3.3 信道上的編碼過程

WCDMA空中接口上承載了各種業(yè)務(wù)信息，也就是RB，典型的有語音業(yè)務(wù)、視頻電話業(yè)務(wù)和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，當(dāng)然還會承載相應(yīng)的信令。這些信息需要經(jīng)過各個信道上的編碼過程，并不局限于傳輸信道和物理信道，還包括邏輯信道的編碼過程。

本節(jié)按照處理信息類型，將WCDMA空中接口的信息處理過程具體化，介紹了最常用的語音業(yè)務(wù)、HSDPA業(yè)務(wù)和HSUPA業(yè)務(wù)的編碼過程。其他的信令和業(yè)務(wù)的編碼過程讀者可查閱《WCDMA空中接口技術(shù)》一書。

3.3.1 語音業(yè)務(wù)的編碼過程

1. 語音編碼以及鏈路層編碼過程

話音業(yè)務(wù)采用AMR的信源編碼方式。按照AMR的編碼方案，可以輸出的碼率有：4.75 kbps、5.15 kbps、5.9 kbps、6.7 kbps、7.4 kbps、7.95 kbps、10.2 kbps或者12.2 kbps。使用較低的碼率可以節(jié)省系統(tǒng)資源，提高語音用戶數(shù)量，當(dāng)然語音的質(zhì)量會相應(yīng)的下降。

現(xiàn)網(wǎng)中WCDMA空中接口語音業(yè)務(wù)普遍采用AMR12.2的RAB，其碼率為12.2 kbps，與GSM的EFR一致。信源編碼時每20 ms進行160次采樣（相當(dāng)于8 kHz的采樣頻率），每次采樣得到13 比特的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過語音壓縮編碼后產(chǎn)生一個話音數(shù)據(jù)塊，包含244比特的數(shù)據(jù)。在這244比特數(shù)據(jù)中，與EFR一樣分為A、B及C三類，對應(yīng)RAB的3個數(shù)據(jù)子流：A類最重要，共81比特；B類次之，共103比特；C類最次，共60比特。

RAB的3個數(shù)據(jù)子流分別對應(yīng)3個RB，送鏈路層進行處理，整個鏈路層的處理過程如圖3.24所示。A、B和C三個RB采用TM模式，透明經(jīng)過RLC子層后，輸出到3個邏輯信道上：DTCH1，DTCH2和DTCH3。3個邏輯信道的數(shù)據(jù)無須復(fù)用，經(jīng)過MAC子層后，變成TB，映射到3個傳輸信道上：DCH1，DCH2和DCH3，每個傳輸信道上TB長度分別是81、103和60比特，總和還是244比特。鏈路層處理后3個TB送物理層繼續(xù)編碼。

由于語音業(yè)務(wù)總會伴隨有信令，信令的最高速率為3.4 kbps，因此從空中接口整體上看，進行語音業(yè)務(wù)時鏈路層的最大速率為15.6 kbps。

2. 上行方向物理層編碼過程

圖3.25展示了上行方向上語音業(yè)務(wù)的物理層編碼過程。在編碼過程中，DCH1/2/3上的語音TB和DCH4上的信令TB復(fù)用到同一個物理信道上。這時，承載信令的DCH的TTI為40 ms，每個TTI上TB的比特數(shù)為148。

圖3.25的左邊是12.2 kbps語音業(yè)務(wù)的處理過程，右邊是3.4 kbps或3.2 kbps信令的處理過程。

我們先來看語音業(yè)務(wù)的處理過程。

語音數(shù)據(jù)塊TB分別來自DCH1，DCH2和DCH3，只有承載了A類數(shù)據(jù)的DCH1的TB被加入12比特的CRC循環(huán)冗余校驗碼，其余兩個TB都不用做CRC處理。

