W-CDMA用戶設備設計概念

<W-CDMA用戶設備設計概念 2002 3月號 第13期 安捷倫提供 >

W-CDMA是第三代(3G)行動通訊市場將會使用的一種領先的寬頻數位技術，在第三代行動通訊合作計劃(3GPP)的監督下，日本較早所使用的實驗性W-CDMA系統以及歐洲之UMTS(Universal Mobile Telephone System)系統為目前的諧波化(harmonized)W-CDMA系統建立了基礎。3GPP的成員包括有歐洲電信標準協會(ETSI)、日本無線電工商業協會(ARIB)、日本電信科技委員會(TTC)、韓國電信科技協會(TTA)以及美國標準T1電信委員會。此系統有時亦稱為3GPP W-CDMA，以便和較早的wideband CDMA版本作區別。

W-CDMA系統將同時以分頻雙工(FDD)及分時雙工(TDD)的模式來運用寬頻CDMA，不過本文所討論之範疇僅針對分頻雙工模式的W-CDMA進行概述，而本文中所提及之專有名詞皆是源於3GPP對於W-CDMA FDD模式之規範。

本文內容主要著重在W-CDMA用戶設備(UE)(註1)的Physical layer(Layer 1)方面之W-CDMA技術簡介。讀者可以在http://www. agilent.com/find/3G得到有關3G技術的進一步資訊。

W-CDMA基本概念
就整體而言，W-CDMA的設計是針對可以同時讓許多用戶藉由動態指定資料傳輸速率以及鏈結安排來有效分享RF載波以求精確滿足個別用戶的需求，W-CDMA並不像其他2G及3G CDMA系統，需要使用全球定位系統(GPS)的外部同步信號源。[1]

以下並分別介紹有關W-CDMA的各項基本概念。

分碼多工
如同其名，W-CDMA是一種分碼多工(CDMA)的系統，相對於分時多工系統，CDMA的所有使用者會在同一時間進行發射，而分頻多工仍然有使用到，不過其使用的頻寬較一般使用更為寬廣。除此之外，多個用戶將會分享相同頻率的載波，其中每一個用戶將使用不同的通訊碼來進行通訊，而除了使用正確的接收器外，此信號對於其他用戶而言就如同雜訊一般，因此在這裡頻道一詞是代表著載波頻率與通訊碼的組合，利用相關信號的解碼技術可以可以讓接收器對於同時在相同載波頻率上發射之眾多信號中解析出所須之某一特定信號。圖1為CDMA系統的發射與接收過程之簡圖。

雖然在這個圖例中是使用W-CDMA的資料傳輸速率與頻寬參數，不過其基本的過程與所有的CDMA系統是一樣的，而W-CDMA與現在的第二代CDMA(IS-95)相比，其中的一個差異點是W-CDMA使用較寬的頻寬(3.84MHz，相較於IS-95的1.23MHz)。在這個圖例中，W-CDMA系統是始於一個資料速率為12.2kbps的窄波信號，但實際上這裡的資料速率是可變的，最高可達2Mbps。經過編碼(coding)與資料交錯(interleaving)後，圖例中最後的符號速率(symbol rate)為30ksps，再經過特定之通信碼展頻至3.84MHz的頻寬而得到最終的展頻位元，稱之為chips，最終的展頻速率即以每秒之chips數來定義(W-CDMA為3.84Mcps)，展頻資料速率(3.84Mcps)與編碼速率(本例為30ksps)之比稱為展頻增益(spreading gain)。

展頻資料速率與初始資料速率(本例為12.2 kbps)之比稱為處理增益(processing gain)或全程編碼增益(overall coding gain)，而在CDMA系統中，處理增益絕大部分是由展頻增益所貢獻，而處理增益使得接收器的相關信號處理器(correlator)可以將特定信號與雜訊分離，而發射時CDMA信號將會受到其他CDMA用戶信號的高度干擾，這些干擾可能來自同一個細胞基地台的其他用戶或是來自其他鄰近細胞基地台的用戶，而背景雜訊與寄生雜訊亦是干擾的成分。當進行信號接收時，相關信號處理器會將特定信號進行復原而把干擾信號予以排除，這是因為干擾源與各頻道上的信號碼是互為非相關信號。在W-CDMA系統中，每個頻道上獨一無二的信號碼是由變頻碼(scrambling code)與正交變數展頻因子(OVSF)碼所組合而成，這些機制將在後面陸續談到。

