TDSCDMA初级培训教材TDSCDMA接入问题分析

1、td-scdma初级培训教材td-scdma接入问题分析目 录第1章 接入相关知识理论介绍11.1 随机接入过程11.1.1 随机接入准备11.1.2 随机接入流程21.1.3 ue发送sync-ul31.1.4 ue接收fpach突发31.1.5 ue在prach上发消息51.1.6 rach传输控制过程（ue侧）61.1.7 ue在ccpch上接收消息81.1.8 ue在dcch逻辑信道上发送消息91.1.9 随机接入过程流程图91.1.10 随机接入冲突处理101.2 上行同步111.2.1 上行同步的建立111.2.2 上行同步的保持121.3 ue的功率控制过程121.3.1 开环功

2、率控制121.3.2 闭环功率控制13第2章 信令流程152.1 呼叫接入流程152.1.1 主叫流程152.1.2 被叫流程162.1.3 呼叫接入层3信令流程162.2 接入失败分类17第3章 分析流程193.1 路测数据分析流程193.2 话统指标分析流程203.3 寻呼问题分析流程213.4 rrc建立问题分析流程22第4章 接入失败实例分析234.1 路测数据分析实例23 第1章 接入相关知识理论介绍1.1 随机接入过程1.1.1 随机接入准备当ue处于空闲模式下，它将维持下行同步并读取小区广播信息。从该小区所用到的dwpts，ue可以得到为随机接入而分配给uppts物理信道的8个s

3、ync_ul码的码集，一共有256个不同的sync_ul码序列，其序号除以8就是dwpts中的sync-dl的序号。从小区广播信息中ue可以知道prach信道的详细情况（采用的码、扩频因子、midamble码和时隙）、fpach信道的详细信息（采用的码、扩频因子、midamble码和时隙）以及其它与随机接入有关的信息。在ue端，物理随机接入流程根据mac子层的请求来启动的。在物理随机接入过程启动之前，层1通过原语cphy-trch-config-req从rrc层接收下面的信息(这些信息都是网络端通过sib5或者sib6告诉ue的)：签名（signatures）和fpach的关联关系、fpach

4、s和prachs以及prachs和sccpchs的关系，其中包括每一个物理信道的参数值；与fpachi相关的rach消息的长度li，可以配置为1、2或者4个子帧，对应的时间为5ms、10ms或者20ms；(注：nrachi 个prachs可以对应fpachi，最大允许的nrachi是li)每个接入业务等级（asc）可用的uppch子信道；prach消息的传输格式参数集；uppch中的最大发送次数m；等待网络对发送签名确认的最大子帧个数wt，范围为(14)帧，层1支持的最大的值为4个子帧；初始签名功率signature_initial_power；功率跃升步长power ramp step。上面

5、的参数在每次物理随机接入流程启动之前由上层进行更新。每次物理随机接入流程启动的时候，层1从mac层接收到下面的信息：prach消息的传输格式；用于指定的随机接入流程的asc包括定时和功率电平指示；需要发送的数据（传输块集）。1.1.2 随机接入流程在uppts中紧随保护时隙之后的sync_ul序列仅用于上行同步，ue从它要接入的小区所采用的8个可能的sync ul码中随机选择一个，并在uppts物理信道上将它发送到基站。然后ue确定uppts的发射时间和功率（开环过程），以便在uppts物理信道上发射选定的特征码。一旦node b检测到来自ue的uppts信息，那么它到达的时间和接收功率也就知

6、道了。node b确定发射功率更新和定时调整的指令，并在以后的4个子帧内通过fpach（在一个突发/子帧消息）将它发送给ue。一旦当ue从选定的fpach（与所选特征码对应的fpach）中收到上述控制信息时，表明node b已经收到了uppts序列。然后，ue将调整发射时间和功率，并确保在接下来的两帧后，在对应于fpach的ppach信道上发送rach。在这一步，ue发送到node b的rach将具有较高的同步精度。之后，ue将会在对应于fach的ccpch的信道上接收到来自网络的响应，指示ue发出的随机接入是否被接收，如果被接收，将在网络分配的ul及dl专用信道上通过fach建立起上下行链路

