时的状态。所谓连接模式是指移动台与RNC之间已经完成RRC连接建立时的状态，此时移动台已驻扎在一个小区中。在连接模式下，移动台共有4种状态，分别是Cell_DCH、Cell_FACH、Cell_PCH、URA_PCH状态。

Cell_DCH状态：移动台利用专用信道进行通信过程的状态；

Cell_FACH状态：移动台完成少量数据传送，无需分配专用信道，在公共FACH/RACH信道上传递消息的状态；

Cell_PCH状态：移动台没有数据传送，只在下行方向侦听PICH信道上的寻呼指示消息时的状态；

URA_PCH状态：移动台处于非连续接收，在URA范围内侦听PICH消息状态；

移动台在连接模式下，工作状态的转换：移动台开机，在空闲模式下，首先完成Cell search过程，完成小区驻扎；当小区更新时，移动台将进入Cell_FACH状态，完成小区更新所需的少量信令数据的传输；小区更新结束，RRC连接保持则由Cell_FACH状态到Cell_PCH状态，如果RRC连接释放则进入空闲模式；移动台进入Cell_PCH状态之后将侦听PICH消息，如果侦听到PICH上有对自己的寻呼消息时，则进入Cell_FACH状态；随数据量增加，移动台申请专用信道之后，进入Cell_DCH状态并维持通信；业务量下降则继续返回Cell_FACH状态；业务结束，移动台进入URA_PCH状态或Cell_PCH状态。

URA_PCH状态的提出是为了减少小区更新所带来的信令消息流，如果长时间移动台没有业务流则将进入该状态，URA通常包含多个小区，移动台处于URA_PCH状态时，小区变化而URA不变则不会启动小区更新过程，从而节省无线资源。目前，在Cell_PCH状态和URA_PCH状态之间还没有直接的转换关系。而处于Cell_PCH状态的移动台一旦有寻呼只能转换到Cell_FACH状态而不会直接进入Cell_DCH状态。对于CS业务，移动台只能在Cell_DCH状态下工作；对于少量PS业务，移动台将工作在Cell_FACH状态，对于大量少量PS业务，移动台将工作在Cell_DCH状态。业务量的大小取决于移动台发起RRC连接时向系统报告呼叫建立原因时提供给RNC，RNC根据Qos申请分配资源的同时决定了业务量的大小。移动台处于何种工作模式对于核心网来说是透明的。

（UM12 5-9～5-10） 2、逻辑信道

RLC层和MAC层的上层数据块在通过RLC层时，RLC层要完成分段和级联功能，如果是透明传输不会添加RLC的字头，如果是非透明传输将会添加RLC的字头。再送往MAC层，并

继续选择是否添加MAC层的字头，最终送往物理层。

在UMTS中定义的逻辑信道要比GSM中的逻辑信道少，分为二大类，称为逻辑业务信道和逻辑控制信道。逻辑业务信道指的是用户平面，而逻辑控制信道指的是控制平面。逻辑业务信道又分成二种，称为DTCH（专用业务信道）和CTCH（公共业务信道）。其中DTCH是对专用业务的定义，上下行链路都有。CTCH是公共业务信息的传递，只有下行链路上有，如小区广播消息、支持不连续发射的一些Schedule消息等等。第二类信道称为逻辑控制信道，分为四类：

下行链路上的广播控制信道BCCH，作用与GSM中的BCCH是一样的，用来发送系统信息和相关参数，规范25.331规定了17种系统信息，从系统信息1到系统信息17，其中系统信息14和17是关于TDD的，其他系统信息是综合的，如当前小区的频率号、小区识别号、移动网号、上行链路允许发射功率等消息；

下行链路的寻呼控制信道PCCH，同样属于公共控制信道，用来发送寻呼消息。移动台处于空闲模式或处于cell_PCH和URA_PCH状态时，将会利用PCCH传送寻呼消息。消息类别称为寻呼类型1，包含移动台的标识符；

