在W-CDMA系统中有三种不同类型的频道，这三种频道依其传播方向可以区分为：上传频道（uplink channels）和下传频道（downlink channels）。 3GPP规格所定义的下传实体频道有三种，本文接续上期介绍下传实体频道后，将介绍这些上传实体频道及其应用。

3GPP规格所定义的上传实体频道（UL Physical Channels）包含：

实体随机进阶频道

实体随机进接频道（PRACH）是属于上传方向的公共频道，主要是用来传输上层的资料。随机进接是依照时槽式的ALOHA（slotted ALOHA）搭配快速取得指示的方法来和网路接触，在取得基地台的回应之后手机才会将讯令资讯传送给基地台。 PRACH频道是由两部份所组成：前面是前言（preamble）的部份后面是讯息（message）的部份；PRACH频道可以包含一个或多个前言，但只会包含一个讯息的部份。 (图一)为PRACH频道传输的示意图

《图一 PRACH频道传输的示意图》

在PRACH频道中每两个讯框（20ms）有15个进接时槽（access slot；AS），其间隔为5120个码片；在目前的细胞中有哪些进接时槽可供使用是由上层的训令所决定。

PRACH的传输包含一个或数个长度为4096码片的前言部份和长度为10或20ms的讯息部份。 PRACH前言部份的长度为1.067ms，其内容是由一个16×16的Hadamard矩阵中的列向量所构成共有16个可能的序列，3GPP的规格将这16个可能的序列称为特征序列（signature sequence），(表一)为3GPP所定义的PRACH频道前言部份的16个特征序列。特征序列所含的位元数目为16个，将这16位元的资料在一个前言的时间内重复256次而形成具有4096个码片的资料，最终的传输速率仍为3.84Mcps（ ）。最终的序列会利用一个长扰乱码（long scrambling code）来做扰乱。

《表一 PRACH频道前言部份的特征序列》

PRACH前言部份的扰乱码是从长扰乱序列（总共有 个长扰乱码）中建构出来的，共有8192个PRACH前言的扰乱码。这8192个前言的扰乱码又可以区分成512组且每一组具有16个扰乱码，这512组前言的扰乱码和细胞的512个主要的扰乱码（primary scrambling codes）有着一对一的对应关系，利用这个对应关系可以消除手机同时对多重基地台进行随机进接造成资源的浪费。

10ms长度的PRACH频道的讯息部份是被分成15个时槽，每个时槽的长度为 。每个时槽被分成两部份：资料部份和控制部份。传输频道RACH是映射到资料部份，实体层的控制资讯是放置于控制部份。资料和控制部份是并联传输的。 (图二)显示PRACH频道讯息部份讯框时槽的结构。

《图二 PRACH频道讯息部份讯框时槽的结构》

一个10ms长度的讯息部份是由一个讯框组成，一个20ms长度的讯息部份则是由两个讯框所组成。 10/20ms长度的选择是由所使用的特征序列且/和进接时槽来决定，这也是由上层的讯令所定义。在资料部份包括 个位元，分别对应到展频因数为256、128、64和32。控制部份包括八个已知的导引位元（用来作同相侦测及通道估测之用），以及两个TFCI位元。在控制部份所对应到的展频因数为256。

实体共同封包频道

实体的共同封包频道（PCPCH）是属于上传方向的共同频道，主要是用来传输高速率的封包资料。 PCPCH的传输是基于具有碰撞侦测的数位感测多工进接（Digital Sense Multiple Access–Collision Detection；DSMA-CD）技术。CPCH随机进接的传输包括一个或多​​个长度为4096个码片的进接前言（access preamble；AP）、一个长度为4096码片的碰撞侦测的前言（collision detection preamble；CD-P）、一个长度为零或八个时槽的DPCCH功率控制的前言（power control preamble；PC-P）和一个可变长度为的资料部份。 (图三)为PCPCH随机进接传输的结构。

