DPCCH - Dedicated Physical Control CHannel (Uplink)

Wie bereits beim DPDCH erklärt wurde, werden zugewiesene Kanäle (dedicated Channel) bei UMTS im Up- und im Downlink unterschiedlich konfiguriert. Im Uplink dürfen die Nutz- und die Steuerdaten der Schicht 1 nichtzeitlich multiplext übertragen werden, da es sonst zu Störsignalen kommen würde, die durch die impulsartige Übertragungscharakteristik während einer DTX-Phase generiert werden. Daher werden im Uplink die Steuer- und Nutzsignale der Schicht 1 parallel über separate Kanäle - also nicht zeitmultiplext auf einem einzelnen DPCH, wie im Downlink - übertragen. Die Nutzdaten werden über den DPDCH und die Steuersignale werden über den DPCCH übertragen.

Abbildung 1: Getrennte Übertragung der Nutz- und Steuerdaten der Schicht 1

Wird jetzt während einer Sprachpause der Nutzkanal auf Null geregelt, so werden nachwievor die Steuerdaten des DPCCHs kontinuierlich übertragen - es entsteht keine impulsartige Übertragung (siehe beim DPDCH).

Schicht 1 Steuernachrichten im Uplink

Im Uplink werden die gleichen Steuersignale wie im Downlink (TPC, TFCI und Pilotbits) verwendet, zusätzlich verwendet das UMTS-Handy auch noch FBI-Bits (FeedBack Information), um die STTD-Diversität (Space Time Transmit Diversity)  unterstützen zu können. Das Rahmenformat des DPCCH besteht immer aus 10 Bit:

Abbildung1: DPCCH Rahmenaufbau

TPC-Bits - Transmit Power Control

Mit Hilfe der TPC-Bits teilt das UMTS-Handy der Node B mit, ob sie ihre Sendeleistung hinauf- oder herunterregeln soll. Die Stufenvariation beträgt für die Node B im Downlink standardmäßig +/-1dB, kann aber auch auf +/-0,5dB konfiguriert werden. Ist das TPC-Bit auf "0" gesetzt, dann sendet die Node B im nächsten Zeitschlitz mit einer um 1dB (bzw. 0,5dB) reduzierten Leistung. Ist das TPC-Bit auf "1" gesetzt, dann sendet die Node B beim nächsten Zeitschlitz mit 1dB (bzw. 0,5dB) mehr Leistung. Interessanterweise gibt es kein neutrales Element, das die Node B anweisen könnte, ihre Sendeleistung konstant zu halten. Die Konsequenz ist, die Sendeleistung der Node B variiert mit jedem Zeitschlitz - also alle 667µs. Es können 1 oder zwei TPC-Bits - abhängig vom Zeitschlitzformat - übertragen werden, wobei der Wert "0" oder "1" (reduzieren oder erhöhen) entsprechend wiederholt wird, falls das ZEitschlitzformat 2 TPC-Bits erforderlich macht.

TFCI-Bits - Transport Format Combination Indicator

Die TFCI-Bits informieren die Node B in welchem Format die Daten vom Handy ausgesendet werden. Das ist deswegen sehr wichtig, da UMTS eine große Vielfalt zur Verfügung stellt, wie die verschiedenen Nachrichten miteinander kombiniert und für die Funkschnittstelle aufbereitet werden können, und die Node B nur mit dieser TFCI-Information das Empfangssignal wieder richtig umsetzen kann. Die Anzahl der TFCI-Bits hängt von der Übertragungsrate, von der Diensttype und davon ab, ob Compressed-Mode gerade verwendet wird oder nicht.

Pilotbits

Je nach Zeitschlitzformat werden zwischen 3 und 8 Pilotbits pro Zeitschlitz gesendet. Die Pilotbits dienen dem Empfänger zur Kanalabschätzung.

Tabelle 1: Pilotbits-Verteilung im Uplink

FBI - FeedBack Information

Die FBI-Bits werden für die Ausregelung der STTD-Diversität benötigt und können aus 0 bis 2 Bits bestehen. Mit den FBI-Bits kann das UMTS-Handy die Node B veranlassen, gewisse Variationen bezüglich der zeitlichen Abstimmung zwischen Sendeantenne 1 und Sendeantenne 2 durchzuführen. Dies ist notwendig, da je nach Aufenthaltslage des UMTS-Handys in der Zelle auch die Sendesignale der zwei Node B (Main-Signal und Diversity-Signal) unterschiedliche Phasenlage zueinander aufweisen. Diese Phasenlage lässt sich mit Hilfe der FBI-Bits ausregeln.

Definierte Zeitschlitzformate des DPCCH

Der DPCCH hat immer eine Datenrate von 15kbit/s und wird immer im Imaginärzweig übertragen (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2). Im Fall einer Multicodeübertragung wird nur ein DPCCH benötigt, der somit für die anderen DPDCHs der Multicodeübertragung gültig ist. Der DPCCH steuert nämlich nicht die Dienstsignale sondern die Funkübertragungsstrecke. Die Abbildung 2 zeigt z.B. eine 2Mbit/s-Übertragung mit 6 DPDCHs und einem DPDCH:

Abbildung 2: Multicodeübertragung von 6 DPDCHs und 1 DPCCH

Normalbetrieb ohne Compressed Mode

Tabelle 2: Zeitschlitzformate ohne Compressed-Mode Betrieb

Compressed Mode

Der Compressed Mode dient zur Schaffung von Übertragungspausen, in denen das UMTS-Handy Frequenzen von anderen Zellschichten oder GSM-Netzen scannen kann. Im Compressed Mode werden nicht alle 15 Zeitschlitze eines Zeitrahmens genutzt, wodurch während der nicht genutzten Zeitschlitzen die Elektronik des Handys Frequenzscans durchführen kann. Der Compressed Mode kann die verlorene Zeit für Datenübertragung durch Datenratenanhebung kompensieren, sofern dies notwendig ist, wie z.B. bei Echtzeitdiensten. Für Nichtechtzeitdienste wird die Datenrate im Allgemeinen nicht angehoben, da dies für den Dienst nicht von Belang ist - es entsteht nur eine ganz kurze Unterbrechung der Übertragung, was z.B. beim Internetsurfen absolut egal ist.

Tabelle 3: Zeitschlitzformat bei Compressed-Mode ohne Datenratenerhöhung

Tabelle 4: Zeitschlitzformat bei Compressed-Mode mit Datenratenerhöhung

Timing des DPCCH

Die Zeitrahmen des DPDCHs und des DPCCHs werden je nach Entfernung des UMTS-Handys von der Node B um bis zu 1024 Chips (+/-148) zeitlich verschoben ausgestrahlt, um die Laufzeiten zu kompensieren. Eine zeitliche Differenz von 1024 Chips (1 Chip ~ 0,26µs ~ 78m) entspricht einer Entfernung von 80km.