上下行链路的专用控制信道DCCH，用来传送专用信令控制消息，如测量报告、激活集的更新消息、移动台在专用状态（cell_FACH和cell_DCH）下的寻呼消息，称为寻呼类型2；

上下行链路的公共控制信道CCCH，包含RACH随机接入、接入应答和其他公共控制信令过程。在CCCH上将发起RRC连接，小区的更新或者URA的更新过程，网络在应答时，也将通过CCCH为用户分配码字和临时识别符。

对于专用控制信道来说，一共定义了四种类型的DCCH，也就是将DCCH上不同的信令定义了不同的信令承载。分别是RRC层关于测量的信令承载、关于移动性管理的信令承载、与业务相关的业务请求信令消息，分为高优先级和低优先级二类。

（UM12 5-12）

对应于不同的逻辑信道，RLC层将会根据上层不同的应用来选择不同的工作模式，由RLC层完成从逻辑消息到逻辑信道的映射。表5-12给出了这种映射关系。如广播控制信道和寻呼控制信道规定了只能选择透明模式，在添加RLC层字头时是透明通过的，执行的只是分段，并直接送往MAC层。第二类公共控制信道CCCH和公共业务信道CTCH，只能选择非确认模式，需要完成分段，添加一定的RLC层字头，不作加密，不作分段重传。最后二类专用控制信道DCCH和专用业务信道DTCH，三种工作模式都可以选择，取决于当前的业务要求，由RRC层控制。RLC层字头是固定的，非确认模式是8比特，而工作于确认模式是16比特。8比特位是由数据块的序列号和长度指示位（又称扩展指示位）E构成，工作于确认模式时，除了序列号之外，还添加了D/C位、Polling位、包头指示位HE，共16比特。RLC层根据不同的业务执行分段功能，分段长度的定义取决于传输格式的选择，也就是MAC层所选择的传输块的大小。RLC分段是根据MAC层的要求分成固定长度的Payload，如果Payload长度不够将填补填充位Padding。如例5-15，一个在下行链路上64kbps交互或背景类业务，上层业务数据单元按每20ms截取，20ms在RLC层得到1280比特，分成4段，每段320比特，再添加16比特的RLC层字头，工作于确认模式，相当于送往MAC层时数据共有4块，每块是336比特。

（UM12 5-11）

逻辑信道向传输信道的固定映射关系大致有以下几种：

BCCH → BCH；PCCH → PCH；DTCH → DCH、DSCH、RACH/FACH、CPCH；CTCH → FACH； CCCH → RACH/FACH；DCCH → DCH、RACH/FACH、CPCH/DSCH等。 (UM12 5-16)

在逻辑信道MAC层字头的添加，重点是4个域的添加。

64种组合方案，对应该小区所在的主扰码的组号。表7-10反映的对应关系，纵轴Group0～Group63对应64个主扰码的组号，横轴#0～#14对应一个无线帧的15个TS，表中对应的编号是16种SSC同步码编号。移动台首先在第1个TS搜索到同步码16，就会对照移动台内的这张对应表，搜索到含有同步码16的点，接着搜索第2个TS的256chips的SCC，编号为6，对对应表进行二次删选，在16后面是6的只有Group2和Group4满足条件，接着继续搜索到第3个TS，发现同步码编号为11，则锁定Group4。这就唯一确定了组合，同时也固定了时隙号Slot7、8、9，因为16、6、11的同步码位置是固定地被放在上面三个时隙内的。时隙号知道也就知道了一个帧的时隙边界，但仍不知道帧号。图例是最好情况下解码3个SSC后就能定位，最差情况是要解码1个整帧15个SSC后才能定位，这取决于码字规划。事实上规范中定义的对应关系中没有3个连续码字是重复的。

