WCDMA協議和小區搜索過程詳解

WCDMA頻率規劃根據工信部規定,中國聯通可用的頻段是1940MHz-1955MHz(上行)、2130MHz -2145MHz(下行),上下行各15MHz。

在WCDMA中採用升餘弦滾降係數濾波器,滾降係數爲0.22, 那麼傳速率爲3.84Mb/s信號的所需帶寬爲B=3.84(1+0.22)=4.684Mb/s,考慮到頻點間要留有一定的保護間隔200K,兩頭的兩個一共是400K,在WCDMA系統中每頻點帶寬選5MHz是合適的。

 

從手機開機上電開始,手機先要掃頻,找到可以使用的頻點,這個時候還不涉及到物理信道。

當手機選好頻點以後,要找合適的小區駐留,這個時候就涉及到了物理信道。

WCDMA終端的網絡搜索過程實際上可以分解爲公衆陸地移動網(PLMN)選擇與小區搜索兩個子過程。

首先,手機必須知道小區是否可以駐留,這個和PLMN有關。所以手機要先知道小區的PLMN等關鍵信息。想要知道PLMN,就必須去讀PCCPCH主公共控制物理信道。但是這個信道已經被擴頻加擾了,怎麼獲取擾碼和擴頻碼就是當前最重要的了。

爲了獲取擾碼和擴頻碼等信息,手機就要讀取包含這些內容的小區物理信道的具體信息,也就是每個幀和時隙。

要讀取時隙和幀的具體信息,必須要知道每個時隙和幀的開始位置,這個過程就是同步過程。同步過程涉及到的物理信道有兩條,主同步信道和從同步信道。

主同步信道上發射的是主同步碼,主同步碼在每個時隙的最開始的256個碼片上發射,發射主同步碼的時候,手機濾波器上就會有高電平指示,這樣就獲得了時隙同步。

獲得時隙同步之後,手機就知道了這個小區的每個時隙的開始。這個時候手機會去讀從同步信道。從同步信道上發射的是從同步碼,從同步碼的序列是64組固定序列中的一種,也在每個時隙的前256個碼片發射,對應主擾碼組的組號。手機也知道這64個固定序列。當手機逐個讀取從同步碼之後,就知道了從同步碼的固定序列,也就知道了序列的開始位置和序列對應的主擾碼組號。

這樣,一個無線幀的開始就確定了,當然,還有主擾碼組的組號。要強調一下,主從同步信道都是不擴頻不加擾的,所以手機不需要知道擴頻碼和擾碼就能讀取這2個信道的信息。

獲取同步之後,手機已經收集了該小區的很多有用信息,但是還是不知道該小區的主擾碼,所以接下來的過程就是要獲取小區信息的關鍵——主擾碼。

獲取主擾碼的過程就像解一個方程。涉及到的物理信道是CPICH公共導頻信道。CPICH發射的信息是固定的全1序列,該信道的擴頻碼也是固定的256,這些是在協議裏固定好的,手機自己也知道。

在同步過程的第2步裏,手機已經知道了主擾碼組的組號。在這個組裏,一共有8個主擾碼。手機用這8個主擾碼挨個去解擾CPICH,如果得到的是全1序列,那麼用來解擾的擾碼就是當前小區的主擾碼。這樣最多試8次就能確定主擾碼。這也是爲什麼512個主擾碼要分成64組的原因。

主擾碼確定以後,所有的物理信道都可以解擾了,協議中又規定了PCCPCH主公共控制物理信道的擴頻碼固定爲256,那麼PCCPCH信道的所有信息就知道了。

首先要知道PCCPCH的信息結構。

PCCPCH裏有3種信息,分別是MIB主消息塊,SB調度塊,SIB系統消息塊。

MIB裏保存的是該小區的最重要的信息,比如PLMN。手機在讀取了MIB以後,就知道這個小區是否可以駐留。不同的運營商對應的PLMN是不一樣的。手機的SIM卡里保留有可用的PLMN。當手機讀取了PLMN以後,確定可以駐留在當前小區後,繼續讀SIB和SB的信息。SIB中有該小區的具體配置信息,比如各物理信道的配置情況,使用的擴頻碼,功率設置等。

到這裏,手機的選網流程就完成了。涉及到的信道有:PSCH,SSCH,CPICH,PCCPCH.