7、。在利用分配的资源发送信息之前，ue可以发送第二个uppts并等待来自fpach的响应，从而可得到下一步的发射功率和ss的更新指令。接下来，基站在fach信道上传送带有信道分配信息的消息，基站和ue间进行信令及业务信息的交互。图 1.11 随机接入过程1.1.3 ue发送sync-ul随机接入过程始于ue在uppch信道上发送上行同步码sync-ul。ue首先将签名重发计数器设为m，将信号发射功率设置为signature_initial_power，如果要求的信号发射功率超过了最大允许值，把信号发射功率设置为最大允许功率，然后从小区允许使用的上行同步码里面随机地选取一个，发送sync-ul。s

8、ync-ul码的选择从小区允许使用的上行同步码中随机地选择一个，选取时应满足概率一致分布的原则。sync-ul码功率的确定如前一节描述。sync-ul发送时机uppch使用开环上行同步控制，ue使用接收到的p-ccpch和dwpch功率来估计基于路径损耗的传播延迟dtp。uppch根据接收到的dwpch时间向node b提前发射。uppch 开始发射的时间ttxuppch如下：ttx-uppch = trx-dwpch -2dtp +12*16 tc精度为1/8码片。ttx-uppch是根据ue的定时uppch发射开始时间；trx-dwpch是根据ue定时接收到的dwpch的开始时间；2dtp

9、是uppch的定时提前，可以根据路径损耗来进行近似地估算，但规范里并没有给出具体的估算算法。1.1.4 ue接收fpach突发ue发出sync-ul后，将从下一子帧开始在fpach物理信道上等待接收fpach突发。node b使用快速接入信道（fpach）承载一个单独的突发用于对检测到的签名进行确认，包括向ue进行定时和功率电平的调整指示。最长等待时间wt由系统信息广播（缺省值为20ms或4个子帧）。如果在预期时间内没有检测到有效应答：ue将提升签名发射功率dp0 = power ramp step db，签名重发计数器减1，如果计数器小于等于0，则向mac子层报告一次随机接入失败；在td-s

10、cdma系统中，每个小区可以配置多个fpach，其具体的数目由系统信息广播。在这种情况下，ue应监听的下行fpach按下式确定：fpachi=sync-ulj mod n (j=1,2,8)式中：fpachi：ue应监听的下行fpach信道号；sync-ulj：ue在uppts时隙发送时所选择的小区上行同步码编号，范围为18；n：服务小区配置的fpach信道数目。fpach突发有32位信息比特。具体信息如下表所示：information fieldlength (in bits)signature reference number（签名参考号）3 (msb)relative sub-frame

11、 number（相对子帧号）2received starting position of the uppch (uppchpos)（收到uppch的开始位置）11transmit power level command for rach message（在prach上的传输功率命令）7reserved bits (default value: 0)9 (lsb)签名参考序号签名参考号就是ue发送的sync-ul在小区码组中的编号。ue使用这个信息来确认是否对fpach消息进行接收。签名参考序号用3个比特进行编码，范围为0-7，位序列（0 0 0）对应小区的第一个签名参考号，位序列(1 1 1)

12、对应小区的第8个签名参考号。相对子帧序号ue收到fpach突发时的子帧号与发送sync-ul时的子帧号之差，ue使用这个信息来确认对fpach消息的接收。相对子帧序号的范围是0-3，编码如下：位序列(0 0)表明有一个子帧的偏差；位序列为(1 1)表明4个子帧的偏差。接收到的uppch (uppchpos)的开始位置该字段表示nodeb 在”sync-ul检测窗”内检测到的sync-ul位置。时间基准为dwpts的结束点，精度为1/8chip. 该字段直接指示了ue在以后对网络进行发送的定时调整。node b根据下面的等式进行计算：uppchpos = upptsrxpath - upptst

13、s upptsrxpath：在node b上接收到的sync_ul的时刻。upptsts：根据node b的内部定时，在dwpch结束前的两个符号的时间。在接入到网络的时候，ue使用这个信息调整自己的定时信息。uppchpos的取值范围0-2047，编码如下：位(00,000)表示接收的开始位置为0码片;位(11,111)表示接收的开始位置为2047*1/8码片。在rach上的发射功率命令(tplc)该值不是绝对功率命令，它是nodeb的一个期望接收功率。ue在prach上发送时，应按下面给出的开环功率计算公式重新计算发送功率，也就是说，尽管nodeb 根据接收功率对ue进行了调整，但ue在p

