第7章TD-SCDMA系统组网技术

现代移动通信网络技术（7）孙友伟张晓燕畅志贤编著7.1概述

7.2

TD-SCDMA系统的无线接口

7.3物理层的主要工作过程

7.4

TD-SCDMA系统的关键技术

第7章TD-SCDMA系统组网技术现代移动通信网络技术27.1.1

TD-SCDMA提出的背景与演进过程

7.1.2

TD-SCDMA系统的特点

7.1概述现代移动通信网络技术3前言TD-SCDMA是世界上第一个采用时分双工（TDD）方式和智能天线技术的公众陆地移动通信系统，也是唯一采用同步CDMA（SCDMA）技术和低码片速率（LCR）的第三代移动通信系统，同时采用了多用户检测、软件无线电、接力切换等一系列高新技术。TD-SCDMA标准被3GPP接纳，包含在R4版本中。时分双工公众陆地移动通信系统空中接口的工作方式有时分双工TDD和频分双工FDD两种。TDD是指上行和下行的传输使用同一频带的双工方式，上下行需要根据时间进行切换，物理层的时隙被分为发送和接收两部分。FDD是指上行和下行的传输使用分离的两个对称的频带的双工方式，系统需根据对称性频带进行划分。TDD和FDD如图4-11所示。时分双工图4-11TDD和FDD时分双工TD-SCDMA系统采用TDD模式，TDD模式带来如下优势：频谱灵活性：不需要成对的频谱，可以利用FDD无法利用的不对称频谱，结合TD-SCDMA系统的低码片速率特点，在频谱利用上可以作到‘见缝插针’，只要有一个载波的频段就可以使用，从而能够灵活有效的利用现有的频率资源,目前移动通信系统面临的一个重大的问题就是频谱资源的极度紧张，在这种条件下，要找到符合要求的对称频段是非常困难的，因此TDD模式在频率资源紧张的今天受到特别的重视；时分双工更高的频谱利用率：TD-SCDMA系统可以在带宽为1.6MHz的单载波上提供高达2Mbps的数据业务和48路话音通信，使单一基站支持的用户数多，系统建网及服务费用降低；时分双工支持不对称数据业务：TDD可以根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙个数，对于IP型的数据业务比例越来越大的今天特别重要，而FDD系统一建立通信就将分配到一对频率以分别支持上下行业务，在不对称业务中，当上下业务不对称时存在浪费，使得FDD频率利用率显著降低,尽管FDD系统也可以用不同宽度的频段来支持不对称业务，但一般组网分配时频段相对固定，不可能灵活使用（例如下行频段比上行频段宽一倍）；时分双工有利于采用新技术：上下行链路用相同的频率，其传播特性相同，功率控制要求降低，利于采用智能天线、预RAKE等新技术；成本低：无收发隔离的要求，可以使用单片IC来实现RF收发信机。时分双工当然，TDD模式也有一些缺点。一方面，TDD方式对定时和同步要求很严格，上下行之间需要保护时隙，同时对高速移动环境的支持也不如FDD方式；另一方面，TDD信号为脉冲突发形式，采用不连续发射（DTX），因此发射信号的峰-均功率比值较大，导致带外辐射较大，对RF实现提出了较高要求。TD-SCDMA系统中采用智能天线技术的解决方案，这些问题基本得到可以克服。可以说，TDD模式适合使用智能天线技术，智能天线技术又克服了TDD模式的缺点，两者是珠联璧合、相得益彰。7.1.1

TD-SCDMA提出的背景与演进过程自主的知识产权，可以避免西方国家的技术壁垒TD-SCDMA的发展，可以拉动上下游经济TD-SCDMA可以保障国家的通信安全TD-SCDMA可以保证技术的可持续性发展现代移动通信网络技术12ITU3G标准化组织

日本韩国中国美国欧洲美国WCDMATD-SCDMACDMA2000TD-SCDMA标准发展历程1998年6月30日TD-SCDMA提交到ITU1999年12月TD-SCDMA开始与UTRATDD在3GPP融合2001年3月TD-SCDMA写入3GPPR4系列规范2002年10月中国为TDD分配155MHz频率

