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==UMTS和WCDMA到底是什么==
Wideband-CDMA
WCDMA是由GSM发展而来的一种新的制式"名"
WCDMA仍旧保留着很多GSM中已有的东西,例如:NAS非接入层构成:MM,GMM(GPRS-MM),CM(CC,SMS,SS(CS-domain)/SM-session management(PS-domain))
AS接入层:RRC;layer1;layer2
在SIM基础上发展而来的USIM
UMTS(universal mobile telecommunications system)
*3G,基于CDMA无线接入网络,频率3.84Mcps
*基于GSM/GPRS系统网络发展起来的,应用标准一致
*频分双工\时分双工,如果是频分双工模式需要成对的频段
*支持大量新兴服务,高传输速率(PS域可达 1.96Mbps, CS域最大可达384kbps)
提供wireline的话音质量,提高容量和频带利用率,利用AMR(适应多种频率的发声器)在EFR增强型全速率编码方式上面
P19 各类模块/layer的协议标准
acronyms名词英文缩写表 21.905
release 99/specifications(specs)完整规格协议列表 21.101
==谈谈3gpp==
(www.3gpp.org)
3gpp第三代伙伴项目计划意图继续发展维护UMTS的协议规则,主要由ARIB,CWTS,ETSI,T1,TTA,TTC组成.
3gpp一开始涉及的范围是在GSM核心网络基础上发展第三代移动通信系统和为(FDD,TDD)无线接入新技术提供支持,后来发展过程中又加入了新的无线接入技术例如GPRS,EDGE(增强型数据传输-GSM演化)
==UMTS-standard==
release 99 features:
新的无线接口(UTRAN),码片速率=3.84Mcps(M chip per second)
//码片速率＝符号速率×扩频因子
//符号速率＝(业务速率＋校验码)×信道编码×重复或打孔率
多媒体消息
GSM/GPRS协同工作
支持多个来电
基础的UMTS安全性能
通过空中接口的定位服务
release 4 features:
TDD码片速率1.28Mcps
UTRA(UMTS-地面无线接入)中继器
CS域紧急呼叫增强
核心网CN传输协议演化
bearers承载独立与CS架构
release 5 features:
UTRAN传输网络协议演化
基于ip的多媒体服务
高速下行分组接入技术(HSDPA)
PS域中可靠的QoS
release 4和5指示99的补充部分
==UMTS网络结构==
非接入层NAS:CS-domain/PS-domain
接入层AS:
1.UTRA-FDD(此种无线接入系统使用的WCDMA协议);
2.UTRA-TDD(使用的TDD协议,包括了TDD at 3.84Mcps和TDD at 1.28Mcps,这种制式也被叫做TD-SCDMA);
3.GSM/GPRS
"UMTS"就是包括了两个核心网络(CS,PS),囊括了3种类型的无线接入网络的综合性的移动通信系统的集合"称呼".
only FDD协议是被addressed的
WCDMA是FDD物理层和协议栈所支持的
UTRAN归属于WCDMA的无线接入网络
WCDMA意味着"NTT DOCOMO"? WCDMA代表着在UMTS中采用FDD制式的无线接入网络(由3gpp定义)
==UMTS的重要技术概念(concepts)==
===编码方式的变化===
FDMA:每个用户指定一个特定频点(一个呼叫过程中不能改变),允许系统的多接入,第一代模拟系统就是使用的单频分多址系统.
TDMA:一个频带分为多个频点,一个频点再时分为多个"时间片","跳频"允许用户接入这个频带内任一频点的任一"时间片"内.
CDMA:多用户占用同样的频带和时间片,通过唯一的分配码来区分彼此,在接收处信号是通过相关器只接受信号能量来自于指配码信道的,所有在该频带的其他信号都只会被认为是"噪声",CDMA2000和WCDMA都是使用的这个基础CDMA调制概念.
类似于一个大房间里很多人同时用不同的语言交谈,你只会识别你"认识"的语言而过滤掉其他的信息,无线网络也是如此,根据特定的分配码,识别对应的信息,同时还会进行power control过程(对于微弱的信号请求加强,对于"嘈杂"的信号请求减弱),减小互相干扰,但也不影响正常识别.
===频带分配===
UMTS FDD:
上行 下行
1920-1980Mhz 2110-2170Mhz
1850-1910Mhz 1930-1990Mhz (GSM1900?)
频带宽度: 60Mhz
频带间隔: 190Mhz/80Mhz
频点间隔: 200Khz
===信道特点===
UMTS信道带宽空间名义是5Mhz,但是可以根据特殊的应用优化调整,信道的间隔是200Khz,意味着每个信道的中心频率值(频点)一定是200Khz的整数倍,信道编号即"UTRFCN".
频点号"UARFCN(UTRA absolute radio frequency channel number)" x 200Khz = 所在频点的频值大小
UTRA = UMTS Terrestrial(地面) Radio Access
===功率控制===
根据收到功率的大小来发出需要增强或减弱的请求,平衡路径不同带来的损耗差异,形成一个闭环的功率调整系统.
===切换===
WCDMA系统中,软切换使用优于硬切换,软切换可以先确定目标切换小区后再决定如何处理与原服务小区的连接,UE和多个小区的连接之间不会互相影响,且也可以同时连接多个小区.
===UMTS系统的网络拓扑结构===
UE:USIM和mobile端
Access network:一个或多个nodeB---RNC
core network:PS domain(SGSN,GGSN(GGSN类比于PS域里的"GMSC"))---(internet); CS domain(MSC/VLR,GMSC(MSC之间的汇接))--(PSTN/ISDN)
对于WCDMA制式的系统,CN实际就是GSM/GPRS系统的演化升级,UTRAN的接口是新加的东西,不同于以往的Um无线接口,nodeB和RNC也和BTS,BSC有差异.
PS和CS domain共享同一个auc和HLR,UE可以再GSM和WCDMA之间切换,GSM系统通过A/Gb接口和MSC/SGSN两个域相连,UTRAN通过对应的lu接口互连.
USIM:universal subscriber identity module/manage UE subscription info and authentication functions
on a universal integrated circuit card(UICC)
===网络结构===
cell/Route Areas/URA/Location Areas
传统nodeB一般会包含3个cell,在CS域cell都在被LA控制,在PS域里,路由和移动性管理MM由RA控制,小区,路由区,位置区都属于URA内部结构,被用来管理处于连接模式下的UE的位置情况,RA只对应一个LA,一个LA可以对应多个RA,URA一般比LA和RA要小(不绝对限制),URA是UTRAN网络的一部分.
===信令协议栈===
域 CS domain PS domain
NAS: CM(SMS短消息服务,CC,SS) SMS/SM(session management/处理PS域的call的建立和释放)
MM G(GPRS)MM
AS: layer3 RRC RRC
layer2 RLC RLC
MAC MAC
layer1 Physical layer Physical layer
UMTS的非接入层和GSM的相似,主要的不同点在于WCDMA接入层协议栈和各个接口
控制面的协议栈:展示信令协议如何起始结束,CS域的call怎么运行在专用的物理信道上
CM:负责UE和MSC之间的呼叫建立和释放
MM:负责UE和MSC之间的移动性管理
RRC:UE和RNC之间的无线资源的建立,释放,配置
RLC:在UE和RNC之间提供segmentation,re-assembly,重新检测,layer 2的信令传输
MAC:UE和RNC之间-多路复用-用户面和控制面的数据
物理层:UE和nodeB/nodeB和RNC之间传输数据所需要的无线链路的连接Uu,它们之间的物理层的接口处理组合和拆分两个工作
用户面协议栈:展示用户协议如何起始终止
无NAS:一个包含了很多layers的application,处于远程用户/MSC和UE之间,通过两端都设置有的话音编码器发出或接受信号,传输通过无线方式或者数字线路
RRC:用户面协议栈没有RRC
RLC/MAC/物理层:功能和控制面的一样
接入层:
RRC:整个接入层的控制器,负责配置提供AS所有层面向NAS层的信令接口,管理无线资源(分配,逻辑配置,传输,物理信道等等)
BMC(boardcast/multicast control):小区广播消息的存储,调度,传输,发送,请求无线资源
PDCP(packet data convergence protocol):分组数据的压缩和解压
RLC:无线接入链路的控制;加密;segmentation;re-assembly;重新检测;提供ACK/UNACK响应;transparent的数据传输模式
MAC:映射和多路复用逻辑信道到传输信道;UE认证;随机接入信道;加密;处理数据流的优先级
physical layer:前向纠错编码/解码;传输信道上的错误删除;软切换和宏分集的分配/组合;交织/反交织;多路复用/解多路复用;rate匹配;调制/解调;频率和时间(chip,bit,slot,frame)同步;闭环功率控制;RF进程;spreading(扩展)/despreading......
