UMTS信道总结

文刀万弋

UMTS信道总结

上行物理通道
上行专用物理信道（UL-DPCH）
功能：上行基本业务承载信道，用于UE在通信过程中传送语音、数据和控制信息
分为：  专用物理数据信道（DPDCH）：传输语音和数据
专用物理控制信道（DPCCH）：传输物理层的控制信息
FBI（Feedback Information）：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。
TFCI（Transport Format Combination Indicater）：为传输格式指示，用于指示当前桢中DPDCH信道的信息格式，包括业务复接方式、信道编码方式、传输时间间隔，在指示传输时间间隔中传输的比特数等各种参数。如果DPDCH数据由一个以上的不同应用数据组成，则TFCI是必须存在的，用于指示传输数据的组成方式。如果DPDCH传输的只是一种固定不变的数据，则不需要TFCI。
Pilot：是一组规定好的比特码（桢同步字），用于桢同步的确定和保持，信号的相关解调。
TPC（Transmit Power Control）：为功率控制命令，用于传送下行链路的功率控制信息，每秒1500次。（GSM2次/秒 CDMA800次/秒）
一个无线桢长10ms。
DPDCH的SF：4—256
DPDCH的码速率：15ksps—960ksps
DPCCH的SF：256
DPDCH和DPCCH在每一无线桢中I/Q复用，他们分别有各自的信道化编码和同一扰码
每个无线连接的专用物理信道允许一个DPCCH信道和最多6个DPDCH信道同时传输。
扰码：系统会告诉手机用什么扰码。
随机接入信道PRACH
功能：属于上行公共物理信道，用于传送移动台的随机接入信息
RPACH由两个部分组成：
前导部分：签名序列的256次重复
Preamble Signature用于区分用户，Preamble Scrambling Code用来区分扇区；
前导部分长度为4096chips。
Preamble Signature用于区分用户，共有16种Preamble Signature ，每种含有16比特固定的信息，分别重复256次。手机可随机选择一个。
Preamble Scrambling Code用来区分扇区，共有8192个码，分成512个组，每组16个。用哪个手机需依据下行Primary Scrambling Code计算。
这两个CODE合在一起，构成了基站识别手机前导部分的扰码（PRACH Access Preamble Code）；
消息部分：语音和数据的接入请求消息
每个消息无线桢长为10或20ms
传输方式：
每两桢有15个时隙
每个接入时隙间隔为5120个chips

PRACH消息部分的结构和DPCH的结构相同。
分为数据和控制两个部分
各自的OVSF有规定的公式计算：
DATA的OVSF=CCH，SF，m（SF=32—256；m=SF*s/16 ；s为PreambleSignature 0—15）。
CONTROL OVSF=CCH，256，m（m=SF*s/16+15 ；s为PreambleSignature 0--15）
扰码有下行的Primary Scrambling Code来决定。

物理公共分组信道PCPCH：
功能：属于公共物理信道，用于移动台传送快速频繁的数据和控制信息。
内容：高速数据和控制信息
PCPCH的结构和DPCH结构类似，分数据和控制部分
一个无线桢长10ms
扩谱系数SF：4—256
符号速率：15ksps—960ksps
控制部分使用固定的扩谱系数和信道化编码：CCH，256，0
数据部分使用扩谱系数是可变的，CCH，SF，K（SF=4—256，K=SF/4）
PCPCH的接入方式：
前导接入部分（Preamble）：每个前导采用随机接入信道的前导签名序列。一个或多个接入前导，每个前导的长度为4096chips。
前导冲突检测部分（Collision Detection）：采用了与随机接入信道的前导签名序列相同的码字序列，一个冲突检测前导，每个冲突检测前导的长度为4096chips。
功率控制前导部分：一个PCPCH功率控制前导部分（PC-P）长度为0或8个时隙；
消息部分：结构与PCPCH的结构相同，但消息的长度是N*10ms。下行物理通道
下行通道所用的扰码：下行有8192个扰码（Screambling Code），分成512个组，每组16个码，其中一个为主扰码（Primary Screambling Code），其余15个称为次扰码（Secondary Screambling Code）；再把512个组每8组分成1个大组，共可分为64个大组，称为Primary Screambling Code。