接下來為了卷積的需要，三個傳輸信道都加入8比特的“0”，也就是所謂的尾比特。DCH1和DCH2的TB進行1︰3的卷積，而DCH3的TB進行1︰2的卷積。

卷積后進行無線幀的均衡，DCH1和DCH2的TB都增加了1比特，變成了偶數(shù)的長度。

之后經(jīng)過第一次交織改變比特之間的順序，配合20 ms的TTI，物理層將數(shù)據(jù)塊等分為兩段，為映射到無線幀上做準備。

分段后，物理層將來自三個TB第一段的數(shù)據(jù)進行速率匹配，增加了一些比特，并組合在一起，形成460比特的數(shù)據(jù)塊。同樣可以將第二段的數(shù)據(jù)進行速率匹配并組合，得到另外一個460比特的數(shù)據(jù)塊。每個數(shù)據(jù)塊還要與來自信令部分的140比特數(shù)據(jù)組合，再進行第二次交織，得到600比特的數(shù)據(jù)段。

信令部分的數(shù)據(jù)處理流程如下：148比特的信令TB先加上16比特的CRC，再加入8個比特的“0”作為尾比特，進行1︰3的卷積，得到516比特的數(shù)據(jù)塊，經(jīng)過第一次交織后，配合40 ms的TTI，516比特的數(shù)據(jù)塊等分為4段129比特的數(shù)據(jù)段。最后進行速率匹配，變成每段140比特的數(shù)據(jù)，再與語音的460比特的數(shù)據(jù)段進行組合。

600比特的數(shù)據(jù)段最后被15等分，映射到上行DPDCH物理信道上。值得注意的是，一個信令數(shù)據(jù)塊與兩個語音數(shù)據(jù)塊一起復(fù)用到同一物理信道上。圖3.25只畫出了一個語音數(shù)據(jù)塊的處理過程，另外一個語音數(shù)據(jù)塊的處理過程讀者可以自行補上。

3. 下行方向物理層編碼過程

圖3.26 展示了下行方向上語音業(yè)務(wù)與信令的物理層編碼過程。圖的左邊是12.2 kbps語音業(yè)務(wù)的處理過程，右邊是3.4 kbps或3.2 kbps信令的處理過程。

與上行方向編碼過程不同的是，卷積完成后即進行速率匹配，DCH1、2 和4 的數(shù)據(jù)塊被打孔掉一些比特，而DCH3的數(shù)據(jù)塊增加了一些比特。

之后進行第一次交織和無線幀分段，并將4個DCH上的數(shù)據(jù)塊組合起來，形成510比特的數(shù)據(jù)塊，進行第二次交織。

第二次交織后的510比特的數(shù)據(jù)段被15等分，連同物理層上的導(dǎo)頻Polit、功控TPC和格式TFCI信息一起映射到DPCH物理信道上。同樣，一個信令數(shù)據(jù)塊與兩個語音數(shù)據(jù)塊一起復(fù)用到同一物理信道上。

3.3.2 HSDPA業(yè)務(wù)的編碼過程

HSDPA業(yè)務(wù)的編碼過程從鏈路層的數(shù)據(jù)編碼過程開始，如圖3.27所示。

圖3.27中來自SGSN的TCP/IP數(shù)據(jù)包將被送到SRNC的RLC子層，SRNC的RLC子層將IP數(shù)據(jù)包切割為640比特的數(shù)據(jù)段，作為負荷，再加上RLC子層的頭（如果是UM模式，為8比特；如果是AM模式，為16比特），構(gòu)成RLC子層的PDU，由DTCH邏輯信道承載，送到MAC子層的處理實體。

為了提高處理效率，一個TTI內(nèi)，RLC子層可以向MAC子層傳送多個RLC子層的SDU，最大數(shù)量與HSDPA終端的類型相關(guān)。HSDPA終端分為多種類別，如表3.3所示。

其中常見的第8類終端在最高速率情況下，一個TTI最多可以處理包含21個RLC PDU（長度為656比特）的數(shù)據(jù)塊。

SRNC的MAC子層的處理實體采用透明工作方式，不處理這些來自RLC子層的SDU，而是將這些SDU直接送往Node B的MAC子層的處理實體進行處理。

在最高速率下，Node B的MAC子層的處理實體可以組合這21個SDU，再加上21比特的處理實體頭，并附上107 比特的填充數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個長度為13904 比特的傳輸塊TB，由HS-DSCH傳輸信道承載，送到Node B的物理層繼續(xù)處理。