收發基地台與用戶設備辨識
如同其他CDMA系統，W-CDMA系統的每一個收發基地台(BTS)的輸出信號是藉著將資料頻道(data channels)乘上一個獨特的偽雜訊PN(pseudonoise)碼來達成變頻(scrambling)，在W-CDMA的規範上稱之為變頻碼(scrambling code)。而用戶設備可以藉由將信號頻譜與特定收發基地台所使用的變頻碼進行相關運算以辨別個別的收發基地台。同樣的，每一個用戶設備的輸出信號也是透過某個特定變頻碼進行變頻而使得收發基地台得以辨別各個不同的用戶設備。變頻碼在使用時其速率是固定在3.840 Mcps，而不同的變頻碼之間並沒有正交(orthogonal)，因此兩個用戶設備會有某種程度的干擾存在。

資料頻道化
一個CDMA的接收器除了要能分辨哪一個發射器正在發射外，還要能進一步分辨發射器是由哪個頻道進行發射，例如一個收發基地台利用某些特定頻道對許多的行動用戶進行發射，而個別的用戶設備接收器必須要能從收發基地台發射的眾多頻道中分辨它所使用的特定頻道。在W-CDMA系統中，這些功能是藉由頻道化碼(channelization codes)來達成，亦可稱為正交變數展頻因子(OVSF)碼。

OVSF碼是互為正交的碼，就如同IS-95與cdma2000所使用的Walsh碼。每一個經由W-CDMA收發基地台或用戶設備所發射的頻道信號都被乘上了不同的OVSF碼(註2)，在IS-95系統中，Walsh碼的長度是固定為64 chips，而在W-CDMA系統中，每一個OVSF碼的長度亦稱之為展頻因子(SF)，可以為4到512 chips，而使其下傳(DL)符號速率(symbol rate)等於系統之chip速率3.84 Mcps除以SF，例如當SF為4時，其symbol rate為960 ksps。每一個用戶設備與收發基地台皆具有完整的OVSF碼，而變頻碼的作用則得以讓OVSF碼在同一個地理區域內被用戶設備與收發基地台重複使用。於是用戶設備與收發基地台之間便藉由OVSF碼與變頻碼的組合來建立個別溝通的頻道。

W-CDMA系統中用戶設備與收發基地台間的無線連結必須要能同時支援多重的資料頻道(data channels)，例如在第三代行動通訊系統中的網路連結可能包含雙向語音訊號、影像訊號、封包式資料以及背景信號訊息，而這每一種信號都對應到單一頻率載波上的一個特定資料頻道。圖2所示為一個包含兩個收發基地台與四個用戶設備的W-CDMA系統，其中變頻碼(SC)提供給每個收發基地台與用戶設備獨特的身分識別，而OVSF的分配則使得某個細胞基地台內各個被收發基地台與用戶設備所使用的頻道獨特的身分識別。例如SC2可用來辨識BTS 2，SC6則可用來辨識UE 4，BTS 2使用了OVSF4與OVSF5來傳送語音與信號資訊至UE 4，而UE 4是藉著OVSF1與OVSF2來傳送回BTS 2。

在此要注意到雖然其他的用戶設備與收發基地台也使用相同的OVSF碼(OVSF1與OVSF2)，但是卻由於不同的變頻碼而使得重複使用OVSF碼並不會發生干擾問題。由於在展頻時是藉由變頻碼與OVSF碼的組合來完成，因此展頻增益必須足以讓接受器的相關信號處理器把所需的信號自雜訊中抽離，因此展頻因子(SF)也就決定了展頻增益的程度，對於高資料傳輸率的信號，展頻因子與展頻增益皆較低，因此在相同量級的干擾下，資料傳輸速率較高的頻道必須要有較高的信號振幅，以使得所有的頻道可以保有同等的Eb/No(energy-per-bit-to-noise ratio，單位位元能量與雜訊之比)。展頻因子可以用每10 ms的速度進行重新設定，這也使得W-CDMA網路可以動態指定頻寬以免浪費，實際上W-CDMA系統整體的資料容量配置可以比使用固定長度正交碼的第二代的CDMA(IS-95)更為有效率。

時槽、框架與功率控制
所有的W-CDMA上傳(UL)與下傳(DL)的資料頻道皆被分割成時槽(time slots)與框架(frames)，其中一個時槽的長度為666.667 μsec，相當於系統chip傳輸速率下2560個chips的長度，而十五個時槽被串聯成為一個10ms的框架，如圖3所示。