专用下行物理通道（DL-DPCH）：
功能：属于下行基本业务承载信道，用于基站在通信过程中传送话音、数据和控制信息。
内容：传送下行的话音、数据和控制信息。
分为：
DPDCH：用于传送话音和数据
DPCCH：用于传送控制信息
DPDCH和DPCCH混合在同一个无线桢中（即混合在同一个OVSF信道中，因为下行的OVSF资源缺少；上行OVSF区分同一个手机的不同信道，下行OVSF区分同一个扇区的不同信道），时分复用传送（即DPDCH和DPCCH具有相同的信道化编码）。
一个无线桢长：10ms
扩谱系数SF：4—256
符号速率：7.5—960ksps
多个DL-PDCH可以并行传送，采用相同的扩谱系数；控制信息在第一个DL-DPCH上传送，其余的DPCH相应的位置不连接发射。
但是目前只能使用单个DL-PDCH，所以下行数据的最大速率为384kbpd，若多个信道同时使用则可以达到2M。

同步信道（SCH）：（Synchronization Channel）
SCH属于下行同步信道，用于给手机提供小区搜索引导，并区分不同的小区。
类型：
主同步信道P-SCH： 它是让UE找到一个Node B
功能：属于下行公共物理信道，在移动接入系统时为其提供搜索的同步基准。
P-SCH没有数据，只有特定的码组PSC（Primary Synchronisation Code）；PSC是256个固定的chips；
PSC具有良好的非周期自相关特性，便于移动的捕获；
所有小区的PSC均一样，手机里也有同样的码组；
辅同步信道S-SCH： 它是让UE找到主扰码组
功能：属于下行公共物理信道，在移动台接入系统时，为其提供获取该小区所使用的主扰码组信息。
内容：没有数据，只有特定的码组
PSC、SSC是256个固定的chips；
辅同步码SSC总共有16个，特定的15个辅同步码SSC的组合代表一个扰码组，共有64个组合，分别代表64个扰码组；每个扰码组有8个主扰码，共有512个主扰码；每个小区只有一个主扰码。
P-SCH、S-SCH他们并行传输。
同步信道与下行信道不同，他们没有信道化编码和扰码，所以P-SCH和S-SCH直接与其他已经扩频的下行信道复接后传送。

公共导频信道（CPICH）：Downlink-Common PIlot CHannle
CPICH属于下行引导信道，在接收信号时相位参考基准
用于让接收方进行相干解调，有3db增益。
CPICH有两种类型：
主导频信道（P-CPICH）：
功能：属于下行引导信道，作为UE在接受信号时的相位参考基准。
内容：高电平，通过加扰为UE提供接入某小区所使用的主扰码（Primary Screambling Code）信息
结构：
一个无线桢的时长：10ms；
数据传输速率：30kbps；
使用固定的信道化编码CCH，256，0；
扰码使用主扰码PSC；
每个小区仅有一个P-CPICH；
P-CPICH是多数下行物理信道的参考相位（除个别情况，如：DPCH/PDSCH不向P-CPICH）；P-CPICH的作用还体现在切换的测量中，以及小区选择和小区重选中。在切换的测量过程中，移动台测量P-CPICH的信号强度，作为切换判断的一个依据。
辅导频信道（S-CPICH）：用于智能天线，但现在很少使用
功能：属于下行导引信道
可以作为S-CCPCH和DL-DPCH的参考相位，由高层信令通知移动台
可以在整个小区广播，也可以只在局部小区广播
内容：
预定的比特/符号序列
结构：
一个无线桢时长：10ms
数据传送速率：30kbps
扩谱系数SF：256
没有固定的信道化编码CCH，256，0
扰码可以选用主扰码（PSC）或者辅扰码（SSC）
每个扇区S-CPICH的数量不固定，可以没有，也可以多个