（UM12 7-11）

P-CPICH（Primary Common Pilot Channel）主公共导频信道（DL）：经过同步信道的同步，移动台只获得了小区主扰码的组号，为了驻扎小区，移动台还需进一步获得小区的主扰码，小区的系统信息等。P-CPICH是一个由物理层产生的纯物理信道，但需做扩频和加扰。该信道上发送的序列称为公共导频序列，这个导频序列对移动台和所有小区来说都是已知的，是个预定义的符号序列（Pre-defined symbol aequence），称为Symbol表明是在物理层扩频之前产生的序列。作为基站和移动台都已知的序列，规范规定该序列的扩频码字是Cch,256,0，该码字为全1码，所以序列的发送速率为15kbps。序列加扰的扰码是各小区的主扰码。作为移动台在获得主扰码组号之后，就会去解读CPICH信息，要对CPICH解扰，移动台尚不知主扰码的前提下如何去解扰？采用的方式就是尝试，在知道组号的前提下尝试用该组的所有8个主扰码进行解扰。作为一个已知序列，它在无线帧的所有时隙上连续发射，所以可以用8个主扰码去连续解扰。再用已知的扩频码字进行解扩，将获得该序列。所以P-CPICH的第一个作用就是尝试找到小区的主扰码。第二作用是获得相位参考（或称为时延参考）。作为基站来说，序列始终以同样的时钟同步向下发送，移动台在接收时信号肯定存在一定的时延，是相位可能发生偏转之后的信号。作为已知序列，在这种情况下，为了体现码字的正交性，一定要完成时间的补偿，从而给出了相位的参考。其他物理信道的相位将以该序列的相位参考来做接收并予以补偿。在移动台的整个通信过程中，移动台都要始终对CPICH进行解码。对该序列的解码以及Ec/Io的测量将构成测量报告，质量的参考都是通过对该序列的测量来完成的。同样对相邻小区也要做相同的工作过程。作开环功控时，移动台也将根据对该信道的测量来决定自己的初始发射功率。到此为止，移动台还只是对多个小区的无线测量，还没有完成小区的PLMN的选择，也就是还没有MCC、MNC、Cell ID等号码。最后一步就是要解码P-CCPCH信道。S-CPICH信道现阶段不做，该信道不一直发送，它是可选的。它是作为S-CCPCH和DPCH的相位参考。如果选择了该信道，基站要将信道的扩频因子通知给移动台。信道在使用了MUD、波束成型技术（智能天线中的功能）时才会被选用。

（UM12 7-12） P-CCPCH（Primary Common Control Phy Channel）主公共控制物理信道（DL）：属于普通物理信道，传输信道映射的是BCH，逻辑信道映射的是BCCH，即BCCH → BCH → P-CCPCH。信号发送的是系统信息，原始的比特速率是12.3kbps（GSM中只有780bps），经过一系列基带信号处理之后，最终映射的速率是30kbps，实际映射的速率只有27ksymbolps，换言之，在空中接口发送的时候，与其它信道比较，有一定的时延，或者说是与其他信道叠加之后才进行射频调制的。它与同步信道完成近似的信号叠加，也就是在一个时隙中，前256bits是同步信道，后面的2304bits作为P-CCPCH信道比特位，而实际的信息位只有18bits，其它都是保护字段。信道的扩频码字规定的是Cch,256,1，此时，移动台只知道主扰码，还不知道

物理信道的扩频码，所以该信道的扩频码要固定。使用主扰码进行加扰。这一步结束后，移动台将获得MCC、MNC、Cell ID等相应参数，产生小区列表，选择本网的可用小区，再按照信号强度，公共导频信道的Ec/Io，选择合适的小区驻扎。至此，Cell Search的过程结束。这里讲述的是移动台在开始开机情况下的过程。假设移动台关机再开机时，为了加快搜索的过程，移动台同样具有记忆功能，二次开机时，移动台会首先选择记忆的主扰码直接解调P-CCPCH信道。如果可以解出信道，再通过公共导频信道进行相位调整。在解出P-CCPCH之前，Cell Search的时间最差情况下需要2TS（P-SCH）＋15TS（S-SCH）＋8TS（C-PICH）＝25TS＝250ms。