1999年11月TD-SCDMA写入ITU-RM.14572000年5月被WARC正式采纳19981999200020012002邮电部批准中国提交TD-SCDMA标准1998年1月TD-SCDMA发展历程到目前为止，TD-SCDMA的发展历程大致可以分为如下五个阶段：（1）准备阶段：从1995年到1998年6月。该阶段开始于1995年以电信科学技术研究院李世鹤博士等为首的一批科研人员承担了国家九五重大科技攻关项目基于SCDMA的无线本地环路（WLL）系统研制，项目于1997年底通过国家验收，后获国家科技进步一等奖。TD-SCDMA发展历程原邮电部批准在此基础上按照ITU对第三代移动通信系统的要求形成我国TD-SCDMA第三代移动通信系统RTT标准的初稿，1998年6月底由电信科学技术研究院（CATT）代表我国向ITU正式提交了TD-SCDMA标准草案。TD-SCDMA发展历程（2）标准确立阶段：1998年6月到2006年1月。该阶段从TD-SCDMA第三代移动通信系统RTT标准的初稿提交开始，ITU于1998年11月通过TD-SCDMA成为ITU的10个公众陆地第三代移动通信系统候选标准之一；1999年11月，在芬兰赫尔辛基的国际电信联盟会议上，写入ITU建议ITU-RM.1457中；TD-SCDMA发展历程2000年5月伊斯坦布尔WARC会议上TD-SCDMA正式成为国际第三代移动通信系统；2001年3月写入3GPPR4中；由于TD-SCDMA的独特技术特点和优势，与欧洲、日本提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000并列为国际公认的第三代移动通信系统3大主流标准之一。2006年1月，MII颁布TD-SCDMA为我国通信行业标准。TD-SCDMA发展历程（3）技术验证与测试阶段：2002年5月到2005年6月。2002年5月，TD-SCDMA通过Mnet第一阶段测试；2003年7月，世界首次TD-SCDMA手持电话演示；2004年5月，TD-SCDMAMnet外场测试进入第二阶段，11月顺利通过试验；2005年6月，TD-SCDMA产业化专项测试结束。TD-SCDMA发展历程（4）产业化阶段：2000年12月至2005年4月。2000年12月TD-SCDMA技术论坛成立；2002年10月，国家公布3G频谱方案，TD-SCDMA获强力支持，获得155MHz频谱；2002年10月，TD-SCDMA产业联盟成立；2003年6月，TD-SCDMA论坛加入3GPP，TD-SCDMA国际论坛在北京成立；2003年9月，国家启动了共7亿人民币的TD-SCDMA研发经费，这是仅次于航天工程的专项科研经费，再一次体现了国家对TD-SCDMA的坚定支持；2005年4月，TD-SCDMA国际峰会成功举行。TD-SCDMA发展历程（5）商用进程阶段：2004年3月至今。2004年3月，大唐移动推出全球第一款TD-SCDMALCR手机，长期制约TD-SCDMA商用进程的终端瓶颈被打破；2004年8月，天碁科技、展迅通讯、凯明、重邮等相继推出TD-SCDMA终端芯片，TD-SCDMA商用终端开发获得历史性进展；2004年11月，成功打通全网络电话；2005年1月，大唐移动TD-SCDMA数据卡率先实现384kbit/s数据业务演示；TD-SCDMA发展历程2005年4月，天碁科技率先发布了支持384kbit/s数据传输的TD-SCDMA和GSM双模终端的商用芯片组；2006年3月至12月，北京、上海、青岛、保定、厦门建设TD-SCDMA规模试验网；2006年12月至今，后续试验网扩容和放号等相关工作正按部委统一规划有序进行，全国10大城市建设了TD-SCDMA试商用网。TD-SCDMA发展历程另外，TD-SCDMA又可以分为两个发展阶段：TSM（TD-SCDMAOverGSM）阶段，此时TD-SCDMA是基于GSM核心网的；LCR（LowChipRate）阶段，此时TD-SCDMA是基于WCDMA核心网的。185019001950200020502100215022002250ITU1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHz1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000IMT20002110MHz2170MHzMSSMSS中国移动1920MHzTDD中国三大运营商获得的3G频谱（2009年01月）TDDFDD1935MHzFDD2125MHzFDDFDD2130MHz2145MHz1940MHz1955MHz中国电信中国联通R99/4R5R6R7R8R9(?)WLANI/WMBMSHSUPAHSPA+LTE/SAELTE+(?)IMSHSDPA2000200420072010LTEV12008.12UTRANLong-TermEvolution(LTE)(2004.11)★★IMT-Advanced?2010.10★Release99/4Release5/6/7

LTETDDLTETDD的标准化和LTEFDD完全同步进行中移动、Ericsson、Nokia、Samsung、MOTO等公司积极参与在LTE、UMB、16M中，LTE进度最快，技术最完善，市场前景最大TD-SCDMA的未来演进产业化标准化7.1.2

TD-SCDMA系统的特点TD-SCDMA—TimeDivision-SynchronizationCodeDivisionMultipleAccess:时分同步码分多址。现代移动通信网络技术26什么是TD-SCDMA?TD-SCDMA基本参数TD-SCDMA基本参数-28-TD:时分双工；S：软件无线电；同步；智能天线；CDMA：码分多址多址方式：时分多址、码分多址、频分多址、空分多址频段：1880~1920MHz，2010~2025MHz

，2300~2400MHz载频间隔：1.6MHz码片速率：1.28Mchip/s7.1.2

TD-SCDMA系统的特点7.1.2

TD-SCDMA系统的特点（1）频谱灵活性和支持蜂窝网的能力（2）高频谱利用率适用于人口密集的大、中城市传输对称与非对称业务，尤其适合于移动Internet业务。（3）适用于多种使用环境TD-SCDMA系统全面满足ITU的要求，适用于多种环境。（4）设备成本低具有我国自主的知识产权，在网络规划、系统设计、工程建设以及为国内运营商提供长期技术支持和技术服务等方面带来方便，可大大节省系统建设投资和运营的成本。现代移动通信网络技术293种主流TD-SCDMA系统的特点现代移动通信网络技术30