future channels(not exist in release 99):
Common Packet Channel (CPCH) – Uplink Transport Channel
Physical Common Packet Channel (PCPCH) – Uplink Physical Channel
Common Traffic Channel (CTCH) – Downlink Logical Channel
Downlink Shared Channel (DSCH) – Downlink Transport Channel
Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) – Downlink Physical Channel
寻呼信道PCH和PICH,UTRAN不间断在PCH上播放广播信息,UE只监测对应PICH,PICH指示着一组移动端的信息是否传输到对应的SCCPCH上,all的UE分配给一个特定的PICH,而且PICH的指示器会解码联合的SCCPCH信道内容去判断哪一个UE的信息是需要被寻址/寻呼的.
BCCH逻辑信道携带系统消息,驻留在WCDMA小区,UTRAN广播持续发送消息,在一个系统配置的重复频率重复发送系统消息,UE在进入一个小区或开机后读取该信道,确保UE获得了正确的最新的系统消息
FACH和RACH:
携带UTRAN到空闲模式下的UE的消息,用于UE没有一个专用信道的时候,RACH有一个接入协议,UE会传送一个协议头去提高发射功率直到UTRAN在AICH做出响应,收到响应之后,UE会发送剩下的RACH信道的信息.
当UTRAN全部收到来自UE的RACH信道消息,它会对在FACH上发出响应,前向传送信道映射在SCCPCH上,这可能是和搭载过PCH的同一个物理信道.
专用信道携带着信令和用户信息数据,这些信道在呼叫被发起时或分组数据传输时才会被指配,通常来说DCCH被指配去负载RRC和NAS的信令,这也被叫做SRB(信令的无线承载).两个SRB去负载RRC信令,其中一个配置响应模式,另一个配置unack模式;如果SRB被指配去负载NAS信令,两个分别去负载高优先级和低优先级的信息.
专用业务信道DTCH由所使用的应用服务类型来指配,对于话音,可适应的多频声码器使用3个DTCH去承载不同的编码话音信号;DCCH和DTCH在DCH传输信道上实现多路复用,每一个都指配给一个独立的DCH;所有DCH传输信道可以multiplexed在一个单独的DPDCH上,未来还会支持多路的DPDCH;DPCCH携带着去更新物理层的控制信息,例如导频信息,功率控制,rate bit......
==接入层的-信令层==
===UE识别鉴定/呼叫状态===
编号计划:IMSI/IMEI/C-RNTI/U-RNTI/TMSI(VLR分配,CS域临时id)/P-TMSI(由SGSN分配,PS域临时id)
C-RNTI在UE建立RRC连接时被分配,用于保持UE在公共信道上的连接.
U-RNTI在UE建立RRC连接时被分配,用于小区更新/URA更新/RRC连接的重建/UTRAN发起寻呼
UE call states:
1.idle mode
只有下行的PCH.
空闲模式可以分为"驻留在UTRAN的cell中"或"GSM/GPRS的cell中",当没有CS/PS域的呼叫时UE会处在空闲模式,UE会在它的寻呼周期检测PCH和PICH,以便UE可以做出回应,UE也可以自己主动发起呼叫过程,直接通过RACH向UTRAN(RNC)发起RRC连接请求.
移动性管理:空闲模式下,对于CS域服务,UE表现为"位置区的更新",当UE进入一个新的位置区,UTRAN会向该位置区内的所有小区发起对UE的寻呼;对于PS域服务,表现为"routing area(路由区)的更新".
addressing:空闲模式下,UTRAN对UE进行寻址通过IMSI,TMSI或者P-TMSI进行.
call types:空闲模式下,没有活动呼叫被允许,然而一个PS域的呼叫应该处于"上下文保留"的状态.
2.cell_DCH
上下行都是通过DCH.
UTRAN的4种连接状态的状态转换,可以由cell_FACH状态下建立DPCH(专用物理信道)来转换到DCH状态,也可以在空闲模式下通过RRC的建立和释放达到互相转换.
移动性管理:UTRAN在UE更换了小区时发起"切换"过程,相应小区的新信道建立替换旧的.
addressing:因为都在专用信道上,所以不需要寻址,对应的RNTI(无线网络临时识别码)会在RRC建立时分配.
call types:CS(总是)/PS域(可能)的呼叫运行在在cell_DCH状态下,CS域需要稳定的专用信道用于传输;PS域的呼叫需要高速的数据传输条件,网络也需要保证稳定性.
3.cell_FACH
下行FACH,上行RACH.
状态转换:空闲模式通过RRC连接建立;cell_DCH状态通过释放专用信道;cell_pch和ura_pch状态下UE发起需求信令传输或用户数据传输;在fach状态下,UE持续监测FACH,避免错过UTRAN端发送来的数据或者信令.
移动性管理:UTRAN在UE发生小区变换时发起"小区的更新".
addressing:在前向接入信道中,UTRAN通过C-RNTI或U-RNTI(RRC连接建立时被分配)来寻址.
call types:PS域呼叫可能运行在此状态,?突发性的分组数据服务可以忍受公共信道的低吞吐量.
4.cell_PCH
只有PCH的下行.
可通过RACH响应寻呼或者UE自己发起寻呼从cell_PCH转换到cell_FACH状态;当UTRAN监测到UE在PS域呼叫过程中缺少activity,可以由cell_DCH或cell_FACH转换到cell_PCH状态.
移动性管理:当UE位置小区变换,UTRAN发起"小区更新".(需要先切换到cell_FACH状态下在进行更新)
addressing:根据U-RNTI来寻址.
call types:PS域呼叫可能因为低活动性进入到cell_PCH状态,当发起任何数据传输后又会变成cell_FACH状态.
5.ura_PCH
只有下行的PCH.
和cell_PCH变换形式一样,从DCH/FACH因为低活动性变换到PCH,从PCH因为响应寻呼/UE发起寻呼变换到FACH状态.
移动性管理:当UE的RA(路由区)变化时,发起"URA的更新过程",UTRAN在RA内的所有小区发起对UE的寻呼.
addressing:和cell_PCH一样,根据U-RNTI来寻址.
call types:PS域呼叫可能因为低活动性进入到ura_PCH,特别是低活动性对应着高移动性的时候,而当发起任何数据传输后又会变成cell_FACH状态.
===接入层/协议栈===
===RRC===
整个接入层的控制器,负责配置提供AS所有层面向NAS层的信令接口,管理无线资源(分配,逻辑配置,传输,物理信道等等)
1.(BCH)系统消息的广播:系统消息包含接入层和非接入层的系统消息元素,MIB主消息块每80ms发送一次,包含信息有MCC/MNC/SIBs.
CS_CN/PS_CN--(CS_CN/PS_CN broadcast information)-->RNC--(MIB/SIB)-->UE
系统消息类型部分可以参考WCDMA_UMTS1文件---#196
2.RRC连接管理:
RRC连接的建立和释放流程可以参考WCDMA_UMTS1文件---#255/#383
RRC连接出现的原因:用户发起主叫/被叫去响应寻呼/位置区或路由区的更新
3.RB的管理
大致分为3个信令流程部分:UE和UTRAN之间的RB的建立/确认;RB的重配置/确认;RB释放/确认完成
RB的建立和重配置包含的信息:映射逻辑信道到物理传输信道/RLC层参数(模式,大小,优先级,逻辑信道数)/MAC层参数(物理传输信道类型和UE认证信息)/物理传输信道参数(传输时间间隔,扩展因子,wcrambling code number,传输信道结合集)
物理信道和传输信道可能通过不同信息来分别配置.
4.mobility
移动性管理主要包含:活动集的更新/小区更新/ura信息更新
在空闲模式下,RRC层负责初始化小区选择和小区重选,广播消息也会携带相关的选择和重选参数.
