現代移動通信網絡技術（7）孫友偉張曉燕暢志賢編著7.1概述

7.2

TD-SCDMA系統的無線接口

7.3物理層的主要工作過程

7.4

TD-SCDMA系統的關鍵技術

第7章TD-SCDMA系統組網技術現代移動通信網絡技術27.1.1

TD-SCDMA提出的背景與演進過程

7.1.2

TD-SCDMA系統的特點

7.1概述現代移動通信網絡技術3前言TD-SCDMA是世界上第一個采用時分雙工（TDD）方式和智能天線技術的公眾陸地移動通信系統，也是唯一采用同步CDMA（SCDMA）技術和低碼片速率（LCR）的第三代移動通信系統，同時采用了多用戶檢測、軟件無線電、接力切換等一系列高新技術。TD-SCDMA標準被3GPP接納，包含在R4版本中。時分雙工公眾陸地移動通信系統空中接口的工作方式有時分雙工TDD和頻分雙工FDD兩種。TDD是指上行和下行的傳輸使用同一頻帶的雙工方式，上下行需要根據時間進行切換，物理層的時隙被分為發送和接收兩部分。FDD是指上行和下行的傳輸使用分離的兩個對稱的頻帶的雙工方式，系統需根據對稱性頻帶進行劃分。TDD和FDD如圖4-11所示。時分雙工圖4-11TDD和FDD時分雙工TD-SCDMA系統采用TDD模式，TDD模式帶來如下優勢：頻譜靈活性：不需要成對的頻譜，可以利用FDD無法利用的不對稱頻譜，結合TD-SCDMA系統的低碼片速率特點，在頻譜利用上可以作到‘見縫插針’，只要有一個載波的頻段就可以使用，從而能夠靈活有效的利用現有的頻率資源,目前移動通信系統面臨的一個重大的問題就是頻譜資源的極度緊張，在這種條件下，要找到符合要求的對稱頻段是非常困難的，因此TDD模式在頻率資源緊張的今天受到特別的重視；時分雙工更高的頻譜利用率：TD-SCDMA系統可以在帶寬為1.6MHz的單載波上提供高達2Mbps的數據業務和48路話音通信，使單一基站支持的用戶數多，系統建網及服務費用降低；時分雙工支持不對稱數據業務：TDD可以根據上下行業務量來自適應調整上下行時隙個數，對于IP型的數據業務比例越來越大的今天特別重要，而FDD系統一建立通信就將分配到一對頻率以分別支持上下行業務，在不對稱業務中，當上下業務不對稱時存在浪費，使得FDD頻率利用率顯著降低,盡管FDD系統也可以用不同寬度的頻段來支持不對稱業務，但一般組網分配時頻段相對固定，不可能靈活使用（例如下行頻段比上行頻段寬一倍）；時分雙工有利于采用新技術：上下行鏈路用相同的頻率，其傳播特性相同，功率控制要求降低，利于采用智能天線、預RAKE等新技術；成本低：無收發隔離的要求，可以使用單片IC來實現RF收發信機。時分雙工當然，TDD模式也有一些缺點。一方面，TDD方式對定時和同步要求很嚴格，上下行之間需要保護時隙，同時對高速移動環境的支持也不如FDD方式；另一方面，TDD信號為脈沖突發形式，采用不連續發射（DTX），因此發射信號的峰-均功率比值較大，導致帶外輻射較大，對RF實現提出了較高要求。TD-SCDMA系統中采用智能天線技術的解決方案，這些問題基本得到可以克服。可以說，TDD模式適合使用智能天線技術，智能天線技術又克服了TDD模式的缺點，兩者是珠聯璧合、相得益彰。7.1.1

TD-SCDMA提出的背景與演進過程自主的知識產權，可以避免西方國家的技術壁壘TD-SCDMA的發展，可以拉動上下游經濟TD-SCDMA可以保障國家的通信安全TD-SCDMA可以保證技術的可持續性發展現代移動通信網絡技術12ITU3G標準化組織

日本韓國中國美國歐洲美國WCDMATD-SCDMACDMA2000TD-SCDMA標準發展歷程1998年6月30日TD-SCDMA提交到ITU1999年12月TD-SCDMA開始與UTRATDD在3GPP融合2001年3月TD-SCDMA寫入3GPPR4系列規范2002年10月中國為TDD分配155MHz頻率