框架是頻道編碼(coding)與資料交錯(interleaving)處理時的基本單位，然而某些與時間關係密切的關鍵資訊，例如功率控制位元，會在每一個時槽中發射，如此一來用戶設備的功率調整可以達到每秒1500次以助於進行細胞基地台的容量最佳化。在任何一個CDMA系統中，收發基地台必須用足以對鏈結安排做到最佳化的速率來準確進行用戶裝置的發射功率控制，這就是所謂的上傳(UL)功率控制，其目標在於使收發基地台接收到的用戶設備發射功率侷限在數dB內，這對上傳展頻連結安排的最佳化是非常重要的，它不像在IS-95中用戶設備以固定速率將功率控制位元傳至收發基地台，而基地台藉著調整資料頻道的功率來影響個別的用戶設備，這類控制則稱為下傳(DL)功率控制。

通訊協定結構
W-CDMA系統的通訊協定結構是依據開放系統連結(OSI)的工業標準模式，圖4為其通訊協定結構最底下的三層。網路層(network layer，layer 3)大多是根據GSM的標準，這一層主要是負責用戶設備與網路的連結。資料連結層(data link layer，layer 2)則是由兩個主要功能區塊所組成，一個是RLC(radio link control，無線連結控制)區塊，另一個是MAC(medium access control，介面存取控制)區塊[3]，RLC區塊是負責用戶資料傳輸、錯誤更正、流量控制、通訊協定錯誤偵測與復原以及密碼檢索。

MAC區塊則是負責邏輯頻道(logic channels)與傳輸頻道(transport channels，見後節)的對映，其中包含提供同一傳輸頻道上的不同邏輯頻道之多工與解多工。而實體層(physical layer，layer 1)則負責將傳輸頻道對映至實體頻道，並且負責所有能使系統正常工作的RF功能，這些功能包含了頻率與時間同步的操作、傳輸速率匹配、展頻、調變、功率控制以及軟式越區切換(soft handoff)，本文將針對第一層作進一步的介紹，並在適當處簡介第二層，如需更多有關第二層的資料，可參考文獻[3]與[4]，第三層的資料可參考文獻[5]，參考文獻[6]則有通訊協定架構的進一步資訊。

邏輯、傳輸及實體頻道
邏輯頻道就是資訊內容的所在，最終會經由實體頻道發射出去，邏輯頻道包含廣播控制頻道(Broadcast Control Channel；BCCH)、尋呼控制頻道(Paging Control Channel；PCCH)、一般控制頻道(Common Control Channel；CCCH)、專用控制頻道(Dedicated Control Channel；DCCH)以及專用流量頻道(Dedicated Traffic Channel；DTCH)。W-CDMA系統引進了傳輸頻道的概念來支援多重服務對實體資源的分享，個別的服務，例如資料、傳真、語音或信號，會被位於上方的信號層導向不同的傳輸頻道，而這些服務可能具有不同的傳輸速率以及錯誤控制機制，而傳輸頻道隨後會根據需求而在經由一或多個實體頻道發射前對信號進行多工處理。高資料傳輸速率的服務或是多個低資料傳輸速率的服務組合可能會被多工處理至數個實體頻道，這樣的彈性允許多個不同傳輸速率的傳輸頻道(服務)可以有效的配置到實體頻道上，而藉由有效的進行傳輸頻道多工處理，系統容量也就可以達到最佳化。例如三個傳輸頻道聚合後的資料傳輸速率超過了單一實體頻道的上限，這些資料便會經由兩個資料傳輸速率較低的實體頻道來發射，但其總體傳輸速率可以十分接近所需之傳輸速率。

傳輸頻道包含廣播頻道(Broadcast Channel；BCH)、尋呼頻道(Paging Channel；PCH)、順向存取頻道(Forward Access Channel；FACH)、專用頻道(Dedicated Channel；DCH)以及隨機存取頻道(Random Access Channel；RACH) [7]。

