《移动通信无线网络优化技术》课件第1章

第1章TD-SCDMA系统原理1.1TD-SCDMA的概念1.2TD-SCDMA帧、时隙结构1.3物理信道1.4码资源1.5TD-SCDMA关键技术1.6TD-SCDMA与其他系统主要技术区别

1.1TD-SCDMA的概念

TD-SCDMA的中文含义为时分复用同步码分多址接入，是由中国第一次提出、在无线传输技术(RTT)的基础上完成并已正式成为被ITU接纳的国际移动通信标准。这是中国移动通信界的一次创举和对国际移动通信行业的贡献，也是中国在移动通信领域取得的前所未有的突破。

TD-SCDMA中的TD指时分复用，也就是指在TD-SCDMA系统中单用户在同一时刻双向通信(收发)的方式是TDD(时分双工)，在相同的频带内在时域上划分不同的时段(时隙)给上、下行进行双工通信，可以方便地实现上、下行链路间的灵活切换。例如根据不同的业务对上、下行资源需求的不同来确定上、下行链路间的时隙分配转换点，进而实现高效率地承载所有3G对称和非对称业务。与FDD模式相比，TDD可以运行在不成对的射频频谱上，因此在当前复杂的频谱分配情况下它具有非常大的优势。TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kb/s到2Mb/s以及更高速率的语音、视频电话、互联网等各种3G业务。

图1-1是目前两种双工方式FDD和TDD示意图。

图1-1双工方式FDD和TDD

从图1-1可知，FDD双工方式用户的收发信息，是通过上行和下行的不同频率信道进行传递的，从而使用户能够同时进行信息的收发。而TDD双工方式用户的收发信息，是在相同的频带内在时域上划分不同的时段(时隙)给上、下行进行双工通信的。

FDD是真正意义上的双工，TDD是统计意义上的双工，是以传送数字化的有限容量的信息为前提的。随着数字技术在移动通信中的广泛应用，TDD的这种统计意义也越来越淡化，颗粒度越来越小，也就更加接近真正意义的双工。

TD-SCDMA中的S是同步的含义，指TD-SCDMA系统是同步的CDMA系统，同一时隙的用户到达基站的时刻需要大致相同，才能保证扩频码的正交性，降低CDMA系统固有的MAI(多址接入)干扰，以及便于基站采用联合检测技术同时处理该时隙所有用户数据进行用户联合检测和识别。从这个角度也可看出，TD-SCDMA系统对于同步，特别是Uu接口的同步要求是较高的，其实这也与采用了TDD双工方式有关，即采用开环同步、闭环同步等技术来保证无线接口的同步。

TD-SCDMA中的CDMA是指TD-SCDMA系统的多用户接入方式是CDMA(码分多址)方式。多址通信是指在一个通信网内各个通信台、站共用同一个指定的射频频道，进行相互间的多边通信。实现多址通信的理论基础是信号分割技术。一个无线电信号可以使用若干个参量来表征，其中最基本的参量是信号的射频频率、信号出现的时间、信号的码型、信号出现的空间等；按照这些参量的分割，可以实现的多址连接有FDMA、TDMA和CDMA。

FrequencyDivisionMultipleAccess(FDMA)：不同的移动台占用不同频率，即每个移动台占用一个信道(频道)进行通话，在这里一个频道就是一个信道。

TimeDivisionMultipleAccess(TDMA)：若干个移动台占用同一频道，但占用时间不同，即同一频道可供若干个移动台同时进行通话，由于它们占用频道的时间不同，所以彼此之间不会串扰。

CodeDivisionMultipleAccess(CDMA)：不同的移动台占用同一频道，但各移动台有不同的随机码序，即每一移动台分配一个独特的随机码序列，与所有别的码序列不同，而且这些码序列间是正交的，也就是彼此互不相关，以示区分。

多址技术最直接的体现是对上行多用户的区分，因为在上行链路上，所有的信息对于基站来说都是有用的，必须采取一定的方式来协调这些信号的有序处理，才能达到区分多个用户信号的目的。

图1-2是多址接入概念示意图，图1-3是TD-SCDMA系统区分用户的方式。

图1-2多址接入概念示意图图1-3TD-SCDMA系统区分用户的方式

由图1-3可知，TD-SCDMA是通过频率、时隙和码字三维空间来区分用户的，所以说TD-SCDMA系统是集FDMA、TDMA、CDMA优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。

1.2TD-SCDMA帧、时隙结构

第三代移动通信系统的空中接口即UE和网络之间的Uu接口，由物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)组成。所有的物理信道都采用四层结构：系统帧(0～4095)、无线帧(10ms)、子帧(5ms)和时隙/码。依据不同的资源分配方案，子帧或时隙/码的配置结构可能有所不同。所有物理信道的每个时隙间都需要有保护间隔。在TDMA系统中，使用时隙在时域和码域上区分不同用户信号。

图1-4给出了物理信道的信号格式。

图1-4物理信道信号格式

图1-5是TD-SCDMA系统子帧(SubFrame)结构。

图1-5TD-SCDMA系统子帧结构

TD-SCDMA系统帧结构的设计考虑了对智能天线、上行同步等新技术的支持。一个TDMA帧的长度为10ms，分成两个5ms子帧，每10ms帧长内的2个子帧的结构是完全相同的。如图1-5所示，每一子帧又分成长度为675μs的7个常规时隙和3个特殊时隙。这3个特殊时隙分别为DwPTS(下行导频时隙)、GP(保护时隙)和UpPTS(上行导频时隙)。在7个常规时隙中，TS0总是分配给下行链路(DL)，而TS1总是分配给上行链路(UL)。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个切换点(SwitchingPoint)分开，在TD-SCDMA系统中的每个5ms的子帧中，有两个切换点(UL到DL和DL到UL)。

应用上述帧结构，通过对上行、下行时隙数的相应设置，TD-SCDMA可以对称或非对称分配上下行链路。图1-6分别给出了对称分配和非对称分配上下行链路的例子。

TDD模式下的物理信道是一个突发，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，即每一帧的时隙都可以分配给物理信道；也可以是不连续的，即仅有部分无线帧中的时隙分配给物理信道。一个常规时隙的突发由数据部分、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。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。midamble码部分必须使用同一个基本midamble码，但可使用不同的midamble码偏移。

图1-6上下行时隙对称和非对称分配

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。因此，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。

