在W-CDMA系統中有三種不同類型的頻道，這三種頻道依其傳播方向可以區分為：上傳頻道（uplink channels）和下傳頻道（downlink channels）。3GPP規格所定義的下傳實體頻道有三種，本文接續上期介紹下傳實體頻道後，將介紹這些上傳實體頻道及其應用。

3GPP規格所定義的上傳實體頻道（UL Physical Channels）包含：

實體隨機進接頻道

實體隨機進接頻道（PRACH）是屬於上傳方向的公共頻道，主要是用來傳輸上層的資料。隨機進接是依照時槽式的ALOHA（slotted ALOHA）搭配快速取得指示的方法來和網路接觸，在取得基地台的回應之後手機才會將訊令資訊傳送給基地台。PRACH頻道是由兩部份所組成：前面是前言（preamble）的部份後面是訊息（message）的部份；PRACH頻道可以包含一個或多個前言，但只會包含一個訊息的部份。(圖一)為PRACH頻道傳輸的示意圖

《圖一　PRACH頻道傳輸的示意圖》

在PRACH頻道中每兩個訊框（20ms）有15個進接時槽（access slot；AS），其間隔為5120個碼片；在目前的細胞中有哪些進接時槽可供使用是由上層的訓令所決定。

PRACH的傳輸包含一個或數個長度為4096碼片的前言部份和長度為10或20ms的訊息部份。PRACH前言部份的長度為1.067ms，其內容是由一個16×16的Hadamard矩陣中的列向量所構成共有16個可能的序列，3GPP的規格將這16個可能的序列稱為特徵序列（signature sequence），(表一)為3GPP所定義的PRACH頻道前言部份的16個特徵序列。特徵序列所含的位元數目為16個，將這16位元的資料在一個前言的時間內重複256次而形成具有4096個碼片的資料，最終的傳輸速率仍為3.84Mcps（ ）。最終的序列會利用一個長擾亂碼（long scrambling code）來做擾亂。

《表一　PRACH頻道前言部份的特徵序列》

PRACH前言部份的擾亂碼是從長擾亂序列（總共有 個長擾亂碼）中建構出來的，共有8192個PRACH前言的擾亂碼。這8192個前言的擾亂碼又可以區分成512組且每一組具有16個擾亂碼，這512組前言的擾亂碼和細胞的512個主要的擾亂碼（primary scrambling codes）有著一對一的對應關係，利用這個對應關係可以消除手機同時對多重基地台進行隨機進接造成資源的浪費。

10ms長度的PRACH頻道的訊息部份是被分成15個時槽，每個時槽的長度為 。每個時槽被分成兩部份：資料部份和控制部份。傳輸頻道RACH是映射到資料部份，實體層的控制資訊是放置於控制部份。資料和控制部份是並聯傳輸的。(圖二)顯示PRACH頻道訊息部份訊框時槽的結構。

《圖二　PRACH頻道訊息部份訊框時槽的結構》

一個10ms長度的訊息部份是由一個訊框組成，一個20ms長度的訊息部份則是由兩個訊框所組成。10/20ms長度的選擇是由所使用的特徵序列且/和進接時槽來決定，這也是由上層的訊令所定義。在資料部份包括 個位元，分別對應到展頻因數為256、128、64和32。控制部份包括八個已知的導引位元（用來作同相偵測及通道估測之用），以及兩個TFCI位元。在控制部份所對應到的展頻因數為256。

實體共同封包頻道

實體的共同封包頻道（PCPCH）是屬於上傳方向的共同頻道，主要是用來傳輸高速率的封包資料。PCPCH的傳輸是基於具有碰撞偵測的數位感測多工進接（Digital Sense Multiple Access–Collision Detection；DSMA-CD）技術。CPCH隨機進接的傳輸包括一個或多個長度為4096個碼片的進接前言（access preamble；AP）、一個長度為4096碼片的碰撞偵測的前言（collision detection preamble；CD-P）、一個長度為零或八個時槽的DPCCH功率控制的前言（power control preamble；PC-P）和一個可變長度為 的資料部份。(圖三)為PCPCH隨機進接傳輸的結構。