W-CDMA系統的下傳信號是由多個實體頻道所組成，而其中最重要的下傳實體頻道是一般導航頻道(Common Pilot Channel；CPICH)、主要一般控制實體頻道(Primary Common Control Physical Channel；P-CCPCH)、次要一般控制實體頻道(Secondary Common Control Physical Channel；S-CCPCH)、專用實體資料頻道(Dedicated Physical Data Channel；DPDCH)以及專用實體控制頻道(Dedicated Physical Control Channel；DPCCH)。而上傳實體頻道則是由實體隨機存取頻道(Physical Random Access Channel；PRACH)、實體一般封包頻道(Physical Common Packet Channel；PCPCH)、專用實體資料頻道(Dedicated Physical Data Channel；DPDCH)以及專用實體控制頻道(Dedicated Physical Control Channel；DPCCH)所組成。

以上提及的頻道將在後續章節中描述。

圖5是一個下傳頻道對映的例子，當用戶設備處於閒置模式時，收發基地台會從邏輯頻道DCCH透過傳輸頻道FACH來送出專用信號資訊，並對映到實體頻道S-CCPCH來讓用戶設備進行發射。

下傳實體頻道
圖6為CPICH、P-CCPCH與SCH的時槽與框架結構圖，其中CPICH是一個連續的迴圈進行收發基地台的變頻碼廣播，如同前述，此變頻碼可以提供收發基地台的發射識別資訊，用戶設備便可在量測收發基地台之時間基準時使用CPICH作為一個一致的參考信號，同時亦可在決定細胞基地台越區切換(handover)的時候以及之前，用以決定鄰近收發基地台的信號強度，由於此信號並未經過額外的展頻處理，因此對於用戶設備而言，要鎖定此參考信號並不困難，不過這個動作必須在其他頻道接收之前完成。

P-CCPCH與系統取得時所需之同步頻道(Synchronization Channel；SCH)以分時多工之方式交互使用之，而同步頻道又包含了主要同步頻道(Primary Synchronization Channel；P-SCH)以及次要同步頻道(Secondary Synchronization Channel；S-SCH)，這些頻道是由主要同步碼(Primary Synchronization Code；PSC)與次要同步碼(Secondary Synchronization Code；SSC)等兩個信號碼所組成，其中主要同步碼是一個長度固定為256-chip之信號碼且為所有的W-CDMA收發基地台所廣播。

在用戶設備欲取得系統服務初始化時，用戶設備會使用主要同步碼來判斷是否有W-CDMA收發基地台存在，並建立基地台的時槽邊界限時間(slot boundary timing)，而次要同步碼則是代表一組具有十六個長度為256 chips的信號碼的群組，收發基地台會以一個內建的順序將這些碼依序發射，其中每一個框架(frame)中的每一個時槽(time slot)皆包含一個SSC的子碼。

當用戶設備連續解開了十五個發射出的SSC碼，用戶設備便能決定出收發基地台的框架邊界時間(frame boundary timing)，在此同時也取得了可以協助辨識收發基地台的變頻碼(見前文)。同步頻道在P-CCPCH停用時會在每一個時槽中的前256 chips進行發射，詳見圖6，而PCCPCH會在每個時槽中剩餘的2304 chips進行發射，其中包含了以15 kbps的速率進行發射共18個位元的廣播資料(廣播傳輸頻道(BCH)資訊)。由於細胞基地台的廣播參數訊息可能需要不只18個位元，因此廣播資訊可能會分布在好幾個框架之中。

專用實體頻道(DPCH)是用來載送所有的用戶資料與用戶的信號相關訊息，而實體頻道對時槽型式及用戶設備內部功率控制迴圈的控制碼亦是透過此頻道傳送，而DPCH是由DPDCH以及DPCCH所組成的，詳見圖7。來自用戶的數位化語音與數位化資料會跟著第三層的信號資料一起在DPDCH上傳送，其中用戶資料以及信號資料會加以錯誤保護編碼及資料交錯的處理，然後再經過多工處理後而合成DPDCH，然後DPDCH會再次與包含發射功率控制(Transmit Power Control，TPC)位元、傳輸型式組合指標(Transport Format Combination Indicator，TFCI)位元以及內嵌導航位元的DPCCH進行多工處理，其中發射功率控制位元是用來控制用戶設備的發射功率，傳輸型式組合指標是用來指示時槽的形式與傳輸速率之用，而內嵌導航位元是內嵌在每一個時槽中的用來進行同步比對的短暫資料型式。