下面分别表示常规时隙和特殊时隙突发结构。

1．常规时隙突发结构

常规时隙突发结构如图1-7所示。

图1-7常规时隙突发结构

midamble码：也称训练序列域(TrainingSequence)，在信道解码时被用来作为信道估计，不携带用户信息。该码的作用如下：①上、下行信道估计；②功率测量；③上行同步保持。midamble码的码长为144chips，112.5μs(若太短，不利于JD；若太长，不利于高传输率)；由长度为128chips的基本midamble码生成；传输时不进行基带处理和扩频，直接与经基带处理和扩频的数据一起发送。

基本midamble码由网络规划分配。整个系统共有128个不同的基本midamble码。128个基本midamble码分成32组，以对应32个SYNC_DL码；每组包含4个不同的基本midamble码，但一般仅使用其中的一个，其余3个留给不同的运营商使用。同一时隙不同信道所使用的midamble码都由这个基本码经循环移位而产生。系统定义的128个基本midamble码可在3GPPTS25.221查到(见参考文献)。基本midamble码与扰码一一对应；相同小区、相同时隙内的用户，采用相同的基本midamble码，每个基本midamble码对应16个不同的(位移)midamble码，即1个时隙内最多可有16个用户。

2．带TFCI常规时隙突发结构

在TD-SCDMA系统中，常规时隙给上、下行传送TFCI(TransportFormatCombinationIndicator，传输格式组合指示)提供了可能。

TFCI的发送可以在已建立起的呼叫过程中进行，也可以在呼叫过程中重新进行。对每一个CCTrCH，高层信令将指示所使用的TFCI格式。除此之外，对每一个所分配的时隙是否承载TFCI信息也由高层分别告知。如果一个时隙包含TFCI信息，它总是按高层分配信息的顺序采用该时隙的第一个信道码进行扩频。

TFCI是在各自物理信道的数据部分发送的，这就是说TFCI和数据比特具有相同的扩频过程。编码后的TFCI符号在子帧内和数据块内都是均匀分布的，因此midamble码部分的结构和长度不变。

已编码的TFCI符号平均地分配到两个子帧中相应的数据部分。带TFCI常规时隙突发结构如图1-8所示。

图1-8带TFCI常规时隙突发结构

3．带TFCI、TPC和SS命令字常规时隙突发结构

带TFCI、TPC和SS常规时隙突发结构示意图如图1-9所示。

图1-9带TFCI、TPC和SS常规时隙突发结构

在TD-SCDMA系统中，常规时隙给上、下行传送TPC(TransmitPowerControl，传输功率控制)提供了可能。

TPC的传输是在业务突发的数据部分进行的，因此midamble的结构和长度是不变的。TPC直接在SS后发送，而SS(SynchronizationShift，同步偏移控制符号)是在midamble后发送的。对每一个用户，TPC信息在每一个5ms子帧里发送一次，这使得TD-SCDMA系统可以进行快速功率控制。TPC将根据高层分配信息的顺序，使用分配到的第一个信

道码并在分配到的第一个时隙的业务突发的数据部分发送，其扩频因子和扩频码与各自的物理信道的数据部分相同。TPC的分配也可以采用其他方式，如一个子帧可包含多个TPC。

ULSC(上行同步命令)的传输是在业务时隙的数据部分进行的。因此midamble的结构和长度是不变的。ULSC信息直接在midamble之后发送。对每一个用户而言，ULSC信息应该至少在每个子帧里被发送一次。SS命令使用与相应物理信道的数据部分相同的扩频因子(SF)和扩频码进行扩频。

SS用于命令每M帧进行一次时序调整，调整步长为(k/8)Tc，其中Tc为码片周期，缺省时的M值和k值由网络设置，并在小区中进行广播。下行中的SS信息直接在midamble之后进行发送，作为L1的一个信号，SS在每一个5ms子帧里发送一次。

M(取值范围1～8)和k(取值范围1～8)可以在已建立呼叫过程调整，也可以在呼叫过程中重新调整。

注意：由UTRAN信令调整的SS最小步长是1/8个码片周期。因为UE的性能与UE的SS调整有关，所以建议设置命令执行的允许偏差为[1/9；1/7]码片周期。上行SS符号要保留下来，为以后使用。这就保证了上、下行时隙有相同的结构。

4．特殊时隙DwPTS突发结构

DwPTS时隙用来发送下行同步码(SYNC_DL)，其时隙长度为96chips，其中同步码长为64chips，前面有32chips用做TS0时隙的拖尾保护。特殊时隙DwPTS突发结构如图1-10所示。

图1-10特殊时隙DwPTS突发结构

SYNC_DL是一组PN码，用于区分相邻小区，系统中定义了32个码组，每组对应一个SYNC_DL序列，SYNC_DLPN码集在蜂窝网络中可以复用。有关码组的内容将在后文介绍。

DwPTS的发射要满足覆盖整个区域的要求，因此不采用智能天线赋形。将DwPTS放在单的时隙，一是便于下行同步的迅速获取，再者，也可以减小对其他下行信号的

干扰。

按物理信道来划分，发送下行同步码的信道也叫做下行同步信道DwPCH。

在DwPTS时隙没有码分复用，也就是说，该时隙仅有一个物理信道DwPCH。

5．特殊时隙GP突发结构

特殊时隙GP突发结构如图1-11所示。

图1-11特殊时隙GP突发结构

GP的时长为75μs，对应96chips保护时隙，主要用于下行时隙到上行时隙转换时的保护。

在小区搜索时，GP确保DwPTS可靠接收，防止干扰UL工作。在随机接入时，GP确保UpPTS可以提前发射，防止干扰DL工作。

6.特殊时隙UpPTS突发结构

特殊时隙UpPTS突发结构如图1-12所示。图1-12特殊时隙UpPTS突发结构

每个子帧中的UpPTS是为建立上行同步而设计的，当UE处于空中登记和随机接入状态时，它将首先发射UpPTS，待得到网络的应答后，发送RACH。

UpPTS时隙长度为160chips，其中同步码长为128chips，另有32chips用做拖尾保护。多个UE可以在同一时刻发起上行同步建立。

256个上行同步码分成32组，每组有8个不同的SYNC_UL码，即每个小区对应8个固定的SYNC_UL。

NodeB可以在同一子帧的UpPTS时隙识别多达8个不同的上行同步码。在由网络规划分配到一个唯一的SYNC_DL码后，就确定了要分配的8个SYNC_UL码。

按物理信道划分，用于上行同步建立的信道也叫做上行同步信道UpPCH。一个小区中最多可有8个UpPCH同时存在。

TS25.221、TS25.223中给出了全部的SYNC_DL和SYNC_UL码。

1.3物理信道

图1-13列出了TD-SCDMA系统无线接口传输信道和物理信道映射关系，方框部分为物理信道。图1-13TD-SCDMA常用传输信道和物理信道映射关系

1．主公共控制物理信道(P-CCPCH)