14、rach上的发送仍属于开环功率控制范畴，同样需要按下式重新计算发送功率：式中各参数的意义同上一节。1.1.5 ue在prach上发消息ue在调整了发送功率及定时后，将在选定的prach信道上发送层3消息“rrc connection request”。消息中包含了ue的识别信息和可靠的测量信息，在td-scdma系统中，一条fpach物理信道可对应多条prach（14）。这种对应关系一方面取决于prach所用的扩频因子，另外一方面也取决于系统配置。两者的映射关系如下式所示：式中：sfn：系统子帧号；li：第一fpach信道对应的prach数目。这一对应关系由系统信息广播；nprach：ue发送

15、层3消息时应使用的prach信道编号。下面用一个例子来说明prach的选择过程：子帧号012345a.两个ue发送sync-ul12b.两个ue接收fpach证实12c.ue0在prach0发送22d.ue1在prach1发送11在这个例子中，假设扩频因子sp=8；那么在prach信道上发送“rrc connection request”消息按其容量需要两个连续的突发才能承载，也就是说，每一个prach信道的持续时间为10ms。另外，假设等待时间wt=4，即ue在第i帧送出sync-ul后，可在其后连续的i+4帧内等待node b的响应。若在等待时间 内收到的所有fpach突发内没有与自己相关

16、的识别信息（相对子帧号和sync-ul编号），就应该重新开始（或放弃）签名过程。反之，则延迟一个子帧周期后在prach上发送连接请求消息。在第0帧中，有两个用户同时发起签名过程，如果sync-ul号相同，则nodeb只能响应一个或两个都不响应。若两个ue选择了不同的sync-ul号，则nodeb在其后的两帧中分别作用响应。ue0在子帧号为2时收到证实，则对应的prach为0（2 mod 2 =0），接收到证实后间隔1帧在prach上发送消息，即在4，5帧上发送。ue1本应在第3帧开始发送，但按交织或传输时间间隔（10ms的整数倍）要求，需要再延迟1个子帧，即从第4帧开始发送。1.1.6 rac

17、h传输控制过程（ue侧）rach控制发送流图如图所示：图 1.12 rach控制发送流图ue mac通过原语cmac-configreq从rrc接收下面的rach发射控制参数：asc参数集，包括每个asc、prach分段标识和连续值pi（i 0，,numasc）；最大的同步试探个数mmax。当有数据要发送的时候，mac从ascs里面选择asc，asc里面包括prach分段和相关的持续值pi的标识；根据持续值pi，mac决定在当前的发射时间间隔是否启动l1 prach流程。如果发射允许，通过发送原语phy-access-req启动prach发射流程（通过发送sync_ul/fpach序列开始）。

18、然后mac通过原语phy-access-cnf从l1等待接入信息。如果不允许发送，将在下一个发送时间间隙执行一个新的持续检查程序，该持续检查程序被重复执行直到发送被允许；如果fpach确认同步脉冲，物理层采用原语phy-access-cnf向mac通知接入信息，接入信息中带参数ready for data transmission，则mac采用phy-data-req原语请求数据传输。如果在一个功率跃迁循环里面，在最大的允许发送次数里面没有在fpach上收到对同步突发的确认，phy会通过原语phy-access-cnf告诉mac层“没有在fpach上收到响应”。如果没有超过允许的最大同步试探m

19、max，那么mac在下个发射时间间隔里面开始一个新的持续测试系列，然后重复phy-access-req流程。定时器t2确保两个连续的持续测试至少间隔一个tti。如果最大的同步试探次数超过，mac放弃rach流程。通过原语cmac-status-ind或者mac-status-ind向上层指示mac流程完成失败。1.1.7 ue在ccpch上接收消息ue在prach信道发送出“rrc连接请求”消息后，将在配置的s-ccpch物理信道（承载的传输信道为fach）上接收所有的数据块，以查找是否有属于自己的“rrc connection setup”消息。在td-scdma系统中，一个小区可以配置多条