《圖三　PCPCH隨機進接傳輸的架構》

《圖四　PCPCH資料部份訊框時槽的結構》

資料部份所包含的位元數目為 相對應的展頻因數從256到4。控制部份是由四種資料所構成：導引訊號位元（pilot bits）、TFCI位元、回授資訊（feedback information）位元及傳送功率控制位元，(表二)顯示控制部份在各不同時槽格式下的位元配置情形。

CPCH的傳輸是屬於隨機進接的方式（佔用較少的系統資源），這一點和PRACH頻道的傳輸很像。在PCPCH頻道中所傳送的封包資料可能會跨過數個訊框的長度，因此基地台必須控制其發射功率避免造成系統容量的降低。當CPCH的進接嘗試（access attempt）成功之後，基地台會透過AICH頻道傳送一個回應給手機，手機收到此回應之後便會開始傳輸，同時基地台也會開始傳送功率控制指令給手機。當傳輸功率調至穩定狀態之後手機便會開始傳送多重訊框的封包資料給基地台。

專用實體頻道

上傳專用實體頻道（DPCH）分為：上傳專用資料頻道（DPDCH）和上傳專用控制頻道（DPCCH），DPCCH和DPCCH頻道會以訊框為基礎進行I/Q多工。DPDCH頻道是用來傳輸專用的傳輸頻道（DCH），在每個無線連結中可以有0個至6個DPDCH頻道。DPCCH頻道則是用來傳輸Layer 1的控制資訊包括：導引位元、發射功率控制指令（TPC）、回授的資訊（FBI）和一個可選擇的傳輸格式組合指示（TFCI）。TFCI的用途是將多工在DPDCH頻道上面的不同傳輸頻道的瞬時參數通知給基地台接收機，並與同一訊框中要發射的資料相對應。在每個無線連結中僅有一個DPCCH頻道。

(圖五)為DPCH頻道訊框時槽的結構。每個訊框的長度為10ms，分成15個時槽，每個時槽的長度為2560碼片，對應於一個功率控制的週期。

《圖五　上傳DPCH頻道訊框時槽的結構》

DPDCH頻道的位元數和DPCCH頻道各個字段（ ）的位元數是由上層按照不同的業務屬性來配置不同的時槽格式，(表三)列出有關DPDCH在各種不同時槽格式下的位元數、位元速率及展頻因數。DPCCH的資料速率固定為15kbps，因此每個時槽的位元數固定為10位元；雖然總位元數在每個時槽是固定的但是這四種控制資訊的位元數目配置會和時槽的格式有關。

(圖五)中的參數k決定每個上傳DPDCH/DPCCH時槽的位元數，它與實體頻道的展頻因數SF有關， 。DPDCH的展頻因數的範圍從256到4，DPCCH頻道的展頻因數固定為256。

茲將DPCCH頻道各個字段的功能摘要整理如下：

FBI

FBI位元是用於UE和UTRAN間的介面所需的回授訊息，包括：閉迴路模式發射多集和SSDT。FBI字段是由S字段和D字段所組成，如(圖六)所示；其中，S字段是用於SSDT訊令，D字段是用於閉迴路模式發射多集的訊令。S字段由0、1或2個位元所組成。FBI字段的位元數（ ）會和時槽格式有關。

《圖六　FBI字段的結構》

TFCI

3GPP支援兩種不同類型的DPCCH頻道：包含TFCI的（例如同時有不同的業務存在）和不包含TFCI的（固定速率的業務）。UTRAN決定是否需要發射TFCI和是否要求所有的UE在上傳鏈路中支援TFCI。

