实体层的架构会直接影响到手机和基地台的硬体复杂度，因此任何行动通讯系统的实体层架构经常都是影响系统性能的关键之一。由于W-CDMA系统的宽频属性，因此它的实体层架构和传统的FDMA/TDMA系统有着显著的不同。在W-CDMA系统的上层（通讯协定）部份虽然新增一些功能，但基本上和传统的2G系统有着很大的相似度，因此要了解W-CDMA系统有必要先从实体层的架构开始。本文将介绍速率匹配、交错、讯框等化及分割、展频及扰乱、展频和扰乱码的功能等实体层相关的功能。

速率匹配（Rate Matching）

假如讯息的长度小于一个讯框内所要保留给该讯息的长度时，可以将此讯息内的某些位元复制，复制后的讯息长度会等于讯框内所要提供给它的长度。利用这种位元复制的方式可以将整体的传输功率降低。另一方面当所要传送的讯息长度大于一个讯框所能提供的长度，而且其中的一些位元可以在接收端利用某些位元回复，再用消除法（puncturing）将原始讯息内的这些位元消除以满足讯框的长度。

上层会对每一传输频道指定速率匹配（rate matching；RM）的属性，这个属性是属于半静态的（semi-static）而且仅能经由上层的训令来改变。不同传输时间间隔（transmission time interval；TTI）的传输频道上的​​位元总数会有所不同。在下传方向，若位元总数小于最大值时传输会被中断。在上传方向，不同TTI内的位元数被重复或消除以确保在TrCH多钟后的总位元率会等于所配置的专用实体频道的位元率。

在下传方向若没有位元进入RM时，则实行DTX的传输。在上传方向若没有位元进入RM时，不会有任何的DPDCH频道被选择。在3GPP规格中的速率匹配是依照下面的准则来进行：在速率匹配之后的所有传输频道的每一个讯框的位元数必须等于实体频道指定的展频因数下的讯框的位元数相等。速率匹配参数可以利用公式(1)来获得。

《公式一 》

其中

：传输频道的半静态速率匹配的属性；

:在一个CCTrCH频道里面TeCH频道的数目;

:在TFCc的CCTrCH频道的一个讯框内的总位元数;

：决定的参数；

:上传方向传输频道TaCHi其TFC为TFC时在一个讯框内的总位元数;

：具有TFC为TFCj的上传方向传输频道TrCHi再速率匹配时所需要重复或消除的位元数；若为正值，则表示重复的位元数为；若为负值，则表示要消去的位元数为。

上传方向速率匹配的程序为：确定展频因数和所需的实体频道的数量、根据公式（1）得到所需要的速率匹配参数、利用这些参数在每一个讯框进行速率匹配（位元重复或消除）。

在下传方向的速率匹配是不同于上传方向的速率匹配。在下传方向的传输频道中，在速率匹配之前每个TTI的位元总数为。基本上，下传方向的速率匹配主要是参考以及传输频道TTI内讯框的数目来决定讯框内的位元总数。其目的在于让传输频道一个讯框内的位元总数小于在实体频道中所使用讯框的位元总数。在速率匹配之后，当传输频道讯框内的位元数比指定给该传输频道的讯框的最大位元数还小时，会利用DTX位元来填充不足的位元。DTX指示位元的插入位置取决于讯框中TrCH的位置是否固定。在连结时，UTRAN会决定每个CCTrCH频道是否使用固定的位置来填充DTX指示位元。 DTX指示位元不会被传送，因此在此段时间是属于传输关闭（transmission off）的期间。 (图一)显示上传方向和下传方向频道编码和多工的流程。

《图一 上传及下传方向频道编码和多任务的流程》

从图一中可以​​看出在速率匹配的部份，在上传和下传方向有底下三个不同之处：

经过速率匹配之后，每个传输频道会输出数个位元串流区块。对于N个传输频道，各取其一块位元串流进行串列连接，形成一个新的位元流CCTrCH。例如，在(图二)中有两个传输频道（TrCH），每个频道经过无线讯框分割后各有四个区块，将TrCH1和TrCH2的第一块组合，将TrCH1和TrCH2的第二块组合，依此类推形成了四个CCTrCH的讯框。