（UM12 7-13～7-15）

PRACH（Phy Random Access Channel）物理随机接入信道（UL）：移动台完成小区搜索后，会驻扎在一个目标小区内，发起呼叫请求，建立RRC连接。RRC的连接不仅仅满足通信的需要，在位置更新、路由区登记等过程都需要RRC的连接。作为RRC连接建立过程，从空中接口的消息来说只有二条，称为RRC连接请求和RRC连接应答消息。移动台如何发起它的随机接入或称RRC连接？类似于GSM的随机接入，由移动台抢占公共随机接入信道发起随机接入请求消息。PRACH在发送信息时分二部分，称Preamble前导部分和Message消息部分。在发起RRC连接时，移动台将在上行链路上启动开环功控，开环功控就是利用Preamble来完成的。所以在PRACH中的Preamble就是为了完成开环功控。Preamble是由物理层产生的序列，移动台将试探性地以初始功率Po发送该序列，直至下行链路上有应答，才停止发送Preamble，转为发送消息部分。由于Preamble是物理层的消息序列，所以在下行方向上得到的应答信道也应该是纯物理信道，称为AICH（DL方向）获得指示信道。所以Preamble和AICH是一对，目的就是允许用户接入。当AICH回应，移动台就获得了消息发送的初始功率值P1，允许移动台以P1功率发起随机接入请求消息。该消息一定有从逻辑信道到传输信道到物理信道的映射关系。首先作为随机接入请求消息，逻辑信道上应是CCCH（公共控制信道），它所映射的传输信道应是RACH，即CCCH → RACH → PRACH的消息部分。当发起RRC连接请求时，网络侧将会对该请求消息作出应答，应答和请求是成对出现的。PRACH的消息部分在下行链路上的响应消息仍属于公共控制信道，映射的传输信道是FACH，映射的物理信道是S-CCPCH。即CCCH → FACH →S-CCPCH。所以PRACH的消息部分和S-CCPCH成对出现。

在PRACH中，Preamble使用的是规范规定的16位比特的签名序列，重复256次形成4096chips长度的码序列。不扩频，采用25位移位寄存器的全1码加扰。由于1个TS的长度只有2560chips，4096chips无法在1个TS周期内发完，所以针对随机接入过程定义了接入时隙为20ms，接入帧为2倍的无线帧。4096chips在1个接入时隙（5120chips）中不满，有空闲期。空闲期的存在可以保证传播时延。Preamble在发送时有个初始功率值，该值与开环功控算法有关，根据实际测量到的公共导频信道上的信号强度和它得到参数之间完成一个运算来预计初始功率值，系统对发出的Preamble可能没有响应，移动台会以一定的时间间隔再次发送Preamble。直到在AICH上监控到相关指示才会发送消息部分。如何辨别AICH指示是该移动台的？这就涉及到PRACH的随机控制算法。规范中规定可用的签名序列共16种，彼此正交。移动台发起随机接入请求时，随机选择16种序列中的1种，重复256次来发送Preamble。假设目前系统可用的签名序列是4个，4个序列完全正交，每个用户随机选择。序列编码如下：

序列 1 1 1 1 → UE1 1 1 -1 -1 → UE2 1 -1 1 -1 → UE3 1 -1 -1 1 未用

假设基站侧监听到了UE1的Preamble，给出正证实+1、未监听到UE2给出无响应0、拒绝UE3时，给出负证实-1、未用视为无响应0。分别与各自的Preamble相乘运算，得到如下序列：

UE1 1 1 1 1 UE2 0 0 0 0 UE3 -1 1 -1 1 ＋ 0 0 0 0

序列叠加后为 0 2 0 2 → AICH 空中接口AICH上的序列就是0202，所有移动台获得AICH上指示后，再将指示序列0202分别与各自的Preamble序列逐位相乘，结果相加后大于0，则表示系统已监听到用户信息，可以发送消息部分；结果等于0，则系统无响应，需提高发射功率作二次尝试；结果小于0，则该用户被系统拒绝接入，不再发送前导信息。