20、s-ccpch物理信道，具体数目由系统信息进行广播。第一ue对应的s-ccpch信道按下式确定：式中：s-ccpchi：ue应监视的s-ccpch信道索引号。k：用于承载fach传输信道的s-ccpch信道数目，仅用于承载pch传输信道的s-ccpch信道不被包含在内；1.1.8 ue在dcch逻辑信道上发送消息ue在收到“rrc connection setup”消息后，按层3信令的要求，在dcch逻辑信道上给网络一个证实消息“rrc connection setup complete”。至此，整个接入过程结束。1.1.9 随机接入过程流程图整个随机接入过程流程图如下所示：图 1.13 随机

21、接入过程流程图过程过程描述arrc通过原语cphy-trch-config-req配置传输信道rach，具体的参数包括：a、签名和fpachs、fpachs和prachs以及prachs和sccpchs的关系，其中包括每个物理信道的参数值；b、跟fpachi相对应的rach消息的长度li能够配置为1、2或者4个子帧，对应的时间为5ms、10ms或者20ms；(注1：nrachi 个prachs可以对应fpachi，最大允许的nrachi是li)c、用于每个asc的可用的uppch；d、用于prach消息的传输格式参数集；e、uppch中的最大发送次数m；f、等待网络对发送签名确认的最大子帧个数

22、wt，范围为(1.4)帧，层1支持的最大的值为4个子帧；g、初始信道功率signature_initial_power；h、功率跳跃步长power ramp step。这些参数都是ue通过系统消息sib5得到的。在第一次或者参数改变的时候使用这个原语进行配置，并非每次rach发送的时候都需要进行配置。bcmac-config-req原语配置用于随机接入过程的mac参数。这个参数包括如持续值、asc参数和最大同步试探的接入控制参数。crlc层通过原语mac-data-req请求数据发送，主要参数包括等待发送的数据包。d根据连续值pi，mac决定在当前的发射时间间隔是否启动l1 prach流程。如

23、果发射允许，通过发送原语phy-access-req启动prach发射流程（通过发送sync_ul/fpach序列开始）。然后mac通过原语phy-access-cnf从l1等待接入信息。如果不允许发送，将在下一个发送时间间隙执行一个新的持续检查程序，该持续检查程序被重复执行直到发送被允许；mac层通过原语phy-access-req启动物理随机接入流程，层1从mac层接收到下面的信息：a、prach消息的传输格式；b、用于指定的随机接入流程的asc包括定时和功率电平指示；c、需要发送的数据（传输块集）。e如果在同一个时隙，不同的ue选择了同一个sync_ul，这个时候就会发生接入碰撞，在定时

24、器(t2)范围内，ue不能收到node b的响应。fue增加一个接入功率级别，重复d的过程。gue的物理层随机选取一个sync_ul码进行uppch的发送。hnode b的物理层在跟sync_ul对应的fpach上响应ue的接入过程。iue在fpach指示的rach信道上进行数据发送。1.1.10 随机接入冲突处理在有可能发生碰撞的情况下，或在较差的传播环境中， node b不发射fpach，也不能接收sync_ul，也就是说，在这种情况下，ue就得不到node b的任何响应。因此ue必须通过新的测量，来调整发射时间和发射功率，并在经过一个随机延时后重新发射sync_ul。注意：每次（重）发射

25、，ue都将重新随机地选择sync_ul突发。这种两步方案使得碰撞最可能在uppts上发生，即rach资源单元几乎不会发生碰撞。这也保证了在同一个ul时隙中可同时对rachs和常规业务进行处理。1.2 上行同步1.2.1 上行同步的建立上行链路同步是ue发起一个业务呼叫前必须的过程，如果ue仅驻留在某小区而没有呼叫业务时，ue不用启动上行同步过程。td-scdma系统对上行同步定时有着严格要求，不同用户的数据都要以基站的时间为基准，在预定的时刻到达node-b。步进调整的时间精度为1/8 chip，对应的时间是0.09765625s，每次调整最大变化量为1chip。在下行链路上ue和系统取得同步