标准性能WCDMATD-SCDMACDMA2000载波间隔5MHz1.6MHz1.25MHz码片速率3.84Mc/s1.28Mc/s1.2288Mc/s帧长10ms10ms（两个子帧）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、快速功控下行发射分集支持支持支持频率间切换支持，可用压缩模式进行测量支持，可用空闲时隙进行测量支持检测方式相干解调联合检测相干解调信道估计公共导频DwPCHUpPCHMidamble前向、反向导频编码方式卷积码Turbo码卷积码Turbo码卷积码Turbo码TD-SCDMA主要特点由于TD-SCDMA的独特技术特点和优势，才使得它成为第三代移动通信系统的主流标准。下面分析这些特点和优势。1）TDD模式上下行无需成对的有双工间隙的频段，可用于不成对的零碎频段；可变切换点技术提供业务和无线资源的最佳适配，频谱效率得到了提高；上下行使用相同的载频，无线传播是对称的，最适合于智能天线技术的实现。TD-SCDMA主要特点2）低码片速率TD-SCDMA系统的码片速率为1.28Mcps，仅为高码片速率3.84Mcps的1/3，接收机接收信号采样后的数字信号处理量大大降低，从而降低系统设备成本，适合采用软件无线电技术，还可以在目前DSP的处理能力允许和成本可接受的条件下用智能天线、多用户检测、MIMO等新技术来降低干扰、提高容量。另外，低码片速率也提高了频谱利用率、使频率使用灵活。TD-SCDMA主要特点3）采用了智能天线、上行同步、联合检测等新技术因为TD-SCDMA系统的TDD模式可以利用上下行信道的互易（或互惠）性，即基站对上行信道估计的信道参数可以用于智能天线的下行波束成型，这样相对于FDD模式的系统，智能天线技术比较容易实现。TD-SCDMA系统的低码片速率使得基带信号处理量比WCDMA系统大大降低，这样目前的DSP技术可以较好的支持在TD-SCDMA系统中采用智能天线技术。TD-SCDMA主要特点由于TD-SCDMA系统中采用智能天线技术，使得TDD模式的缺点，比如接收灵敏度低、主要适合于低速移动环境、仅支持半径较小的小区等可以克服。采用智能天线后可以让TD-SCDMA系统的所有码道同时利用，这样克服了低码片速率支持的信息传输速率较低的问题。采用智能天线后可以实现单基站对移动台准确定位，从而接力切换可以实现。TD-SCDMA主要特点TD-SCDMA系统的帧结构中专门设置了一个特殊时隙UpPTS，这样保证了上行同步的很好实现，由于系统上行同步，大大降低了系统的干扰，解决了CDMA系统上行容量受限的难题。采用智能天线技术仍然在多径高速移动环境下的性能方面不太理想，结合联合检测技术的智能天线使TD-SCDMA系统在快衰落情况下的性能进一步得到改善，从而使TD-SCDMA系统成为目前频谱效率最高的公众陆地移动通信系统。可以说TD-SCDMA系统是一个以智能天线为中心的第三代移动通信系统。TD-SCDMA主要特点4）适合软件无线电的应用由于TD-SCDMA系统的TDD模式和低码片速率的特点，使得数字信号处理量大大降低，适合采用软件无线电技术。所谓软件无线电技术就是在通用芯片上用软件实现专用芯片的功能。软件无线电的优势主要有：可克服微电子技术的不足，通过软件方式，灵活完成硬件/专用ASIC的功能，在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件，可实现不同的业务性能；TD-SCDMA主要特点系统增加功能通过软件升级来实现，具有良好的灵活性及可编程性，对环境的适应性好，不会老化；可代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能，减少用户设备费用支出。正是因为软件无线电的优势，使得TD-SCDMA系统在发展相对WCDMA和CDMA2000滞后的情况下，采用软件无线电技术，成功完成了试验样机和初步商用产品的开发，给TD-SCDMA的发展赢得了时间空间。7.2.1概述

7.2.2

TD-SCDMA系统的多址技术

7.2.3物理信道

7.2.4传输信道到物理信道的映射

7.2.5传输信道编码与复用

7.2

TD-SCDMA系统的无线接口现代移动通信网络技术387.2.1概述空中接口是指终端（UE）和接入网（UTRAN）之间的接口，简称Uu接口，通常我们也称之为无线接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种3G无线承载业务的，不同的空中接口协议使用各自的无线传输技术（RTT）。由于TS-SCDMA标准源于3GPP标准，其高层结构及功能与WCDMA相同，包括核心网络结构及Iu、Iub、Iur等多种接口。而空中接口物理层不一致.现代移动通信网络技术39空中接口协议结构在TD-SCDMA系统中，Uu接口的第二和第三层是3GPP和CWTS融合后的标准，它既支持3GPP的FDD和TDD系统，也能支持TD-SCDMA系统。1）空中接口协议结构Uu空中接口包括：L1（物理层），L2（链路层）和L3（网络层），如图4-1所示。空中接口协议结构图4-1空中接口协议结构TD-SCDMA网络结构图RNSRNSNodeBNodeBNodeBNodeBRNCCNRNC

IuIuIur

IubIubIubIubUEUu7.2.2

TD-SCDMA系统的多址技术多址方式：时分多址、码分多址、频分多址、空分多址采用不需配对频率的TDD（时分双工）工作方式频段：1880~1920MHz，2010~2025MHz

，2300~2400MHz下行（前向链路）和上行（反向链路）信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的。载频间隔：1.6MHz码片速率：1.28Mchip/s现代移动通信网络技术43频分双工（FDD）：上行频段和下行频段分开TDD时分双工技术时分双工（TDD）：上行频段和下行频段一样优点无需成对的频率无需双工器，简单的射频前端有利于非对称业务传输便于实现智能天线缺点峰均比高传输距离受到时隙限制终端移动速度受限-45-7.2.2