在连接模式下,保持RRC的连接,跟踪UE的位置区/路由区/URA信息.
在cell_DCH状态下,UE-RRC向UTRAN发送测量报告,UTRAN做出响应的切换判决,在软切换中因为无线链路的增加/删除/替换导致UTRAN会发起活动集的更新信息.
cell_FACH和cell_PCH状态下,RRC持续监测小区信息,在UE改变服务小区时提醒UTRAN发起小区更新过程.
URA_PCH状态下,在UE变换到新URA时,提醒UTRAN发起URA更新过程.
*ura_PCH/cell_PCH和idle状态下UE做的事基本都一样,监听PCH和PICH的寻呼信息,关键区别在UE和UTRAN之间有没有建立RRC的连接.
5.寻呼和提醒
两种寻呼消息类型:type 1(idle/cell_pch/ura_pch状态);type 2(cell_dch/fach状态);类型1般用于在建立RRC连接去传输一个呼叫,或者在分组数据中RB已经建立的情况下去重启用户数据传输过程;类型2一般用于二次呼叫的发起,利用已经建立的条件在第一个呼叫的同时发起另一个呼叫.
下行由PCH信道承载寻呼消息,上行DCH或FACH承载UE对于寻呼消息的回应.
6.NAS层信息的路由/信令直传连接的建立
下行的DCH/FACH,上行的RACH
NAS--(CM services request)-->UE.RRC--(DCCH:initial DT/CM services request)-->RNC.RRC--(CM service request)-->CS.CN;
CS.CN--(MM auth request)-->RNC.RRC--(DCCH:DL DT/MM auth request)-->UE.RRC--(MM auth request)-->NAS;
NAS--(MM auth response)-->UE.RRC--(DCH/RACH:UL DT/MM auth response)-->RNC.RRC--(MM auth response)-->CS.CN;
NAS层之间,UTRAN和UE.RRC层的路由信息通过AS的协议使用直传方式传输(初始化直传建立RNC到CN的连接),RRC层会为NAS消息提供一个"保护罩",包含消息类型,完整的保护信息,额外的RACH测量信息,不会改变原NAS消息的内容,RRC层会把接收到的消息路由到"发起该信息请求"的NAS层的核心网络中去.
7.加密控制和完善的保护机制
RNC--(DCH/FACH:security mode cmd)-->UE--(DCH/RACH:security mode complete)-->RNC
RRC可能会需要启动的的加密或者保护机制,加密会需要配置MAC/RLC层.
完整的保护机制会让RRC去为每一个传输信息计算一个鉴权码MAC-I(Message authentication code),鉴权码是使用当前统一的密钥计算得来,这会为每条信息提供一个在UE和UTRAN之间信息交换的鉴权等级,避免错误和不合法的信息阻碍用户数据的传输.
8.测量报告及控制
RNC--(DCH/FACH:measurement control(携带需要测量UE和邻小区的信息类型))-->UE--(DCH/RACH:measurement report)-->RNC
只有当UE处于cell_FACH/cell_DCH状态下才能进行测量信息的控制和上报,UTRAN负责发出测量控制,UE测量相应的信息并在触发时间点将测量报告上报.
测量控制:测量建立/测量修改modify/测量释放
可以测量的信息类型:
频内测量(Intra-frequency measurement):测量与激活集相同频率的下行物理信道.测量对象为一个小区.
频间测量(Inter-Frequency measurement):测量与激活集不同频率的下行物理信道.测量对象为一个小区.
Inter-RAT 测量(Inter-RAT measurement):测量其他无线接入系统(如GSM)的下行物理信道.测量对象为一个小区.
业务量测量(Traffic volume measurement):测量上行链路的业务量.测量对象为一个小区.(RLC缓冲负荷量)
质量测量(Quality measurement):测量下行链路专用传输信道的质量参数有两种.(block error rate)
UE内部测量(UE internal measurement):测量UE的发射功率,接收信号强度及TADV.
UE定位测量(UE positioning measurement):测量UE的位置.
*测量报告上报后可能引起的其他过程:切换,RB重配置,物理信道重配置,传输信道重配置...
下行BLER:测量对象为一个下行传输信道.
下行SIR(信扰比)(TDD):测量对象为下行专用(或共享)CCTrCH所对应各个时隙.
9.功率控制(outer loop power control)
功率控制基本是在物理层上,调整SIR目标去保持要求传输信道的BLER
物理信道建立时,UE设置一个初始化下行目标SIR(signal to interface)值基于接收到的"目标DCH信道的质量要求"信息,这个目标会调整去保持质量,质量的测量方式可能是BER(误码率)或者BLER(块错误率),取决于传输块是否有一个CRC循环校验方式.
===RLC===
1.RLC架构
传输L3层和MAC之间的用户数据和信令,数据以数据块形式传输进入RLC被称为SDU(service data units),数据以数据块形式从RLC传出被称为PDU(protocol data units).
3种数据传输模式:
TM(transparent mode):PDU以没有额外头文件信息来传输.
UM(unack mode):PDU上会加上包含长度和序列号域的头文件之后再进行传输.
AM(ack mode):PDU根据一个包含流程控制,错误检测,in-sequence delivery,duplicate detection的双向协议来传输.
数据流程在L3层和RLC之间被称为RB(可能携带信令数据SRB或者用户数据RAB),在MAC和RLC之间被称为logical channel.
2.RLC的TM(传输模式)
UE:RB-->transmitting TM RLC entity(transmission buffer-->segmentation)-->\
logical channel-->\
UTRAN:Receiving TM RLC entity(reception buffer-->reassembly)-->RB
在TM模式下,PDU的传输会受到RLC的交互影响.
segmentation and reassembly:如果SDU尺寸太大不适合放在一个PDU里,它会在发射端被分段在接收端再被重新组合在一起.
SDU discard:TM传输实体可能配置去表现为基于定时器的SDU丢弃,一个SDU不会在"时间丢弃配置"之后进行传输.
标记出传输模式下MAC层的逻辑信道的加密,话音和一些信令信道使用TM传输模式.
3.RLC的unack mode
UE:RB-->transmitting UM RLC entity(transmission buffer-->segmentation&connection-->add RLC header-->ciphering)-->\
logical channel-->\
UTRAN:Receiving UM RLC entity(deciphering-->reception buffer-->remove RLC header-->reassembly)-->RB
比TM模式提供更多可靠的信息和服务,一个小头文件,包含分段-连接-组合信息,序列号都附着在每一个PDU上.
segmentation and reassembly:如果SDU尺寸太大不适合放在一个PDU里,它会在发射端被分段在接收端再被重新组合在一起.
concatenation/padding:多个SDU可能被组合成一个PDU去填满一个可用的PDU容量大小,也可以用padding bits(无用的数据)去填满.
sequence number check:头文件中包含的序列号,可用于接收端分段数据重新组合时验证对应的SDU数据单元.
ciphering:RLC可以使能UM逻辑信道数据流的加密.
SDU discard:TM传输实体可能配置去表现为基于定时器的SDU丢弃,一个SDU不会在"时间丢弃配置"之后进行传输.
4.RLC的ack mode
流程太复杂,详细流程参考记录本.
AM模式协议是一个复杂的协议,提供了很多可靠的服务支持,包括积极的和消极的应答方式.
segmentation and reassembly:如果SDU尺寸太大不适合放在一个PDU里,它会在发射端被分段在接收端再被重新组合在一起.
concatenation/padding:多个SDU可能被组合成一个PDU去填满一个可用的PDU容量大小,也可以用padding bits(无用的数据)去填满.
error correction:PDU接收到错误信息时,接收器会循环去提示传送器发送一个回应状态报告.
in-sequence delivery:PDU向上层的传输顺序和向RLC侧的传输顺序一致.
duplicate detection:一个PDU只有在对上层时才被传送.
flow control:配置发送和接收"窗口"的大小.
protocol error detection and recovery:AM模式的RLC可以从协议错误中恢复重置.
ciphering:RLC可以使能UM逻辑信道数据流的加密.
SDU discard:TM传输实体可能配置去表现为基于定时器的SDU丢弃,一个SDU不会在"时间丢弃配置"之后进行传输.