Pilot

導引位元 。3GPP共定義15種導引位元的形式，只要導引位元的形式是屬於這15種中的一個就被定義為FSW。FSWs可以用來確認訊框的同步。

TPC

TPC位元和發射功率控制指令相對應，(表四)為TPC的位元形式和發射機功率控制指令的對應關係。

上傳DPCH頻道可以進行多碼操作（multi-code operation）。當使用多碼傳輸時，幾個並聯的DPDCH頻道可以使用不同的頻道碼進行發射，值得注意的是每個連結只會有一個DPCCH頻道。

上傳高速專用實體控制頻道

在3GPP R5 HSDPA中加入新的上傳控制頻道，稱為高速專用實體控制頻道（High Speed Dedicated Physical Control Channel；HS-DPCCH）。(圖七)所示為HSDPA系統所新增的實體頻道。

《圖七　HSDPA系統所新增的實體頻道》

HS-DPCCH頻道會攜帶與下傳HS-DSCH傳輸有關的回授訊令（Feedback Signaling），此訓令包含一個位元的HARQ確認資訊（HARQ-ACK）和五個位元的通道品質指標（Channel Quality Indicator；CQI）。(圖八)所示為HS-DPCCH頻道訊框的結構。在每一個長度為2ms的子訊框（subframe）會包含三個時槽；HARQ-ACK會被配置在第一個時槽傳輸，而CQI則配置在第二和第三個時槽。每一個無線連結最多會有一個HS-DPCCH頻道，HS-DPCCH頻道必須和WCDMA上傳的DPCCH頻道同時存在。HS-DPCCH頻道的展頻因數固定為256（ ）。(表五)摘要整理了HS-DPCCH頻道的屬性。

《圖八　HS-DPCCH頻道訊框的結構》

《表五　HS-DPCCH頻道的屬性》

1代表ACK，0代表NACK；一個位元的HARQ-ACK會被重複編碼成10個位元。CQI的資訊會用（20,5）的碼來進行編碼，編碼過的位元（20個位元）會直接映射到HS-DPCCH頻道上。CQI的傳輸率（量測回授率）是屬於網路參數，它的值可以是2ms、10ms、20ms、40ms、80ms、160ms或者是無回授。當沒有HARQ-ACK或CQI的資訊要傳輸時，HS-DPCCH的HARQ-ACK或CQI區是關閉的，因此HS-DPCCH頻道的傳輸是屬於叢發式的傳輸（Bursted Transmission）。

(圖九)說明了HSDPA上傳方向展頻與擾亂的程序。HS-DPCCH頻道有兩個可能的路徑，若DPDCH頻道的傳輸數目是偶數的話，HS-DPCCH就會配置在I路徑；若DPCCH頻道是奇數個則HS-DPCCH頻道會配置在Q路徑。

《圖九　HS-DPCCH頻道的展頻與擾亂》

為了平衡I/Q路徑上的總功率，HS-DPCCH頻道所採用的頻道碼（Channelization Code）會依照DPDCH的頻道數來變化。(表六)列出了不同的DPDCH頻道數目HS-DPCCH頻道所使用的頻道碼。例如，當只有一個DPDCH頻道時，HS-DPCCH頻道所使用的頻道碼為 且配置在Q軸。

《表六　HS-DPCCH所使用的頻道碼》

在HSDPA的手機中因為新增了上傳的編碼頻道（HS-DPCCH），會造成手機的峰值對平均功率的比值（peak-to-average power ratio；PAPR）增加使得功率放大器必須具有較大的back-off來確保發射頻譜是維持在規範的遮幕（mask）內。

可變速率傳輸（Variable Bit Rate Transmission）

上傳方向可變速率的傳輸

DPDCH頻道的位元率是以訊框為單位來變動，較高的位元率需要較大的傳輸功率。另一方面，當傳輸在高位元率下DPCCH頻道的功率也會較高，主要是協助基地台進行精確的通道估測。位了避免因為非連續的傳輸（DTX）形成在音頻上的干擾（audible interference），因此上傳的DPDCH和DPCCH頻道是採用I/Q多工的方式來傳輸。DPDCH頻道所能攜帶的位元率是由RNC內的允諾控制（admission control；AC）來指派。(圖十)顯示在不同位元率下的傳輸功率的變化。