1999年11月TD-SCDMA寫入ITU-RM.14572000年5月被WARC正式采納19981999200020012002郵電部批準中國提交TD-SCDMA標準1998年1月TD-SCDMA發展歷程到目前為止，TD-SCDMA的發展歷程大致可以分為如下五個階段：（1）準備階段：從1995年到1998年6月。該階段開始于1995年以電信科學技術研究院李世鶴博士等為首的一批科研人員承擔了國家九五重大科技攻關項目基于SCDMA的無線本地環路（WLL）系統研制，項目于1997年底通過國家驗收，后獲國家科技進步一等獎。TD-SCDMA發展歷程原郵電部批準在此基礎上按照ITU對第三代移動通信系統的要求形成我國TD-SCDMA第三代移動通信系統RTT標準的初稿，1998年6月底由電信科學技術研究院（CATT）代表我國向ITU正式提交了TD-SCDMA標準草案。TD-SCDMA發展歷程（2）標準確立階段：1998年6月到2006年1月。該階段從TD-SCDMA第三代移動通信系統RTT標準的初稿提交開始，ITU于1998年11月通過TD-SCDMA成為ITU的10個公眾陸地第三代移動通信系統候選標準之一；1999年11月，在芬蘭赫爾辛基的國際電信聯盟會議上，寫入ITU建議ITU-RM.1457中；TD-SCDMA發展歷程2000年5月伊斯坦布爾WARC會議上TD-SCDMA正式成為國際第三代移動通信系統；2001年3月寫入3GPPR4中；由于TD-SCDMA的獨特技術特點和優勢，與歐洲、日本提出的WCDMA、美國提出的CDMA2000并列為國際公認的第三代移動通信系統3大主流標準之一。2006年1月，MII頒布TD-SCDMA為我國通信行業標準。TD-SCDMA發展歷程（3）技術驗證與測試階段：2002年5月到2005年6月。2002年5月，TD-SCDMA通過Mnet第一階段測試；2003年7月，世界首次TD-SCDMA手持電話演示；2004年5月，TD-SCDMAMnet外場測試進入第二階段，11月順利通過試驗；2005年6月，TD-SCDMA產業化專項測試結束。TD-SCDMA發展歷程（4）產業化階段：2000年12月至2005年4月。2000年12月TD-SCDMA技術論壇成立；2002年10月，國家公布3G頻譜方案，TD-SCDMA獲強力支持，獲得155MHz頻譜；2002年10月，TD-SCDMA產業聯盟成立；2003年6月，TD-SCDMA論壇加入3GPP，TD-SCDMA國際論壇在北京成立；2003年9月，國家啟動了共7億人民幣的TD-SCDMA研發經費，這是僅次于航天工程的專項科研經費，再一次體現了國家對TD-SCDMA的堅定支持；2005年4月，TD-SCDMA國際峰會成功舉行。TD-SCDMA發展歷程（5）商用進程階段：2004年3月至今。2004年3月，大唐移動推出全球第一款TD-SCDMALCR手機，長期制約TD-SCDMA商用進程的終端瓶頸被打破；2004年8月，天碁科技、展迅通訊、凱明、重郵等相繼推出TD-SCDMA終端芯片，TD-SCDMA商用終端開發獲得歷史性進展；2004年11月，成功打通全網絡電話；2005年1月，大唐移動TD-SCDMA數據卡率先實現384kbit/s數據業務演示；TD-SCDMA發展歷程2005年4月，天碁科技率先發布了支持384kbit/s數據傳輸的TD-SCDMA和GSM雙模終端的商用芯片組；2006年3月至12月，北京、上海、青島、保定、廈門建設TD-SCDMA規模試驗網；2006年12月至今，后續試驗網擴容和放號等相關工作正按部委統一規劃有序進行，全國10大城市建設了TD-SCDMA試商用網。TD-SCDMA發展歷程另外，TD-SCDMA又可以分為兩個發展階段：TSM（TD-SCDMAOverGSM）階段，此時TD-SCDMA是基于GSM核心網的；LCR（LowChipRate）階段，此時TD-SCDMA是基于WCDMA核心網的。185019001950200020502100215022002250ITU1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHz1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000IMT20002110MHz2170MHzMSSMSS中國移動1920MHzTDD中國三大運營商獲得的3G頻譜（2009年01月）TDDFDD1935MHzFDD2125MHzFDDFDD2130MHz2145MHz1940MHz1955MHz中國電信中國聯通R99/4R5R6R7R8R9(?)WLANI/WMBMSHSUPAHSPA+LTE/SAELTE+(?)IMSHSDPA2000200420072010LTEV12008.12UTRANLong-TermEvolution(LTE)(2004.11)★★IMT-Advanced?2010.10★Release99/4Release5/6/7

LTETDDLTETDD的標準化和LTEFDD完全同步進行中移動、Ericsson、Nokia、Samsung、MOTO等公司積極參與在LTE、UMB、16M中，LTE進度最快，技術最完善，市場前景最大TD-SCDMA的未來演進產業化標準化7.1.2

TD-SCDMA系統的特點TD-SCDMA—TimeDivision-SynchronizationCodeDivisionMultipleAccess:時分同步碼分多址。現代移動通信網絡技術26什么是TD-SCDMA?TD-SCDMA基本參數TD-SCDMA基本參數-28-TD:時分雙工；S：軟件無線電；同步；智能天線；CDMA：碼分多址多址方式：時分多址、碼分多址、頻分多址、空分多址頻段：1880~1920MHz，2010~2025MHz

，2300~2400MHz載頻間隔：1.6MHz碼片速率：1.28Mchip/s7.1.2

TD-SCDMA系統的特點7.1.2

TD-SCDMA系統的特點（1）頻譜靈活性和支持蜂窩網的能力（2）高頻譜利用率適用于人口密集的大、中城市傳輸對稱與非對稱業務，尤其適合于移動Internet業務。（3）適用于多種使用環境TD-SCDMA系統全面滿足ITU的要求，適用于多種環境。（4）設備成本低具有我國自主的知識產權，在網絡規劃、系統設計、工程建設以及為國內運營商提供長期技術支持和技術服務等方面帶來方便，可大大節省系統建設投資和運營的成本。現代移動通信網絡技術293種主流TD-SCDMA系統的特點現代移動通信網絡技術30