对UE1来说 0 2 0 2 x 1 1 1 1 0 ＋ 2 ＋ 0 ＋ 2 ＝ 4 > 0 则UE1允许接入。

对UE2来说 0 2 0 2 x 0 0 0 0 0 ＋ 0 ＋ 0 ＋ 0 ＝ 0 ＝ 0 则UE2无响应。

对UE3来说 0 2 0 2 x 1 -1 1 -1 0 ＋ -2 ＋ 0 ＋-2 ＝ -4 < 0 则UE3被拒绝接入。

以上就是随机控制算法的基本原理，在AICH信道上发送的序列是对所有签名序列的应答，凡是能监听到签名序列请求的，给予正证实，没有监听到的给予0。每次基站在发出AICH时，是所有签名序列求和之后的结果，不区分签名序列上是否有用户在使用。

移动台获得正证实响应后，在间隔周期结束后发送10ms或20ms的消息部分。从RRC连接请求、传输信道处理、映射到物理信道进行发射。可选的扩频码字SF＝32、64、128或256。消息部分内容同样分为二部分，一部分是数据部分，专门的消息内容，SF可选。另一部分是控制位部分，长度是每Slot 10bits，SF固定选择256。

系统如何避免由于不同的移动台可能在同一时间选择同样的签名序列而导致的碰撞？规范规定移动台的随机接入将遵循4个过程：

● 移动台随机接入时将随机选择RACH的子信道组。不同移动台由于归属不同优先级业务类别，将AccessSlot分成12个子信道组。用户访问业务等级不同，选择不同的子信道组，每个子信道组将含有多个Access Slot。

● 在20ms帧内选择合适的Access Slot。对处于相同子信道组的用户，遵循一定的算法选择合适的Access Slot。

● 对处于相同Access Slot的用户，随机选择16种不同的序列发起请求。也就是在一个Access Slot中最多同时可以有16个用户发起请求。 ● 对于选择相同签名序列的不同用户，空中接口会彼此干扰，基站无法接收前导信号，无响应，移动台二次发送再次随机选择，从而避免冲突，或者按一定的算法不同用户

动态选择间隔周期，再次发送。

通过以上4个过程从头到尾将大大减少公共信道碰撞产生的可能性。极端的情况是二个用户采用相同签名序列，同时被基站接收并响应。这种情况的前提条件就是1个用户的信号很强，另1用户信号较弱尚无对前面用户产生较大干扰，换言之，二种信号强度相差极大。此时系统响应会对强信号用户起作用，而对弱信号用户由于无法监听到指示而选择重新发起。对于公共信道的控制算法都属于网络优化中对参数设置的内容，如周期设置、重发间隔（BCCH中通知移动台）、功率步进值、选择冲突的避免方案等等。在随机接入过程中不会有冲突检测。

对于消息部分，此时还没有UE ID，那么系统将如何区分不同用户的消息部分？用户根据自己选择的16种不同的签名序列所对应的扩频码字将产生一一对应关系。公式如下：

控制字段OVSFcontrol＝Cch,256,m 其中 m＝16 x S + 15。 数据字段OVSFdata＝Cch,SF,m 其中 m＝SF x S/16。 S 代表所选择的签名序列的序列号0～15。

如用户选择的签名序列为0，SF取决于消息的类型，扩频码字为Cch,SF,0；用户选择签名序列号为1，则扩频码字可以选Cch,32,2、Cch,64,4、Cch,128,8或Cch,256,16等。通过对应关系，系统通过不同的扩频码字来区别用户的消息部分。

AICH（Acquisition Indicator Channel）获得指示信道（DL）：AICH将会占用每一个下行链路上的Access Slot（5120chips）。在一个Slot中将占用32位共4096个chip，与Preamble的长度一样。剩下的1024chips关闭不发送。对应的32位，也就是描述对于每一位上的用户的指示序列构成。32位比特位需要扩频、加扰。扩频码字固定为Cch,256,?，在系统信息类型5中广播给移动台。扰码为本小区的扰码。

