6 Физический уровень
6.1. Введение
В этой главе описывается физический уровень WCDMA(UTRAFDD). Рассмотрение радиоинтерфейса на физическом уровне обычно являлось основной темой для обсуждений, когда происходило сравнение различных сотовых систем друг с другом. Рассмотрение на физическом уровне структур обычно непосредственно связано с вопросами достигаемой эффективности работы при анализе работы одного канала между оконечной стацией и базовой станцией. Для работы же всей системы громадное значение играют протоколы, применяемые на других уровнях, например, протоколы хэндовера. Естественно важно иметь низкие требования к отношению сигнал-помеха (SIR) для удовлетворительной работы канала при различных решениях в отношении кодирования и разнесения на физическом уровне, так как физический уровень определяет основные пределы пропускной способности. Характеристики физического уровняWCDMAподробно описываются в главе 11.
Физический уровень оказывает большое влияние на сложность оборудования в отношении требующейся производительности оконечной и базовой станций. Так же, как и получение выигрыша на приемной стороне от использования разнесения, широкополосность WCDMAсоздает новые проблемы при его реализации. Поскольку системы третьего поколения являются широкополосными и с точки зрения сервиса, то физический уровень не может строиться вокруг только одного какого-либо сервиса, например, передачи речи; для внедрения будущих видов услуг необходимо иметь больше гибкости. Новые требования к системам третьего поколения и воздушному интерфейсу кратко изложены в разделе 1.4. В этой главе представлены решения дляWCDMAна физическом уровне, удовлетворяющие этим требованиям.
В данной главе для оборудования пользователя используется термин «терминал». В терминологии 3GPPчасто используются термины: «оборудование пользователя (UE)» и «мобильное оборудование (ME)», разница здесь в том, что терминUEохватывает также модуль идентификации абонента (SIM), как показано в главе 5, в которой описывается архитектура сетиUTRA. В этой главе используется также термин «базовая станция», хотя в части спецификаций 3GPPприменяется термин «узелB», чтобы представлять части базовых станций, которые содержат релевантные части с позиций физического уровня. Спецификация физического уровняUTRAFDDсодержится в литературе [1-5].
Эта глава поделена следующим образом. Во-первых, в разделе 6.2 описываются транспортные каналы, а также их наложение на различные физические каналы. Вопросы расширения спектра и модуляции для восходящего и нисходящего каналов представлены в разделе 6.3, а физические каналы для данных пользователя и данных управления описываются в разделах 6.4 и 6.5. В разделе 6.6 рассматриваются основные процедуры на физическом уровне, например, управление мощностью и измерение при хэндовере.
6.2. Транспортные каналы и их перенос на физические
каналы
В UTRAданные, получаемые на высоких уровнях, передаются по воздуху при использовании транспортных каналов, которые отображаются (переносятся) на физическом уровне различными физическими каналами. Требуется, чтобы физический уровень поддерживал транспортные каналы с переменной скоростью передачи для обеспечения услуг по предоставлению необходимой ширины полосы по требованию и позволял мультиплексировать несколько услуг в одном соединении. В данном разделе описан процесс переноса транспортных каналов на физические каналы и показывается, как учитываются эти два требования при переносе.
Каждый транспортный канал сопровождается индикатором транспортного формата (TFI) в каждый момент времени, в котором ожидается поступление данных для конкретного транспортного канала от высоких уровней. Физический канал объединяет информацию оTFIот различных транспортных каналов в индикаторе комбинации транспортных форматов(TFCI).TFCIпередается в физическом канале управления, чтобы информировать приемник о том, какие транспортные каналы являются активными для данного фрейма; исключение составляет слепой прием транспортного формата (BTFD), который будет рассматриваться вместе с выделенными нисходящими каналами. На рис. 6.1 два транспортных канала отображены в одном физическом канале, и для каждого транспортного блока обеспечивается также индикация рассогласования. Транспортные каналы могут иметь различное число блоков, и в любой момент времени не все транспортные каналы обязательно являются активными.
Один физический канал управления и один или несколько физических каналов передачи данных образует один кодированный составной транспортный канал (CCTrCh). В заданном соединении может быть более одногоCCTrCh, но в этом случае передается только один канал управления на физическом уровне.
Интерфейс между более высокими уровнями и физическим уровнем менее подходит для реализации в терминале (оконечном оборудовании), поскольку в основном все происходит в одном и том же оборудовании, так что сопряжение здесь скорее является инструментом для работы над спецификациями.
В направлении сети разделение функций между физическим уровнем и высокими уровнями более важен, поскольку там интерфейс между физическим уровнем и более высокими уровнями представлен интерфейсом Iubмежду базовой станцией и контроллером радиосети (RNC), как описано в главе 5. В спецификациях 3GPPинтерфейс между физическим уровнем и высокими уровнями описан в [6].
Имеется два типа транспортных каналов: выделенные каналы и общие каналы. Основное различие меду ними состоит в том, что общий канал представляет собой ресурс, который делится между всеми пользователями или между группой пользователей ячейки, тогда как ресурс выделенного канала, определяемый конкретным кодом на определенной частоте, назначается только для одного пользователя. В разделе 10.3 дается сравнение транспортных каналов по передаче пакетированных данных.
Рис.6.1. Интерфейс между высокими уровнями и физическим уровнем.
6.2.1. Выделенный транспортный канал.
Единственным выделенным транспортным каналом является выделенный канал, для которого используется термин DCHв 25-й серии спецификацийUTRA. Выделенный транспортный канал несет всю информацию, предназначенную для данного пользователя, поступающую с уровней выше физического уровня, включая данные для фактического сервиса, а также управляющую информацию высокого уровня. Содержимое информации, переносимой поDCH, является невидимым для физического уровня, так что управляющая информация высокого уровня и данные пользователя трактуются одинаково. Естественно параметры физического уровня, установленныеUTRAN, могут различаться для управляющей информации и передаваемых данных.
Известные каналы GSM: канал передачи трафика (TRCH) и совмещенный канал управления (ACCH) на физическом уровне не существуют. Выделенный транспортный канал переносит как данные сервиса, например, фреймы речи, так и управляющую информацию высокого уровня, например, команды на осуществление хэндовера или сообщения об изменениях от терминала. ВWCDMAотдельный транспортный канал не требуется, так как обеспечивается переменная скорость передачи и мультиплексирование услуг.
Выделенный транспортный канал характеризуется такими особенностями, как быстрое управление мощностью, быстрое изменение скорости передачи на пофреймовой основе, возможностью передачи в определенную часть ячейки или сектора при изменяющейся направленности в адаптивных антенных системах. Выделенный канал поддерживает мягкий хэндовер.
6.2.2. Общие транспортные каналы.
В настоящее время имеется 6 типов различных общих транспортных каналов, определенных для UTRA, сведения о которых приводятся в следующих разделах. Есть некоторые отличия от систем второго поколения, например, передача пакетированных данных по общим каналам и совместное использование нисходящего канала для передачи пакетированных данных. Общие каналы не имеют мягкого хэндовера, но некоторые из них могут иметь быстрое управление мощностью.