標準性能WCDMATD-SCDMACDMA2000載波間隔5MHz1.6MHz1.25MHz碼片速率3.84Mc/s1.28Mc/s1.2288Mc/s幀長10ms10ms（兩個子幀）20ms基站同步不需要需要需要，典型方法是GPS功率控制快速功控：上、下行1500Hz0～200Hz反向：800Hz；前向：慢速、快速功控下行發射分集支持支持支持頻率間切換支持，可用壓縮模式進行測量支持，可用空閑時隙進行測量支持檢測方式相干解調聯合檢測相干解調信道估計公共導頻DwPCHUpPCHMidamble前向、反向導頻編碼方式卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼TD-SCDMA主要特點由于TD-SCDMA的獨特技術特點和優勢，才使得它成為第三代移動通信系統的主流標準。下面分析這些特點和優勢。1）TDD模式上下行無需成對的有雙工間隙的頻段，可用于不成對的零碎頻段；可變切換點技術提供業務和無線資源的最佳適配，頻譜效率得到了提高；上下行使用相同的載頻，無線傳播是對稱的，最適合于智能天線技術的實現。TD-SCDMA主要特點2）低碼片速率TD-SCDMA系統的碼片速率為1.28Mcps，僅為高碼片速率3.84Mcps的1/3，接收機接收信號采樣后的數字信號處理量大大降低，從而降低系統設備成本，適合采用軟件無線電技術，還可以在目前DSP的處理能力允許和成本可接受的條件下用智能天線、多用戶檢測、MIMO等新技術來降低干擾、提高容量。另外，低碼片速率也提高了頻譜利用率、使頻率使用靈活。TD-SCDMA主要特點3）采用了智能天線、上行同步、聯合檢測等新技術因為TD-SCDMA系統的TDD模式可以利用上下行信道的互易（或互惠）性，即基站對上行信道估計的信道參數可以用于智能天線的下行波束成型，這樣相對于FDD模式的系統，智能天線技術比較容易實現。TD-SCDMA系統的低碼片速率使得基帶信號處理量比WCDMA系統大大降低，這樣目前的DSP技術可以較好的支持在TD-SCDMA系統中采用智能天線技術。TD-SCDMA主要特點由于TD-SCDMA系統中采用智能天線技術，使得TDD模式的缺點，比如接收靈敏度低、主要適合于低速移動環境、僅支持半徑較小的小區等可以克服。采用智能天線后可以讓TD-SCDMA系統的所有碼道同時利用，這樣克服了低碼片速率支持的信息傳輸速率較低的問題。采用智能天線后可以實現單基站對移動臺準確定位，從而接力切換可以實現。TD-SCDMA主要特點TD-SCDMA系統的幀結構中專門設置了一個特殊時隙UpPTS，這樣保證了上行同步的很好實現，由于系統上行同步，大大降低了系統的干擾，解決了CDMA系統上行容量受限的難題。采用智能天線技術仍然在多徑高速移動環境下的性能方面不太理想，結合聯合檢測技術的智能天線使TD-SCDMA系統在快衰落情況下的性能進一步得到改善，從而使TD-SCDMA系統成為目前頻譜效率最高的公眾陸地移動通信系統。可以說TD-SCDMA系統是一個以智能天線為中心的第三代移動通信系統。TD-SCDMA主要特點4）適合軟件無線電的應用由于TD-SCDMA系統的TDD模式和低碼片速率的特點，使得數字信號處理量大大降低，適合采用軟件無線電技術。所謂軟件無線電技術就是在通用芯片上用軟件實現專用芯片的功能。軟件無線電的優勢主要有：可克服微電子技術的不足，通過軟件方式，靈活完成硬件/專用ASIC的功能，在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現不同的業務性能；TD-SCDMA主要特點系統增加功能通過軟件升級來實現，具有良好的靈活性及可編程性，對環境的適應性好，不會老化；可代替昂貴的硬件電路，實現復雜的功能，減少用戶設備費用支出。正是因為軟件無線電的優勢，使得TD-SCDMA系統在發展相對WCDMA和CDMA2000滯后的情況下，采用軟件無線電技術，成功完成了試驗樣機和初步商用產品的開發，給TD-SCDMA的發展贏得了時間空間。7.2.1概述

7.2.2

TD-SCDMA系統的多址技術

7.2.3物理信道

7.2.4傳輸信道到物理信道的映射

7.2.5傳輸信道編碼與復用

7.2

TD-SCDMA系統的無線接口現代移動通信網絡技術387.2.1概述空中接口是指終端（UE）和接入網（UTRAN）之間的接口，簡稱Uu接口，通常我們也稱之為無線接口。無線接口協議主要是用來建立、重配置和釋放各種3G無線承載業務的，不同的空中接口協議使用各自的無線傳輸技術（RTT）。由于TS-SCDMA標準源于3GPP標準，其高層結構及功能與WCDMA相同，包括核心網絡結構及Iu、Iub、Iur等多種接口。而空中接口物理層不一致.現代移動通信網絡技術39空中接口協議結構在TD-SCDMA系統中，Uu接口的第二和第三層是3GPP和CWTS融合后的標準，它既支持3GPP的FDD和TDD系統，也能支持TD-SCDMA系統。1）空中接口協議結構Uu空中接口包括：L1（物理層），L2（鏈路層）和L3（網絡層），如圖4-1所示。空中接口協議結構圖4-1空中接口協議結構TD-SCDMA網絡結構圖RNSRNSNodeBNodeBNodeBNodeBRNCCNRNC

IuIuIur

IubIubIubIubUEUu7.2.2

TD-SCDMA系統的多址技術多址方式：時分多址、碼分多址、頻分多址、空分多址采用不需配對頻率的TDD（時分雙工）工作方式頻段：1880~1920MHz，2010~2025MHz

，2300~2400MHz下行（前向鏈路）和上行（反向鏈路）信息是在同一載頻的不同時隙上進行傳送的。載頻間隔：1.6MHz碼片速率：1.28Mchip/s現代移動通信網絡技術43頻分雙工（FDD）：上行頻段和下行頻段分開TDD時分雙工技術時分雙工（TDD）：上行頻段和下行頻段一樣優點無需成對的頻率無需雙工器，簡單的射頻前端有利于非對稱業務傳輸便于實現智能天線缺點峰均比高傳輸距離受到時隙限制終端移動速度受限-45-7.2.2