===MAC(medium access control:介质访问控制/媒质接入控制)===
1.MAC层架构
MAC层主要负责映射逻辑信道到传输信道,根据映射在TTI(传输时间间隔)配置而在两种信道之间传输数据.
MAC-b;MAC-d;MAC-c/sh:分别控制BCH/DCH/公共信道/的接入;在L1层和RLC之间的逻辑信道和传输信道的管理.
其他功能:传输标准格式选择;传输模式信道加密;RACH的接入服务类型选择;公共信道上的UE识别;多重复用/多重逻辑信道;业务量监测......
2.逻辑信道--(映射)-->公共传输信道
BCCH-->BCH:UTRAN系统消息广播.
BCCH-->FACH:系统消息改变,UTRAN发送消息在BCCH上映射到FACH.
PCCH-->PCH:UTRAN下行寻呼消息.
CCCH-->RACH:UE发起一个上行RACH连接,可能有很多UE共用这个信道.
-->FACH:UTRAN响应UE发起的下行连接,将公共控制信道映射在FACH上.
DCCH-->RACH:当UE处于cell_fach状态,拥有映射在FACH和RACH上的专用逻辑信道,用于传输信令信息.
-->FACH:
DTCH-->RACH:映射在FACH和RACH上的专用业务逻辑信道,用于传输用户数据.
--<FACH:
3.逻辑信道--(映射)-->专用传输信道
DCCH-->DCH:多个DCCH映射到同一个DCH传输信道.
DTCH-->DCH:一一对应.
DCH-->CCTrCH(Coded Composite Transport Channel编码复合传输信道),CCtrch可以映射到多个物理信道上;专用的CCtrch可以对应于一个或多个DCH的编码和复用结果,公共的只能对应一个公共信道的编码和复用结果.
CCtrch再对应到一个DPDCH(专用物理数据信道)
4.逻辑信道-多路复用/多工
多个不同类型的逻辑信道映射到一个传输信道上,SDU的头文件中的TCTF域会指示了这些被映射的逻辑信道的类型,因此接收端MAC可以将"SDU"分别路由至正确的逻辑信道.如果是多个同类型的逻辑信道映射到一个传输信道上,例如4个DCCH映射到DCH上,这种情况下,头文件里的C/T域会指示出被映射的该种逻辑信道的数量.
CCCH/DCCH/DTCH-->RACH/FACH
DCCH/DTCH-->DCH
MAC header(TCTF;UE-id-type;UE-id;C/T)---MAC SDU
TCTF:Target Channel Type Field逻辑信道的类型
C/T:Logical Channel Number该种逻辑信道的数量
5.UE 认证
UE-id type: U-RNTI 32bits/C-RNTI 16bits
一个专用逻辑信道映射到公共传输信道(DCCH/DTCH-->RACH/FACH),MAC头文件里UE-id-filed有RRC连接建立时分配的RNTI,映射过程中可能需要验证使用?
当一个公共逻辑信道映射到公共传输信道时,UE-id-field就不是必要的了,因为UE的认证包含在RRC信令消息中,之前已经在addressing matching/寻址匹配里验证过了?
6.RB的信道映射实例
1个SRB+3个RAB-->RLC PDU/逻辑信道-->transport block/传输信道-->CCTrCh(编码复合传输信道,位于物理层,多工承载上面的传输块)
在一个典型DCH配置中会有4个SRB,RAB在这个例子中携带了3组由AMR(自适应多速率)话音编码器编码的的话音帧,注意话音帧的大小是否需要分段/组合操作(一般不需要),通常在RLC中以TM模式进行传输.
4 SRB-->4 DCCH-->1 DCH(有头文件)
3 RAB-->3 DTCH-->3 DCH(无头文件)
对于信令DCH,MAC会加上头文件去识别数据发送的目标逻辑信道是哪一个;对于话音的DCH,和它的逻辑信道都是一一对应的,并不需要头文件.
7.传输标准格式
Transport Block
• Basic data unit exchanged between Physical Layer and MAC
Transport Block Set
• A set of Transport Blocks exchanged between the Physical Layer and MAC at the same time instance using the same transport channel
Transport Format (TF)
• A format offered by the Physical Layer to MAC for the delivery of a Transport Block Set during a transmission time Interval on a transport channel
Transport Format Combination (TFC)
• The combination of currently valid Transport Formats on all transport channels used by a UE
Transport Format Combination Set (TFCS)
• A set of transport format combinations used by an UE
Transport Format Combination Indicator (TFCI)
• An index into the TFCS
MAC层和物理层之间"传输块"的在各种类型传输信道上允许的大小,数量;
选择传输信道的"传输格式TFC"的时候可以参考一下的因素:逻辑信道的缓冲状态,逻辑信道的相关优先级,服务质量参数
根据逻辑信道的情况分析,MAC可能会采取不同的方式对应不同的分组,或许不会在特殊的TTI(传输时间间隔)的边界点的时候发送信息,非实时的数据会进行排队延后传输,"流媒体/直播"数据传输或许会被放弃掉.
TFCS传输格式合集-集
在每一个最小的TTI中(3种传输信道TTI分别是80/20/10ms,这里每10ms选择一次),TFC会决定每一个传输信道的传输格式(传输块大小,传输块数量);当"传输块"被送至物理层,MAC选择相应的TFC,它用TFCI索引来展示可选的TFC,通过DPCCH传输TFCI.
TFC被选择以后,在该信道的这个TTI期间,TF是不能改变的.
TFCI就是一个关于某一个传输信道的所包括的所有有效的TF的索引,用一个个数字对应一个个TF,方便选择也方便引用.
"TFC选择时间线"类似于"时序图",随着时间推进,不同传输信道根据不同TFCI值,在该信道该TTI已结束情况下,选择不同的TF并应用.
8.RACH操作流程
在UE侧,MAC层控制着RACH的传输流程.
[1]persistence check:在RACH上数据传输之前,MAC会进行持久性检测,通过生成的一个0到1之间的随机变量,对比随机变量和接入服务类型的持久性值,当检测通过后,物理层上的随机接入程序才开始启动.
[2]物理层的随机接入程序:在功率等级上升时(preamble ramping cycle),持续发送一个序文,直到AICH上出现一个积极或消极的指示消息才停止.
[3]最大的序文循环?/序文斜坡循环的编号/number of preamble ramping cycle:如果AICH没有出现ack信息,MAC会重新开始可持续性检测过程[1],当通过可持续性检测后,MAC会请求L1启动物理层的随机接入程序[2],序文循环也有最大循环数限制,达到最大限制后即认为传输过程失败,强行结束RACH流程,该循环最大限制数由系统指定大小.
[4]backoff interval timer/撤销间隔定时器:如果AICH上出现一个消极的ack信息,MAC会等待一个"随机时间"的撤销间隔,然后再一次回到可持续性检测阶段[1].
如果UTRAN的PRACH资源已经被分配掉,UTRAN可能向申请接入的系统的UE都发送消极的"捕获指示";或者是如果当UTRAN探测到多个UE都意图发起接入系统的请求,它可能只会向其中一个发送积极的指示,其余的都是消极指示.(保护当前接入系统的UE的资源稳定性/避免多个UE抢占资源)
==物理层L1==
同样也是属于接入层AS的一部分,不过主要是在UE和nodeB之间的无线信道的基础,没有涉及信令传输的部分.
===orthogonal codes(正交编码/序列)===(25.213 spreading and modulation扩展和调制)
正交函数之间的零相关性,两个二进制序列正交(经过异或过程?)的结果大致如下(3个数之中任意2个的异或结果等于第3个数):
输入: -1 -1 1 1
正交序列: -1 1 -1 1
结果: 1 -1 -1 1
WCDMA的正交码通常被称为OVSF码(orthogonal variable spreading factor正交可变扩展因子)
orthogonal spreading/正交扩展:
用户的单一字符输入与对应的"扩展因子"进行异或操作后,就可以得到多个字符的输出数据,例如输入1,扩展因子是-1 1 1 -1,则得到的结果就是-1 1 1 -1.
通常 码片速率=扩展因子*符号速率,WCDMA的码片速率是3.84Mcps,所以扩展因子的选取会影响到符号速率的大小.