26、后，由于ue和node-b的距离关系，系统还不能正确接收ue发送的消息。为了避免在不恰当的时间发送消息而对系统造成干扰，ue在上行方向首先要在uppts时隙上发送sync_ul。uppts时隙专用于ue和系统的上行同步，没有用户的业务数据。按照系统设置，每个sync-dl码字对应8个sync_ul码字，ue根据收到的dwpts信息，随机决定将使用的上行sync_ul码字。与ue决定sync-dl的方式类似，node-b可以采用逐个做相关运算的办法，判断ue当前使用的是哪个上行同步码字。系统收到ue发送的sync_ul，就可得到sync_ul的定时和功率信息。并由此决定ue应该使用的发送功率和时

27、间调制值，在接下来的4个子帧中的某一子帧通过f-pach信道发送给ue。在f-pach信道中还包含ue初选的sync-ul码字信息以及node-b接收到sync_ul的相对时间，以区分在同一时间段内使用不同sync-ul的ue，以及不同时间段内使用相同sync-ul的ue。ue在f-pach上接收到这些信息控制命令后，就可得知自己的上行同步请求是否已经被系统接受。从td-scdma系统的子帧结构突发方式可以看出，在上下行同步码字间有96chips保护带，对应的距离变化是：lv ( 96 )/1.28m = 22.5公里（来回）。也就是说当ue在距离node-b 11.25公里以内时，不会由于初

28、始定时信息的缺乏而对系统造成额外干扰。ue根据在 dwpts和/或 p-ccpch上接受到的信号时间以及功率大小，决定上行sync_ul 突发的初始发送时间和初始发送功率。nodeb 收到ue发送的第一个突发后，系统就可以根据接收时间和功率调整ue下次发送的时间和功率。这个功能由物理信道突发结构中的ss（synchronization shift）域和tpc（transmission power control）域完成。node-b需要在收到ue消息后的4个子帧（20ms）内完成ss域和tpc控制消息的发送。否则ue视此次同步建立的过程失败，在一定时间后将重新启动上行同步过程。1.2.2 上行

29、同步的保持由于ue的移动，它到nodeb的距离总是在变化，所以整个通信过程中需要保持上行同步。上行同步的保持是利用上行突发中的midamble码来实现了。在每一个上行时隙中，各个ue的midamble码各不相同，nodeb可以在同一个时隙通过测量每个ue的midamble码来估计ue的发射功率和发射时间偏移，然后在下一个可用的下行时隙中，发射同步偏移（ss）命令和功率控制（pc）命令，以使ue可以根据这些命令分别适当调整它的发送时间和功率。这些过程保证了上行同步的稳定性，上行同步的调整步长是可配置和设置的，取值范围为1/81码片持续时间。上行同步的调整有三种可能情况：增加一个步长，减少一个步长

30、，不变。1.3 ue的功率控制过程1.3.1 开环功率控制开环功率控制主要用于ue端在uppch和prach上发起随机接入过程。此时ue还没有从dpch信道上收到功率控制命令。ue将按下述的公式计算发起随机接入时所需的发送功率：上式中：ue发送功率（dbm）；：ue端用于描述路径损耗的加权因子（）：ue到nodeb之间的路径损耗（db）。ue可以根据nodeb在dwpts时隙（或p-ccpch信道）发射的功率与ue端在该时隙接收到的码功率来进行估算。其中，为nodeb在dwpts时隙发射功率（或ts0时隙的p-ccpch信号码功率），该信息可由信息信息广播获得；lrx为ue端在dwpts时隙（

31、或ts0时隙的p-ccpch）上接收到的信号码功率。：ue到nodeb之间路径损耗的长时间平均值(db)。其意义和计算与基本相同。：nodeb在给定信道上期望的接收功率。在uppch上建立上行同步时，其值取自系统信息广播参数。在prach信道发送连接请求消息时，使用从fpach信道上收到的参数tplc；：ue端用于描述路径损耗的加权因子（）。其值与两次测量之间的时间间隔有关；:连接发送sync-ul的次数。：两次发送sync-ul之间的功率增量，其值由系统信息广播；：小区允许的最大发射功率，其值取自系统信息广播参数ue_txpwr_max_rach；1.3.2 闭环功率控制闭环功率控制用于rr