TD-SCDMA系統的多址技術7.2.3物理信道1．物理信道分層TD-SCDMA的物理信道采用4層結構，包括超幀（系統幀）、無線幀、子幀和時隙/碼。時隙用于在時域和碼域上區分不同的用戶信號，具有TDMA的特性。一個超幀長720ms，由72個無線幀組成，每個無線幀長10ms；TD-SCDMA的幀結構將10ms的無線幀分成2個5ms子幀，每個子幀中有7個常規時隙和3個特殊時隙。現代移動通信網絡技術467.2.3物理信道1．物理信道分層現代移動通信網絡技術47Data352chipsMidamble144chipsGP16Data352chips675s常規時隙－普通時隙突發(Burst)結構業務和信令數據由兩塊組成，每個數據塊分別由352Chips組成；訓練序列(Midamble)由144Chips組成；16Chips為保護；可以進行波束賦形；每個常規時隙由864Chips組成，時長675us；幀結構－訓練序列(Midamble)Midamble144chips112.5s128個基本訓練序列分成32組，以對應32個SYNC-DL碼；每組為4個不同的基本訓練序列，基本訓練序列和擾碼一一對應;訓練序列的作用：上下行信道估計；功率測量；上行同步保持。長144Chips：由長度為128的基本訓練序列生成，基本訓練序列共128個TD-SCDMA物理信道幀結構TDD模式下的物理信道是一個突發信道，在分配到的無線幀中的特定時隙發射。無線幀的分配可以是連續的，即每一幀的相應時隙都可以分配給某物理信道，也可以是不連續的分配，即僅有部分無線幀中的相應時隙分配給該物理信道。一個突發由數據部分、midamble部分和一個保護時隙組成。一個突發的持續時間就是一個時隙。TD-SCDMA物理信道幀結構一個發射機可以同時發射幾個突發，在這種情況下，幾個突發的數據部分必須使用不同OVSF的信道碼，但應使用相同的擾碼。一個突發包括兩個長度為352chips數據塊、一個長為144chips的midamble碼塊和一個長為16chips的保護碼塊間隔，數據塊的總長度為704chips。midamble碼部分必須使用同一個基本midamble碼，但可使用不同的midamble碼。整個系統有128個長度為128chips的基本midamble碼，分成32個碼組，每組4個。TD-SCDMA物理信道幀結構一個小區采用哪組基本midamble碼由基站決定，因此4個基本midamble碼基站是知道的，并且當建立起下行同步之后，移動臺也是知道所使用的基本midamble碼組。NodeB決定本小區將采用這4個基本midamble中的哪一個。一個載波上的所有業務時隙必須采用相同的基本midamble碼。在同一小區同一時隙上的不同用戶所采用的midamble碼由同一個基本的midamble碼經循環移位后而產生。原則上，midamble的發射功率與同一個突發中的數據符號的發射功率相同。TD-SCDMA物理信道幀結構突發的數據部分由信道碼和擾碼共同擴頻。信道碼是一個OVSF碼，擴頻因子可以取1，2，4，8或16，物理信道的數據速率取決于所用的OVSF碼所采用的擴頻因子。突發的midamble部分是一個長為144chips的midamble碼。TD-SCDMA系統中的碼序列除了OVSF擴頻碼外，TD-SCDMA系統需要用到的碼序列還有SYNC-DL、SYNC-UL、基本Midamble碼和擾碼等。SYNC-DL、SYNC-UL和Midamble碼都是直接以碼片速率的形式給出的，不需要進行擴頻。此外，這幾種碼在不同的小區有不同的配置，因此也不需要進行加擾處理。TD-SCDMA系統中的碼序列①下行同步碼（SYNC-DL）在下行導頻時隙（DwPTS）發送出去，長度為64Chips，在整個系統中一共有32個。②上行同步碼（SYNC-UL）在上行導頻時隙（UpPTS）中發送，長度為128Chips，在整個系統中一共有256個。TD-SCDMA系統中的碼序列③基本midamble碼用于信道估計、功率控制測量、上行同步維持、波束賦形和頻率校正。系統共有128個長度為144Chips的基本訓練序列。④擾碼擾碼和基本midamble碼一一對應。TD-SCDMA的碼序列及對應關系如表4-2所示。TD-SCDMA系統中的碼序列表4-2TD-SCDMA的碼序列及對應關系TD-SCDMA系統中的碼序列在TD-SCDMA系統中，一共定義了32個下行同步碼（或稱下行導頻碼）、256個上行同步碼（或稱上行導頻碼）、128個基本midamble碼和128個擾碼。所有這些碼被分成32個碼組，每個碼組由1個下行同步碼、8個上行同步碼、4個基本midamble碼和4個擾碼組成。不同的鄰近小區將使用不同的碼組。對UE來說，只要確定了小區使用的下行同步碼，就能找到訓練序列和擾碼；而上行同步碼是在該小區所用的8個上行同步碼中隨機選擇一個來發送。7.2.3物理信道2．幀結構現代移動通信網絡技術59TD-SCDMA幀結構每幀有兩個上/下行轉換點三個特殊時隙DwPTS，GP，UpPTS七個常規時隙TS0永為下行時隙TS1永為上行時隙TS2-TS6可根據根據用戶需要進行靈活UL/DL配置SystemFrameNumber

5msTS5TS4TS0TS2TS1GPTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675usGPL1144chipsSub-frameRadioframe10msTimeslotTD-SCDMA常規時隙配置TS0永為下行時隙，用作公共控制信道傳輸；TS1永為上行時隙；第一個時隙轉換點在TS0和TS1之間；TS1到TS6之間有5個點，均可以作為第二個時隙轉換點；實際應用中，由于下行數據量大于上行，因此采用3:3，2:4，1:5；2上