Recovery of spreading symbols:
扩展的还原也很简单,因为都是互相正交,将输出结果和同一个"扩展因子"再进行一次异或操作,即可得到用户的原输入数据.
WCDMA系统中应用了FEC(foward error correct前向纠错)技术去减小了"噪声"对于还原过程中的干扰,增强了系统的总体性能.
如果使用和扩展过程中不一致的"扩展因子"去还原原信号,得到的结果就会错误,结果永远会出现-1和1一样多的情况,且平均值一直为0的情况.
复合模拟信号是已经经过正交码多工处理的结果,将其再与一个"扩展因子"进行异或操作,通常称之为"相关",即也是我们之前提到的"还原",根据异或操作的结果得到原信号的值,这样的过程常发生在CDMA移动制式的还原信号过程中.
===PN codes===
1.Pseudorandom noise codes伪随机噪声编码
*M-序列(最大长度的伪随机二进制序列)
*gold codes(使用M-序列创造得到)
[1]M-序列:伪随机(fate机制)/二进制/最大长度(最大可以达到生成的长度,不是任意长度)
特性:
*balance:输出序列中的0和1的数量几乎相等.(2^r个1; 2^r-1个0)
*run-length:在任何时候,0或者1的连续长度不超过一半,四分之一长度的连续数不超过2次,八分之一长度的连续数不超过3次,十六分之一长度连续数不超过4次,以此类推下去......
*shift and add:The chip-by-chip sum of the output sequence Ck and any shift of itself Ck+t is a time-shifted version of the same sequence.
*autocorrelation:自动关联?
[2]Gold codes
gold codes序列的更新长度是 (2^5)-1-->31
2^r的gold codes的产生过程:在第一个生成器处有一个非0的"种子",将第二个生成器的"种子"从0到(2^r)-1进行变化,然后两个"种子"进行异或操作得到.(wtf......
只是成对的M-序列不能生成gold codes,只有被称为"preferred pairs"的成对M序列才能生成gold codes,它拥有三值自动关联和互相关功能函数.
下行gold codes序列长度为 (2^18)-1; 上行gold codes序列长度是 (2^25)-1.
2.Cross correlation of DL PN codes
WCDMA的下行gold codes:
干扰码(scrambling code)由两个输出的M序列异或操作得到,这里有512个可能生成的用于下行链路的干扰码,当结合其他的信道去完全的验证识别UE正在监听的小区.
gold codes的关联:
P117
===Generic physical layer procedures/通常的物理层程序===
25.101 UE Radio Transmission and Reception
25.104 BS Radio Transmission and Reception
25.211 Physical Channels and Mapping of Transport/Channels Onto Physical Channels (FDD)
25.212 Multiplexing and Channel Coding
25.213 Spreading and Modulation
25.214 Physical Layer Procedures
25.215 Physical Layer Measurements
25.304 UE Procedures in Idle Mode and Procedures for Cell Reselection in Connected Mode
25.331 Radio Resource Control (RRC)
•Coding
•Interleaving/交织?
•Mapping data onto physical channels
•Spreading using OVSF Channel codes
•PN Scrambling/PN干扰
•QPSK Modulation
一般物理层程序流程(从第三步开始):
[1]Data from L2, Transport Data in TTI frames
[2]Add CRC to Transport Block
[3]Channel Coding:Convolutional or Turbo
[4]rate matching
[5]1st Interleaving
[6]Radio frame segmentation 10 ms chunks
[7]Transport channel multiplexing
[8]2nd Interleaving
[9]Map to Physical Channels
[10]Spreading using Channelization(OVSF)
[11]PN scrambling
[12]QPSK Modulation
物理层需要去将传输数据然后将其承载到物理信道上,在上面的流程里,它加了一个额外的CRC并且传输数据使用了convolutional和turbo的其中一种编码方式,接下来它进行了数据交织过程和数据分段(以适应10ms的无线帧大小),采用速率匹配和传输信道多工复用去构建一个复合编码的传输信道,使其更容易去映射多个传输信道到一个物理信道上.
第二次交织提供更好的健壮性去减小在移动环境中长距离传输造成的信号损耗,应用相应的OVSF码去完成扩展过程,加扰过程使用相应的PN序列让信号处理之后看起来像是普通的热噪声信号.
这些程序流程主要是面对下行链路来分析的,但是上行链路对应的程序流程也与其相差不大.
1.FEC(foward error correction)
对应流程[3]channel coding:convolutional or turbo
*convolutional卷积编码:
使用公共和专用信道;
数据传输率<=32kbps;
K=9,rate 1/2 or 1/3, 1bit become 2 or 3 symbols;
Frames是zero-tailed.
*turbo编码:
使用专用信道;
数据传输率>32kbps.
卷积编码对应使用Viterbi解码方式;turbo编码方式大量使用开始于90年代初,现在被大量使用,turbo编码本身也是卷积编码的一种类型,另外turbo的解码方式是使用迭代的方法直到结果在一个数上产生收敛.
卷积编码者有一个限制的长度(K=9),这个值大小是基于复杂度和性能的综合考虑得出的,数据的"zero-tailing"即是在数据流上加0来让编码器和解码器发送和接收格式相同的信息.
turbo编码者使用一个parallel concatenated(并行连接)的卷积编码方式,伴随着两个有8种状态的组合编码器,turbo编码在"大尺寸数据块"编码中是最有效的,大约比单一symbols的编码高效1000倍.
编码是在代码块上完成的,这些代码块由传输块组合形成,传输块以TTI的形式承载在传输信道上,传输块通过分段/组合的方式来适应最大的代码块大小,最大的代码块大小取决于传输信道采用的哪一种信道的编码方式.(卷积还是turbo?)
2.Interleaving/交织
对应流程[4]到[8]:
[4]rate matching:在传输信道多工复用以后得到正确的传输信道速率
[5]1st Interleaving:在行中写,在列中读,TTI/10ms
[6]Radio frame segmentation 10 ms chunks:分段以适应TTI的10ms无线帧大小
[7]Transport channel multiplexing:多个传输信道多工复用承载到CCtrCh(编码复合传输信道)上
[8]2nd Interleaving:在10ms的帧下进行块交织
不同传输信道有不同的速率,所以需要rate matching过程,传输信道的速率可以在不同TTI时改变,因此为了传输信道能对应到正确速率的物理信道,需要通过速率匹配将传输信道们多工复用.每一个传输信道都会对应被上层标记为一个RMA属性(rate matching attribute).一个传输信道伴随着一个高的RMA(有很多重复的bit/位或者说有很少punctured的bit/位).速率匹配属性用于传输信道一起去计算重复和puncturing的因子.
第一次交织参数:
列=TTI/10ms;
行=传输信道每10ms传输的数据位数(bits)
permute(交换/置换) 列
read by 列
传输信道多工复合让多个传输信道"变为"一个单独信道-->CCTrCh.
第二次交织参数:
每一行中写入30个 列 的内容,对于物理信道,每一个参数即是在每一个"10ms无线帧"中的内容
permute 列
read by 列
3.映射至物理信道
对应流程[9]map to physical channels
一个10ms无线帧=15个"磁格"
下行链路中一个"磁格"的结构:
data1---TPC/传输功率控制位---TFCI/传输模式集合索引---data2---pilot/导向
10ms的编码复用传输信道经过第二次交织后,映射在专用物理数据信道上/DPDCH.TFCI会在专用物理控制信道/DPCCH上被发送,TFCI决定了当前的CCtrCh在10ms时间段内传输信道的传输模式.另外pilot位信息,用于同步导向和传输功率命令去实现功率控制,导向位还可用于功率的估算以实现信道的功率控制.传输功率命令即对应着用于闭环功率控制中的上/下行的命令.
1500Hz=(15 slots/无线帧) * (100 无线帧/s)
上行链路中一个"磁格"的结构:
data
pilot---TFCI---FBI/反馈指示位---TPC
反馈指示用于提供在用户设备和无线接入网的接入点之间的反馈信息,通知UTRAN之前的UE的工作模式,包括闭环模式的发射分集和基站选择分集计划/方案.
当没有数据传输在DPDCH上时,DPCCH依旧保持"活动"状态,DPCCH会被发送一个单独的通道化代码......