其他的下傳頻道包含用來發射尋呼與訊號來閒置用戶設備的次要一般控制實體頻道(Secondary Common Control Physical Channel；S-CCPCH)、用來確認用戶設備存取要求的擷取指標頻道(Acquisition Indication Channel；AICH)、用來警示用戶設備即將到來的尋呼訊息的尋呼指示頻道(Paging Indication Channel；PICH)、用來乘裝多個用戶設備的封包資料的(Physical Downlink Shared Channel；PDSCH)以及用來增加單一用戶設備的下傳資料量的額外的DPDCH。

上傳實體頻道
PRACH負責載送用戶設備所使用的RACH傳輸頻道來向網路提出註冊的需求，RACH發射時是以一段極短的特定序列(preamble pattern)作為起始來提示基地台緊接而來的的RACH存取訊息，此處的RACH存取訊息包含了用戶設備的身分識別，這個身分識別是透過特定的變頻碼來展頻之後的信號，因此只有標的收發基地台可以識別此要求存取的訊息，一般而言發射RACH可以在任何一瞬間起始，所以可能會與其他用戶的信號發生衝突，在這樣的狀況下，用戶設備將會在不同的時槽進行發射直到接收到確認的回覆信號。

PCPCH則是負責載送CPCH傳輸頻道來進行上傳封包資料的發射，由於CPCH和專用資料頻道相比，僅需用到較少的系統資源，它是屬於隨機存取頻道，而且使用類似於RACH的存取程序機制，由於封包資料在發射時可能會分布在框架之中，因此收發基地台需要能控制PCPCH的發射功率，當CPCH的存取需求成功的得到確認之後，用戶設備將會開始進行發射，而收發基地台也會回應以功率控制位元等資料，一旦發射功率達到穩定後，用戶設備便著手進行多重框架的封包資料發射。

上傳的DPDCH與DPCCH是伴隨著第三層信號資料來載送用戶的數位化語音頻道及數位化資料頻道，DPDCH上的酬載資料與信號資料是由QPSK調變器上的「I」路徑進行發射，而DPCCH上的功率控制、導航與其他必要的位原則是由QPSK調變器上的「Q」路徑進行發射。由於每個用戶設備可能會用到多個DPDCH頻道，在這樣的狀況下，這些頻道會被連續的指定至「I」路徑或「Q」路徑進行發射，每一個頻道皆是透過OVSF碼進行展頻，而個別的振幅都可以調節，在調變之前，展頻信號的組合會透過一個特殊的函數進行展頻以將信號在IQ平面上通過原點的次數以及零相位過渡(0°phase transition)最小化，如此一來可以改善信號發射功率峰值與平均值之比。[8]

下傳DPDCH與DPCCH之編碼與傳播介面
圖8為DPCH之編碼、展頻與變頻的例子，在這個例子中，一個12.2 kbps的語音服務透過一個使用20 ms框架的邏輯頻道DTCH來傳送，完成頻道編碼之後，DTCH再一次以1/3速率的摺積編碼器(convolutional encoder)進行編碼，在這個例子中資料為了達成速率匹配而被分解以及交錯，此時DTCH被分割成10-ms長的框架以匹配實體頻道的框架速率。

邏輯頻道DCCH則以40 ms長的框架結構載送2.5 kbps的資料流，DCCH的編碼方式與DTCH一樣，而DCCH的框架分割牽涉到將資料切割成四個長10 ms的區塊一匹配實體頻道的框架速率。

DTCH與DCCH隨後會被多工處理成為編碼合成傳輸頻道(Coded Composite Transport Channel；CCTrCH)，編碼合成傳輸頻道是經過信號交錯後對映到速度為42 kbps的DPDCH頻道，在本例中，DPCCH是以18 kbps的速度在傳送，而DPDCH與DPCCH會被以時間多工處理而成為速度60 kbps的資料流，此資料流會被轉換成速度30 ksps且分離的I與Q通道，DPCH是透過OVSF碼以展頻因子值為128的方式來進行展頻以達到所需之速度3.84 Mcps，如此一來，同一細胞或扇形基地台內不同的信號便被分離，經過處理之後，這些信號便以複雜變頻(complex scrambling)處理來作為細胞或扇形基地台的識別，而最終的I與Q信號會經過濾波然後拿來對RF載波進行調變(並未於例圖中表示)。