《图三 PCPCH随机进接传输的架构》

《图四 PCPCH数据部份讯框时槽的结构》

资料部份所包含的位元数目为 相对应的展频因数从256到4。控制部份是由四种资料所构成：导引讯号位元（pilot bits）、TFCI位元、回授资讯（feedback information）位元及传送功率控制位元，(表二)显示控制部份在各不同时槽格式下的位元配置情形。

CPCH的传输是属于随机进接的方式（占用较少的系统资源），这一点和PRACH频道的传输很像。在PCPCH频道中所传送的封包资料可能会跨过数个讯框的长度，因此基地台必须控制其发射功率避免造成系统容量的降低。当CPCH的进接尝试（access attempt）成功之后，基地台会透过AICH频道传送一个回应给手机，手机收到此回应之后便会开始传输，同时基地台也会开始传送功率控制指令给手机。当传输功率调至稳定状态之后手机便会开始传送多重讯框的封包资料给基地台。

专用实体频道

上传专用实体频道（DPCH）分为：上传专用资料频道（DPDCH）和上传专用控制频道（DPCCH），DPCCH和DPCCH频道会以讯框为基础进行I/Q多工。 DPDCH频道是用来传输专用的传输频道（DCH），在每个无线连结中可以有0个至6个DPDCH频道。 DPCCH频道则是用来传输Layer 1的控制资讯包括：导引位元、发射功率控制指令（TPC）、回授的资讯（FBI）和一个可选择的传输格式组合指示（TFCI）。TFCI的用途是将多工在DPDCH频道上面的不同传输频道的瞬时参数通知给基地台接收机，并与同一讯框中要发射的资料相对应。在每个无线连结中仅有一个DPCCH频道。

(图五)为DPCH频道讯框时槽的结构。每个讯框的长度为10ms，分成15个时槽，每个时槽的长度为2560码片，对应于一个功率控制的周期。

《图五 上传DPCH频道讯框时槽的结构》

DPDCH频道的位元数和DPCCH频道各个字段（ ）的位元数是由上层按照不同的业务属性来配置不同的时槽格式，(表三)列出有关DPDCH在各种不同时槽格式下的位元数、位元速率及展频因数。 DPCCH的资料速率固定为15kbps，因此每个时槽的位元数固定为10位元；虽然总位元数在每个时槽是固定的但是这四种控制资讯的位元数目配置会和时槽的格式有关。

(图五)中的参数k决定每个上传DPDCH/DPCCH时槽的位元数，它与实体频道的展频因数SF有关， 。 DPDCH的展频因数的范围从256到4，DPCCH频道的展频因数固定为256。

兹将DPCCH频道各个字段的功能摘要整理如下：

FBI

FBI位元是用于UE和UTRAN间的介面所需的回授讯息，包括：闭回路模式发射多集和SSDT。 FBI字段是由S字段和D字段所组成，如(图六)所示；其中，S字段是用于SSDT讯令，D字段是用于闭回路模式发射多集的讯令。 S字段由0、1或2个位元所组成。 FBI字段的位元数（ ）会和时槽格式有关。

《图六 FBI字段的结构》

TFCI

3GPP支援两种不同类型的DPCCH频道：包含TFCI​​的（例如同时有不同的业务存在）和不包含TFCI​​的（固定速率的业务）。 UTRAN决定是否需要发射TFCI和是否要求所有的UE在上传链路中支援TFCI。

Pilot

导引为元 。 3GPP共定义15种岛引为元的形式,只要导引位元的形式是属于这15种中的一个就被定义为FSW。 FSWs可以用来确认讯框的同步。

TPC

TPC位元和发射功率控制指令相对应，(表四)为TPC的位元形式和发射机功率控制指令的对应关系。

上传DPCH频道可以进行多码操作（multi-code operation）。当使用多码传输时，几个并联的DPDCH频道可以使用不同的频道码进行发射，值得注意的是每个连结​​只会有一个DPCCH频道。

上传高速专用实体控制频道

在3GPP R5 HSDPA中加入新的上传控制频道，称为高速专用实体控制频道（High Speed​​ Dedicated Physical Control Channel；HS-DPCCH）。 (图七)所示为HSDPA系统所新增的实体频道。

