wcdma知识总结之七 - 技术学吧

wcdma知识总结之七

分类：技术学吧作者:topy 日期:2009-3-28 23:28:13

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。

TCTF：目标信道类型域（2或8比特）。当多个逻辑信道映射到RACH/FACH信道时，才需要有这个标志指示位。相当于指明哪种逻辑信道映射到了RACH或FACH上。

UE ID：移动台的标识符（16或32比特）。如果是C-RNTI，标识符是16位；如果是U-RNTI，标识符是32位

UE ID TYPE：移动台标识符的类型（2比特）。指明移动台的标识符是C-RNTI还是U-RNTI。与UE ID域在MAC层同时出现。当移动台需要工作于共享信道时，需要添加这二个域，指明移动台的身份。如BSCH、FACH信道上同时传送多个移动台信息时MAC层就需要添加。

C/T：逻辑信道的ID（4比特）。当多种逻辑信道都有映射到RACH/FACH信道上时，需要标识不同的逻辑信道。如DCCH和DTCH在MAC执行了复用功能，都映射到FACH信道上时必须添加C/T域加以区分。

所以MAC的字头是动态变化的，取决于逻辑信道到传输信道的映射关系。MAC层内部的软件功能模块在工作时共有3个部分构成，MAC-B代表广播类的MAC层映射；MAC-C代表公共和共享信道的MAC层映射；MAC-D对应的是专用信道的映射。MAC-B对应输出是BCH；MAC-C对应输出的有PCH、RACH/FACH、CPCH/DSCH；MAC-D对应输出DCH。上层6类逻辑信道在选择MAC层映射时是交叉映射的。如BCCH原则上是选择MAC-B静态映射到BCH，但事实上从内部软件处理来说，BCCH还可以选择MAC-C模块映射到FACH信道上。所以从静态角度来说，MAC-C的对应输入应包括PCCH、CTCH和CCCH；MAC-B的对应输入应包括BCCH；MAC-D的对应输入应包括DCCH和DTCH。

对应不同的映射关系，MAC字头的添加截然不同。 BCCH → BCH和PCCH → PCH时均不添加MAC层的字头，透明传递，送往传输子层进行基带处理；DTCH/DCCH→ DCH时都会选择MAC-D作映射，由于是多个逻辑信道向同一个传输信道DCH的映射，所以需要添加MAC字头，即C/T域的添加；CTCH/CCCH→ RACH/FACH时MAC字头需要添加TCTF域，UE ID域及UE ID类型域；专用业务信息选择FACH信道传输（交叉映射）时需要添加所有4个域。映射关系的详细描述在规范的34.108中。

六、传输信道描述

目标：了解传输信道的使用、传输信道特性、描述来自上层的数据在进行扩频前的处理过程、传输信道向物理信道的映射关系。

（UM12 6-4）

1、传输信道

传输信道的类别包括BCH、PCH、RACH、FACH、DCH、CPCH和DSCH等只是针对MAC层的分类。传输信道所要描述的是用户信息在空中接口上发送之前所接受的特殊化处理――基带信号处理过程来加强空中接口的信号可靠性。对每一种传输信道，都有描述传输信道的特性参数，称为传输格式TF（Transport Format）。对应于任何一个业务信息在传递过程中，它的传输格式是不固定的，而是以一种组合的形式出现的。所以有传输格式集的定义，也就是所有传输信道格式的组合TFS（TF Set）。各种不同传输信道格式组合在一起就构成了传输信道组合集TFC。每种组合有一种标识，称为TFCI。

传输格式TF由二部分构成，半静态部分和动态部分。所谓半静态部分是指当传输格式定下来之后，该部分将选定不发生变化。而动态部分是随着传输格式的组合而发生变化的部分。半静态部分的参数包括CRC大小――定义的是对该数据块是否完成循环冗余检验的处理，如果选择了这种处理，选择多少比特位的冗余校验，如CRC8、12、16、24等，CRC位用于差错的检查和纠错，这里只使用检错功能；信道编码特性参数――是指添加冗余比特后对原始数据的保护能力，包括信道编码的方式（卷积、Turbo还是no编码）、编码效率（1/2还是1/3）、信道编码所使用的移位寄存器的个数和初始赋值及位比特码的添加等等；时间间隔周期（TTI）――定义的是由MAC层将传输块送往物理传输子层的发送周期，简言之就是传输块（TB）的发送周期，传输块是MAC层和物理层交换数据的最小单位，定义的范围是10、20、40、80ms。这三部分构成了传输格式的半静态部分。一经定义在整个传输过程种将不会发生变化。而动态部分就是TB的大小（TBS）和TB集的大小（TBSS）。如上例中RLC层64kbps的业务，20ms分块分成4块，每块336比特，这336比特通过MAC时如果不添加MAC字头，此时TBS就是336比特。20ms发送4块TB，这4块TB就构成了一个TBS（TB集）。TB集就是在规定的TTI周期内发送到物理层的TB数的集合。由于业务的不同选择的动态部分不同，可能造成半静态部分相同但传输格式还是不同的现象。