TD-SCDMA系统的多址技术7.2.3物理信道1．物理信道分层TD-SCDMA的物理信道采用4层结构，包括超帧（系统帧）、无线帧、子帧和时隙/码。时隙用于在时域和码域上区分不同的用户信号，具有TDMA的特性。一个超帧长720ms，由72个无线帧组成，每个无线帧长10ms；TD-SCDMA的帧结构将10ms的无线帧分成2个5ms子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。现代移动通信网络技术467.2.3物理信道1．物理信道分层现代移动通信网络技术47Data352chipsMidamble144chipsGP16Data352chips675s常规时隙－普通时隙突发(Burst)结构业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由352Chips组成；训练序列(Midamble)由144Chips组成；16Chips为保护；可以进行波束赋形；每个常规时隙由864Chips组成，时长675us；帧结构－训练序列(Midamble)Midamble144chips112.5s128个基本训练序列分成32组，以对应32个SYNC-DL码；每组为4个不同的基本训练序列，基本训练序列和扰码一一对应;训练序列的作用：上下行信道估计；功率测量；上行同步保持。长144Chips：由长度为128的基本训练序列生成，基本训练序列共128个TD-SCDMA物理信道帧结构TDD模式下的物理信道是一个突发信道，在分配到的无线帧中的特定时隙发射。无线帧的分配可以是连续的，即每一帧的相应时隙都可以分配给某物理信道，也可以是不连续的分配，即仅有部分无线帧中的相应时隙分配给该物理信道。一个突发由数据部分、midamble部分和一个保护时隙组成。一个突发的持续时间就是一个时隙。TD-SCDMA物理信道帧结构一个发射机可以同时发射几个突发，在这种情况下，几个突发的数据部分必须使用不同OVSF的信道码，但应使用相同的扰码。一个突发包括两个长度为352chips数据块、一个长为144chips的midamble码块和一个长为16chips的保护码块间隔，数据块的总长度为704chips。midamble码部分必须使用同一个基本midamble码，但可使用不同的midamble码。整个系统有128个长度为128chips的基本midamble码，分成32个码组，每组4个。TD-SCDMA物理信道帧结构一个小区采用哪组基本midamble码由基站决定，因此4个基本midamble码基站是知道的，并且当建立起下行同步之后，移动台也是知道所使用的基本midamble码组。NodeB决定本小区将采用这4个基本midamble中的哪一个。一个载波上的所有业务时隙必须采用相同的基本midamble码。在同一小区同一时隙上的不同用户所采用的midamble码由同一个基本的midamble码经循环移位后而产生。原则上，midamble的发射功率与同一个突发中的数据符号的发射功率相同。TD-SCDMA物理信道帧结构突发的数据部分由信道码和扰码共同扩频。信道码是一个OVSF码，扩频因子可以取1，2，4，8或16，物理信道的数据速率取决于所用的OVSF码所采用的扩频因子。突发的midamble部分是一个长为144chips的midamble码。TD-SCDMA系统中的码序列除了OVSF扩频码外，TD-SCDMA系统需要用到的码序列还有SYNC-DL、SYNC-UL、基本Midamble码和扰码等。SYNC-DL、SYNC-UL和Midamble码都是直接以码片速率的形式给出的，不需要进行扩频。此外，这几种码在不同的小区有不同的配置，因此也不需要进行加扰处理。TD-SCDMA系统中的码序列①下行同步码（SYNC-DL）在下行导频时隙（DwPTS）发送出去，长度为64Chips，在整个系统中一共有32个。②上行同步码（SYNC-UL）在上行导频时隙（UpPTS）中发送，长度为128Chips，在整个系统中一共有256个。TD-SCDMA系统中的码序列③基本midamble码用于信道估计、功率控制测量、上行同步维持、波束赋形和频率校正。系统共有128个长度为144Chips的基本训练序列。④扰码扰码和基本midamble码一一对应。TD-SCDMA的码序列及对应关系如表4-2所示。TD-SCDMA系统中的码序列表4-2TD-SCDMA的码序列及对应关系TD-SCDMA系统中的码序列在TD-SCDMA系统中，一共定义了32个下行同步码（或称下行导频码）、256个上行同步码（或称上行导频码）、128个基本midamble码和128个扰码。所有这些码被分成32个码组，每个码组由1个下行同步码、8个上行同步码、4个基本midamble码和4个扰码组成。不同的邻近小区将使用不同的码组。对UE来说，只要确定了小区使用的下行同步码，就能找到训练序列和扰码；而上行同步码是在该小区所用的8个上行同步码中随机选择一个来发送。7.2.3物理信道2．帧结构现代移动通信网络技术59TD-SCDMA帧结构每帧有两个上/下行转换点三个特殊时隙DwPTS，GP，UpPTS七个常规时隙TS0永为下行时隙TS1永为上行时隙TS2-TS6可根据根据用户需要进行灵活UL/DL配置SystemFrameNumber

5msTS5TS4TS0TS2TS1GPTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675usGPL1144chipsSub-frameRadioframe10msTimeslotTD-SCDMA常规时隙配置TS0永为下行时隙，用作公共控制信道传输；TS1永为上行时隙；第一个时隙转换点在TS0和TS1之间；TS1到TS6之间有5个点，均可以作为第二个时隙转换点；实际应用中，由于下行数据量大于上行，因此采用3:3，2:4，1:5；2上