《图七 HSDPA系统所新增的实体频道》

HS-DPCCH频道会携带与下传HS-DSCH传输有关的回授讯令（Feedback Signaling），此训令包含一个位元的HARQ确认资讯（HARQ-ACK）和五个位元的通道品质指标（Channel Quality Indicator；CQI）。 (图八)所示为HS-DPCCH频道讯框的结构。在每一个长度为2ms的子讯框（subframe）会包含三个时槽；HARQ-ACK会被配置在第一个时槽传输，而CQI则配置在第二和第三个时槽。每一个无线连结最多会有一个HS-DPCCH频道，HS-DPCCH频道必须和WCDMA上传的DPCCH频道同时存在。HS-DPCCH频道的展频因数固定为256（ ）。 (表五)摘要整理了HS-DPCCH频道的属性。

《图八 HS-DPCCH频道讯框的结构》

《表五 HS-DPCCH频道的属性》

1代表ACK，0代表NACK；一个位元的HARQ-ACK会被重复编码成10个位元。 CQI的资讯会用（20,5）的码来进行编码，编码过的位元（20个位元）会直接映射到HS-DPCCH频道上。 CQI的传输率（量测回授率）是属于网路参数，它的值可以是2ms、10ms、20ms、40ms、80ms、160ms或者是无回授。当没有HARQ-ACK或CQI的资讯要传输时，HS-DPCCH的HARQ-ACK或CQI区是关闭的，因此HS-DPCCH频道的传输是属于丛发式的传输（Bursted Transmission）。

(图九)说明了HSDPA上传方向展频与扰乱的程序。 HS-DPCCH频道有两个可能的路径，若DPDCH频道的传输数目是偶数的话，HS-DPCCH就会配置在I路径；若DPCCH频道是奇数个则HS-DPCCH频道会配置在Q路径。

《图九 HS-DPCCH频道的展频与扰乱》

为了平衡I/Q路径上的总功率，HS-DPCCH频道所采用的频道码（Channelization Code）会依照DPDCH的频道数来变化。 (表六)列出了不同的DPDCH频道数目HS-DPCCH频道所使用的频道码。例如，当只有一个DPDCH频道时，HS-DPCCH频道所使用的频道码为 且配置在Q轴。

《表六 HS-DPCCH所使用的频道码》

在HSDPA的手机中因为新增了上传的编码频道（HS-DPCCH），会造成手机的峰值对平均功率的比值（peak-to-average power ratio；PAPR）增加使得功率放大器必须具有较大的back -off来确保发射频谱是维持在规范的遮幕（mask）内。

可变速率传输（Variable Bit Rate Transmission）

上传方向可变速率的传输

DPDCH频道的位元率是以讯框为单位来变动，较高的位元率需要较大的传输功率。另一方面，当传输在高位元率下DPCCH频道的功率也会较高，主要是协助基地台进行精确的通道估测。位了避免因为非连续的传输（DTX）形成在音频上的干扰（audible interference），因此上传的DPDCH和DPCCH频道是采用I/Q多工的方式来传输。 DPDCH频道所能携带的位元率是由RNC内的允诺控制（admission control；AC）来指派。 (图十)显示在不同位元率下的传输功率的变化。

《图十 不同比特率下传输功率的变化》

下传方向可变速率的传输

DPDCH频道的位元率也是以讯框为基础来变化，下传方向可利用的位元率是由RRM（radio resource management）的演算法来指定（实际上就是允诺控制）。当传输的位元率较低时，可以采用非连续传输的模式（DTX）。 (图十一)描述下传方向可变速率的传输。

《图十一 下传方向可变速率的传输》

频率频道（Frequency Channels）

根据WARC92的定义3GPP WCDMA FDD模式的频谱是由一对频宽各为60MHz的频谱所构成，WCDMA每个频道的频宽为5MHz，因此在整个60MHz的频带中可以提供12个频道。载波的频率值可以利用一个间距为200kHz的频率栅栏（grid）来表示，此一频道编号被称为UMTS绝对无线电频率频道编号（UMTS Absolute Radio Frequency Channel Number；UARFCN）。 (公式一)为绝对频率和UARFCN值之间的关系。