S-CCPCH（Secondary Common Control Phy Channel）次要公共控制物理信道（DL）：该信道对应的是无线时隙（Radio Slot）TS（2560chips），数据字段是应答字段对应的是FACH，称为RRC连接响应消息，在该消息中RNC将通知移动台上行方向上使用的扰码UE ID以及下一步建立呼叫建立时信令所使用的码字。消息使用的扩频码字的范围4～256，该码字在系统消息类型5中以参数的形式通知给移动台。而扰码仍是小区的主扰码。移动台发出随机接入请求消息之后，将监听S-CCPCH上的消息。该信道的时钟参考关系在下行链路上与同步信道的时钟参考点是一样的，有一定的延迟。至于能够承载专用业务信息的功能是指将来专用业务信息可以映射到FACH信道之后同样会在S-CCPCH上传业务，目前暂不考虑。只认定该信道是用于公共信道应答的。

S-CCPCH同时还可以携载PCH，移动台作被叫的寻呼消息同样是映射在S-CCPCH信道上。在该信道发送的寻呼消息称为寻呼消息类型1，映射关系是PCCH → PCH → S-CCPCH。故S-CCPCH可以工作于三种信道方式FACH、PCH及FACH＋PCH，因此S-CCPCH需添加TFCI和Pilot比特位。这也是扩频码可选的原因，但在一次通信过程中扩频码是固定的且由系统消息通知移动台。

（UM12 7-21）

移动台被叫时如何监听寻呼消息？

PICH（Paging Indicator Channel）寻呼指示信道（DL）：作为寻呼过程，移动台在下行方向需解码二个信道，PICH和。当移动台处于空闲状态（空闲模式、URA_PCH状态和Cell_PCH状态）下，将监听PICH。该信道是纯物理层信道，通知相关移动台有相关的寻呼请求指示，而真正的寻呼消息是在S-CCPCH上。移动台空闲时监听指示位消息，如果是正1，将去解码S-CCPCH的消息。一个寻呼指示可以用2、4、8或16比特表示，在实际发送的一个无线帧10ms内，寻呼指示只能有288bits，剩下12bits位关闭不发送，所以寻呼指示消息的速率是30kbps。对应的扩频码是256，在系统消息中以参数形式通知移动台。如果2

比特代表一个指示，1个无线帧中将含有144个用户。用户指示位的算法如图7-21所示，移动台只要监听属于自己相应位置上的指示消息，一旦指示位消息是接入消息，沿后3个TS，解码S-CCPCH的消息。同样也无法避免每一位只有一个用户使用的情况，随用户的增多，可能会有很多用户侦听同样的指示位值，都将去解码S-CCPCH的消息，通过消息中UE ID来区分是否属于自己的寻呼消息。解出寻呼消息之后将发起RRC连接请求。所以S-CCPCH的消息在空中接口上不是连续发送，只有有消息时才会发送。

（UM12 7-16～7-17）

DPDCH&DPCCH（Dedicated Phy Data & Control Channels）专用物理数据/控制信道：图中所示是一个典型的上行链路信道分配，因为只有上行链路才有FBI域，同时在处理方式上采用的是I/Q复用方式非时间复用，二路信道分别扩频和加扰。在上行方向1个移动台最多可以得到6个DPDCH信道，但使用时只能使用3个扩频码字，6路DPDCH信道将会占用I路和Q路来进行区分，而1个DPCCH信道可以管理多个DPDCH信道。2048业务将会用到最多占用的状况。

（UM12 7-18）

DPCH（DPDCH＋DPCCH）专用物理信道：为典型的下行链路的专用物理信道，因为采用的是时间复用。规范中将二者合成的信道定义了一个专用的名称DPCH。时间复用时比特位的插入方式由规范统一规定。

PDSCH（DL）和PCPCH（UL）目前还不支持，如果将来支持的话一定是共享业务，会有冲突检测机制。

下图为空中接口的通信过程示意图： BTS RNC CN UE Preamble Open loop pc AICH ACK RRC connection Req Codes,TF RACH-FP TSF,power CCCH/RACH/PRACH Radio link setup Req Radio link setup Response ALCAP AAL-2 SIR target 1st RRC connection Setup FACH-FP CCCH/FACH/S-CCPCH SIR target 2nd Service Request DCCH/DCH/S-DPDCH DCH-FP RANAP

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