传输信道BCH在物理层映射到P-CCPCH。在TD-SCDMA中，P-CCPCH的位置(时隙/码)是固定的(TS0)。P-CCPCH采用固定扩频因子SF=16，总是采用TS0的信道化码CQ=16(k=1)和CQ=16(k=2)。P-CCPCH信道在子帧中的位置如图1-14所示。

图1-14P-CCPCH信道在子帧中的位置

训练序列m(1)和m(2)预留给P-CCPCH，以支持空码传输分集(SpaceCodeTransmitDiversity，SCTD)和信标功能。训练序列的具体使用依赖于P-CCPCH是否采用SCTD分集方式：如果P-CCPCH没有采用SCTD天线分集，m(1)使用，m(2)保留未用；如果P-CCPCH采用SCTD天线分集，天线1使用m(1)，天线2使用m(2)。

P-CCPCH需要覆盖整个区域，不进行波束赋形，以一恒定功率进行发送，P-CCPCH采用常规突发结构，没有TFCI、TPC和SS命令字。基站在该信道发送系统信息，UE上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统信息。

在TD-SCDMA覆盖分析过程中，UE测得的TS0时隙P-CCPCH两码道功率作为下行覆盖质量电平评估。

2．辅公共控制物理信道(S-CCPCH)

S-CCPCH用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据。PCH和FACH可以映射到一个或多个辅公共控制物理信道(S-CCPCH)，这种方法使PCH和FACH的数量可以满足不同的需要。

S-CCPCH固定使用SF=16的扩频因子，其突发结构是常规突发结构，不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，具体的信道参数由系统信息在BCH广播，信道的编码及交织周期为20ms。S-CCPCH可以使用5个码分信道，也可以使用2个码分信道来构成一个S-CCPCH信道对。该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意一对码分信道和midamble移位序列。在TS0时隙，主、辅公共控制信道还可以时分复用同一套信道

参数。

UE通过S-CCPCH信道来分时接收PCH数据或FACH数据。

3．下行同步信道(DwPCH)

按物理信道来划分，发送下行同步码的信道也叫做下行同步信道(DwPCH)。

在DwPTS时隙没有码分复用，也就是说，该时隙仅有一个物理信道DwPCH。

DwPCH需要覆盖整个区域，不进行波束赋形，以一恒定功率进行发送。

UE开机时通过特征窗搜索法找到DwPTS位置，由此确定本小区的SYNC_DL码和无线子帧的位置。找到DwPTS位置后将以此作为发送上行信号的时间基准，故也称为下行同步信道。其突发有自己特殊的结构。

4．上行同步信道(UpPCH)

按物理信道划分，用于上行同步建立的信道也叫做上行同步信道(UpPCH)。

UE开机时通过小区搜索找到DwPTS位置，并由此确定本小区的SYNC_DL码，由TD-SCDMA系统码组规划对应关系，即可知一个小区相对应的SYNC_UL码，一个小区中最多可有8个SYNC_UL码，即8个UpPCH同时存在。

UE通过UpPCH信道发送SYNC_UL与基站保持上行同步，其发送功率和同步采用开环功率和开环同步方式，其突发采用自己特殊的结构。

5．快速物理接入信道(FPACH)

FPAH不承载传输信道信息，因而与传输信道不存在映射关系。NodeB使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的UE接入请求，调整UE的发送功率和同步偏移。FPACH的扩频因子SF固定为16，单子帧交织，信道的持续时间为5ms，数据域内不包含SS和TPC控制符号。因为FPACH不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用TFCI。

小区中配置的FPACH数目及其他信道参数如时隙、信道化码、midamble码位移等信息由系统信息广播。

表1-1是FPACH信道中Physicalinformation32bit内容。

表1-1FPACH信道上包含的信息

注：目前一般把FPACH配置在TS0时隙，占用一个SF=16的码道。

6．物理随机接入信道(PRACH)

PRACH用于承载来自传输信道RACH的数据。作为上行信道，PRACH可以使用的扩频因子为16、8、4。受信道容量限制，对不同的扩频因子，信道的其他结构参数也相应发生变化。

PRACH信道可位于任一上行时隙，使用任意允许的信道化码和midamble位移序列。小区中配置的PRACH信道(或SF=16时的信道对)数目与FPACH信道的数目有关，两者配对使用。按3GPP规定，传输信道RACH的数据不与来自其它传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。

一组PRACH中PRACH的数量不能超过RACH的TTI(5ms、10ms、20ms)所对应的子帧(1、2、4)。即一个PRACH的TTI为5ms，也就是说，一个FPACH子帧可以分配一个PRACH的TTI(即允许UE在其上发送一个TBS(传输块集合))。假设RACH的TTI为20ms，而一组PRACH只有一个PRACH，则FPACH需要四个子帧来对应这组PRACH，但是这个FPACH的四个子帧中只有一个子帧是有用的，其余三个均不使用。

7．专用物理信道(DPCH)

DCH(DedicatedTransportChannel)映射到专用物理信道(DPCH)。专用物理信道采用前面介绍的常规时隙突发结构，由于支持上、下行数据传输，因此下行通常采用智能天线进行波束赋形。

物理层将根据需要把来自一条或多条DCH的层2数据组合在一条或多条CCTrCH信道内，然后再根据所配置物理信道的容量将CCTrCH数据映射到物理信道的数据域。

DPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，信道的存在时间取决于承载业务类别和交织周期。

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；若UE的多时隙能力允许，这些物理信道还可以位于不同的时隙。

下行物理信道采用的扩频因子为1、16，上行物理信道的扩频因子可以在1、2、4、8、16之间选择。

8．寻呼指示信道(PICH)

PICH(PagingIndicatorChannel)不承载传输信道的数据，但却与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道(映射在S-CCPCH上)。PICH固定使用扩频因子SF=16。一个完整的PICH信道由两条码分信道构成。信道的持续时间为两个子帧(10ms)。也可根据需要将多个连续的PICH帧构成一个PICH块。PICH信道配置所需的物理层参数、信道数目以及信道结构等信息由系统信息广播。

9．高速物理下行共享信道(HS-PDSCH)