4下適合CS+PS業務1上5下適合PS業務，提供少量CS業務DDDDUUUDDDDD3上3下適合CS業務DDDUUUDDDGP(32chips)SYNC-DL(64chips)75s特殊時隙－DwPTS下行導頻時隙用于下行同步和小區初搜；32個不同的SYNC-DL碼，小區搜索時用于區分不同的基站；32個不同的SYNC-DL碼，嚴格定義了不同的碼組；為全向或整個扇區發射，不進行波束賦形；下行導頻時隙由96Chips組成:32用于保護；64用于導頻序列；時長75usGP(32chips)SYNC-UL(128chips)125s特殊時隙－UpPTS上行導頻時隙用于建立上行初始同步和隨機接入；256種不同的SYNC-UL碼，分為32個碼組,每組8個；32個碼組對應32個SYNC-DL碼,即每一基站對應8個確定的SYNC-UL碼；上行導頻時隙由160Chips:其中128用于SYNC-UL，32用于保護；特殊時隙－GP保護時隙GP時隙由96Chips組成，時長75us，用于上下時隙轉換點的隔離保護GP(96chips)75s在小區搜索時，確保DwPTS可靠接收，防止干擾UL工作；在隨機接入時，確保UpPTS可以提前發射，防止干擾DL工作；確定基本的基站覆蓋半徑：Dmax=Δt×c（光速）=96/2/(1.28×106）×c=11.25kmTD-SCDMA物理信道一個物理信道是由頻率、時隙、信道碼和無線幀分配來定義的。建立一個物理信道的同時，也就給出了它的初始結構。物理信道的持續時間可以無限長，也可以是分配所定義的持續時間。物理信道包括：下行導頻時隙（DwPTS）、上行導頻時隙（UpPTS）、專用物理信道（DPCH）、公共物理信道。TD-SCDMA物理信道（1）下行導頻時隙（DwPTS）每個子幀中的DwPTS（SYNC_DL）是為下行導頻和同步而設計的，由NodeB以最大功率在全方向或在某一扇區上發射。這個時隙通常是由長為64chips的SYNC_DL和32chips的保護碼間隔組成，其結構如圖4-3所示。TD-SCDMA物理信道圖4-3DwPTS的突發結構TD-SCDMA物理信道SYNC_DL是一組PN碼，為了方便小區測量的目的，設計的PN碼集用于區分相鄰小區，該PN碼集在蜂窩網絡中可以重復使用。在TD－SCDMA系統中使用獨立DwPTS的原因是：在蜂窩和移動通信環境中解決TD系統的小區搜索問題。當鄰近小區使用相同載頻，用戶終端在小區交匯區域內開機時，DwPTS的特殊設計，使其存在于一個沒有干擾的單獨時隙，因而能夠保證用戶終端快速捕獲下行導頻信號，完成小區搜索過程。TD-SCDMA物理信道（2）上行導頻時隙（UpPTS）每個子幀中的UpPTS（SYNC_UL）是為上行導頻和同步而設計的，當UE處于空中登記和隨機接入狀態時，它將首先發射UpPTS，當得到網絡的應答后，發射RACH。這個時隙通常由長為128chips的SYNC_UL和32chips的保護周期間隔組成，其結構如圖4-4所示。TD-SCDMA物理信道圖4-4UpPTS的突發結構TD-SCDMA物理信道SYNC_UL的內容是一組PN碼集，設計該PN碼是用于在接入過程中區分不同的UE。在TD－SCDMA系統中，UpPTS處于單獨時隙的原因是：當用戶終端在初始發射信號時，其初始發射功率是開環功控確定的，而且初始發射時間是估算的，因而同步和功控都比較粗略。如果此接入信號和其他業務碼道混在一起，會對工作中的業務碼道帶來較大干擾。同時由于UpPTS的使用，基站通過檢測到的UpPTS，可以給出定時提前和功率調整的反饋信息。TD-SCDMA物理信道（3）專用物理信道（DPCH）DCH或在ODMA網絡中的ODCH映射到專用物理信道DPCH。對物理信道數據部分的擴頻包括兩步操作，一是信道碼擴頻，即將每一個數據符號轉換成一些碼片，因而增加了信號的帶寬，一個符號包含的碼片數稱之為擴頻因子（SF）。第二步是加擾處理，即將擾碼加到已被擴頻的信號。DCH下行通常采用智能天線進行波束賦形。TD-SCDMA物理信道下行物理信道采用的擴頻因子為16，多個并行的物理信道可用于支持更高的數據速率，這些并行的物理信道可以采用不同的信道碼同時發射。下行物理信道在提供2Mbps的高速業務時也可以采用SF=1的單碼道傳輸。上行物理信道的擴頻因子可以從1～16之間選擇。對于多碼傳輸，UE在每個時隙最多可以同時使用兩個物理信道（信道碼），這兩個物理信道采用不同的信道碼發射。7.2.4傳輸信道到物理信道的映射1．傳輸信道（1）專用傳輸信道（DCH）專用傳輸信道僅有一種，可用于上/下行鏈路作為承載網絡和特定UE之間的用戶信息或控制信息。此類信道上的信息在某一時刻只發送給單一用戶，因此UE是通過物理信道來識別的。現代移動通信網絡技術737.2.4傳輸信道到物理信道的映射1．傳輸信道（2）公共傳輸信道通常此類信道上的信息是發送給所有用戶或一組用戶的，但是在某一時刻，該信道上的信息也可以針對單一用戶，這時需要用UEID進行識別。①BCH（廣播信道）下行。②PCH（尋呼信道）下行。③FACH（前向接入信道）下行④RACH（隨機接入信道）上行。⑤USCH（上行共享信道）幾個UE共享上行。⑥DSCH（下行共享信道）幾個UE共享的下行。現代移動通信網絡技術747.2.4傳輸信道到物理信道的映射2．物理信道公共物理信道：①主公共控制物理信道（P-CCPCH）②輔助公共控制物理信道（S-CCPCH）③物理隨機接入信道（PRACH）④快速物理接入信道（FPACH）⑤物理上行共享信道（PUSCH）⑥物理下行共享信道（PDSCH）⑦尋呼指示信道（PICH）現代移動通信網絡技術757.2.4傳輸信道到物理信道的映射3．傳輸信道到物理信道的映射現代移動通信網絡技術76傳輸信道物理信道專用傳輸信道DCH專用物理信道(DPCH)廣播信道BCH主公共控制物理信道(P-CCPCH)尋呼信道PCH輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)前向接入FACH輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)隨機接入RACH物理隨機接入信道(PRACH)上行共享USCH物理上行共享信道(PUSCH)下行共享DSCH物理下行共享信道(PDSCH)

下行導頻信道(DwPCH)

上行導頻信道(UpPCH)

尋呼指示信道（PICH）

快速物理接入信道F-PACH7.2.5傳輸信道編碼與復用現代移動通信網絡技術777.2.5傳輸信道編碼與復用（1）差錯檢測通過傳送塊上的循環冗余校驗（CRC，CyclicRedundancyCheck）來實現的。CRC長度為24、16、12、8或0比特，每個傳輸信道使用的CRC長度由高層信令給出，每個傳送塊的CRC校驗比特由整個傳送塊計算得到的。現代移動通信網絡技術787.2.5傳輸信道編碼與復用（2）傳送塊的級聯和碼塊分段在每一個傳輸塊附加上CRC比特后，把一個傳輸時間間隔TTI內的傳輸塊順序級聯起來，如果級聯后的比特序列長度大于最大編碼塊長度Z，則需要進行碼塊分割，分割后的碼塊具有相同的大小。碼塊的最大尺寸將取決于CCTrCH（編碼復合傳輸信道）采用的編碼方式，其具體尺寸為卷積編碼：Z=504；Turbo編碼：Z=5114；無編碼：Z=unlimited。現代移動通信網絡技術797.2.5傳輸信道編碼與復用（3）信道編碼信道編碼是為了接收機能夠檢測和糾正因傳輸媒介帶來的信號誤差，在原數據流中加入適當冗余信息，從而提高數據傳輸的可靠性。TD-SCDMA中，傳輸信道可采用的信道編碼方案有卷積編碼、Turbo編碼、無信道編碼，不同類型的傳輸信道CCTrCH使用不同的編碼方案和碼率。現代移動通信網絡技術807.2.5傳輸信道編碼與復用（4）無線幀尺寸分段和均衡如果傳輸時間間隔大于10ms，那么輸入比特序列將分段，并映射到連續的無線幀上。無線幀尺寸均衡是指對輸入比特序列進行填充，以保證輸出可以分割成具有相同大小設為F的數據段，作用是保證輸入比特序列可以平均分配到相應的無線幀上。現代移動通信網絡技術817.2.5傳輸信道編碼與復用（5）交織交織的作用是克服突發性的錯誤。第一次交織在無線幀分段前，是對無線幀尺寸均衡后的數據流進行的；第二次交織在物理幀分割后進行現代移動通信網絡技術827.2.5傳輸信道編碼與復用（6）速率匹配速率匹配是指傳輸信道上的比特被重復或打孔。一個傳輸信道中的比特數在不同的TTI可以發生變化，而所配置的物理信道容量（或承載比特數）卻是固定的。不同TTI的數據比特發生改變時，為了匹配物理信道的承載能力，輸入序列中的一些比特將被重復或打孔，以確保在傳輸信道復用后總的比特率與所配置的物理信道承載能力相一致。現代移動通信網絡技術837.2.5傳輸信道編碼與復用（7）CCTrCH復用，每10ms間隔，來自每個CCTrCH的無線幀被送到CCTrCH復用模塊中，這些無線幀被連續地復用到一個編碼合成傳輸信道中。（8）物理信道的分段和子幀分段當使用一個以上物理信道時，物理信道分段模塊將比特分配到不同的PhCH中。（9）物理信道映射子幀分段單元輸出的比特流被映射到該子幀時隙的碼道上即為物理信道映射。現代移動通信網絡技術847.3.1功率控制