上傳DPDCH與DPCCH之編碼與傳播介面
使用在上傳DPDCH與DPCCH的展頻與變頻方式與使用在下傳時有幾處關鍵性的不同，首先是I/Q的多工與HPSK(hybrid phase shift keying)變頻，而非前述的複雜變頻(complex scrambling)。圖9是一個上傳DPDCH與DPCCH之編碼與傳播介面的例子，在這個例子當中，邏輯頻道DTCH會載送速度為12.2 kbps的語音頻道，而邏輯頻道DCCH則載送速度為2.5 kbps的信號頻道，各個邏輯頻道皆經過頻道編碼(channel coded)、摺積編碼(convolutionally coded)以及信號交錯。其中DTCH使用到長20 ms的框架，而在框架分割點上，DTCH被切割成兩部分以遵循實體層的長10 ms之框架結構。

DCCH則是以長40 ms的框架運作，因此會被切割成四個部分，使得每一個信號框架皆能展開在長10 ms之無線框架上。這些頻道皆會被切割以進行速率匹配並且在展頻前先行多工處理，在這裡經過多工處理後的資料頻道稱之為編碼合成傳輸頻道(CCTrCH，Coded Composite Transport Channel)，而經過再一次的信後交錯後，編碼合成傳輸頻道會被對映到速度為60 kbps的DPDCH頻道，此DPDCH會透過OVSF碼以展頻因子值為64的方式來進行展頻以達到所需之速度3.84 Mcps，經過增益調整(為配合可變展頻因子而調整發射功率)後，此展頻後之DPDCH將會使用I頻道。

由於上傳的DPCCH其速率固定在15 kbps，因此DPCCH上的資料會透過一個展頻因子值為256的OVSF碼進行展頻以達到所需之速度3.84 Mcps，而在這個例子中的增益調整值相對於DPDCH為-6 dB。而DPCCH將會使用Q通道，如果使用額外的DPDCH頻道，這些頻道將會分別被指定到I或Q通道，然後搭配適當的OVSF碼進行展頻，而在調變之前，這些展頻信號的組合會以特定的複雜函數進行變頻以使得信號在IQ平面上通過原點的次數以及零相位過渡(0°phase transition)最小化，如此一來可以改善信號發射功率峰值與平均值之比，這裡提到的函數可以視為複雜變頻的一種變形，即是一般所知的HPSK，但是在3GPP的規範中並未提及此名詞，而變頻產生器會製造出兩個隨機的序列串(sequence)，如果使用的是長變頻序列串依據3GPP的規範即為Clong.1與Clong.2 [9]。

其中的第二個序列串會被十進位化後再乘上函數{1,-1}以及第一個序列串，最後被送到複雜變頻器的的Q通道，而第一個序列串則是被送到複雜變頻器的的I通道，欲知更進一步關於HPSK的技術請參考文獻[8]，而這些I與Q信號接著會進行濾波然後拿來對RF載波進行調變(並未於例圖中表示)。

參考量測頻道
為了避免測試設備由不同廠商提供所導致之曖昧不清及前後不一致問題，3GPP的規範特別定義了為用戶設備發射器及接收器的認證測試所用的上傳及下傳頻道組態[12]，而這些組態稱之為參考量測頻道，包含四個下傳參考量測頻道及五個上傳參考量測頻道，這些頻道都是由DPDCH與DPCCH所組成，而四個下傳參考量測頻道與五個上傳參考量測頻道的不同點在於邏輯頻道DTCH的資訊位元傳輸速率一般可為12.2 kbps、64 kbps、144 kbps以及384 kbps，但只有上傳可以達到768 kbps的速率，在圖8中的頻道組態下其下傳參考量測頻道對應之資料速率為12.2 kbps，圖9中的頻道組態下其上傳參考量測頻道對應之資料速率亦為12.2 kbps，這裡的12.2 kbps上傳或下傳參考量測頻道即是大多數用戶設備的發射或接收認證測試會特別用到的測試頻道組態，若需3GPP有關此部份的資料可參考文獻[12]。

非同步基地台擷取
W-CDMA以外的CDMA系統使用全球定位系統(GPS)來進行與收發基地台間的精確同步，如此一來在擷取基地台以及進行基地台間之越區切換時就變得十分的方便了，特別是IS-95收發基地台使用的變頻碼，短PN(pseudonoise)碼對於同樣的信號碼有不同版本獨特的延遲時間。一個具有時間延遲的PN碼由統計上看來像是一個獨立的信號碼，所以對每一個收發基地台可以利用一個間單的時間差量測來進行識別，而不需要去搜尋很多組複雜的信號碼。另外軟式越區切換也由於所有的收發基地台的框架時間都是接近於同步的而可以有效的簡化。然而為了使用這項技術來簡化用戶設備的運作時，需要額外的GPS同步化以及所有細胞基地台信號碼的時間差規劃才能夠保證不會有任何PN碼因為傳遞延遲而與其他PN碼造成混淆。設計W-CDMA系統時的其中一項目標便是要移除對GPS同步化的需求，而去除了對GPS的依賴之後，系統便具有在GPS尚無法使用地區使用的潛力，譬如說大樓裡的地下室或是暫時性的建築物中，W-CDMA運用了數種技術來完成這個非同步的細胞基地台運作。