《图二 传输频道映像到实体频道的无线讯框》

交错（Interleaving）

大部份的干扰讯号是属于间歇性的脉冲讯号，这些强脉冲会造成在那段时间内的讯号遗失，这种错误称为丛发式的错误（burst errors）。快速衰落（fast fading）也会造成类似由高脉冲干扰讯号所产生的丛发错误。

因频道编码（回旋或涡轮编码）的关系，要在接收端解出一个资料位元需要利用到连续相邻的几个位元。丛发式的错误会造成相邻的几个资料位元毁损，因此再强的频道编码技术也无法克服这种丛发式的错误。

交错排列（interleaving）即是将相邻的资料位元利用特定的排列方式错开，也就是将要解出一个资料位元所需的相邻位元在时间轴上散开。利用这种交错排列的架构即使遇到由高脉冲干扰所造成的资料毁损，也能利用剩余的位元回复原始的资料位元，因此交错排列在对付丛发式错误方面是非常有效的。利用(图三)(a)和图三(b)来说明如何利用交错和编码的技术来克服丛发式的传播错误。

《图三 (上)丛发式的传播错误—未使用交错(下)利用交错的方式可以克服丛发式的传播错误》

(下)利用交错的方式可以克服丛发式的传播错误

无论是上传或下传方向3GPP的规得采用两次的交错技术：第一次交错（1st interleaving）和第二次交错（2nd interleaving）。第一次交错是采用具有栏间置换（inter-columns permutation）功能的区块交错器（block interleaver）来实现。在正常模式下，将位元串流以行的方式输入到一个矩阵中，然后根据一定规则进行不同列之间的置换，最后在以列的方式读出而形成一个交错后的位元串流。

第二次交错是采用一个具有输入填充（padding）、栏间置换和输出删除（pruning）的区块交错器来实现。对于每个CCTrCH讯框形成的一个或者P个区块，其大小为X位元，将位元串流按行输入到一个矩阵中，该矩阵的列数为30（C2＝30），行数为然后根据规则进行不同列之间的置换，最后依照列的顺序读出而形成一个位元串流。

经过第二次交错处理的位元串流会映射到无线讯框中，两个传输频道形成了四个无线讯框，分别在连续的四个无线讯框上传送，其传送必须保持与SFN的对齐，即第一个无线讯框必须在SFN是4的整数倍的讯框中传送。

讯框等​​化及分割（Frame Equalization & Segmentation）

位元串流经过频道编码器编码之后会进行无线讯框尺寸的等化，以保证位元串流可以被分为多个长度相等的无线讯框。讯框等​​化主要是将输入位元串流填入一些填充位元，使得输出串流可以被分割成具有相同大小的资料区块。填充的位元可以为0或者1并放在位元串流的尾端。例如，一个TTI的长度可以有10ms、20ms、40ms及80ms等四种，对于TTI为80ms的传输频道，其位元串流经过编码后应将其位元等化为八块。讯框等​​化只适用于上传方向。

经过第一次交错之后的位元串流需要进行无线讯框的分割。如果TTI是10ms则不须进行分割，对于TTI ={20ms 40ms 80ms}则要进行分割处理。分割之后的位元串流的区块是以TTI为10ms的整数倍。

展频和扰乱(Spreading and Scrambling)

上传实体频道的展频（UL Physical Channels Spreading）

上传链路的展频包括：DPDCH/DPCCH、PRACH和PCPCH频道等三种。上传DPDCH/DPCCH的展频如(图四)所示，在展频之前二进位的DPCCH和DPDCH频道的内容会先转换成实数序列，亦即二进制的0会映射到实数+1，二进制的1会映射到实数-1。 DPCCH频道通过通道码展频到指定的码片率，频道化之后实数值的展频讯号会进行加权处理，对DPCCH频道来说是利用参数来进行加权。