为支持HSDPA，下行方向需增加一个传输信道HS-DSCH，HS-DSCH用于传输数据，它映射到物理信道HS-PDSCH。HS-PDSCH用于承载HS-DSCH数据，可以根据信道条件采用QPSK、16QAM调制方式。为提高传输速率不承载TPC/SS/TFCI控制命令字，SF可根据信道条件采用16或1，但对同一个用户，当多个时隙同时传输时，各时隙上的HS-PDSCH采用的SF、码道数及信道化码号必须完全相同。HS-PDSCH与HS-SCCH/HS-SICH伴随使用，其控制信息由HS-SCCH承载，伴随有下行DPCH信道。HS-PDSCH和DPCH突发结构如图1-15所示。图1-15HS-PDSCH和DPCH突发结构

10．共享控制信道和指示信道(HS-SCCH、HS-SICH)

HS-SCCH信道是下行控制链路负责传输对HS-DSCH信道解码所必需的控制信息的物理层控制信道。

HS-SICH信道是上行链路负责传输必要的控制信息(主要是对传输分组的应答和下行链路质量的反馈信息)的控制信道。

在每个HS-DSCHTTI，一个HS-SCCH只能携带发送给一个UE的信息。每个小区可以有多个HS-SCCHset，每个HS-SCCHset最多包含四个HS-SCCH，不同的HS-SCCHset相互独立，但可以有交叠，即一个HS-SCCH可以同时归属于不同的HS-SCCHset。

UE需要具备同时监听四个HS-SCCH(一个HS-SCCHset)的能力，如果UE监听到某个HS-SCCH携带了发给它的信息，那么在下一个TTI，UE只需监听同一个HS-SCCH。因为

在网络侧，如果某个UE在连续的两个TTI都被调度，将使用同一个HS-SCCH发送控制信令。

一个HS-SCCH上的信息实际上由两个子物理信道：HS-SCCH1和HS-SCCH2共同承载，扩频因子均为16。

HS-SCCH为下行共享控制信道，TTI为5ms，UE首先接收HS-SCCH，判断是否需要接收HS-PDSCH(根据HS-SCCH上携带的UEID判断)以及HS-PDSCH的配置信息，HS-SCCH承载与HS-DSCH/HS-PDSCH数据相关的TFRI、HARQ、TPC、SS和UEID。HS-SCCH可采用闭环功控和赋形。HS-SCCH和HS-SICH突发结构如图1-16所示。

图1-16HS-SCCH和HS-SICH突发结构

HS-SICH为上行共享控制信道，TTI为5ms，HS-SICH占用一个SF=16的码道(5ms子帧)，HS-SICH用于对接收的HS-PDSCH进行回应，回应信息包括NACK/ACK和CQI。不同的信息段采用不同的编码方式(ReedMuller编码、重复编码)，可传输TPC，可采用闭环功控，初始同步参考上行DPCH，通信过程中根据HS-SCCH上的SS进行闭环同步控制。

1.4码

资

源

TD-SCDMA系统总共有32个下行导频码(SYNC_DL)、256个上行导频码(SYNC_UL)、128个扰码和128个midamble码。这些码被分为32个码组，每个码组中包括1个下行导频码(SYNC_DL)、8个上行导频码(SYNC_UL)、4个扰码和4个midamble码，扰码与midamble码是一一对应的，每个小区需要配置一个码组。

表1-2为TD-SCDMA系统32组码。

1．下行同步码(SYNC_DL)

TD-SCDMA中利用下行导频中的PN码以及长度为16的扰码区分不同基站。UE进行小区搜索的第一步就是利用从DwPTS中使用的SYNC_DL码，借此UE可以知道为随机接入而分配给UpPTS的8个SYNC_UL码的码集，在此基础上，就可以知道小区使用的基本midamble码和扰码。并且，SYNC_DL的调制相位可以指示P-CCPCH在接下来的子帧中是否出现。

整个系统有32组长度为64chips的基本SYNC_DL码，一个SYNC_DL唯一标识一个码组。

2．上行同步码(SYNC_UL)

上行导频时隙(UpPTS)为上行导频和同步而设计，当UE处于空中登记和随机接入状态时，它将首先在UpPTS发射上行同步码，当得到网络的应答后，在PRACH信道发送RRC连接请求。其中的SYNC_UL序列长度为128chips，不进行扩频和加扰，用于在接入过程中区分不同的UE。

整个系统有256个不同的基本SYNC_UL，分成32组，每组8个，码组是由基站确定的，因此8个SYNC_UL对基站和已下行同步的UE来说都是已知的；当UE要建立上行同步时，将从8个已知的SYNC_UL中随机选择1个，并根据估计的定时和功率值在UpPTS中发射，系统支持8个用户的同时接入请求。

3．扰码(ScramblingCode)

规范中一共规定了128个扰码，被分成32组，每组4个，扰码码组由基站使用的SYNC_DL序列确定，并且与midamble码是一一对应的关系。在用户的数据信息中，扩频可以区分同时发送的多个用户的信息，而加扰的过程是在用户的数据信息中添加小区的特征信息。这样在下行中，当用户接收到来自多个小区的信号时，UE能够识别出其中属于自己的通信小区的信息；在上行中，基站能够从众多的信号中识别出实际和自己通信的用户的信息。

4.

midamble码

Midamble码是扩频突发的训练序列，它可以用来进行信道估计、同步、识别基站，系统有128个长度为128chips的基本midamble码，分成32个码组，每组4个，每个小区使用一个特定的基本midamble码，不同用户所采用的midamble码由同一个基本的midamble码经循环移位而产生。

5.扩频码

TDD模式下的物理信道是一个突发，在分配到的无线帧中的特定时隙发射。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。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信道码，但应使用相同的扰码，midamble码部分必须使用同一个基本midamble码相同的偏移。

扩频码又被称为信道码，是用来对数据按照不同的扩频因子进行扩频的。为了保证在同一时隙上不同扩频因子的扩频码正交，要求扩频码为正交码(OVSF)。TD-SCDMA采用信道码区分相同资源的不同信道，上行扩频因子可以取1、2、4、8或16，而下行可以取1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。

作为扩频码，OVSF具有如下特性：码长Qk是2的整数次幂，即Qk=2n。在TD-SCDMA系统中，n≤4，即最大扩频因子Qmax=16。相同或不同长度的码字之间互相正交，互相关值为0。基于这一特性，在TD-SCDMA系统中，允许同一时隙内使用不同的扩频因子。

在系统中一般直接用生成OVSF码的码树来定义扩频因子，如图1-17所示。

图1-17生成OVSF码的码树

图1-17中码树的每一级都定义了一个扩频因子Q。需要注意的是，并非码树中的每一个码都能在同一个时隙中使用。限制使用的一般规律是：如果码树中某一级的某一条树枝被使用，那么必须保证该树枝左边直到根节点的所有码都没被使用，并且该树枝右边所有子树的码也不能再被使用。