4下适合CS+PS业务1上5下适合PS业务，提供少量CS业务DDDDUUUDDDDD3上3下适合CS业务DDDUUUDDDGP(32chips)SYNC-DL(64chips)75s特殊时隙－DwPTS下行导频时隙用于下行同步和小区初搜；32个不同的SYNC-DL码，小区搜索时用于区分不同的基站；32个不同的SYNC-DL码，严格定义了不同的码组；为全向或整个扇区发射，不进行波束赋形；下行导频时隙由96Chips组成:32用于保护；64用于导频序列；时长75usGP(32chips)SYNC-UL(128chips)125s特殊时隙－UpPTS上行导频时隙用于建立上行初始同步和随机接入；256种不同的SYNC-UL码，分为32个码组,每组8个；32个码组对应32个SYNC-DL码,即每一基站对应8个确定的SYNC-UL码；上行导频时隙由160Chips:其中128用于SYNC-UL，32用于保护；特殊时隙－GP保护时隙GP时隙由96Chips组成，时长75us，用于上下时隙转换点的隔离保护GP(96chips)75s在小区搜索时，确保DwPTS可靠接收，防止干扰UL工作；在随机接入时，确保UpPTS可以提前发射，防止干扰DL工作；确定基本的基站覆盖半径：Dmax=Δt×c（光速）=96/2/(1.28×106）×c=11.25kmTD-SCDMA物理信道一个物理信道是由频率、时隙、信道码和无线帧分配来定义的。建立一个物理信道的同时，也就给出了它的初始结构。物理信道的持续时间可以无限长，也可以是分配所定义的持续时间。物理信道包括：下行导频时隙（DwPTS）、上行导频时隙（UpPTS）、专用物理信道（DPCH）、公共物理信道。TD-SCDMA物理信道（1）下行导频时隙（DwPTS）每个子帧中的DwPTS（SYNC_DL）是为下行导频和同步而设计的，由NodeB以最大功率在全方向或在某一扇区上发射。这个时隙通常是由长为64chips的SYNC_DL和32chips的保护码间隔组成，其结构如图4-3所示。TD-SCDMA物理信道图4-3DwPTS的突发结构TD-SCDMA物理信道SYNC_DL是一组PN码，为了方便小区测量的目的，设计的PN码集用于区分相邻小区，该PN码集在蜂窝网络中可以重复使用。在TD－SCDMA系统中使用独立DwPTS的原因是：在蜂窝和移动通信环境中解决TD系统的小区搜索问题。当邻近小区使用相同载频，用户终端在小区交汇区域内开机时，DwPTS的特殊设计，使其存在于一个没有干扰的单独时隙，因而能够保证用户终端快速捕获下行导频信号，完成小区搜索过程。TD-SCDMA物理信道（2）上行导频时隙（UpPTS）每个子帧中的UpPTS（SYNC_UL）是为上行导频和同步而设计的，当UE处于空中登记和随机接入状态时，它将首先发射UpPTS，当得到网络的应答后，发射RACH。这个时隙通常由长为128chips的SYNC_UL和32chips的保护周期间隔组成，其结构如图4-4所示。TD-SCDMA物理信道图4-4UpPTS的突发结构TD-SCDMA物理信道SYNC_UL的内容是一组PN码集，设计该PN码是用于在接入过程中区分不同的UE。在TD－SCDMA系统中，UpPTS处于单独时隙的原因是：当用户终端在初始发射信号时，其初始发射功率是开环功控确定的，而且初始发射时间是估算的，因而同步和功控都比较粗略。如果此接入信号和其他业务码道混在一起，会对工作中的业务码道带来较大干扰。同时由于UpPTS的使用，基站通过检测到的UpPTS，可以给出定时提前和功率调整的反馈信息。TD-SCDMA物理信道（3）专用物理信道（DPCH）DCH或在ODMA网络中的ODCH映射到专用物理信道DPCH。对物理信道数据部分的扩频包括两步操作，一是信道码扩频，即将每一个数据符号转换成一些码片，因而增加了信号的带宽，一个符号包含的码片数称之为扩频因子（SF）。第二步是加扰处理，即将扰码加到已被扩频的信号。DCH下行通常采用智能天线进行波束赋形。TD-SCDMA物理信道下行物理信道采用的扩频因子为16，多个并行的物理信道可用于支持更高的数据速率，这些并行的物理信道可以采用不同的信道码同时发射。下行物理信道在提供2Mbps的高速业务时也可以采用SF=1的单码道传输。上行物理信道的扩频因子可以从1～16之间选择。对于多码传输，UE在每个时隙最多可以同时使用两个物理信道（信道码），这两个物理信道采用不同的信道码发射。7.2.4传输信道到物理信道的映射1．传输信道（1）专用传输信道（DCH）专用传输信道仅有一种，可用于上/下行链路作为承载网络和特定UE之间的用户信息或控制信息。此类信道上的信息在某一时刻只发送给单一用户，因此UE是通过物理信道来识别的。现代移动通信网络技术737.2.4传输信道到物理信道的映射1．传输信道（2）公共传输信道通常此类信道上的信息是发送给所有用户或一组用户的，但是在某一时刻，该信道上的信息也可以针对单一用户，这时需要用UEID进行识别。①BCH（广播信道）下行。②PCH（寻呼信道）下行。③FACH（前向接入信道）下行④RACH（随机接入信道）上行。⑤USCH（上行共享信道）几个UE共享上行。⑥DSCH（下行共享信道）几个UE共享的下行。现代移动通信网络技术747.2.4传输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辅助公共控制物理信道（S-CCPCH）③物理随机接入信道（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寻呼指示信道（PICH）现代移动通信网络技术757.2.4传输信道到物理信道的映射3．传输信道到物理信道的映射现代移动通信网络技术76传输信道物理信道专用传输信道DCH专用物理信道(DPCH)广播信道BCH主公共控制物理信道(P-CCPCH)寻呼信道PCH辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)前向接入FACH辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)随机接入RACH物理随机接入信道(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)