DPDCH频道是使用增益因数来进行加权处理。加权处理后，I轴和Q轴的实数值讯号会相加成为复数值的讯号。

《图四 上传DPDCH/DPCCH频道的展频》

PRACH和CPICH频道讯息部分的展频会和专用频道相同,资料和控制部分分别对应于DPDCH和DPCCH频道,(图五)显示PRACH频道的展频。

《图五 PRACH频道的展频》

对于上传频道的频道码分配如下：

《图六 PRACH频道展频码的选择》

下传实体频道的展频（DL Physical Channels Spreading）

下传实体频道的展频除了SCH频道比较特殊外，其他实体频道例如P-CCPCH、S-CCPCH、CPICH、AICH、PICH、PDSCH和DPCH频道的展频都是采用(图七)所示的架构。未展频前的实数值序列其值可以是+1、-1或0，0代表DTX。每一对连续的两个符码利用串联转并联的方式将偶数号的符码分到I轴，奇数号的符码分到Q轴。符号为0的定义为每一讯框的第一个。对AICH频道，符号为0的定义为每一进接时槽的第一个。

《图七 下传实体频道的展频》

I轴和Q轴使用相同的频道码展频到指定的码片速率。实数值的I轴和Q轴序列会变为复数值的序列。

对于下传频道的频道码分配如下：

●CPICH频道：展频码固定为；

●PCCPCH频道：展频码固定为；

●其他实体频道的展频码是由UTRAN指派。

上传实体频道的扰乱（UL Physical Channels Scrambling）

上传绕乱码的分配原则如下:

●DPDCH/DPCCH频道：在展频之后，I轴和Q轴的实数值位元串流会相加成为单一复数值的位元串流，此复数值的讯号会利用来进行扰乱。可以是长扰乱码或短扰乱码。若使用第n个长扰乱码，则。若使用第n个短扰乱码，则。

●PRACH频道前言部份：使用长扰乱码进行扰乱。用于PRACH频道前言部份的扰乱码的长度为10ms，总共定义了8192个不同的扰乱码。 PRACH前言部份是一个复数值的序列，它是由前言扰乱码和特征序列。是由长扰乱码所产生，共有8192个。这8192个码被分成512组，每组有16个。细胞内的与下传扰乱码有一一对应的关系。若细胞内下传主扰乱码为m，码中的n会等于。

●PRACH频道讯息部份：使用在PRACH频道讯息部份的扰乱码长度为10ms且数目为8192个，事实上使用在讯息部份的扰乱码和使用在前言部份的扰乱码是相同的。在前言部份所使用的扰乱码编号是从0到4095，而讯息部份则是从4096到42495。为使用在PRACH讯息部份的扰乱码的一般式。

●PCPCH频道进接前言的部份：PCPCH频道前言部份的扰乱码是属于长扰乱码，共有40960个扰乱码。第n（）个PCPCH进接前言扰乱码可以表示成。 40960个PCPCH前言部份的扰乱码被分成512组，每一组有80个扰乱码。 PCPCH前言部份扰乱码的群组和细胞下传主扰乱码群组具有一对应的关系。

●PCPCH频道碰撞侦测前言部份：PCPCH频道碰撞侦测前言部份的扰乱码是属于长扰乱码，共有40960个。第n（）个PCPCH进接前言扰乱码可以表示成。 40960个PCPCH前言部份的扰乱码被分成512组，每一组有80个扰乱码。 PCPCH前言部份扰乱码的群组和细胞下传主扰乱码群组具有一一对应的关系。

●CPICH频道功率控制前言的部份:CPICH功率控制前言部份的扰乱码和PCPCH讯息部份的扰乱码是相同的。

●PCPCH频道讯息部份：PCPCH频道讯息部份的扰乱码长度为10ms，在每一个细胞内具有64组扰乱码，因此整个系统共具有32768个不同的扰乱码。为PCPCH讯息部份扰乱码的产生式；其中，。可以利用长扰乱码（long scrambling code；）或短扰乱码（short scrambling codes；）来作为PCPCH讯息部份的扰乱。

下传实体频道的扰乱（DL Physical Channels Scrambling）

共有个扰乱码可以产生，编号为0…262142。但并不是所有的扰乱码都可以使用。所有的扰乱码被分成两组：一组是主扰乱码共有512个、另一组是副扰乱码共有15512。主扰乱码包括的扰乱码，。第i个副扰乱码包括的扰乱码，。在主扰乱码和15个副扰乱码之间有一对应的关系，第i个主扰乱码对应于第i个副扰乱码。

主扰乱码又可以分成64个扰乱码群组，每个扰乱码群组中有8个主扰乱码。第j个扰乱码群组所包含的扰乱码为，这里和。每一个细胞只分配一个主扰乱码，P-CCPCH和P-CPICH频道总是使用主扰乱码来发射，其余的下传实体频道既可以用主扰乱码也可以用和细胞相关的副扰乱码来扰乱。