前3條信道都不承載上層的有效信息,所以沒有傳輸信道映射到這些物理信道上。廣播消息是承載在PCCPCH上的,所有傳輸信道中的BCH是映射到PCCPCH上的。

PCCPCH發射的時候有一個特點,就是每個時隙的前256碼片會關閉發射機,也就是不發送信號。原因是爲了避免因爲同步信道在前256碼片發射的時候峯均比太高。

經過以上的步驟,UE可以正常駐留在當前小區後,就進入了IDLE狀態,會進行空閒態下的一些活動,比如位置區更新等,當然也等待別人呼叫自己或者去呼叫別人。

如果UE等待別人呼叫自己的話,就涉及到了另外一個物理層過程——尋呼。

尋呼涉及到的物理信道有2個,PICH尋呼指示信道和SCCPCH從公共控制物理信道。PICH上承載的是尋呼指示消息,不是真正的尋呼消息。而真正的尋呼消息承載在SCCPCH上。兩個信道成對出現,可以配置多條。

UE會採用非連續接收技術,每隔一段時間偵聽一次PICH,看是否有屬於自己尋呼組的尋呼消息。這裏要注意,在PICH上發的尋呼指示都是針對某個尋呼組的,不是針對某個UE的。如果UE發現有屬於自己所在尋呼組的尋呼指示,則去SCCPCH上讀對應的尋呼消息,看是不是尋呼自己的。不是的話,繼續採用非連續接收技術隔一段時間偵聽一次PICH,如果是的話,響應尋呼

除了尋呼,UE還可以呼叫別人嘛,所以就要提到隨機接入過程,隨機接入過程涉及的信道也有2條,分別是PRACH物理隨機接入信道和AICH捕獲指示信道。

物理隨機接入信道採用特定的接入幀和接入時隙,分別是普通無線幀和時隙的2倍。爲什麼是兩倍呢,這個又和隨機接入過程有關係。

UE想發起隨機接入過程,就要給UTRAN發信息,但是UE不知道以多大的功率來發送信息UTRAN才能受到,那怎麼辦呢,UE會估計一個初始功率來發射。因爲一開始UE不知道UTRAN能不能收到,所以會試探性的發一些東西給UTRAN,以期待UTRAN能有所反應。

這個試探性的東西就是前導,也叫前綴,preamble。前導生成是有規則的,UE會選一個16個碼片大小的簽名序列重複256次,得到一個4096碼片長的前導。然後在一個接入時隙的開始以自己估計的那個功率發送這個前導。因爲前導是4096chip長,比一個無線幀大,所以PRACH採用特殊的接入幀和接入時隙。

UE發了前導以後,會偵聽AICH,也就是捕獲指示信道。爲什麼要偵聽這條信道呢,是因爲如果UTRAN收到了UE發送的前導,會在AICH上發與生成前導的那個簽名序列對應的捕獲指示AI。UE收到了這個AI後,就知道UTRAN收到了它發的前導,就接着發後面的消息部分。如果UE偵聽AICH一段時間後發現沒有對應自己發的前導的AI,則UE認爲UTRAN沒有收到自己發射的前導。於是,UE按一定步長提升發射功率,選擇一個新的簽名序列構成新前導,在3-4個接入時隙過後開始第2次隨機接入過程。如果達到重試次數或者發射功率達到一定值,或者UTRAN在AICH上回拒絕信息,則隨機接入過程失敗。

呼叫與被呼基本介紹完了,涉及的信道都是成對出現的

PICH和SCCPCH,AICH和PRACH。

其中PICH和AICH都是承載一些物理層指示,沒有承載上層信息,所以沒有傳輸信道映射到這2條信道上。

SCCPCH承載了尋呼消息,所以傳輸信道的PCH尋呼信道映射到了SCCPCH上。當然,SCCPCH不僅僅承載了尋呼消息,還正在公共信道的一些信令和數據,所以傳輸信道里的FACH也映射到了SCCPCH上。

PRACH承載的是UE的上行數據,所以傳輸信道中的RACH映射到了PRACH上。

最後還有2條信道沒有介紹,那就是DPCCH和DPDCH。上行的時候,這2條信道分別有屬於自己的碼字,都採用IQ兩路複用的方式上傳數據。下行的時候,原本這2條信道的信息都被時分複用到一條信道DPCH中。DPDCH是專用物理數據信道,用來傳用戶的數據的。DPCCH不承載上層業務,只負責傳送DPDCH需要的控制、解調等信息。DPCCH採用固定的256位的擴頻碼,每時隙傳固定的10bit,其中包括支持信道估計以進行相干檢測的已知導頻比特(Pilot),可選的傳輸格式組合指示(TFCI),反饋信息(FBI, Feedback Information),以及發射功率控制指令(TPC, Transmission Power Control),所以說WCDMA系統的功控頻率是1500次/s

首先從同步信道的作用來看,主同步信道的作用是讓UE獲得時隙同步,輔同步信道的作用是獲得幀同步,只有在這兩個進程完成後,才能獲取小區的信息並完成小區的駐留。這是任何UE都需要完成的步驟,因此不需要用特別的擴頻碼來標示,也不需要擾碼來區分小區,因爲這個過程中UE根本不在乎是哪個小區,這是不需要擴頻和加擾的原因。而關於干擾的問題,同步碼只在每個時隙的前256chips發送,對於其他的干擾可以說不會太大,而且wcdma是通過碼來識別用戶和信道,所有的信道都是疊加發送的,通過碼的特性和接收機的設計來克服,對於同頻的干擾有很多處理的辦法,針對同步信道也是同樣的原理來處理。

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