为了降低多码传输时的峰均值比，对于每一个信道化码，都有一个相关的相位系数，见表1-3所示。

1.5TD-SCDMA关键技术

1.5.1TDD技术

1．TDD基本概念

时分双工(TimeDivisionDuplex，TDD)是一种通信系统的双工方式，在无线通信系统中用于分离接收和传送信道或者上行和下行链路。

采用TDD模式的无线通信系统中接收和传送是在同一频率信道(载频)的不同时隙，用保护时间间隔来分离上、下行链路；而采用FDD模式的无线通信系统的接收和传送是在分离的两个对称频率信道上，用保护频率间隔来分离上、下行链路。

采用不同双工模式的无线通信系统的特点和通信效率是不同的。TDD模式中由于上、下行信道采用同样的频率，因此上、下行信道之间具有互惠性，这给TDD模式的无线通信系统带来许多优势。比如，智能天线技术在TD-SCDMA系统中的成功应用。

另外，由于TDD模式下上、下行信道采用相同的频率，不需要为其分配成对频率，在无线频谱越来越宝贵的今天，相比于FDD系统具有更加明显的优势。

图1-18为TDD双工方式示意图。

图1-18TDD双工方式示意图

2．TDD应用优势

(1)易于使用非对称频段，无需具有特定双工间隔的成对频段，如图1-19所示。

图1-19TDD和FDD的频谱区别

(2)适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率，如图1-20所示。

图1-20灵活的上、下行时隙配置

(3)上行和下行使用同一个载频，故无线传播是对称的，信道环境具有互易性，有利于智能天线技术和功率控制技术的实现。

(4)无需笨重的射频双工器，基站小巧，成本低。

1.5.2智能天线技术

1．基本概念

在复杂的移动通信环境和频带资源受限的条件下要达到更好的通信质量和更高的频谱利用率，主要受3个因素限制：多径衰落、时延扩展、多址干扰。为了克服这些因素的限制，近几年开始研究的移动通信的智能技术，即智能移动通信技术，包括智能天线、智能传输、智能接收和智能化通信协议等为此提供了有力的技术支持。其中，智能天线技术作为TD-SCDMA系统的关键技术，在抵抗干扰、提高系统容量方面发挥了重要的作用。相比于WCDMA系统，TD-SCDMA系统带宽较窄，扩频增益较小，单载频容量较小，智能天线是保证系统能够获得满码道容量的重要条件。

智能天线(SmartAntenna)技术是在微波技术、自动控制理论、自适应天线技术、数字信号处理(DSP)技术和软件无线电技术等多学科基础上综合发展而成的一门新技术。

智能天线，即具有一定程度智能性的自适应天线阵列。首先，天线阵列由多个空间分隔的天线阵元组成，每个天线的输出通过接收端的多输入接收机合并在一块。与传统接收天线只能在天线全向角度以固定方式处理接收信号不同，自适应天线阵列是空间到达角度或者说是扩展角度的函数，接收机可以在这个角度的范围内对接收的信号进行检测处理，可以动态地调整一些接收机制来提高接收性能。

根据到达天线阵列的信号的相关性，可以将天线阵列分为完全相关和完全不相关两种情况。对于前者，每个阵元上的信号以相同的方式衰落，这时要求阵元之间的间隔很小，一般小于等于半个波长，这也是TD-SCDMA系统中应用的天线阵列；而对于后者，每个阵元上的信号可以认为经过相互独立的信道，当一个信号处于深衰落时，其他信号不可能同时处于深衰落，通常阵元之间的间隔要大于半个波长，此时主要是获得分集接收增益。根据天线阵列的几何形状，可以分为等距离线阵、均匀圆阵、天面格状阵列以及立体格状阵列。而等距离线阵和均匀圆阵都是TD-SCDMA系统中广泛应用的两种阵列，如图1-21所示，前者主要用于扇区化天线，后者主要用于全向天线。

图1-218天线线阵智能天线以及辐射方向图

自适应天线阵列能够在干扰方向未知的情况下，自动调节阵列中各个阵元的信号加权值的大小，使阵列天线方向图的零点对准干扰方向而抑制干扰，即使在干扰和信号同频率的情况下，也能成功地抑制干扰。如果天线的阵元数增加，还可以增加零点数来同时抑制不同方向上的几个干扰源。实际干扰抑制的效果，一般可达25～30dB以上。智能天线以多个高增益的动态窄波束分别跟踪多个移动用户，同时抑制来自窄波束以外的干扰信号和噪声，使系统处于最佳的工作状态。

但智能天线的波束跟踪并不意味着一定要将高增益的窄波束指向移动用户的物理方向，实际在随机多径信道上，移动用户的物理方向是难以确定的，特别是当发射台至接收机的直射路径上存在阻挡物时，用户的物理方向并不一定是理想的波束方向。智能天线波束跟踪的真正含义是在最佳路径方向形成高增益窄波束并跟踪最佳路径的变化。

使用智能天线的小区与普通小区的比较如图1-22所示。

图1-22使用智能天线的小区与普通小区的比较示意图

2．智能天线工作原理

智能天线系统包含三个主要部分：智能天线阵、多RF通道收发信系统、基带智能天线算法。

智能天线是一种由多个天线单元组成的阵列天线，它通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的天线方向图，从而抑制干扰，提高信干比。广义地说，智能天线技术是一种天线和传播环境与用户和基站的最佳空间匹配技术。

以接收过程为例，每一个天线后接一个加权器(即乘以某一个系数，这个系数通常是复数，既调节幅度又调节相位)或者延时抽头加权网络(结构上与时域FIR均衡器相同)，最后用相加器进行合并，来完成空域滤波或者空域和时域的联合处理。通常，这些加权系数可以恰当改变、自适应调整。

对于发射过程，加权器或加权网络置于天线之前，没有相加合并器。发射时，利用一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比、降低发射功率、提高系统覆盖范围和容量的目的。

图1-23是智能天线的加权示意图。该加权网络由N个天线单元组成，每个天线单元有M套加权器(对应M个用户)，可以形成M个不同方向的波束。用户数M可以大于天线单元数N。信道估计部分是通过该用户接收突发的midamble部分进行的。

智能天线可以估计当前接入各用户的到达角(DOA)，其中，到达角既可以是各用户的主径到达角，也可以是各用户的各多径的到达角。通常，在估计过程中，先进行用户的分离，然后针对每个用户，利用其已知的有用信息进行DOA估计。