下行导频信道(DwPCH)

上行导频信道(UpPCH)

寻呼指示信道（PICH）

快速物理接入信道F-PACH7.2.5传输信道编码与复用现代移动通信网络技术777.2.5传输信道编码与复用（1）差错检测通过传送块上的循环冗余校验（CRC，CyclicRedundancyCheck）来实现的。CRC长度为24、16、12、8或0比特，每个传输信道使用的CRC长度由高层信令给出，每个传送块的CRC校验比特由整个传送块计算得到的。现代移动通信网络技术787.2.5传输信道编码与复用（2）传送块的级联和码块分段在每一个传输块附加上CRC比特后，把一个传输时间间隔TTI内的传输块顺序级联起来，如果级联后的比特序列长度大于最大编码块长度Z，则需要进行码块分割，分割后的码块具有相同的大小。码块的最大尺寸将取决于CCTrCH（编码复合传输信道）采用的编码方式，其具体尺寸为卷积编码：Z=504；Turbo编码：Z=5114；无编码：Z=unlimited。现代移动通信网络技术797.2.5传输信道编码与复用（3）信道编码信道编码是为了接收机能够检测和纠正因传输媒介带来的信号误差，在原数据流中加入适当冗余信息，从而提高数据传输的可靠性。TD-SCDMA中，传输信道可采用的信道编码方案有卷积编码、Turbo编码、无信道编码，不同类型的传输信道CCTrCH使用不同的编码方案和码率。现代移动通信网络技术807.2.5传输信道编码与复用（4）无线帧尺寸分段和均衡如果传输时间间隔大于10ms，那么输入比特序列将分段，并映射到连续的无线帧上。无线帧尺寸均衡是指对输入比特序列进行填充，以保证输出可以分割成具有相同大小设为F的数据段，作用是保证输入比特序列可以平均分配到相应的无线帧上。现代移动通信网络技术817.2.5传输信道编码与复用（5）交织交织的作用是克服突发性的错误。第一次交织在无线帧分段前，是对无线帧尺寸均衡后的数据流进行的；第二次交织在物理帧分割后进行现代移动通信网络技术827.2.5传输信道编码与复用（6）速率匹配速率匹配是指传输信道上的比特被重复或打孔。一个传输信道中的比特数在不同的TTI可以发生变化，而所配置的物理信道容量（或承载比特数）却是固定的。不同TTI的数据比特发生改变时，为了匹配物理信道的承载能力，输入序列中的一些比特将被重复或打孔，以确保在传输信道复用后总的比特率与所配置的物理信道承载能力相一致。现代移动通信网络技术837.2.5传输信道编码与复用（7）CCTrCH复用，每10ms间隔，来自每个CCTrCH的无线帧被送到CCTrCH复用模块中，这些无线帧被连续地复用到一个编码合成传输信道中。（8）物理信道的分段和子帧分段当使用一个以上物理信道时，物理信道分段模块将比特分配到不同的PhCH中。（9）物理信道映射子帧分段单元输出的比特流被映射到该子帧时隙的码道上即为物理信道映射。现代移动通信网络技术847.3.1功率控制

7.3.2上行同步

7.3.3小区搜索

7.3.4随机接入过程

7.3物理层的主要工作过程现代移动通信网络技术857.3.1功率控制功率控制可降低小区内和小区间的干扰。现代移动通信网络技术86上行下行功率控制速率可变，闭环：0～200次/秒；开环：延时大约200～3575us可变；闭环：0～200次/秒步长1dB,2dB,3dB（闭环）1dB,2dB,3dB（闭环）7.3.1功率控制1．上行控制系统将通过高层信令指示一个上行发射功率的最大允许值，这个值应低于由UE功率等级确定的最大功率值。上行功率控制目标：使总的上行发射功率不得超过这个最大值。闭环功率控制，功率调整的动态范围为80dB，功率控制步长可取1dB，2dB，3dB。通话过程中闭环功控始终控制终端的发射功率保持在合理的水平上。基站根据RNC设定的信道信噪比目标值与接收信号的信噪比进行比较来产生功控指令符号，通知终端增加或降低一个步长的发射功率。现代移动通信网络技术877.3.1功率控制2．下行控制同理，下行基站的总发射功率也不能超过高层信令确定的最大允许发射功率。下行专用信道的初始发射功率通过高层信令确定。初始发送后，基站也进入闭环功控进程。终端根据收到的信号的信噪比与设定的业务目标信噪比进行比较来产生功控指令符号，通知基站增加或降低一个步长的发射功率。现代移动通信网络技术887.3.2上行同步上行同步即要求来自不同距离的不同用户终端的上行信号能同步到达基站。现代移动通信网络技术89上行同步的必要性A用户B用户C用户上行时隙下行时隙A用户B用户C用户上行时隙下行时隙上行时隙下行时隙下行时隙下行时隙下行时隙上下行时隙碰撞_干扰用户间上行正交性消失——干扰到达时间7.3.2上行同步现代移动通信网络技术90上行同步实现同步的建立；同步的动态保持；实时闭环同步的精确跟踪控制。上行同步在TD-SCDMA系统中，下行链路总是同步的。所以一般所说同步CDMA都是指上行同步，即要求来自不同距离的不同用户终端的上行信号能够同步到达基站。所谓上行同步就是上行链路各终端的信号在基站解调器完全同步，即同一时隙不同用户的信号同步到达基站接收机。在TD-SCDMA中用软件和帧结构设计来实现严格的上行同步，是一个同步的CDMA系统。上行同步通过上行同步，可以让使用正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰，大大提高了CDMA系统容量，提高了频谱利用率，还可以简化硬件，降低成本。上行同步过程如图4-12所示。上行同步图4-12上行同步过程上行同步（1）上行同步的建立（初始同步） 第一步：上行同步的准备（下行同步）正象有关小区搜索过程的文献所描述的那样，UE开机之后，它必须首先与小区建立下行同步。只有建立了下行同步，UE才能开始建立上行同步。