(图十二)所示为台湾3G网路RSSI扫描的结果。从图中可以看出四个电信业者目前所启动的3G服务的频道有哪些。

《图十二 台湾3G网络RSSI扫描的结果》

＜在上/下传实体频道之后，本专栏下期将以频道编/解码技术为重点，深入探讨期架构，敬请期待。 ＞

＜参考资料：

[1] Soren Andersson, Bengt Carlqvist et al, Enhancing Network Capacity with Adaptive Antenna, Ericsson Review, No 3, 1999.

[2] 3GPP TS 25.211 v5.0.0 (2002-03) Technical specification group radio access network: Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD), www.3gpp.org, Release 5.

[3] Harri Holma, Antti Toskala, WCDMA for UMTS Radio Access for Third Generation Mobile Communication, 2nd Edition, John Willey & Sons.

[4] J. Perez-Romero, O. Sallent, R. Agusti, On Dimensioning UTRA-FDD Downlink Shared Channel, University Politecnica de Catalunya.

[5] RFCD 202, Introduction to W-CDMA, RF & Microwave e-Academy Program, Agilent Technology.

[6] UMTS In 3x3 Hours Part 2 UTRAN Lower Layer Processing & Protocols, Artech House Publishers.＞

延 伸 阅 读

随着第三代行动通讯技术的兴起，3G的商用已经迫在眉睫，而在网路建设的初期，网路规划尤为重要，对于营运商而言，从客户的满意度中提高ARPU值，前期的网路规划是关键竞争因素。相关介绍请见「浅析：WCDMA网路规划与优化」一文。 自从NTT DoCoMo从2001年10月推出WCDMA服务开始，市场已经经过多年的洗礼，照理说，大家只要跟随DoCoMo的经验就可以获得经营3G的精随，但是根据以往i-mode成功经验不能套用在全球各地的情况来看，这一条WCDMA的路，还是要各个国家的营运商自行摸索。「WCDMA到底准备好了没？」一文中得到进一步的介绍。 这期的文章，笔者将会针对WCDMA/UMTS核心网路中所运作的各种通讯协定做一个介绍，由于WCDMA/UMTS无线通讯系统是一个相当庞大的主题，透过这依序的探讨各部分运作的文章，希望可以让读者对于整个系统架构开始有一个清晰的轮廓。在「WCDMA/UMTS 第三代无线通讯系统 Core Network 架构介绍﹝3﹞」一文为你做了相关的评析。

市场动态

Anadigics推出第三代低功耗高效率（High-Efficiency-at-Low-Power；HELP3）WCDMA功率放大器（power amplifiers；PA）。该公司的HELP3 WCDMA PA具有较低的功耗，满足HSDPA（High Downlink Packet Access）的要求，因而在延长电池寿命的同时，实现超高速的多媒体接取。相关介绍请见「Anadigics推出高效率的WCDMA功率放大器」一文。 英飞凌科技开始供应采用130 nm CMOS RF 技术，并以无铅方式封装之双模WCDMA/EDGE射频收发器（RF transceiver）SMARTi 3GE的样品，该元件为全球第一颗单晶片六频道WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）以及四频道EDGE（Enhanced Data GSM Evolution）之解决方案。你可在「英飞凌推出单晶片多频道WCDMA/EDGE射频收发器」一文中得到进一步的介绍。 美商博通（Broadcom）宣布推出新一代CellAirity多媒体行动解决方案，号称可协助制造商以2G手机的价格推出具备先进功能的3G手机。 Broadcom表示，该款手机基频晶片组解决方案包括EDGE处理器BCM2133与WCDMA处理器BCM2141，可提供WEDGE（WCDMA +EDGE）连结功能，提供厂商生产100美元以下的低功耗、小尺寸3G手机。在「Broadcom新推WEDGE手机解决方案」一文为你做了相关的评析。