4.扩展(spreading)和加扰(scrambling)
对应流程[10]-[11]
[10]spreading using channelization(OVSF)
[11]PN scrambling
物理信道(除去SCH/共享信道)都是利用扩展因子去扩展和还原,利用加扰码/PN码/gold codes去加扰.
在下行链路上,每一个DPCH(包含专用物理控制信道和专用物理数据信道)都会多工复用在一起.对于每一对symbols,分别发送到两个分支上,分别在两个分支上会进行"扩展过程"和"加扰过程",两个都经过相同的"码"进行扩展和加扰,两个结果再次相加合并在一起,结果再和一个"n-th 下行干扰码(n取值是2^13种代码之一)"进行运算处理.将所有这样的计算结果相加后,再和P-SCH/S-SCH(主要和辅助同步信道)的结果相加,最后的结果送往"调制".
在上行链路中,DPCCH一直处于Q分支,DPDCH可以处于I分支或Q分支,如果只有一条DPDCH信道则它处于I分支上,两个分支上的信道都会经过"通道化代码"处理和"上行权重计算",两分支计算结果之和还要经过和"n-th 上行干扰码(n取值是2^24种代码之一)"的运算处理,得到的结果送往"调制".
OVSF:
保证不同速率和使用不同扩展因子的下行信道之间的正交性;
在上行链路上从一个单独UE去通道化多个信道;
在下行链路上去通道化多个UE;
256种上行信道代码,512中下行信道代码;
C(ch,SF,k)即是--> C(ch)通道化代码---SF扩展因子---k/code number 0<=k<=(SF-1)
例如C(ch,2,0)表示选用的是索引为2的扩展因子且k=0.
OVSF码用于在上下行扩展片速率.在上行上,同一个UE的不同的专用信道都使用着不同的OVSF码;在下行上,UE中的每一个小区都使用着不同OVSF码,对于上/下行链路,OVSF树使用着同一个加扰码.
OVSF会给出"numbers of chips/symbols(单符号单位下的码片数)"
码片速率 = 符号速率 * 扩展因子
扩展因子(每个符号单位下的码片数) = 码片速率 / 符号速率
OVSF tree:
码片速率前提确定的情况下,扩展因子越大,对应着越小的数据传输速率.
并且当选择了较小的扩展因子的分支以后,就不能选择索引号不同的其他扩展因子分支,例如选择C(ch,2,0),就只能用C(ch,2,0)和C(ch,2,1),而不能再选择诸如C(ch,4,0)这种OVSF码,因为它们之间不是正交关系.
长/短加扰序列:
通道化信号被用PN码(gold codes)加扰,gold codes因为它的低相关性,低相关性让它们之间互相"不认识".序列长度被设置为每10ms无线帧对应着38400chips,即3.84Mcps.在短加扰码MUD(multi-user detection/多用户探测)中有一定的使用.
下行链路里,加扰码区分小区,每个小区有它自己的主加扰码PSC(有512种PSC),辅助码SC(SC有7680种,常用于当前没有可用通道化代码时,伴随着当前加扰使用的PSC).
上行链路里(DCH),加扰码有2^24种,UE会被告知(在RB建立消息里)DCCH即将会应用的加扰码是什么.
5.QPSK调制
对应流程[12]QPSK modulation
经过通道化/加扰/扩展后的结果再进入到4相相移键控调制阶段,分为了实部和虚部计算,分别都经过一个脉冲整形器(这个脉冲整形器是一个root-raised cosine filter/升根余弦滚降过滤器,用于修正波形,减弱码间串扰),再经过同相信号和正交信号的混合(实部乘上"cos(wt)",虚部乘上"-sin(wt)",结果相加输出).
===Timing===
传输时间间隔/传输块/TTI:10-80ms,可能包含1-8个无线帧
radio frame无线帧:10ms,每个无线帧包含15个slots
slots(15个slot/磁格对应一个无线帧):0.67ms,每个磁格包含5-640个symbols,每个磁格有"2560"个chips
symbols:每一个符号包含4-512个chips,当磁格包含的symbols变多,对应每一个symbols包含的chips就变少,保持每个slot的chips不变,chips/symbols即是"OVSF扩展因子",即OVSF取值从4-512.
码片速率(chips/slot) = 符号速率(symbols/slot) * 扩展因子(chips/symbols)
===AMR自适应多速率-实例===P133-P135
34.108 Common Test Environments for User Equipment (UE) Conformance Testing
3DTCH + 4 DCCH Logical Channels ---> 3 DCH + 1 DCH Physical channel
• 12.2 kbps AMR maps 3 DTCH to 3 DCH Transport Channels. Class A,B,C bits.
– Coding
Class A has CRC
Rate 1/3 for Tr Ch A and B
Rate 1/2 for Tr Ch C
– TTI 20 ms
• 4 DCCH Signaling Channels are mapped to 1 DCH Transport Channel.
– Coding: CRC and Rate 1/3
– TTI 40 ms
对于标准AMR配置来说,4条DCCH,两条用于RRC,两条用于NAS,它们在MAC层再经过多工复用承载到一条DCH上.
(DL 下行链路)
传输块-->CRC添加-->尾比特添加-->卷积编码(速率=1/3 or 1/2)-->速率匹配-->第一次交织-->无线帧分段(每段10ms)-->多传输信道多工复用到一条DL物理信道(DPCH=DPCCH+DPDCH)-->第二次交织.
传输SID(silence indicator)/NULL(无数据)/正常话音(全速率)三种类型的帧,对应的传输信道模式都不相同,这三个都可以组成一个TFCS.相应的TFCI会在DPCCH上发送.
P135:多工复用将多个传输信道复用到了CCTrCh上,因此在CCTrCh上的第一个"块"包含了一部分A,B,C三个数据信道的内容和DCCH信道上的一些信令信息,第二次交织完成后,算上CRC的添加,尾比特的添加,卷积编码的扩展,和rate matching后,每个无线帧有600symbols.
===物理 信道===
DL:SCH; PCCPCH; SCCPCH; PICH; AICH; CPICH; DPCH(DPCCH+DPDCH)
UL:PRACH; DPCH(DPCCH+DPDCH)
1.SCH和PCCPCH
同步信道和主公共控制物理信道两者有很多不同的性质,但他们在时域上多工复用的(正好错开,没有交集,不是同时传输的).
PCCPCH性质:
[1]30kbps,SF 256;
[2]当传输完成后,第一个"块"的"前256chips"和P-SCH/S-SCH进行时域上的多工复用;
PCCPCH: TX off(2bits)---data(2304chips/18bits)---Tx off---data
SCH: code(256chips)--空白---------------------code-----空白-----------------
1 TTI=1无线帧=10ms=15 slots; 1 slot=0.67ms=2560chips=20bits(前2bits对应用于时间上多工复用的256chips,后面18bits是数据部分)
[3]PCCPCH上可承载BCH传输信道;
BCH携带着系统侧的广播消息播向覆盖范围内的所有小区,BCH映射在PCCPCH上.
对于切换,首先要知道邻小区的SFN(system frequency number)频点号.SFN被BCH上的消息所携带,是系统消息2(SI-2)的参数.
BCH包含的系统和小区信息:1个MIB(由SB和SIB组成)和多个SIBs.
2.SCCPCH
承载了寻呼传输信道PCH和前向接入传输信道FACH
TFCI---Data---Pilot
1 TTI=1无线帧=10ms=15 slots; 1 slot=0.67ms=2560chips=20bits * 2^k (k=0..6)
SCCPCH性质:
[1]PCH和FACH可以映射到相同或者不同的SCCPCH上,SCCPCH支持多传输信道模式集的使用,比如说TFCI.在SCCPCH信道上的信息都比较短.
[2]PCH携带着发向UE端的呼叫和信令提醒,该信道用于UE处于空闲态/cell_pch/ura_pch状态下.
[3]FACH携带着发向UE端的控制信息和用户数据信息,在UE处于cell_fach状态下使用,例如发起一个呼叫(RRC的建立过程从PCH上面的三种状态转移到cell_fach状态).