首先是W-CDMA系統中的變頻碼為黃金碼(Gold code)而非PN碼，在W-CDMA系統中，黃金碼是獨一無二的而不是同一個信號碼的時間差，因此便不需要細胞基地台的精確時間同步，然而在分散的細胞基地台共使用了512個獨特的黃金碼，所以用戶設備必須要搜尋相當數量的變頻碼，而不是僅去搜尋某一個特定信號碼的時間差，為了能有效進行這個動作，在S-SCH頻道上的SSC被運用來指示用戶設備在64組黃金碼中之一組進行搜尋，而每一組黃金碼代表8個變頻碼(64 x 8 = 512)，然後用戶設備會針對這八個變頻碼一一試著去對BCH進行解碼，而這個用以還原BCH資訊(系統框架數)的能力便可完成整個同步的過程。

非同步基地台軟式越區切換
在CDMA的軟式越區切換(soft handover)時，用戶設備可以同時對數個基地台建立聯繫，而在軟式越區切換時來自各個收發基地台的信號個別相關的而後混和，就此而論，即使某個收發基地站的信號十分微弱到不足以建立無線連結時，仍然有可能做到某種程度的聯繫，由於W-CDMA的收發基地台是在非同步狀況下操作，軟式越區切換會因為收發基地台之間的框架時間並未明確的協調而變得更加複雜，於是用戶設備可能會在合併來自不同收發基地台的框架時遇到困難，為了解決這個問題，W-CDMA用戶設備會去量測源頭收發基地台與目標收發基地台之框架時間的差值，然後用戶設備回報這個框架時間至通訊網路，之後網路會發佈一個框架時間調整命令至目標基地台，於是目標收發基地台便能調整即將發射的DPDCH與DPCCH頻道的框架時間，使得用戶設備可以接收到來自目標收發基地台的信號，其框架時間非常接近源頭收發基地台的信號框架時間，藉著這樣的時間對準機制，用戶設備的接收器便得以同時追蹤來自兩個收發基地台的信號。

註1.在W-CDMA之規範中，行動電話、無線電腦或其他能提供無線連結的設備一律稱之為使用者設備UE(user equipment)。

註2：後文中將介紹的同步頻道為例外。

文獻參考
[1] 3G Market Overview and Technology Basics for cdma2000 and UTRA (ETSI W-CDMA)，Agilent Technologies Wireless R&D Symposium，1999
[2] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Multiplexing and Channel Coding (FDD)，Release 99，3G TS 25.212 (V3.6.0)
[3] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Medium Access Control Protocol Specification，Release 99，3G TS 25.321
[4] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Radio Link Control Protocol Specification，Release 99，3G TS 25.322
[5] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Radio Resource Control Protocol Specification，Release 99，3G TS 25.331
[6] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Radio Interface Protocol Architecture，Release 99，3G TS 25.301
[7] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Physical Layer：Physical Channels and Mapping of Transport Channels onto Physical Channels (FDD)，Release 99，3G TS 25.211(V3.7.0)
[8] HPSK Spreading for 3G，Agilent Technologies Application Note 1335，5968-8438E
[9] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Physical Layer：Spreading and Modulation (FDD)，Release 99，3G TS 25.213(V3.6.0)
[10] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Radio Access Network，Physical Layer：Channel Coding and Multiplexing Examples，Release 99，3G TS 25.944(V3.5.0)
[11] R.N. Braithwaite，"Nonlinear Amplification of CDMA Waveforms: An Analysis of Power Amplifier Gain Errors and Spectral Regrowth"，Proceedings of the 48th IEEE Vehicular Technology Conference(1998)：2160-2166
[12] 3rd Generation Partnership Project：Technical Specification Group Terminal，Terminal Conformance Specification. Radio Transmission and Reception (FDD)，Release 99，3G TS 34.121(V3.5.0)

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