（UM12 6-6）

如在下行方向DCH上64kbps业务的传输格式，TTI＝20ms，RLC层截取1280比特，数据块分成4段，每段320比特，在RLC层添加各16比特的RLC字头，送往MAC时为336比特/段，一共形成了4块TB。规范规定了TB的传输格式一共有5种分别是TF0～TF4，当前选择的传输格式是TF4：CRC＝16bits、Coding是Turbo1/3、TTI＝20ms、TB＝336bits、TBS＝4x336bits。对于TF0～TF4的半静态部分相同，称为同一个TFS（set）。

2、传输信道处理（下行）

传输信道的处理共分5步，第1步是传输块的处理，也就是在送往传输子层前，根据半静态部分的定义，添加CRC比特位。第2步是传输块的级联，虽然由RLC层对数据进行了分段，以TB为单位送往传输子层，但在信道编码时，一定是对统一的信息进行信道编码。所以要将分段的数据块级联在一起，进行信道编码，这一合并过程称为传输块集（TBS）的处理。第3步是完成TTI的处理，就是所谓的速率适配，如何匹配到合适的SF值上，也就是决定是重复数据比特还是丢弃用户信息比特位，使之能够映射到一个SF值，对应某一个固定的速率。速率匹配之后要完成第一次交织，块内交织。再次进行无线帧的分段，按10ms分段。第4步无线帧的处理，将多种传输信道的业务信息在无线帧上进行复用。第5步时隙的处理，完成二次交织以及到物理信道的映射。

（UM12 6-8）

第1步传输块的处理：CRC校验位添的加，是针对块（TB）来添加的。CRC的添加取决于是否选择添加以及添加监测的位数是多大。规范规定了CRC24、16、12、8和0（不添加）几种情况，并给出了它们的计算公式。也就是将要发送的传输比特通过CRC公式运算之后产生16位的CRC校验位。在接收端根据这16位的CRC校验位，执行逆过程来判定原来的传输比特是否出错。如果与接收的比特位比较有翻转说明信息出错。此时会出现CRCI的指示。

（UM12 6-9～6-14）

第2步传输块的级联及信道编码：如图6-9所示，3块336比特的数据块添加CRC后，执行串联，成为一个TBS的大小为1056比特。将TBS选择合适的信道编码进行编码后输出。信道编码有几种方式，分别是Turbo码、卷积码及不编码的方式。其中作为卷积码，BCH、PCH、RACH将固定选择1/2卷积码，而其它信道可以多种选择。1/2卷积表示1比特输入2比特输出，1/3卷积则是1比特输入3比特输出，Turbo码1/3效率，no coding则表示不编码。对于卷积编码，在UMTS中选择的是8位移位寄存器的卷积编码（GSM是4位），在编码前对8位移位寄存器赋值为全0，称为伪码。作为输入比特应该是数据比特加8连0，每1位的输入将导致2比特位的输出，所以输出比特位应是2N＋16位，1/3效率时输出比特是3N＋24比特，其中N代表数据比特。对于Turbo编码，采用6位的移位寄存器，普遍采用1/3效率，1位输入3位输出，且相互之间产生关系，最终输出是3N＋12比特。

（UM12 6-15～6-16）

第3步TTI处理：如图6-15所示，128kbps业务按TTI＝20ms分块，每块2560比特，分成8块（由规范对每种业务定义好了分块数），每块320比特，添加RLC字头16位，MAC层字头位0，CRC添加16位，TB＝352比特，级联后数据为TBS＝8 x 352＝2816比特。进行Turbo编码＝3 x 2816 +12＝8460比特，每20ms，速率（Symbol速率）为423kbps。经过信道编码之后不再有新的比特位添加，只是块内和块间的交织，所以要选择速率匹配。由于SF的不连续性，速率也是不连续的，所以423kbps的速率必须适配到480kbps（SF＝8）或240kbps（SF＝16）上去，系统提供了二种算法，一种是Puncturing，删除一些冗余的比特位，向较低速率适配，缺点是保护比特位减少导致有用信息的保护性能降低；另一种是repetition，重复冗余位，提高速率，虽然提高了抗干扰特性，但在空中接口上对其他用户的干扰会加大。二种算法的选择是由系统动态资源的分配来决定的，接受来自RRC层的控制。也就是在满足Qos的前提下，由RRC选择不同的算法。系统会首选repetition，以保证一定的Qos。规范的34.108定义了各种业务的编码方式。