公共控制物理信道（CCPCH）： Common physical CHannle
主公共控制信道（P-CCPCH）
功能：用于承载下行系统控制和广播信息
内容：传送小区系统消息（BCCH）
结构：
一个无线桢时长：10ms
数据传送速率：30kbps
扩谱系数SF：256
具有固定的信道化编码CCH，256，0
扰码可以选用主扰码（PSC）
没有TPC/TFCI/PILOT
每个时隙的前256bits不发任何信息
当移动台解调出来P-CCPCH信道的系统消息，则此时，他的编码和调制参数相对固定。
主公共控制物理信道（P-CCPCH）每个时隙的前256chips不发任何消息，在此期间，由同步信道（P-SCH）和（S-SCH）占用这个位置进行发送。
辅公共控制信道（S-CCPCH）：
功能：用于承载下行寻呼/接入指示信道
内容：传送寻呼消息（PCH）和信道指配消息（FACH）
S-CCPCH有两个辅助公共控制信道：包含TFCI和不包含TFCI。由UTRAN决定是否发送TFCI，因此UE必须支撑TFCI的使用。
功能：
结构：
一个无线桢时长：10ms
数据传送速率：15--960kbps
扩谱系数SF：4--256
没有固定的信道化编码（在P-CCPCH广播出来）
扰码可以选用主扰码（PSC）
没有TPC/TFCI/PILOT
每个时隙的前256bits不发任何信息
FACH和PCH消息可以映射在同一个S-CCPCH上，也可以分别映射在不同的S-CCPCH上；
S-CCPCH可以有多个，此时UE只需监视其中一个，具体选择由规定算法确定；
P-CCPCH和S-CCPCH的区别是，P-CCPC的信息格式是固定的，S-CCPCH是可变的，由TFCI表示和区分；
S-CCPCH可用TFCI也可以没有TFCI。当不传输TFCI时，该位置放置DTX；
P-CCPCH在整个小区连续发送，而S-CCPCH也可象专用物理信道（只对FACH的S-CCPCH有效）那样以窄波速发送。

共享信道（PDSCH）：Physical DownlinkShared Channle
功能：属于下行共享信道，用于给多个手机提供数据传送通道。
内容：频繁及高速的用户数据，没有控制信息
（对应上行的PCPCH公共分组物理信道）
结构：
一个无线桢时长：10ms
数据传送速率：15--960kbps（30kbps—1920kbps）
扩谱系数SF：4--256
以桢（FRAME）为单位，分配给手机做数据传送，可以一桢，也可以多桢，仅数据为载体，无控制信息，控制信息需要由DL-DPCCH提供；
一个PDSCH可以分配给多个手机使用；
可以多个PDSCH同时给一个手机使用，此时同时传送的桢必须采用相同的SF；
不同的桢之间可采用不同的SF；
每一个PDSCH必须有一个DL-DPCH伴随，DL-DPCH提供PDSCH所需的控制信息（何时读取信息，TFCI、SF、。。。）

捕获指示信道（AICH）：Acquisition Indicator Channle
功能：属于公共指示信道，用于给手机提供上行接入捕获指示Ais（Acquisition Indicator），通知其接入信息已被系统获知，该信息与PRACH中的Signature相对应。在AICH上传送系统对接入信息已被捕获的确认消息。
内容：传送系统对接入信息的（PRACH）的已被捕获的确认信息。
结构：
一个无线桢时长：20ms，由15个时隙组成
每个接收时隙（AS）由两部分组成：捕获指示（AI）和1024个码片长度的空部分
扩谱系数SF：256
AICH的相位参考是P-CPICH（由于传输固定的信息）

前导捕获指示（AP-AICH）：AP-AICH（CPCH Access Preamble Aacquisition Indicator）
功能：属于下行公共指示信道，用于给UE提供（UL-PCPCH）接入捕获指示APIS（AP Aacquisition Indicator ）,通知其在UL-PCPCH的接入信息已被系统获知。该信息API与UL-PCPCH的Access Preamble Singnature相对应
内容：传送PCPCH接入信息已被系统获知的确认消息
结构：
一个无线桢时长：20ms，由15个时隙组成
每个接收时隙（AS）由两部分组成：捕获指示（AI）和1024个码片长度的空部分
扩谱系数SF：256