3.CPICH/公共导频信道
[1]30kbps,SF 256;
[2]预定义symbols-sequence/符号序列;
---Pre-defined symbols sequence---
1 TTI=1无线帧=10ms=15 slots; 1 slot=0.67ms=2560chips=20bits=10symbols(pre-defined symbols sequence)
[3]在小区内可分为P-CPICH(每个小区只有一个)和S-CPICH(可以有多个).
P-CPICH属性:
P-CPICH的通道化代码一直为C(ch,256,0)不变
P-CPICH信道由主干扰码进行加扰处理
一个小区只有一个
广播消息向整个小区发送
S-CPICH属性:
S-CPICH的通道化代码是任意的(前提是SF还是为256)
S-CPICH信道可以由主干扰码或者辅助干扰码进行加扰处理
S_CPICH的数量可以是0,1,任意多个
广播消息可以面向整个小区发送也可以只面向小区的一部分发送
[4]小区选择/重选中,目标小区会向CPICH值更大的小区偏移.
4.PICH/寻呼指示信道
[1]携带寻呼指示/PIs;PI指示UE端系统侧已经开始在PCH信道上下行发送寻呼消息,PI实际上时和PCH一同来告知寻呼已经产生.
[2]SF 256; 10ms frame;
[3]18,36,72,or 144 page 指示;
288bits(只有288bit的有效信息)---Tx off(12bits)
1 TTI=1无线帧=10ms=300bits(288有效位,最后12位是无效位)
[4]PICH用于UE睡眠操作中很有效,UE"醒来"后回去监听PICH上的PI信息,如下的hash函数计算出需要被UE监听的PI是哪些:
PI = IMSI / 8192 mod Np
Np={18,36,72,144}
这些PI没有在PICH帧中定义位置,位置的定义取决于PI,Np和SFN值.
6.AICH/捕获指示信道
[1]携带着捕获信道指示ACIs,AI去提醒UE侧,系统侧已经收到UE发送的RACH的报头信息,可以开始传输RACH信息,网络可以选择发送三种类型的AI:"-1"(消极ack,已经收到RACH报头,但是不触发RACH消息传输);"0"(无效信传输);"1"(收到RACH报头,可以开始发送RACH信道消息传输).
[2]SF 256; 20ms frame;
AI part 4096chips---Tx off(1024chips)
1 TTI=2无线帧=20ms=15 slots; 1 slot=1.33 ms=32 symbols=5120 chips(Tx off为无用信息)
[3]AICH自己有16种signatures,AICH上发送的签名一定要在PRACH信道上发送的签名保持一致.(保证是同一个UE)
7.PRACH/物理随机接入信道(UL)
[1]头文件长度 1ms; 消息长度10 or 20 ms;
[2]控制信息部分 SF 256; pilot部分用于信道"估算";
[3]接入信息包括数据和控制信息
Data: ---data---
control: pilot---TFCI(传输格式集的索引)
1 TTI=1无线帧=10ms=15 slots; 1 slot=0.67ms=2560chips=10 * 2^k bits(k=0..3)
[4]承载着RACH传输信道,RACH用于UE向系统发起连接申请,PRACH携带了RACH的头文件和RACH的消息.
头文件通过小区的RACH干扰码进行加扰处理,一共有16种不同的头文件签名(联系上一个AICH),头文件一共有4096chips长,大约是1.067ms的长度.
RACH消息可以是10 or 20ms长度,可以在TF上有所不同.例如,数据传输速率限制如下:{15,30,60,120}kbps,因为可以多种传输格式复用,所以在控制消息部分有一个TFCI.
8.DPCH(DL)/下行专用物理信道
[1]可分为DPDCH和DPCCH,两者是在时域上多工复用的关系.(不同时发生,正好错开,无交集).
L1的控制信息包括:TPC,TFCI,Pilot在DPCCH上.
L2层的数据传输在DPDCH上.
Data1---TPC---TFCI---Data2---Pilot
1 TTI=1无线帧=10ms=15 slots; 1 slot=0.67ms=2560chips=10 * 2^k bits(k=0..7)
----------------|------------
control info | of bits
----------------|------------
TPC | 2-16
TFCI | 0-16
Pilot | 2-32
----------------|------------
[2]随着扩展因子从512到4变化,信道速率从15 kbps变化到1920 kbps.
[3]专用信道上包含了大部分的用户数据信息.
DPCH上有50种可用的slot模式,不同模式对应着不同的数据速率,数据类型,压缩方式.
[4]在DPCCH上,Pilot用于同步信息和TPC传输功率的控制命令;TFCI索引指示在无线帧中采用的传输格式,当TFCI被确定后,再发向所有的15个slots.
传输功率命令即对应着用于闭环功率控制中的上/下行的命令:1500Hz=(15 slots/无线帧) * (100 无线帧/s).
如果没有TFCI存在,传输模式探测会被触发去申请一些已知的可选用的TF集.
L1层消息只会在第一条下行DPCH上传输,在其他DPCH的控制时间段内没有东西会被传输,符合3GPP release99的相同的扩展因子会被一直请求.
9.DPCH(UL)/上行专用物理信道
[1]和下行一样也分为传输数据和传输控制信息的两种专用物理信道,DPDCH可以在Q分支或者I分支上发送,如果只有一条DPDCH则在I分支上,DPCCH总是在在Q分支上被发送.专用信道包含了大部分的用户数据.
DPDCH: ---Data---
DPDCH: 1 TTI=1无线帧=10ms=15 slots; 1 slot=0.67ms=2560chips=10 * 2^k bits(k=0..6)
DPCCH: Pilot---TFCI---FBI---TPC
DPCCH: 1 TTI=1无线帧=10ms=15 slots; 1 slot=0.67ms=2560chips=10 bits
----------------|------------
control info | of bits
----------------|------------
TPC | 1-2
TFCI | 0-4
Pilot | 3-8
FBI | 0-2
----------------|------------
[2]DPDCH物理信道承载着传输信道DCH
[3]一个DPCCH,DPDCH数量任意
[4]数据和控制专用物理信道的扩展因子不一样
[5]随着扩展因子从256变化到4,信道速率从15 kbps变化到960 kbps
[6]DPCCH包含了一个pilot信号,用于同步和TPC,TFCI用于指示传输格式和FBI bits.UTRAN会分辨UE是否必须要传输TFCI信息.FBI(反馈信息)用于闭环传输分集和SSDT(选址分集传输).以前大多在一个小区里使用双天线,现在大多使用多个小区.
上行DPCCH传输在DPDCH传输的前面;DPCCH功率控制的报头用于初始化DCH,该报头的长度由UTRAN决定.
===Physical layer procedures(additional)===
1.Acquisition/捕获:捕获到系统的存在
[1]slot 同步
使用P-SCH/主同步信道决定slot对应的时间,256chips长度的同步.每一个slot都有一个对应的相同的256chips来同步.
[2]帧同步和代码组认证
使用S-SCH/辅助同步信道去为代码组认证信息和帧时间进行加扰处理.
[3]代码认证的加扰处理
捕获CPICH:每一个加扰代码组有 8个 PSCs/主加扰码.
解决10ms 广播传输信道上的不清晰问题.
BCH's TTI=20ms
在解决完不清晰问题后,系统和小区的具体数据可以在BCH上读出.
[2--]在SCH/同步信道上的捕获过程:
捕获系统是在终端上电或者丢失服务的时候进行的,三步程序简单的进行了范围为512x38400(512中主干扰码,38400种辅助干扰码/即PSC偏移量)的搜索.
UE的捕获开始于SCH上,在SCH上时,主干扰码和辅助干扰码会被同时发送,两个信道的编码是不同的.P-SCH使用Cp编码的主同步代码,它在系统的每个小区都是一样的存在,因此UE很容易就能找到主同步信道的信号;辅助同步信道使用Cs编码的辅助同步代码,对应的辅助同步信道对应相关的代码组认证,这里有64种不同的代码组.
在第二步中,UE需要识别slot number从而可以去实现帧同步和决定代码组.
a是用来表示基于传输天线分集(STTD)的空间时间块的编码是present还是absent,a可以是-1(absent)或者1(present).