因此，對于第8類HSDPA終端而言，其鏈路層最高下行速率為6.72 Mbps（21×640× 500）。

HSDPA業(yè)務(wù)在物理層的編碼過程如圖3.28所示。13904比特的傳輸塊TB先加上24比特的CRC信息，長度變?yōu)?3928比特，然后進行擾碼處理。

擾碼處理后，由于數(shù)據(jù)塊的長度超過了Turbo編碼5114比特的限制，13928比特的數(shù)據(jù)塊被切割為4643比特的三部分，分別進行1︰3的Turbo編碼。

Turbo編碼后，數(shù)據(jù)塊變成3×13929比特，再經(jīng)過HARQ處理以及速率匹配后，最終變成一個長度為19200比特的數(shù)據(jù)塊。

最后，數(shù)據(jù)塊被均分為10部分，分別映射到10個碼分的HS-PDSCH物理信道上，這些物理信道都采用16QAM的調(diào)制方式。

因此對于第8 類HSDPA終端而言，其物理層最高下行速率為6.952 Mbps（13904× 500），簡稱為7M。

3.3.3 HSUPA業(yè)務(wù)的編碼過程

HSUPA業(yè)務(wù)的編碼過程也是從鏈路層的數(shù)據(jù)編碼過程開始，如圖3.29所示。

來自終端應(yīng)用層的數(shù)據(jù)經(jīng)由TCP/IP數(shù)據(jù)包送到終端的RLC子層，終端的RLC子層將IP數(shù)據(jù)包切割為320比特的數(shù)據(jù)段，作為負荷，加上16比特的頭，構(gòu)成一個RLC的PDU，共336比特，送到終端的MAC子層繼續(xù)處理。

同樣，為了提高處理效率，一個TTI內(nèi)，RLC子層可以向MAC子層傳送多個RLC子層的SDU，最大數(shù)量與HSUPA終端的類型相關(guān)。HSUPA終端分為如表3.4所示的6類終端。

其中第3類終端采用10 ms的TTI，在最高速率下，此類終端一個TTI內(nèi)可最多可處理包含43個RLC的PDU的數(shù)據(jù)塊。

這些RLC的PDU在MAC子層中需要經(jīng)過兩個處理實體，也就是經(jīng)過MAC-es和MAC-e實體的處理。經(jīng)過MAC子層的兩個處理實體后，這43個RLC的PDU被拼接復(fù)用，并且加上18比特的處理實體頭，以及其他的18比特填充數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個長度為14484比特的傳輸塊（TB），送到終端的物理層，進入物理層的編碼過程，如圖3.30所示。

因此對于第3類HSUPA終端而言，其鏈路層最高上行速率為1.376 Mbps（43×320× 100）。

在物理層，長度為14484比特的傳輸塊（TB）先進行CRC處理，加上了24比特的CRC信息，變成長度為14508比特的數(shù)據(jù)塊。

由于數(shù)據(jù)塊的長度超出Turbo編碼5114比特的限制，被分割為3個4836比特的數(shù)據(jù)塊，分別進行1︰3的Turbo編碼，再加上12尾比特，得到長度各為14520比特的3個數(shù)據(jù)塊。

這3個長度為14520比特的數(shù)據(jù)塊再進行HARQ的相關(guān)處理，最后變成一個長度為19200比特的數(shù)據(jù)塊。

第3類終端在最高速率時需要使用2個擴頻因子等于4（SF4）的E-DPDCH物理信道，因此19200比特的數(shù)據(jù)塊被一分為二，分別映射到兩個SF4的E-DPDCH物理信道，最終完成物理層的編碼過程。

分析整個編碼過程，不難發(fā)現(xiàn)第3類終端物理層最高上行速率為1.448 4 Mbps，簡化為1.45 Mbps。