冲突检测/信道分配指示信道（CD/CA  PICH）：CPCH Collision Detection/Channle Assignation Indicator Channle
功能：属于下行公共指示信道，用于给手机UE提供（UL-PCPCH）接入捕获指示CDI（Collision Detection Indicator）和CAI（Channle Assignment Indicator），通知其在UL-PCPCH的接入信息已被系统获知，该信息与UL-PCPCH中的CD Preamble Signature相对应。
内容：传送PCPCH的接入信息已被系统获知的二次确认消息或信道指配消息。
结构：
一个无线桢时长：20ms，由15个时隙组成
每个接收时隙（AS）由两部分组成：捕获指示（AI）和1024个码片长度的空部分
扩谱系数SF：256

寻呼指示信道（PICH）：Paging Indicator Channle
功能：属于下行公共指示信道，用于给手机提供寻呼指示，通知UE到S-CCPCH上接收Paging信息。
内容：寻呼指示信息。
PICH使UE在空闲状态下，减少监视S-CCPCH的时间，由于PICH的编码和解码方式都比S-CCPCH简单，所以对UE的处理能力要求不高，从而可以节省处理器的电池耗电。在PICH上传送寻呼指示消息。PICH总与一个S-CCPCH随路。
结构：
一个无线桢时长：10ms，300bits。注意没有SLOT
288bits（b0--b287）用于携带寻呼指示
其他12bits不含任何信息，不连续发射
每个接收时隙（AS）由两部分组成：捕获指示（AI）和1024个码片长度的空部分
扩谱系数SF：256
每个无线桢可发送Np个寻呼指示{PI0，PINp-1}指示
Np=18，36，73，144（相当于控制Np个UE），则每一个PI所对应的bits为：16，8，4，2

不连续接收DRX的基本原理：
UE在空闲状态下，可工作在不连续接收（DRX）状态，以节省电池消耗；
手机工作在DRX时，只需监视PICH上的DRX循环中的一个Paging Occasion之内的某一个PAGE INDICATOR（PI）；
DRX循环最长为2K桢，其中是一个整数（系统确定）
UE可依据自己的IMSI号来计算在一个DRX Cycle循环中该去哪个SFN（System Frame Number）的哪个PI去听有没有对自己的寻呼。

状态指示信道（CSICH）：CPCH Status Indicator Channle
功能：属于下行公共指示信道，用于给手机UE指示CPCH信道的状态，包括数量、扩谱系数SF等；
内容：传送CPCH信道状态信息
在CPCH上传送CPCH信道的状态信息。
结构：
CPCH需与UL-PCPCH，DL-AP-AICH配合使用。
一个无线桢时长：20ms
扩谱系数SF：256
每个时隙8个bits，1桢为8*15=120bits
扰码选用主扰码（PSC）

物理信道的相对时序
PRACH和AICH的时序关系
PCPCH和AP-AICH之间的时序关系
P-CCPCH传送扇区的SFN（System Frame Number）
P-CCPCH传送扇区的系统桢号SFN（System Frame Number），称系统把它作为所有物理信道的时序参考。下行信道直接以此为参考。
SFN用于所有的Physical Channle的时间对齐
SCH、CPICH、P-CCPCH和PDSCH时间一致
AICHaccess slots#0时间与P-CCPCH的偶数桢