图1-23智能天线的加权示意图

智能天线较常使用两种算法：波束扫描法(GOB)和特征值分解法(EBB)。

(1)波束扫描方法基本思路如下：将整个空间分为L个区域，并为每个区域设置一个初始角度。以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数，计算接收信号功率，然后找到最大功率对应的区域，再将该区域的初始角度当作估计的到达角。

(2)特征分解方法的基本思路如下：①对于整个波束空间，找到使接收信号功率最大的赋形权矢量。通过对用户空间相关矩阵进行特征分解，找到最大特征值对应的特征向量即为权矢量；②对用户空间相关矩阵进行特征分解，求得到达角度个数和对应方向。

3．智能天线应用优势

智能天线可以运用于移动通信系统的基站或者终端，它具有如下几大优势：

(1)天线波束赋形的结果等效于增大了天线增益。对于N元天线阵列，天线增益最大可能增加10lgN(dB)。

(2)天线波束赋形的结果使得多址干扰大大降低。只有来自主瓣方向和较大副瓣方向的多径才对有用信号带来干扰。

(3)天线阵可以对来波方向进行精确计算，来波方向可以用于用户定位和越区切换。

(4)与单天线相比，智能天线可以用多个小功率的线性功率放大器来代替单一的大功率线性功率放大器。因为线性功率放大器的价格与功率值不成线性关系，使用智能天线大大降低了接收机的成本。

(5)智能天线提高了系统的设备冗余度。个别收发信机的损坏并不影响系统的正常工作。

(6)智能天线能够补偿信号衰落。

(7)智能天线提高了系统容量。

1.5.3联合检测技术

1．基本概念

在实际的CDMA移动通信系统中，由于扩频码字相关特性的非理想性，各个用户信号之间经过复杂多变的无线信道后将存在一定的相关性，这就是多址干扰(MAI)存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，MAI就成为CDMA通信系统的一个主要干扰，如图1-24所示。

图1-24MAI和ISI示意图

传统的CDMA系统的信号分离方法是把MAI看做热噪声一样的干扰，导致信噪比严重恶化，系统容量也随之下降。这种将单个用户的信号分离看做是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测(Single-userDetection)。WCDMA系统使用了较长的扩频码，系统可以获得较高的扩频增益。限于硬件处理能力的限制，目前的WCDMA设备均采用RAKE接收这种单用户检测的方法，因此在WCDMA实际系统可获得的容量小于码道设计容量；当然WCDMA单载频容量本身较大，目前的容量能力也可以满足运营需要。

实际上，由于MAI中包含许多先验的信息，如确知的用户信道码、各用户的信道估计等，因此MAI不应该被当做噪声处理，它可以被利用起来以提高信号分离方法的准确性。这样充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看做一个统一的过程的信号分离方法称为多用户检测技术(MUD)。根据对MAI处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消(InterferenceCancellation)和联合检测(JointDetection)两种。

其中，干扰抵消技术的基本思想是判决反馈，首先从总的接收信号中判决出其中部分的数据，根据数据和用户扩频码重构出数据对应的信号，再从总接收信号中减去重构信号，如此循环迭代。联合检测技术则指的是充分利用MAI，一步之内将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术。通常，联合检测的性能优于干扰抵消，但联合检测的复杂度高于干扰抵消，因此一般基站更容易实现联合检测。

2．应用优势

在TD-SCDMA系统中，基站和终端都采用了联合检测算法来消除MAI和ISI。理论上来说，联合检测技术可以完全消除MAI的影响，但在实际应用中，联合检测技术会遇到以下问题：

(1)对小区间干扰的解决方法有一定的限制。

(2)信道估计的不准确将影响到干扰消除的准确性。

(3)随着处理信道数的增加，算法的复杂度并非线性增加，实时算法难以达到理论上的性能。

由于以上原因，在TD-SCDMA系统中，并没有单独使用联合检测技术，而是采用了联合检测技术和智能天线技术相结合的方法。

智能天线和联合检测两种技术相结合，不等于将两者简单地相加。TD-SCDMA系统中智能天线技术和联合检测技术相结合的方法使得在计算量未大幅增加的情况下，上行能获得分集接收的好处，下行能实现波束赋形。图1-25说明了TD-SCDMA系统智能天线和联合检测技术相结合的方法。

图1-25智能天线和联合检测技术结合流程示意图

联合检测技术给TD-SCDMA系统带来了一系列的好处，诸如降低系统干扰，扩大容量，降低功控要求，削弱远近效应，同时也为TD-SCDMA系统带来了巨大的经济效益。

1.5.4功率控制

功率控制是CDMA系统得以大规模商用的最重要技术之一，是用来克服远近效应的简单、有效的方法，同时可降低终端的功耗。TD-SCDMA作为CDMA技术大家族的一员，不可避免也要使用功率控制技术，然而TD-SCDMA系统中联合检测技术的采用降低了系统对功率控制的要求。换句话说，联合检测有一定的克服远近效应的能力。

上行最大允许发射功率是通过高层信令通知终端的。最大允许发射功率应低于终端所属类别的最大发射功率能力。上行功率控制应保证终端的发射功率不超过设定的最大允许发射功率。在某些情况下，计算得到的一些时隙内终端上行所需发射功率大于允许最大发射功率。这时需要将这些时隙内的所有上行信道的发射功率与所需发射功率等比例地降低，以确保总发射功率不超过允许的最大发射功率。

图1-26是功率控制在信令中的位置示意。

图1-26功率控制在信令中的位置

1．开环功控

开环功控是通过测量接收特殊信道的信号功率大小和有关信息，调整自己的发射功率的功率控制方法，没有反馈。

在TD-SCDMA系统中，开环功控主要用于随机接入过程，为了粗略补偿路径损耗和阴影、拐角等效应带来的功率变化，移动台(或基站)根据下行链路(或上行链路)接收到的信号质量，对信道衰落情况进行估计，从而对发送功率进行调整，使基站(或所有移动台)收到的所有移动台(或基站)的信号功率或SIR基本相等，以有效克服“远近效应”。另外，在TD-SCDMA系统中可以用开环功控辅助内环快速功控的方式来提高系统功率控制性能。

在TD-SCDMA系统中，开环功率控制分为上行和下行。对于上行来说，UE通过对下行信号的测量，估算出下行链路的损耗，将该损耗值等同于上行链路的损耗，然后计算上行链路的发射功率，存在一个环路；对于下行来说，NodeB和RNC直接决定下行各个信道的初始发射功率，不存在任何环路，所以准确地说，开环只是针对上行链路，即把下行链路损耗等同于上行的链路损耗，然后用来预测估算上行的发射功率：