7.3.2上行同步

7.3.3小區搜索

7.3.4隨機接入過程

7.3物理層的主要工作過程現代移動通信網絡技術857.3.1功率控制功率控制可降低小區內和小區間的干擾。現代移動通信網絡技術86上行下行功率控制速率可變，閉環：0～200次/秒；開環：延時大約200～3575us可變；閉環：0～200次/秒步長1dB,2dB,3dB（閉環）1dB,2dB,3dB（閉環）7.3.1功率控制1．上行控制系統將通過高層信令指示一個上行發射功率的最大允許值，這個值應低于由UE功率等級確定的最大功率值。上行功率控制目標：使總的上行發射功率不得超過這個最大值。閉環功率控制，功率調整的動態范圍為80dB，功率控制步長可取1dB，2dB，3dB。通話過程中閉環功控始終控制終端的發射功率保持在合理的水平上。基站根據RNC設定的信道信噪比目標值與接收信號的信噪比進行比較來產生功控指令符號，通知終端增加或降低一個步長的發射功率。現代移動通信網絡技術877.3.1功率控制2．下行控制同理，下行基站的總發射功率也不能超過高層信令確定的最大允許發射功率。下行專用信道的初始發射功率通過高層信令確定。初始發送后，基站也進入閉環功控進程。終端根據收到的信號的信噪比與設定的業務目標信噪比進行比較來產生功控指令符號，通知基站增加或降低一個步長的發射功率。現代移動通信網絡技術887.3.2上行同步上行同步即要求來自不同距離的不同用戶終端的上行信號能同步到達基站。現代移動通信網絡技術89上行同步的必要性A用戶B用戶C用戶上行時隙下行時隙A用戶B用戶C用戶上行時隙下行時隙上行時隙下行時隙下行時隙下行時隙下行時隙上下行時隙碰撞_干擾用戶間上行正交性消失——干擾到達時間7.3.2上行同步現代移動通信網絡技術90上行同步實現同步的建立；同步的動態保持；實時閉環同步的精確跟蹤控制。上行同步在TD-SCDMA系統中，下行鏈路總是同步的。所以一般所說同步CDMA都是指上行同步，即要求來自不同距離的不同用戶終端的上行信號能夠同步到達基站。所謂上行同步就是上行鏈路各終端的信號在基站解調器完全同步，即同一時隙不同用戶的信號同步到達基站接收機。在TD-SCDMA中用軟件和幀結構設計來實現嚴格的上行同步，是一個同步的CDMA系統。上行同步通過上行同步，可以讓使用正交擴頻碼的各個碼道在解擴時完全正交，相互間不會產生多址干擾，克服了異步CDMA多址技術由于每個移動終端發射的碼道信號到達基站的時間不同，造成碼道非正交所帶來的干擾，大大提高了CDMA系統容量，提高了頻譜利用率，還可以簡化硬件，降低成本。上行同步過程如圖4-12所示。上行同步圖4-12上行同步過程上行同步（1）上行同步的建立（初始同步） 第一步：上行同步的準備（下行同步）正象有關小區搜索過程的文獻所描述的那樣，UE開機之后，它必須首先與小區建立下行同步。只有建立了下行同步，UE才能開始建立上行同步。

上行同步 第二步：開、閉環上行同步盡管UE可以從NodeB接收到下行同步信號，但到NodeB的距離還是一個未知數，導致UE的上行發射不能同步到達NodeB。因此為了減小對常規時隙的干擾，上行信道的首次發送在UpPTS這個特殊時隙進行，SYNC_UL突發的發射時刻可通過對接收到的DwPTS和/或P-CCPCH的功率估計來確定。上行同步 在搜索窗內通過對SYNC_UL序列的檢測，NodeB可估計出接收功率和時間，然后向UE發送反饋信息,調整下次發射的發射功率和發射時間，以便建立上行同步。在以后的4個子幀內，NodeB將向UE發射調整信息（用F-PACH里的一個單一子幀消息）。上行同步過程，通常用于系統的隨機接入和切換過程中用于建立UE和基站之間的初始同步，也可以用于當系統失去上行同步時的再同步。上行同步 （2）上行同步的保持可以利用每一個上行突發中的midamble碼來保持上行同步。在每一個上行時隙中，各個UE的midamble碼是不相同。NodeB可以在同一個時隙通過測量每個UE的midamble碼來估計UE的發射功率和發射時間偏移，然后在下一個可用的下行時隙中發射同步偏移（SS）命令和功率控制（PC）命令，以使UE可以根據這些命令分別適當調整它的Tx時間和功率。這些過程保證了上行同步的穩定性，可以在一個TDD子幀檢查一次上行同步。上行同步 上行同步的調整步長是可配置和再設置的，取范圍為1/8～1chip持續時間。上行同步的更新有三種可能情況：增加一個步長，減少一個步長，不變。（3）NodeB和UE之間距離的估算上行同步要求UE超前一個時間（2*）發射信號，這個時間與UE到NodeB之間的距離有關。顯然，UE到NodeB之間的距離可以通過已知的時間偏移用下式估計出來：