呼叫处理的基本过程
小区搜索
步骤1：时隙同步
用户识别（如匹配滤波器）使用P-SCH信道主同步码（PSC）获得小区的时隙同步，此同步玛对所有的小区均相同。该小区的时隙定时在检测到匹配滤波器的最大输出峰值后即可获得同步。
步骤2：桢同步和码组鉴别
用户设备使用S-SCH信道的辅同步码（SSC）获得小区的桢同步及主扰码组（即小区码组），这可以通过将接收到的信号所有可能的辅同步码序列相关并鉴别最大相关值来完成。由于这些序列循环移位是唯一的，因而可以确定该码组与桢同步。
步骤3：扰码鉴别
用户设备确定小区使用的主扰码。在P-CPICH上可用CCH，256，0，获得小区的主扰码。
步骤4：监听小区系统消息
在小区主扰码确定之后，加上CCH，256，1，UE可以检测P-CCPCH，即可读出小区的BCCH信息。

手机注册/位置更新
步骤1：接入请求前导
UE杂初始接入时并不知道自己离基站有多远，所以在初始时UE不断在PRACH信道发随机接入前导（PRACH Preamble），试图先与系统取得联系。
步骤2：系统确认呼叫请求
系统一旦收到UE随机接入前导，便通过AICH信道UE已收到呼叫请求前导，可以继续发送具体的接入请求消息。
步骤3：接入请求消息
当收到系统的接入确认后，UE开始在PRACH信道上发送具体的接入请求消息。
步骤4：系统分配信道
当收到UE接入请求消息后，系统给UE分配资源，并通过S-CCPCH通知UE。
步骤5：手机注册/位置更新
当收到资源分配消息后，UE到系统给她分配的DPDCH/DPCCH信道上进行注册或位置更新。

手机空闲
手机在空闲状态监听信筒消息和寻呼消息

手机主叫
步骤1：接入请求前导
UE杂初始接入时并不知道自己离基站有多远，所以在初始时UE不断在PRACH信道发随机接入前导（PRACH Preamble），试图先与系统取得联系。
步骤2：系统确认呼叫请求
系统一旦收到UE随机接入前导，便通过AICH信道UE已收到呼叫请求前导，可以继续发送具体的接入请求消息。
步骤3：接入请求消息
当收到系统的接入确认后，UE开始在PRACH信道上发送具体的接入请求消息。
步骤4：系统分配信道
当收到UE接入请求消息后，系统给UE分配资源，并通过S-CCPCH通知UE。
步骤5：手机占用专用传输信道
当收到资源分配消息后，UE转到系统给它分配的DPCH信道上进行话音通讯。

手机被叫
步骤1：快速寻呼消息
系统通过PICH信道通知UE有给它的寻呼，但是没有具体的寻呼消息
步骤2：系统寻呼消息
当收到系统的通知后，UE到S-CCPCH信道去听具体的寻呼消息。
步骤3：寻呼响应
当收到寻呼消息后，UE通过PRACHPreanble做寻呼响应，试图与系统取得联系，从而接入系统。
步骤4：寻呼响应确认
系统一旦收到UE的随机接入前导，便通过AICH信道通知UE收到寻呼消息，可以继续发送具体的接入请求消息。
步骤5：接入请求消息
当收到系统的接入确认后，UE开始在PRACH信道上发送具体的接入请求消息。
步骤6：系统分配信道
当收到UE接入请求消息后，系统给UE分配资源，并通过S-CCPCH通知UE。
步骤7：手机占用专用传输信道
当收到资源分配消息后，UE转到系统给它分配的DPCH信道上进行话音通讯。

数据传输
步骤1： 监听可用PCPCH信道消息
UE监听CSICH信道获取可用的PCPCH信道。
步骤2： PCPCH接入请求
UE通过PCPCHAccessPreamble发送接入请求。
步骤3： 接入请求第一次确认
当收到接入请求后，系统通过AP-AICH信道通知UE收到他的接入请求，这是系统对接入请求的第一次确认。
步骤4： PCPCH碰撞检测请求
打边鼓收到第一次确认后，UE又通过PCPCH CDPreamble发送碰撞检测请求。
步骤5：接入请求第二次确认
当收到碰撞检测请求后，系统通过CD/CA-ICH信道通知UE已收到他的碰撞检测请求，这是系统对接入的第二次确认。
步骤6：数据传输
当收到第二次确认后，UE通过PCPCHMessage部分进行数据传输。