展频和扰乱码的功能(Functionality of Spreading and Scrambling Codes)

在WCDMA的空中介面每一个频道都含有一组唯一的码，这个码是由频道码及扰乱码所组成，如(图八)所示。利用不同的扰乱码可以将有限的频道码在不同细胞/扇区（cell/sector）或手机上重复使用，不同扰乱码间的互相关性可以降低相邻细胞不同频道间的干扰。

《图八 展频码和扰乱码在发射机内的角色》

在下传方向不同的展频码可以区分不同的细胞/扇区，如(图九)(a)，在上传方向利用不同的扰乱码可以区别来自不同手机的频道，如图九(b)。下传方向的扰乱码是使用主扰乱码，至于副扰乱码则必须搭配智慧型天线的使用。上传方向的扰乱码是采用长扰乱码，但由于手机在细胞内的分布情形是很随机的，因此不同手机所发射的频道抵达基地台之后会造成多重用户的干扰产生（multi-user interference；MUI ）造成系统容量的降低。利用短扰乱码搭配多重用户检测（multi-user detection；MUD）的技术可以降低不同用户间的干扰，进而增加上传方向的容量。

《图九 (上)利用下传扰乱码来区分不同的细胞/扇区(下)利用上传扰乱码来区分不同的用户》

(下)利用上传扰乱码来区分不同的用户

（下期预告:本期介绍W-CDMA无线电传输技术架构中速率匹配、交错、讯框等化及分割、展频及扰乱、展频和扰乱码的功能等实体层相关的功能，下期将进行W -CDMA无线电传输技术架构最后一期，敬请持续锁定。）

延 伸 阅 读

W-CDMA系统无线电架构设计与讯号传输效能息息相关，因此在讨论完编码技术与实体频道之后，将再接连三期进一步介绍无线电传输架构设计，本期内容主要集中在频道编码的概念、架构与设计要点等。相关介绍请见「WCDMA无线电传输架构(I)」一文。 为了测试W-CDMA用户设备（UE）中的解调器性能，33kbps参考测量信道（RMC）被开发出来。该信道提供了一种方法来分析接收器RF域的性能，而该性能通常被标准纠错演算法的使用所遮罩。三种不同类型的WCDMA UE的性能已经经过了测量和展示。你可在「一种WCDMA用户设备接收机测量的全新方法」一文中得到进一步的介绍。 在UMTS-FDD的下链路实体通道，CPICH为连续不断广播基地台搅乱码，搅乱码提供每个基地台发射讯号的识别，UE利用CPICH作为同调（coherent）接收的参考以精确的量测基地台的参考时间，并在基地台交递期间或交递之前，用来决定来自周遭基地台的讯号强度。在「UMTS-FDD/WCDMA第三代行动通讯系统概论(下)」一文为你做了相关的评析。

市场动态

美商亚德诺推出五款脚位相容的新型四相位调变器，将射频（RF）积体电路产品系列推展至包括从250MHz到4GHz频率范围，使得无线系统工程师能够将用于多种作业频带与行动通信标准的电路板予以标准化。每一款四相位调变器都适用于一种特定的频带，因此能避免使用单一调变器来处理全频带范围所造成性能下降的缺点。相关介绍请见「亚德诺推出将射频产品频率由250MHZ扩展至4GHZ的新型四相位调变器」一文。 在“BREW 2006 Conference”会议开幕之前举行的一次新闻说明会上，美国高通向与会者介绍了W-CDMA晶片组的开发方针。同为第三代行动通讯标准，在北美采用的CDMA2000标准中高通已经是市场领导者，而在W-CDMA方面则起步较晚。你可在「高通公布WCDMA晶片开发方针」一文中得到进一步的介绍。 日本无线将推出3.5G行动测试机，可以用来测试3.5G手机的HSDPA（Ｈigh Speed​​ Downlink Packet Access）功能以及GSM的EGPRS（Enhanced GPRS）功能，可进行W-CDMA与GSM之间的基地台转换。在「日本无线推出3.5G HSDPA行动测试机」一文为你做了相关的评析。