La couche physique WCDMA

Introduction :

La couche physique a un impact significatif sur la complexité des équipements notamment en ce qui concerne la puissance de traitement large bande de base des terminaux et des stations de base. La nature large bande de WCDMA, bien qu’elle possède des avantages dans la mise en place de solution de diversité, pose des problèmes dans son implémentation. Comme les systèmes de troisième génération sont large bande du point de vue des services, la couche physique ne peut être conçu autour d’un seul service, comme la voix, par exemple. Une grande flexibilité est nécessaire pour l’introduction future de nouveaux services. Les exigences de ces systèmes 3G ont déjà été abordées dans l’introduction de cet ouvrage.

Les canaux de transport et canaux physiques :

Au niveau du réseau d’accès UTRA, les données générées par les couches hautes sont transmises sur l’interface air par des canaux de transport (transport channel) qui s’appuient sur différents canaux physiques (physical channel). La couche physique doit pouvoir supporter différents débits afin d’offrir des services de bande passante à la demande et d’être à même de multiplexer plusieurs services sur une même connexion. Dans cette section on présente la correspondance qui existe entre les canaux de transport et les canaux physiques.

Chaque canal de transport comporte un indicateur TFI (Transport Format Indicator) à chaque instant où des données sont sensées arriver en provenance des couches hautes et à destination du canal du transport. La couche physique combine les informations des indicateurs TFI des différents canaux de transport en un nouvel indicateur, l’indicateur TFCI (Transport Format Combination Indicator). L’indicateur TFCI est transmis par le canal physique de contrôle (physical control channel) afin d’informer le récepteur quels canaux de transport sont actifs au niveau de la trame courante. Il existe cependant une exception, il s’agit de l’utilisation du BTFD (Blind Transport Format Detection). Dans ce cas, l’indicateur TFCI n’est pas traité au niveau des canaux dédiés au sens descendant. Sinon, dans le cas d’un fonctionnement normal, l’indicateur TFCI est décodé par le récepteur et les indicateurs TFI correspondant au chaque canal de transport actif de la connexion sont transmis aux couches hautes. Dans la Figure 4.1, deux canaux de transport s’appuient sur un seul canal physique. A la réception, les blocs de transport sont restitués aux couches hautes ainsi que des indications relatives à d’éventuelles erreurs pour chaque bloc. Les canaux de transport peuvent avoir un nombre de blocs différents et ils ne sont pas nécessairement actifs à chaque instant.

Un canal physique de contrôle et un ou plusieurs canaux physiques de données (physical data channel) peuvent être codés et multiplexés par la même entité de traitement, il en résulte ce que l’on appelle un canal de transport CCTrCh (Coded Composite Transport Channel). Il peut exister plus d’un canal CCTrCh pour une connexion donnée mais un seul canal physique de contrôle n’est transmis dans ce cas.

L’interface entre la couche physique et les couches hautes provient essentiellement de la méthode de spécification. Elle intervient peu au niveau de l’implémentation du terminal dans lequel toutes ces couches sont gérées par un seul équipement. En ce qui concerne le réseau, cette interface est plus importante. L’interface entre la couche physique et les couches hautes se situe en effet entre la station de base et le RNC, c’est-à-dire au niveau de l’interface Iub.

Etalement Uplink :

Il existe une restriction supplémentaire  pour le code d’étalement du canal Uplink DPCCH. Le même code ne peut être utilisé par un autre canal même s’il appartient a une autre branche I ou Q. l’origine de cette restriction est que des canaux physique transmis, avec le même code de channelisation sur les branches I et Q et avec le principe de double canal QPSK ne peuvent être distingués avant que le canal DPCCH ait été détecté et que les estimations de la phase du canal aient été réalisées.

Au niveau du sens montant, le facteur d’étalement du canal DPDCH peut varier à chaque trame. Les codes d’étalement sont toujours issus de l’arbre des codes que nous avons vu précédemment. Lorsque le code de channelisation utiliser pour l’étalement est toujours pris sur la même branche de l’arbre. L’opération de désétalement en est simplifiée. Le terminal fournit  des informations concernant le débit utilisé grâce  à l’indication TFCI (Transport Format Combination  Indicator) sur le canal DPCCH. Afin de permettre la détection des données avec un facteur d’étalement variable sur le canal DPDCH.

Canal dédié Downlink :

Le canal dédié Downlinl est transmis sur le canal physique DDPCH (Downlink Dedicated Physical Channel). Ce canal Downlink DPCH applique un multiplexage temporel sur les informations de contrôle et les données utilisateurs. Comme la montre la figure 4.15

Comme pour le sens montants les termes DPDCH (Dedicated Physique Data Channel) et DPCCH (Dedicated Physique Control Channel) sont utilisés dans les spécifications du 3GPP pour les canaux du sens  descendants.

Le facteur d’étalement utilisé pour le débit maximum détermine le code de Channelisation à réserver. La transmission à débit variable peut être implémentée selon l’une des deux façons suivantes :

• Dans le cas oŭ l’indicateur TFCI est absent, les positions des débits DPDCH  dans la trame sont fixées. Comme le facteur d’étalement est également toujours fixe dans le canal Downlink DPCH, les débits faibles sont implémentés grâce à une transmission discontinue réalisée en interrompant périodiquement la transmission. Si cela est réalisé sur un intervalle d’un slot, le taux de gating résultant est de 1500 Hz. Comme il existe dans le sens montant 15 slots par trame radio de 10 ms il est possible d’obtenir différents taux de gating. Le débit utilisateur est déterminé grâce au BTFD (Blind Transport Format Detection) qui est basé sur l’utilisation d’un ou plusieurs canaux de transports dans lesquels les positions des codes CRC sont différentes selon les TFC (Transport Format Combination) utilisés. Pour un terminal, il est obligatoire de supporter le BTFD, du moins pour les faibles débits, comme ceux du service voix AMR. Pour des débits plus élevés, l’avantage de ne pas utiliser les overheads TFCI est négligeable et la complexité de la gestion BTFD devient trop importante.       
• Dans le cas ou l’indication TFCI est disponible, il est possible d’utiliser des positions variables et c’est au réseau de sélectionner le mode de fonctionnement à utiliser. Avec des positions variables, il est possible de conserver une transmission continue.

La transmission discontinue a également un impact sur la chaîne de multiplexage, présentée dans la figure 4.15. Des débits d’indication DTX sont ajoutés juste avant le premier entrelacement.

Pour le sens descendant, le facteur d’étalement peut varier de 4 à 512, avec certaines restrictions quant à l’utilisation du facteur d’étalement de 512 dans le cas du soft handover.  Ces restrictions sont dues au pas d’ajustement temporel d’une durée de 256 chips utilisé lors de la procédure de soft handover.

La modulation provoque quelques différences entre les débits des sens montant et descendant. Le canal DPDCH Uplink est en effet composé de symboles BPSK alors que le canal DPDCH Downlink l’est de symboles QPSK. Bien qu’une partie du canal DPDCH Downlink soit réservée pour le canal DPCCH, en particulier lorsque le débit est important, le débit du canal DPDCH Downlink est presque le double de celui de canal DPDCH Uplink  utilisant le même facteur d’étalement. Ces débits Downlink sont donnés dans le tableau 4.4 ainsi que les débits bruts calculés à partir des symboles QPSK réservés pour les données utilisateur.

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