（C為光速）7.3.1功率控制

7.3.2上行同步

7.3.3小區搜索

7.3.4隨機接入過程

7.3物理層的主要工作過程現代移動通信網絡技術997.3.3小區搜索在初始小區搜索中，UE搜索到一個小區，并檢測其所發射的DwPTS后，建立下行同步，獲得小區擾碼和基本midamble碼，控制復幀同步，然后讀取BCH信息。第一步：搜索DwPTS第二步：識別擾碼和基本midamble碼第三步：控制復幀同步第四步：讀BCH信息現代移動通信網絡技術100小區搜索過程小區搜索利用DwPTS和BCH進行。在初始小區搜索中，UE搜索到一個小區，建立DwPTS同步，獲得擾碼和基本midamble碼，控制復幀同步，然后讀取BCH信息。小區搜索過程小區搜索過程小區搜索按以下步驟進行：1）第一步:搜索DwPTS在第一步中，UE利用DwPTS中SYNC_DL得到與某一小區的DwPTS同步，這一步通常是通過一個或多個匹配濾波器（或類似的裝置）與接收到的從PN序列中選出來的SYNC_DL進行匹配實現。為實現這一步，可使用一個或多個匹配濾波器（或類似裝置）。在這一步中，UE必須要識別出在該小區可能要使用的32個SYNC_DL中的哪一個SYNC_DL被使用。小區搜索過程2）第二步:識別擾碼和基本midamble碼在初始小區搜索的第二步，UE接收到P-CCPCH上的midamble碼，DwPTS緊隨在P-CCPCH之后。在TD-SCDMA系統中，每個DwPTS對應一組4個不同的基本midamble碼，因此共有128個基本midamble碼且互不重疊。基本midamble碼的序號除以4就是SYNC_DL碼的序號。小區搜索過程因此說32個SYNC_DL和P-CCPCH32個基本midamble碼組一一對應（也就是說，一旦SYNC_DL確定之后，UE也就知道了該小區采用了哪4個基本midamble碼），這時UE可以采用試探法和錯誤排除法確定P-CCPCH到底采用了哪個基本midamble碼。在一幀中使用相同的基本midamble碼。由于每個基本midamble碼與擾碼是相對應的，知道了基本midamble碼也就知道了擾碼。根據確認的結果，UE可以進行下一步或返回到第一步。小區搜索過程3）第三步：控制復幀同步在第三步中，UE搜索在P-CCPCH里的BCH的復幀MIB（MasterIndicationBlock），它由經過QPSK調制的DwPTS的相位序列（相對于在P-CCPCH上的midamble碼）來標識。控制復幀由調制在DwPTS上的QPSK符號序列來定位。[n]個連續的DwPTS足以可以檢測出目前MIB在控制復幀中的位置。根據為了確定正確的midamble碼所進行的控制復幀同步的結果，UE可決定是否執行下一步或回到第二步。小區搜索過程4）第四步：讀BCH信息在第四步，UE讀取被搜索到小區的一個或多個BCH上的（全）廣播信息，根據讀取的結果，UE可決定是回到以上的幾步還是完成初始小區搜索。小區搜索過程確定了P-CCPCH信道后，UE將按高層的規劃信息在P-CCPCH上讀取完整的系統信息廣播，根據系統消息中給出的接入層和非接入層信息，來確定是否最終選擇當前小區作為服務小區。至此，小區搜索過程結束。UE讀取被搜索到小區的一個或多個BCH上的（全）廣播信息，如果出現不能完全解碼BCCH的情況，意味著此步失敗，小區搜索過程將根據情況回到前幾步。7.3.4隨機接入過程1．隨機接入準備當UE處于空閑模式時，它將保持下行同步，并讀取小區廣播信息。UE需要在UpPCH發射之前對關于隨機接入的BCH信息進行解碼。現代移動通信網絡技術109隨機接入過程1）隨機接入準備當UE處于空閑模式下，它將維持下行同步并讀取小區廣播信息。從該小區所用到的DwPTS，UE可以得到為隨機接入而分配給UpPTS物理信道的8個SYNC_UL碼（特征信號）的碼集，一共有256個不同的SYNC_UL碼序列，其序號除以8就是DwPTS中的SYNC_DL的序號。從小區廣播信息中UE可以知道碼集中的哪個SYNC_UL將被使用，并且還可以知道P-RACH信道的詳細情況（采用的碼、擴頻因子、midamble碼和時隙）及F-PACH信道的詳細信息（采用的碼、擴頻因子、midamble碼和時隙）和其它與隨機接入有關的信息。1）隨機接入準備在BCH所含的信息中，還包括了SYNC_UL與F-PACH資源、F-PACH與P-RACH資源、P-RACH資源與（P/S）-CCPCH（承載FACH邏輯信道）資源的相互關系。因此，當UE發送SYNC_UL序列時，它就知道了接入時所使用的F-PACH資源，P-RACH資源和CCPCH資源。2）隨機接入過程在UpPTS中緊隨保護時隙之后的SYNC_UL序列僅用于上行同步，UE從它要接入的小區所采用的8個可能的SYNCUL碼中隨機選擇一個，并在UpPTS物理信道上將它發送到基站。然后UE確定UpPTS的發射時間和功率（開環過程），以便在UpPTS物理信道上發射選定的特征碼。2）隨機接入過程一旦NodeB檢測到來自UE的UpPTS信息，那么它到達的時間和接收功率也就知道了。NodeB確定發射功率更新和定時調整的指令，并在以后的4個子幀內通過F-PACH（在一個突發/子幀消息）將它發送給UE。注意F-PACH中也包含用于UE進行交叉檢測的特征碼信息和相對幀號（接收到被確認的特征碼之后的幀號）。2）隨機接入過程一旦當UE從選定的F-PACH（與所選特征碼對應的F-PACH）中收到上述控制信息時，表明NodeB已經收到了UpPTS序列。然后，UE將調整發射時間和功率，并確保在接下來的兩幀后，在對應于F-PACH的P-RACH信道上發送RACH。在這一步，UE發送到NodeB的RACH將具有較高的同步精度。之后，UE將會在對應于P-RACH的CCPCH的信道上接收到來自網絡的響應，指示UE發出的隨機接入是否被接受，如果被接受，將在網絡分配的UL及DL專用信道上通過FACH建立起上下行鏈路。2）隨機接入過程在利用分配的資源發送信息之前，UE可以發送第二個UpPTS并等待來自F-PACH的響應，從而可得到下一步的發射功率和SS的更新指令。3）隨機接入（沖突）處理在有可能發生碰撞的情況下，或在較差的傳播環境中，NodeB不發射F-PACH，也不能接收SYNC_UL，也就是說，在這種情況下，UE就得不到NodeB的任何響應。因此UE必須通過新的測量，來調整發射時間和發射功率，并在經過一個隨機延時后重新發射SYNC_UL。注意，每次（重）發射，UE都將重新隨機地選擇SYNC_UL突發，這種兩步方案使得碰撞最可能在UpPTS上發生，即RACH資源單元幾乎不會發生碰撞，這也保證了在同一個UL時隙中可同時對RACHs和常規業務進行處理。7.4.1聯合檢測技術