[3--]捕获过程:
一旦代码组确定以后,PSC主干扰码也会在CPICH上确定下来,CPICH携带一个已知的被PSC加扰过的符号序列,这里每个代码组有8个PSC,UE尝试这8种组合,一旦PSC被验证发现之后,UE还需要去解决BCH的10ms模糊问题.最后UE可以开始解调,或者read,BCH也实际的承载在了PCCPCH上.
recall 这里有一共512种不同的PSC,一个PSC对应一个小区.
对于小区选择过程,如果网络端发送了邻小区时间信息并且没有要求SFN被read,过程1到3都可以被跳过,只需要一个能寻找邻小区的小窗口.
2.randon access/随机接入:获得接入系统的通道
[1]接入过程开启了slot边界
[2]使用16个签名中的一个当做报头(1ms 4096chips=长度为16chips的一个签名的256次重复)发送
[3]等待在AICH上的AI/捕获指示的发送,如果没有任何响应,会重复发几次报头,并提高发送报头的功率.
[4]准确接收到积极的ack以后发送RACH信息
[5]open loop PC only
3.page/寻呼
当UTRAN想和UE建立联系发起寻呼,UE"醒来"去监听PICH.
[1]PICH和PCH混合在一起,一同承载在SCCPCH上,SCCPCH 3 slots 在PICH之上.
[2]UE"睡眠"时为减低功耗采用"DRX不连续发送/接收",UTRAN设置了PI/寻呼指示在PICH上.当UE"醒来"后,开始监听映射在SCCPCH上的PICH上PI和PCH.
这里有一个时间偏移量t-pich,在PICH帧SCCPCH帧之间,大约有3个slots的宽度(7680chips),这个时延正好可以让UE顺利开始读取PCH的信息.
[3]当网络端需要在PCH上发送寻呼消息时寻呼会指示FSN
寻呼时机-值 = {(IMSI / K)mod DRX循环长度} + n*DRX循环长度
K=SCCPCH的信道数(最大为16),由SIB-5携带此信息,当然"寻呼时机-值"始终小于SFN的最大值(即4095).
4.measurement/测量
[1]SIR(Signal Interference Ratio 信扰比)的测量不是特殊存在的,多用于外层的功率控制循环.
SIR是表现DPCH信道发射功率的,SIR=C/I(载干比)+天线增益+扩频增益,SIR和C/I的变化呈相同方向.
[2]需要测量的消息类型:
Ec/No;
接收功率RP(aka 接收信号强度指示器RSSI,可以判定链接质量,估计测量点与接收点距离);
接收信号码功率RSCP=Ec/No + RP;
SIR(信扰比);
BER(误码率,用于传输信道和物理信道上);
BLER(块错误率,用于传输信道,BLER中需要CRC);
[3]其他测量:
WCDMA小区频内:活动状态/监视状态/探测状态
WCDMA小区频间:监视
GSM小区信息:RSSI接收信号强度指示和基站信号码BSIC
CDMA小区信息
===各方面的-课题===
1.power control/功率控制
[1]功率控制的CDMA系统中很重要,过量的传输功率会让UE或UTRAN称为一个不必要的干扰,还会减少整个系统的上下行"capacity".
[2]开环功率控制只有在UE第一次接入系统时会使用(EGPRS中可能使用),UE会估计网络接收该信号的最小需求功率,这里是没有反馈让UE去对比调整功率大小.UTRAN有效的使用OLPC在SCCPCH上去传输FACH.
[3]闭环系统可以分为内层和外层循环两种,UE根据"SIR/信扰比"保持最小活动功率去维持期望的服务质量,CLPC通过在1500HZ上用TPC去告知期望的传输者去调整功率的大小.
内层闭环循环快速调整传输信号去保持期望的SIR值(信号被干扰的程度),内层闭环克服了快速的瑞利衰落.
外层闭环循环调整过程比较慢,同样也是让SIR保持在要求的QoS.
[4]OLPC:
UE估计它的最小需求发射功率;
功率基于接收功率测量和传输功率信息,都将在BCH上被发送;
在反向接入信道上使用;
在专用物理信道上使用;
[5]inner-CLPC:
小区/UE最小活动功率;
保持SIR期望值;
DL/UL功率控制频率在1500Hz(或500Hz/300Hz)
在nodeB分集切换
[6]outer-CLPC:
UE通过监测QoS去调整适合的内层循环的目标SIR值
下行的外层循环PC位于UE之中,上行的外层循环PC位置RNC之中.
外层循环通过测量QoS去调整合适的目标SIR,内层循环再根据目标SIR去"send TPC up/down cmd"调整合适传输功率.
外层循环-->RNC和多个nodeB之间; 内层循环-->nodeB和UE之间;
nodeB上的专用信道功率调整范围大概是20dB.
UE上功率的调整范围大概是80dB.
内层下行功率控制允许在1500Hz或500Hz,参数"DPC_MODE"是用于和UE交流联系.
上行功率控制运行在1500Hz或300Hz,参数"功率控制算法"用于个UE交流联系.
在切换中,可以有6个TPC指示集,每一个索引都对应一个nodeB,如果TPC索引是一样的,那表明所有小区都接入了同一个nodeB上,如果是这样的话,UE软结合-功率控制位,而不是使用"OR of the downs",因为接入同一个nodeB的两个小区损耗衰落的环境是基本一样的;如果它们接入不同的nodeB,则UE功率下降取决于是否nodeB传输了一个功率降低的命令(OR of the down).
2.Frame numbering/帧号
SFN:小区系统-帧号; 在BCH上发送,用于调度,寻呼; 每40.96s重复一次;
CFN:连接-帧号; 用于L2传输信道同步的重配置; 每2.56s重复一次; CFN在nodeB的"活动集"中很常见;
SFN由BCH上的系统消息发送,每个nodeB的SFN都不同;每个nodeB的CFN保持一致.
对于切换,UE向SRNC报告在DPCH和目标小区的SFN之间的时间点的不同(帧偏移和chip偏移),这个问题在切换时需要同步过程,UE得到合适的靠近彼此的帧,并且新小区的CFN和SRNC的一致.
另外,在CFN和SFN之间对于每一个独立的nodeB有一个映射过程(SFN = CFN + frame offset),它由"frame offset"参数来控制,这是必须的,因为CFN并不是连续发送的.
3.Transmit Diversity/传输分集
[1]选址分集传输/site selection diversity transmit(SSDT)
在软切换中使用;
下行传输只来源于一个小区;
通过减少下行的传输来减少系统整体的干扰;
SSDT:UE选择最佳小区并且其他小区关掉它们的传输,FBI/反馈信息包含着最佳小区的信息.SSDT不能和"闭环模式传输分集"同时使用.
[2]闭环模式传输分集
数据传输在两条天线上;
每条天线携带一个单独的pilot;
每条天线加权计算不一样;
闭环模式传输分集:有很复杂的信号送往两根天线,利用反馈信息,UE信号相位调整,并且可能只是出最佳的relative gains,在两根分集天线之间到网络.
传输分集创造另一个"路径",这会提高信号的健壮性.
[3]基于传输天线的空间时间块编码-分集/space time block coding based transmit antenna diversity(STTD)
开环;
数据在两根天线上传输;
编码应用在4个连续的信道"块"上;
STTD编码在UTRAN是一个可选项,主要由UE来解码,在STTD中,数据编码使用一种"alamouti-based space-time"的代码,编码数据在两条天线上传输.
这种方法不同于上面一些分集方法中的需要复杂的反馈信息.SCH会指示UE去"present或absent"STTD编码.
4.Power weighing/功率加权计算
[1]PO=power offset
DPCCH相对DPDCH的PO值可以根据随时间变化.
在下行链路上,TPC/TFCI/Pilot都有不同的PO值,而且DPDCH和DPCCH两种信道也不一样,这些PO值也不是确定不变的,例如上行链路软切换的"功率控制/PC"中的性能提升例子中,功率控制信号的功率值在"DPDCH的软切换过程中"高于"没有切换的状态下".
[2]在上行链路上,主要适用在RACH和DCH上;
每一个无线帧可以基于使用的TFC被区分开;
网络端为控制信息和数据信息都指定了"获取因子",功率关系就是从"十五分之一"到"1"的一个递增比例关系(每次加十五分之一).
控制信息的和数据信息的"获取因子"表明了两种类型在信息所占的权重.加权计算的问题会在"inter-operability testing/互操作测试"出现很多.