上行同步 第二步：开、闭环上行同步尽管UE可以从NodeB接收到下行同步信号，但到NodeB的距离还是一个未知数，导致UE的上行发射不能同步到达NodeB。因此为了减小对常规时隙的干扰，上行信道的首次发送在UpPTS这个特殊时隙进行，SYNC_UL突发的发射时刻可通过对接收到的DwPTS和/或P-CCPCH的功率估计来确定。上行同步 在搜索窗内通过对SYNC_UL序列的检测，NodeB可估计出接收功率和时间，然后向UE发送反馈信息,调整下次发射的发射功率和发射时间，以便建立上行同步。在以后的4个子帧内，NodeB将向UE发射调整信息（用F-PACH里的一个单一子帧消息）。上行同步过程，通常用于系统的随机接入和切换过程中用于建立UE和基站之间的初始同步，也可以用于当系统失去上行同步时的再同步。上行同步 （2）上行同步的保持可以利用每一个上行突发中的midamble码来保持上行同步。在每一个上行时隙中，各个UE的midamble码是不相同。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Tx时间和功率。这些过程保证了上行同步的稳定性，可以在一个TDD子帧检查一次上行同步。上行同步 上行同步的调整步长是可配置和再设置的，取范围为1/8～1chip持续时间。上行同步的更新有三种可能情况：增加一个步长，减少一个步长，不变。（3）NodeB和UE之间距离的估算上行同步要求UE超前一个时间（2*）发射信号，这个时间与UE到NodeB之间的距离有关。显然，UE到NodeB之间的距离可以通过已知的时间偏移用下式估计出来：

（C为光速）7.3.1功率控制

7.3.2上行同步

7.3.3小区搜索

7.3.4随机接入过程

7.3物理层的主要工作过程现代移动通信网络技术997.3.3小区搜索在初始小区搜索中，UE搜索到一个小区，并检测其所发射的DwPTS后，建立下行同步，获得小区扰码和基本midamble码，控制复帧同步，然后读取BCH信息。第一步：搜索DwPTS第二步：识别扰码和基本midamble码第三步：控制复帧同步第四步：读BCH信息现代移动通信网络技术100小区搜索过程小区搜索利用DwPTS和BCH进行。在初始小区搜索中，UE搜索到一个小区，建立DwPTS同步，获得扰码和基本midamble码，控制复帧同步，然后读取BCH信息。小区搜索过程小区搜索过程小区搜索按以下步骤进行：1）第一步:搜索DwPTS在第一步中，UE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，这一步通常是通过一个或多个匹配滤波器（或类似的装置）与接收到的从PN序列中选出来的SYNC_DL进行匹配实现。为实现这一步，可使用一个或多个匹配滤波器（或类似装置）。在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用。小区搜索过程2）第二步:识别扰码和基本midamble码在初始小区搜索的第二步，UE接收到P-CCPCH上的midamble码，DwPTS紧随在P-CCPCH之后。在TD-SCDMA系统中，每个DwPTS对应一组4个不同的基本midamble码，因此共有128个基本midamble码且互不重叠。基本midamble码的序号除以4就是SYNC_DL码的序号。小区搜索过程因此说32个SYNC_DL和P-CCPCH32个基本midamble码组一一对应（也就是说，一旦SYNC_DL确定之后，UE也就知道了该小区采用了哪4个基本midamble码），这时UE可以采用试探法和错误排除法确定P-CCPCH到底采用了哪个基本midamble码。在一帧中使用相同的基本midamble码。由于每个基本midamble码与扰码是相对应的，知道了基本midamble码也就知道了扰码。根据确认的结果，UE可以进行下一步或返回到第一步。小区搜索过程3）第三步：控制复帧同步在第三步中，UE搜索在P-CCPCH里的BCH的复帧MIB（MasterIndicationBlock），它由经过QPSK调制的DwPTS的相位序列（相对于在P-CCPCH上的midamble码）来标识。控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列来定位。[n]个连续的DwPTS足以可以检测出目前MIB在控制复帧中的位置。根据为了确定正确的midamble码所进行的控制复帧同步的结果，UE可决定是否执行下一步或回到第二步。小区搜索过程4）第四步：读BCH信息在第四步，UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。小区搜索过程确定了P-CCPCH信道后，UE将按高层的规划信息在P-CCPCH上读取完整的系统信息广播，根据系统消息中给出的接入层和非接入层信息，来确定是否最终选择当前小区作为服务小区。至此，小区搜索过程结束。UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，如果出现不能完全解码BCCH的情况，意味着此步失败，小区搜索过程将根据情况回到前几步。7.3.4随机接入过程1．随机接入准备当UE处于空闲模式时，它将保持下行同步，并读取小区广播信息。UE需要在UpPCH发射之前对关于随机接入的BCH信息进行解码。现代移动通信网络技术109随机接入过程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SYNC_UL码（特征信号）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可以知道码集中的哪个SYNC_UL将被使用，并且还可以知道P-RACH信道的详细情况（采用的码、扩频因子、midamble码和时隙）及F-PACH信道的详细信息（采用的码、扩频因子、midamble码和时隙）和其它与随机接入有关的信息。1）随机接入准备在BCH所含的信息中，还包括了SYNC_UL与F-PACH资源、F-PACH与P-RACH资源、P-RACH资源与（P/S）-CCPCH（承载FACH逻辑信道）资源的相互关系。因此，当UE发送SYNC_UL序列时，它就知道了接入时所使用的F-PACH资源，P-RACH资源和CCPCH资源。2）随机接入过程在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SYNCUL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。2）随机接入过程一旦NodeB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道了。NodeB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F-PACH（在一个突发/子帧消息）将它发送给UE。注意F-PACH中也包含用于UE进行交叉检测的特征码信息和相对帧号（接收到被确认的特征码之后的帧号）。2）随机接入过程一旦当UE从选定的F-PACH（与所选特征码对应的F-PACH）中收到上述控制信息时，表明NodeB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F-PACH的P-RACH信道上发送RACH。在这一步，UE发送到NodeB的RACH将具有较高的同步精度。之后，UE将会在对应于P-RACH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受，如果被接受，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。2）随机接入过程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F-PACH的响应，从而可得到下一步的发射功率和SS的更新指令。3）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，NodeB不发射F-PACH，也不能接收SYNC_UL，也就是说，在这种情况下，UE就得不到NodeB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，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。7.4.1联合检测技术