完成速率适配之后，TBS数据将进行第一次交织，即块（TBS）内交织。如图6-16所示，TTI＝40ms，数据长度为108比特，每10ms作为一个column，40ms共4个column，将108比特分成27组，横行输入，纵向输出，也就是在输入时按横行由左到右每4比特1组输入，形成27 x 4的矩阵序列。输出时由上到下，每27比特1组输出，共4块，形成交织后的108比特流。当出现多个column时，还要做column之间的交织。Inter-column之间的交织就是倒换不同column的发送顺序，交织的结构是根据TTI值不同而规定的。如TTI＝40ms，Inter-column的模式是{0,2,1,3}，也就是作为输出是先是第0列27比特输出，再是第2列的27比特输出，依次类推。这样108比特的连续性将被打乱，避免出现连续干扰。交织后的信号比特流再按每10ms截取，每10ms获得27比特，完成无线帧的匹配。

（UM12 6-17～6-18）

第4步无线帧处理：无线帧匹配完成后，进入传输信道的复用过程。业务信息根据Qos的不同采用各自不同的信道编码，对用户来说，可能属于同一个CCTrCH，也就是一个用户上的所有传输信道的复用。逻辑概念是CCTrCH，物理概念上就是实现不同传输信道之间的块间交织。可能需要时间复用，复用到10ms的帧块上来。

第5步物理信道的映射：完成物理信道映射的同时产生Layer1的管理信息，指的是专用的控制信息，如导频序列（用于接收机完成相关解调做信道监听，非公共导频序列）、TPC（闭环内环功控）比特位、TFCI（通知接收端做逆处理时原来有多少种传输信道的传输格式被复用到同一个物理信道上）。这三个域无论是上行还是下行将一直伴随用户的专用的物理信道，始终存在。除此之外，在Layer1管理信息中还有个FBI域（Optional），只有激活发射分集时才会在上行方向上看到FBI域。

如图6-18所示，交互式业务或在DL方向的背景业务，速率为128kbps（PS）伴随信令承载是DL方向3.4kbps。这是规范中规定的一类业务。该用户在传送专用业务信息时一定会有二个逻辑信道，专用业务信道DTCH和专用控制信道DCCH。DTCH用于传送128 kbps的分组业务、DCCH用于传送专用信令。专用信令分四类承载，分别是移动性管理类、测量报告类、以及关于优先级的二类。所以有四个独立的DCCH信道。所以在上层逻辑信道上就已经进行了划分，用户会有二个逻辑信道，占用1个业务承载和4个信令承载。图中左端提供了专用业务信道的传输处理，右端给出了专用信令的传输处理。对于专用业务，128 kbps按每20ms分块，业务单元尺寸SDU＝2560bits，经过RLC层分段并工作于RLC层确认模式，分成8段，每段320bits。每段添加RLC层字头16bits，送往MAC层要映射到DCH上，所以MAC层是透明通过，TBS＝8 x 336，速率134.4kbps（MAC层发往物理层的速率）。对于专用控制信令，逻辑信道上是4个独立的信令承载，信令承载的速率是3.4kbps和3.2kbps，按40ms分段，SDU分别为136bits和128bits，SRB1工作于RLC的非确认模式，RLC字头是8bits，SRB2～SRB4均工作于RLC的确认模式，RLC字头16bits，4个逻辑信道在MAC层要完成复用，复用到同一个传输信道，所以要添加MAC层字头4bits（C/T域），映射到DCH#2，信令速率＝（136＋8＋4）/40ms＝3.7kbps，SDU＝148bits。到达Layer1后，对于DCH#1选择TF4格式，CRC16bits，Turbo1/3编码，TTI＝20ms；对于DCH#2选择TF0格式，CRC16bits，卷积1/3编码，TTI＝40ms。二路信息在传输信道上要完成二次交织，二次交织是完成无线帧的交织，最终映射到物理信道DPDCH上，同时由Layer1直接产生层1的控制信息DPCCH上的域TFCI＝8、TPC＝8、Pilot＝16。在DL方向二路信息时间复用，选择SF＝16。