(dB) = L(dB) + (I+N0)(dBm) + (SIR)des(dB) + Δ(dB)

LPCCPCH = Pref - PP-CCPCH_RSCP

式中，(I + N0)上行的干扰加噪声；(SIR)des是上行的期望接收信噪比；Δ是考虑某些情况下(比如阴影和快速移动)信道质量恶化而设置的安全裕度。

上行开环功率控制主要用于移动台在UpPTS信道以及PRACH信道上发起随机接入过程，此时UE还不能从DPCH信道上接收功率控制命令。

(1) UpPCH信道开环功率控制。UpPCH信道开环功率控制的计算公式如下：

PUpPCH

=LPCCPCH+PRxUpPCHdes+(i-1) × Pwrramp

式中，PUpPCH为UpPCH的发射功率；LPCCPCH为移动台与基站之间的路径损耗，由PCCPCH发射功率与移动台实际接收到的PCCPCHRSCP之间的差获得；PRxUpPCHdes为基站在UpPCH信道上期望接收到的功率，其值来自系统信息广播；i为UpPCH信道的发射试探次数，其最大值由网络端通过系统信息通知移动台；Pwrramp为功率递增步长。

(2) PRACH信道开环功率控制。移动台在PRACH上的发射功率由下式计算得到。

PPRACH

=

LPCCPCH +

PRxPRACHdes+(iUpPCH -1) × Pwrramp

式中，PPRACH为PRACH上的发射功率；LPCCPCH为移动台和基站之间的路径损耗，计算方法同上；PRxPRACHdes为基站在PRACH信道上期望获得的接收功率，其值由FPACH信道通知；iUpPCH为最后一个UpPCH 信道发射试探次数；Pwrramp为功率递增步长。

(3)

DPCH开环功率控制。移动台在DPCH信道上的发射功率由下式进行计算。

PDPCH

=

PRxDPCHdes +

LPCCPCH

式中，PDPCH为DPCH的发射功率；LPCCPCH为移动台到基站之间的路径损耗，计算方式同上；PRxDPCHdes为基站期望接收到的DPCH 信道的功率，其值由系统消息广播通知UE。

2．闭环功控

闭环功控是指UE进入连接模式(CELL_DCH)后，基站和UE在DPCH物理信道上进行双向功率调整的过程，分为外环功控和内环功控。

(1)外环功控。外环功率控制根据链路的方向分为上行外环功率控制和下行外环功率控制。上行外环功率控制的主要功能是RNC根据上行链路接收到的质量测量报告中的BER或者BLER测量值与设定的BER或者BLER目标值进行比较结果，实时地调整上行闭环快速功率控制的SIR目标值。下行外环功率控制的过程和原理与上行外环功率控制类似，UE根据接收信号BLER的测量值与设定的BLER目标值的比较结果，来调整下行链路快速闭环功率控制的SIR目标值。

(2)内环功控。内环功率控制是基于检测接收机端的接收信噪比来进行发射功率调整的，内环功率控制也分为上行功率控制和下行功率控制。

上行内环功率控制是由基站协助UE，对UE的发射功率做出调整，从而使移动台始终保持最理想的发射功率。基站每隔一定的时间检测一次解调后的上行业务信道的SIR，然后与期望值(即SIRtarget)进行比较，若高于目标值则发送一个降低发射功率的指令；反之，则发送一个增加发射功率的指令。

下行功率控制是由基站根据UE提供的测量报告，调整对每个UE的发射功率。其目的是对路径衰落小的UE分配相对较小的下行功率，而对那些比较远的和解调后信噪比比较低的UE分配相对较大的发射功率。

内环功率调整是通过时隙结构中的TPC命令字携带的，TPC命令字的位置及取值如图1-27所示。

图1-27TPC命令字

1.5.5同步技术

同步就是通过某种方法获得网元之间的时延，在发送端发送时考虑时延来决定发送时刻，以便接收方在容忍的时间范围内接收数据，进行正确的解析。

TD-SCDMA是时分同步码分多址的系统，同步是TD-SCDMA中的关键技术。成熟的同步解决方案可以使设备满足业务的性能指标。同步问题解决不好，会造成业务数据在RNC中的缓冲时延过长，导致整个业务传输时延超出指标；此外，还会导致在Iub接口经常发生丢帧现象，使业务的性能指标超界。

TD-SCDMA的同步技术包括网络同步、初始化同步、节点同步、传输信道同步、无线接口同步、Iu 接口时间校准、上行同步等。其中网络同步是选择高稳定度、高精度的时钟作为网络时间基准，以确保整个网络的时间稳定。它是其他各同步的基础。初始化同步使移动台成功接入网络。节点同步、传输信道同步、无线接口同步、Iu接口时间校准、上行同步等，使移动台能正常进行符合QoS要求的业务传输。

TD-SCDMA系统的TDD模式要求基站之间必须严格同步，目的是避免相邻基站之间的收发时隙存在交叉而导致严重干扰，一般通过GPS实现基站之间相同的帧同步定时，其精度要求为3μs，紧急情况如GPS不可用时系统可自行维持24小时同步，在特殊情况下也可考虑使用空中接口的主从同步或者从传输接口提取，但精度不高，未来可以考虑同时使用我国自行建设的北斗系统进行授时。

异步CDMA技术已经成功地应用于无线系统噪声环境下高速数据业务的传输，但由于不同用户的非同步传输，CDMA的频谱效率较差。随着共享频谱的用户数目增加，用户间的相互干扰会使信道噪声能量增加，容量降低。同步CDMA是指CDMA系统中的所有无线基站收、发同步。

TD-SCDMA用户在开机完成小区搜索后即获得下行同步，故TD-SCDMA的同步主要是指上行同步，即要求来自不同位置、不同距离的不同用户终端的上行信号能够同步到达基站。

上行同步是TD-SCDMA的关键技术之一，上行同步性能的好坏直接关系到整个系统性能的好坏。

对于TD-SCDMA，UE发送的是Burst信号，不同UE之间是利用OVSF(OrthogonalVariableSpreadingFactor)码来区分的。考虑到OVSF码的正交性，若不考虑多径时延，如果不同UE在同一时隙发送的Burst信号在基站接收端保持同步，同一时隙不同用户的信号同步到达基站接收机，则不同UE之间无相互干扰。这样就可以充分利用码道资源，增加系统容量。如果UE之间不能保持同步，则UE之间就会产生干扰，降低系统容量。TD-SCDMA由于各个用户终端的信号码片到达基站解调器的输入端时是同步的，它充分应用了扩频码之间的正交性，大大降低了同一射频信道中来自其他码道的多址干扰影响，如图1-28所示，因而系统容量可以随之增加。