7.4.2接力切换

7.4.3动态信道分配

7.4.4软件无线电

7.4.5智能天线

7.4

TD-SCDMA系统的关键技术现代移动通信网络技术1187.4.1联合检测技术对于CDMA系统，必然存在多址干扰（MAI，MultipleAccessInterference）和码间干扰（ISI，InetrSymbolInterference）传统的CDMA检测算法，即Rake接收，把MAI当做噪声来处理，分离地检测各个用户的信号，导致系统容量下降。在MAI里有许多先验信息，如确知的用户扩谱序列等，如果能利用与ISI和MAI相关的先验信息，在一步之内将所有用户的信号分离出来。把所有用户的检测看做一个统一的信号检测过程，必然可以提高系统的容量。现代移动通信网络技术119联合检测联合检测是联合考虑同时占用某个信道的所有用户或某些用户，消除或减弱其它用户对任一用户的影响，并同时检测出所有这些用户或某些用户的信息的一种信号检测方法。联合检测是一种有效的多用户检测技术，用于同时减少和消除CDMA系统内的符号间干扰（ISI）和多用户干扰（MAI）。TD-SCDMA系统使用低码片速率短码扩频的特点使得接收数据流可以较为容易地被一次检出，从而同时消除符号间干扰和多址干扰。联合检测示意图如图4-13所示。联合检测图4-13联合检测示意图1）联合检测的特点和优势联合检测的特点：不同的用户数据可以一次性检测出来通过基本的中间序列进行信道冲击响应估计，从而得知发射信号的信息将多址干扰和符号间干扰进行同样的处理，基本可以消除这两种干扰1）联合检测的特点和优势联合检测的优势：基本消除多址接入干扰和符号间干扰增加信号动态检测范围增加小区容量消除远近效应，无需快速功控2）联合检测实现过程首先估计所有用户的信道冲激响应，然后利用已知的所有用户的扩频码、扰码和信道估计，对所有用户的信号同时检测，消除符号间干扰（ISI）和用户间干扰（MAI），从而达到提高用户信号质量的目的；联合检测概念Joint

Detection

传统检测联合检测联合检测的目的就是根据下式中的A和e估计用户发送的d；d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声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联合检测原理7.4.2接力切换现代移动通信网络技术127接力切换(BatonHandover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一；设计思想：利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术；使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的；UE收到切换命令前的场景：上下行均与源小区连接UE收到切换命令后执行接力切换的场景：利用开环预计同步和功率控制，首先只将上行链路转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信UE执行接力切换完毕后的场景：经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换

接力切换过程

NodeB_ANodeB_B

NodeB_ANodeB_B

NodeB_ANodeB_B三种切换方式的对比硬切换接力切换软切换切换成功率低高高资源占用少少多切换时延短短长对容量的影响低低高呼叫掉话率高低低根据外场测试结论，接力切换与硬切换没有本质性能差异。-130-接力切换特点接力切换是基于同步和TDD的基础上的切换方法，它是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。它克服了软切换需要占用的信道资源较多，信令复杂导致系统负荷加重，以及增加下行链路干扰等缺点，也克服了传统硬切换掉话率较高、切换成功率较低的缺点。接力切换的突出优点是切换高成功率和信道高利用率。它具有硬切换和软切换两者的优点。7.4.2接力切换7.4.3动态信道分配现代移动通信网络技术131动态信道分配的基本概念与原理定义：在终端接入和链路持续期间，对信道进行动态分配和调整。所有的信道都被集中到一起分配，只要该信道能够提供足够的链路质量，任何小区都可以将该信道分配给呼叫。在通信系统运行过程中，DCA根据当前的网络状态、系统负荷和业务的QoS参数，动态地将信道分配给某个用户。-132-动态信道分配方法

频域DCA

时域DCA

码域DCA

空域DCA以上几种方法全面降低了相应的小区间干扰，从而使频谱利用率得以优化。6MHz16codecanbeusedEachuserare