32、c连接模式，通信双方通过物理层信令来控制对等层实体的发射功率。闭环功率控制由两个控制环组成：外环(outer loop)功率控制外环功率控制用于控制信号的传输质量，由网络端的高层（rrc）按ue所配置时隙的负载情况给出一个sir的目标值：sirtarget。内环(inner loop)功率控制ue通过高层信令收到sirtarget值以后，以该值作为内环功率控制的一个参考值。若接收信号的sir大于sirtarget，则通过物理层控制信令tpc请求网络发射功率降低一步（步长值由系统信息广播）；反之，若接收信号的sir小于等于sirtarget，则请求网络端将发射功率增加一步。内环功率控制过程也于网

33、络端的功率控制。第2章 信令流程2.1 呼叫接入流程典型的呼叫信令流程包括主叫信令流程、被叫信令流程和呼叫释放信令流程。对一个主叫过程来说，如果之前ue没有建立rrc连接，则先建立rrc连接，再通过初始直传建立传输nas消息的信令连接，最后建立rab。被叫过程包括了寻呼过程，在接入层内与主叫过程很类似，其它区别主要体现在nas消息上。2.1.1 主叫流程主叫信令主要分为几个阶段：rrc连接建立直传信令通过rab建立业务。rrc连接是ue与utran的rrc协议层之间建立的一种双向点到点的连接，在ue与utran之间传输无线网络信令。ue处于空闲模式下，当ue的非接入层要求建立信令连接时，ue将

34、发起rrc建立请求。每一个ue在尝试建立的过程中，只能建立一次rrc连接。iu口信令流程是在ue与utran之间的rrc连接建立成功后，ue发起的。iu信令连接建立了ue与cn之间的信令通路。主要传输ue与cn之间非接入层信令。在utran中，非接入层信令是通过上下行直接传输信令透明传输的，rnc不做任何处理。ue发送到cn的消息，通过上行直传（uplink direct transfer）发送到rnc，rnc将其转化为直传消息（direct transfer）发送到cn；cn发送到ue的消息，通过直传消息发送到rnc，rnc将其转化为下行直传消息（downlink direct transf

35、er）发送到ue。rab是指用户面的承载，用于ue和cn之间传送语音、数据及多媒体业务，ue首先完成rrc建立，才能建立rab。rab的建立是由cn发起，utran执行的一个过程。rab建立完成后，进行上行和下行的直接传输过程，振铃后，摘机进行通话。详见td-scdma信令流程解读。完整的起呼流程为：图 2.11 起呼流程图2.1.2 被叫流程相对主叫信令来说，被叫信令包含有一个寻呼的过程，其他流程同主叫信令流程。寻呼流程和问题定位分析，详见td-scdma寻呼分析指导书。2.1.3 呼叫接入层3信令流程起呼失败通常发生在弱场，也有因为干扰原因导致在强场的起呼成功率低的现象。从路测仪上看到的一

36、个完整的uu口主叫信令流程如下图。和从rnc侧看到的信令有对应关系。在分析问题时，需要两者结合共同定位。图 2.12 路测仪上的信令流程2.2 接入失败分类接入失败的定义及可能的问题原因包括以下几类：拨号后，rrc connection request消息没有发送；是否手机异常在主叫ue发送了rrc connection request后，定时器超时，没有收到rrc connection setup消息；rnc没有收到请求，调整prach信道功率；若rnc发了建立消息，但ue没有收到，是否是手机发生重选，则优化重选参数；若没有发生重选，需要调整fpach功率。主叫ue在发出rrc connec

37、tion request后，收到rrc connection reject消息。并且没有重发rrc connection request进行尝试；主叫ue在收到rrc connection setup消息后，没有发出rrc connection complete消息；若ue没有发，则需要调整下行初始发射功率；若rnc没有收到，调整上行开环功控参数；主叫ue在收到rrc connection setup消息后收到或是发出了rrc connection release消息；主叫ue在收到rrc connection complete消息后，没有收到measurement control消息；查看rnc的测量相关的配置参数是否正确主叫ue收到了service request reject消息；参数配置错误可能性最大主叫ue在发送了cm