7.4.2接力切換

7.4.3動態信道分配

7.4.4軟件無線電

7.4.5智能天線

7.4

TD-SCDMA系統的關鍵技術現代移動通信網絡技術1187.4.1聯合檢測技術對于CDMA系統，必然存在多址干擾（MAI，MultipleAccessInterference）和碼間干擾（ISI，InetrSymbolInterference）傳統的CDMA檢測算法，即Rake接收，把MAI當做噪聲來處理，分離地檢測各個用戶的信號，導致系統容量下降。在MAI里有許多先驗信息，如確知的用戶擴譜序列等，如果能利用與ISI和MAI相關的先驗信息，在一步之內將所有用戶的信號分離出來。把所有用戶的檢測看做一個統一的信號檢測過程，必然可以提高系統的容量。現代移動通信網絡技術119聯合檢測聯合檢測是聯合考慮同時占用某個信道的所有用戶或某些用戶，消除或減弱其它用戶對任一用戶的影響，并同時檢測出所有這些用戶或某些用戶的信息的一種信號檢測方法。聯合檢測是一種有效的多用戶檢測技術，用于同時減少和消除CDMA系統內的符號間干擾（ISI）和多用戶干擾（MAI）。TD-SCDMA系統使用低碼片速率短碼擴頻的特點使得接收數據流可以較為容易地被一次檢出，從而同時消除符號間干擾和多址干擾。聯合檢測示意圖如圖4-13所示。聯合檢測圖4-13聯合檢測示意圖1）聯合檢測的特點和優勢聯合檢測的特點：不同的用戶數據可以一次性檢測出來通過基本的中間序列進行信道沖擊響應估計，從而得知發射信號的信息將多址干擾和符號間干擾進行同樣的處理，基本可以消除這兩種干擾1）聯合檢測的特點和優勢聯合檢測的優勢：基本消除多址接入干擾和符號間干擾增加信號動態檢測范圍增加小區容量消除遠近效應，無需快速功控2）聯合檢測實現過程首先估計所有用戶的信道沖激響應，然后利用已知的所有用戶的擴頻碼、擾碼和信道估計，對所有用戶的信號同時檢測，消除符號間干擾（ISI）和用戶間干擾（MAI），從而達到提高用戶信號質量的目的；聯合檢測概念Joint

Detection

傳統檢測聯合檢測聯合檢測的目的就是根據下式中的A和e估計用戶發送的d；d是發射的數據符號序列，e是接收的數據序列，n是噪聲e1=c1*(h1c1*d1+h2c2*d2+h3c3*d3+n)e2=c2*(h1c1*d1+h2c2*d2+h3c3*d3+n)=>=Ade3=c3*(h1c1*d1+h2c2*d2+h3c3*d3+n)e=Ad＋n聯合檢測原理7.4.2接力切換現代移動通信網絡技術127接力切換(BatonHandover)是TD-SCDMA移動通信系統的核心技術之一；設計思想：利用智能天線獲取UE的位置距離信息，同時使用上行預同步技術；使用上行預同步的技術，提前獲取切換后的上行信道發送時間、功率信息，從而達到減少切換時間，提高切換的成功率、降低切換掉話率的目的；UE收到切換命令前的場景：上下行均與源小區連接UE收到切換命令后執行接力切換的場景：利用開環預計同步和功率控制，首先只將上行鏈路轉移到目標小區，而下行鏈路仍與源小區通信UE執行接力切換完畢后的場景：經過N個TTI后，下行鏈路轉移到目標小區，完成接力切換

接力切換過程

NodeB_ANodeB_B

NodeB_ANodeB_B

NodeB_ANodeB_B三種切換方式的對比硬切換接力切換軟切換切換成功率低高高資源占用少少多切換時延短短長對容量的影響低低高呼叫掉話率高低低根據外場測試結論，接力切換與硬切換沒有本質性能差異。-130-接力切換特點接力切換是基于同步和TDD的基礎上的切換方法，它是介于硬切換和軟切換之間的一種新的切換方法。它克服了軟切換需要占用的信道資源較多，信令復雜導致系統負荷加重，以及增加下行鏈路干擾等缺點，也克服了傳統硬切換掉話率較高、切換成功率較低的缺點。接力切換的突出優點是切換高成功率和信道高利用率。它具有硬切換和軟切換兩者的優點。7.4.2接力切換7.4.3動態信道分配現代移動通信網絡技術131動態信道分配的基本概念與原理定義：在終端接入和鏈路持續期間，對信道進行動態分配和調整。所有的信道都被集中到一起分配，只要該信道能夠提供足夠的鏈路質量，任何小區都可以將該信道分配給呼叫。在通信系統運行過程中，DCA根據當前的網絡狀態、系統負荷和業務的QoS參數，動態地將信道分配給某個用戶。-132-動態信道分配方法

頻域DCA

時域DCA

碼域DCA

空域DCA以上幾種方法全面降低了相應的小區間干擾，從而使頻譜利用率得以優化。6MHz16codecanbeusedEachuserare