按照环路方式，实际应用中可采用上行开环同步、上行外环同步、上行内环同步(外环+内环合称闭环)。

图1-28TD-SCDMA上行同步示意图

上行内环同步控制(也叫上行闭环同步控制)的基本实现方法是通过midamble码信道冲击响应得到各用户的定时信息，对信道冲击响应值进行回归平均后与外环同步控制设置的同步目标值进行比较，生成同步控制命令字(SS)发送给UE，UE接收到SS命令后，每经过M个子帧，对其发射时间进行一次调整，步长为±k/8个chip或者不调整。其中M(1～8)和k(1～8)的缺省值通过BCH广播。m和k的数值也可以在呼叫建立时调整，或者在呼叫中NodeB通知UE。SS命令字的含义如表1-4所示。

外环同步控制的功能是对上行内环同步控制的目标值Target_user进行调整，原则是保证时隙内所有用户的信道冲击响应在窗内，且最大可能地向时隙的目标值位置调整。

开环同步的基本原理是UE获得与基站的下行同步后，根据下行路径损耗计算下行时延，以此时延计算上行时延和上行发送时刻。UE要根据所接收到的SYNC_DL的到达时刻，以及UE和NodeB之间的距离计算出UE的UpPTS的发射时刻。在接收到SYNC_DL时，由于UE不知道它和基站的距离，所以此时它还不能准确确定UpPTS的发射时刻。只能用开环控制的方法，根据接收SYNC_DL的功率路径损耗来估算距离，进而估算出合适的UpPTS提前发射量。

当系统收到UE发送的第一个SYNC_UL信号时，确定其到达时刻和所要求同步的时刻之差(精度为1/8chip)，并由此决定UE下次应该使用的时间调制值。NodeB需要在收到UpPTS后的4个子帧(20ms)内的某一子帧，通过F-PACH信道把该信息发送给UE(闭环控制)。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，按照系统要求的新的发送时间，在P-RACH信道上开始发送UE呼叫的第一条消息(RRCConnectionRequest)，请求与系统建立RRC连接。在发送这条消息时，UE与NodeB之间已经有很高的同步精度(1/8chip)了。

1.5.6接力切换技术

1．接力切换原理

TD-SCDMA系统的接力切换概念不同于硬切换与软切换，在切换之前，目标基站已经获得移动台比较精确的位置信息，因此在切换过程中UE断开与原基站的连接之后，能迅速切换到目标基站。移动台比较精确的位置信息，主要是通过对移动台的精确定位技术来获得的。在TD-SCDMA系统中，移动台的精确定位应用了智能天线技术。首先NodeB利用天线阵估计UE的DOA，然后通过信号的往返时延，确定UE到NodeB的距离。这样，通过UE的方向DOA和NodeB与UE间的距离信息，基站可以确知UE的位置信息，如果来自一个基站的信息不够，可以让几个基站同时监测移动台并进行定位。接力切换过程示意图如图1-29所示。

图1-29接力切换过程示意图

2．接力切换与其他切换的主要区别

在硬切换过程中，UE先断开与NodeB_A的信令和业务连接，再建立与NodeB_B的信令和业务连接，即UE在某一时刻始终只与一个基站保持联系。而在软切换过程中，UE先建立与NodeB_B的信令和业务连接，再断开与NodeB_A的信令和业务连接，即UE在某一时刻可与两个基站同时保持联系。

接力切换虽然在某种程度上与硬切换类似，都是“先断后连”，但是由于其实现是以精确定位为前提的，因而与硬切换相比，UE可以很迅速地切换到目标小区，降低了切换时延，减小了切换引起的掉话率。

接力切换和硬切换的主要区别为：

(1)从过程来看，接力切换有预同步过程；硬切换无预同步过程，转到新信道后需进行上行同步。

(2)从Iub口流程来看，有一段时间接力切换RNC同时向目标小区和服务小区发送业务数据。

(3)从Uu口流程来看，接力切换信令和业务有一段时间上行在目标小区，下行在原小区，然后下行转到目标小区。

与其他切换相比，接力切换有明显的优势：

(1)相对于软切换，接力切换使得一个用户不会长时间同时占用多个基站的空中业务信道资源及其网络传输资源。

(2)节约了基站资源，增加了用户接入量。

(3)节约运营商网络传输资源，减少运营投入。

(4)简化了RAN系统的处理，提高了集成度。

(5)接力切换资源占用少15%以上。

1.5.7动态信道分配技术

1．基本原理

动态信道分配的引入是基于TD-SCDMA采用了多种多址方式—CDMA、TDMA和FDMA。其原理是当同小区内或相邻小区间用户发生干扰时可以将其中一方移至干扰小的其他无线单元(不同的载波或不同的时隙)上，以达到减少相互间干扰的目的。动态信道分配(DCA)包括两部分：慢速DCA和快速DCA。

TD-SCDMA系统采用集中控制的DCA技术，在一定区域内，将几个小区的可用信道资源集中起来，由RNC统一管理，按照小区呼叫阻塞率、候选信道使用频率、信道再用距离等多种因素，将信道动态分配给用户。慢速DCA用于呼叫接入时的信道选择，快速DCA用于快速接入后的信道重选。

慢速DCA对小区中的载频、时隙进行排序，排序结果供接纳控制算法参考。设备支持静态的排序方法、动态的排序方法。其中静态排序方法可以起到负荷集中的效果，动态排序方法可以起到负荷均衡的效果。具体排序方法的选择，可以由运营商定制。

快速DCA对用户链路进行调整。在N频点小区中，当载波拥塞时，通过快速DCA可以实现载波间负荷均衡。当用户链路质量发生恶化时，也会触发用户进行时隙或者载波调整，从而改善用户的链路质量。

快速DCA的方法包括信道调整和资源整合。信道调整，就是在终端接入和链路持续期间，可以动态地调整信道；最小化系统内在干扰，提高资源利用率；增加大带宽业务的接入和切换成功率。资源整合，类似于PC操作系统的磁盘碎片整理，如图1-30所示。资源整合是指通过信道调整把空闲的资源尽量集中在一个时隙的过程。资源整合后，业务尤其是高速业务的接入成功率和切换成功率大大提高了，实时高速业务接入得更快，终端也更为简化。

资源整合会在这样几种情况下发起：

(1)系统周期性检测零散资源的比例，一旦该比例超