《圖十　不同位元率下傳輸功率的變化》

下傳方向可變速率的傳輸

DPDCH頻道的位元率也是以訊框為基礎來變化，下傳方向可利用的位元率是由RRM（radio resource management）的演算法來指定（實際上就是允諾控制）。當傳輸的位元率較低時，可以採用非連續傳輸的模式（DTX）。(圖十一)描述下傳方向可變速率的傳輸。

《圖十一　下傳方向可變速率的傳輸》

頻率頻道（Frequency Channels）

根據WARC92的定義3GPP WCDMA FDD模式的頻譜是由一對頻寬各為60MHz的頻譜所構成，WCDMA每個頻道的頻寬為5MHz，因此在整個60MHz的頻帶中可以提供12個頻道。載波的頻率值可以利用一個間距為200kHz的頻率柵欄（grid）來表示，此一頻道編號被稱為UMTS絕對無線電頻率頻道編號（UMTS Absolute Radio Frequency Channel Number；UARFCN）。(公式一)為絕對頻率和UARFCN值之間的關係。

(圖十二)所示為台灣3G網路RSSI掃描的結果。從圖中可以看出四個電信業者目前所啟動的3G服務的頻道有哪些。

《圖十二　台灣3G網路RSSI掃描的結果》

＜在上/下傳實體頻道之後，本專欄下期將以頻道編/解碼技術為重點，深入探討期架構，敬請期待。＞

＜參考資料：

[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 閱 讀

隨著第三代行動通訊技術的興起，3G的商用已經迫在眉睫，而在網路建設的初期，網路規劃尤為重要，對於營運商而言，從客戶的滿意度中提高ARPU值，前期的網路規劃是關鍵競爭因素。相關介紹請見「淺析：WCDMA網路規劃與優化」一文。 自從NTT DoCoMo從2001年10月推出WCDMA服務開始，市場已經經過多年的洗禮，照理說，大家只要跟隨DoCoMo的經驗就可以獲得經營3G的精隨，但是根據以往i-mode成功經驗不能套用在全球各地的情況來看，這一條WCDMA的路，還是要各個國家的營運商自行摸索。「WCDMA到底準備好了沒？」一文中得到進一步的介紹。 這期的文章，筆者將會針對WCDMA/UMTS核心網路中所運作的各種通訊協定做一個介紹，由於WCDMA/UMTS無線通訊系統是一個相當龐大的主題，透過這依序的探討各部分運作的文章，希望可以讓讀者對於整個系統架構開始有一個清晰的輪廓。在「WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 Core Network 架構介紹﹝3﹞」一文為你做了相關的評析。

市場動態

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）。該公司的HELP3 WCDMA PA具有較低的功耗，滿足HSDPA（High Downlink Packet Access）的要求，因而在延長電池壽命的同時，實現超高速的多媒體接取。相關介紹請見「Anadigics推出高效率的WCDMA功率放大器」一文。 英飛凌科技開始供應採用130 nm CMOS RF 技術，並以無鉛方式封裝之雙模WCDMA/EDGE射頻收發器（RF transceiver）SMARTi 3GE的樣品，該元件為全球第一顆單晶片六頻道WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）以及四頻道EDGE（Enhanced Data GSM Evolution）之解決方案。你可在「英飛凌推出單晶片多頻道WCDMA/EDGE射頻收發器」一文中得到進一步的介紹。 美商博通（Broadcom）宣佈推出新一代CellAirity多媒體行動解決方案，號稱可協助製造商以2G手機的價格推出具備先進功能的3G手機。Broadcom表示，該款手機基頻晶片組解決方案包括EDGE處理器BCM2133與WCDMA處理器BCM2141，可提供WEDGE（WCDMA +EDGE）連結功能，提供廠商生產100美元以下的低功耗、小尺寸3G手機。在「Broadcom新推WEDGE手機解決方案」一文為你做了相關的評析。