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TD－SCDMA的多址接入方案是直接序列扩频码分多址（DS－CDMA），码片速率为1．28M片／s，扩频带宽约为1．6MHz，采用不需配对频率的TDD（时分双工）工作方式。它的下行（前向链路）和上行（反向链路）的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的。

TD－SCDMA空中接口采用了四种多址技术：TDMA、CDMA、FDMA、SDMA。综合利用四种技术资源分配时在不同角度上的自由度，得到可以动态调整的最优资源分配，如图5．25所示。

TD－SCDMA的基本物理信道特性由频率、时隙、码和空间决定，其1．6MHz的一个频道上，包含7个常规时隙，每时隙上应用CDMA，分成多个码分信道，码分信道的信息速率与信道编码后的符号速率有关，符号速率由1．28M片／s的码速率和扩频因子所决定。上下行的扩频因子在1～16之间，因此各自调制符号速率的变化范围为80．0k符号／s～1．28M符号／s。同一个码还可以由不同空间方位的用户以SDMA的方式共享。

2．TD－SCDMA空中接口帧结构

TD－SCDMA系统帧结构的设计考虑到对智能天线、上行同步等新技术的支持，一个TDMA帧长为10ms，分成两个5ms子帧，这两个子帧的结构完全相同。每一子帧分成7个常规时隙（时长675μs）和3个特殊时隙（时长远小于675μs，不用于传递用户信息，有特殊用途），这3个特殊时隙分别为DwPTS（下行导频时隙）、G（保护时隙）和UpPTS（上行导频时隙）。如图5．26所示。

（1）可变切换点

在7个常规时隙中，TS0总是分配给下行链路，用于广播系统消息，而TS1总是分配给上行链路。上行时隙和下行时隙之间由转换点分开，在TD－SCDMA系统中，每个5ms的子帧有两个转换点：第一个转换点是下行（DL）到上行（UL）的转换，在TS0和TS1之间；第二个转换点是UL到DL的转换，在TS2和TS5之间灵活选择。如图5．27所示。比如图5．27中上图第二个转换点在TS3和TS4之间，这样传递用户业务信息的时隙有3个上行、3个下行，适合语音类的对称业务；图5．27中下图第二个转换点在TS2和TS3之间，这样传递用户业务信息的时隙有2个上行、4个下行，适合下载、网页浏览类的不对称业务。通过灵活的配置第二个转换点的位置，可调整上下行时隙的个数，使TD－SCDMA适用于上下行对称及非对称的业务模式。

（2）下行导频时隙（DwPTS）

每个子帧中的DwPTS是作为下行导频和同步而设计的。该时隙是由长为64片的SYNC＿DL序列和32片的保护间隔组成，其结构如图5．28所示。

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＿DL PN码集在蜂窝网络中可以复用。

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放在单独的时隙，一个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。

（3）上行导频时隙（UpPTS）

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，当得到网络的应答后，发送RACH。这个时隙由长为128片的SYNC＿UL序列和32片的保护间隔组成，其结构如图5．29所示。

SYNC＿UL是一组PN码，用于在接入过程中区分不同的UE。

（4）保护时隙（GP）

即在Node B侧，由发射向接收转换的保护间隔，时长为75μs（96片），可用于确定基本的小区覆盖半径为11km。其结构如图5．30所示。同时，较大的保护时隙，可以防止上下行信号互相之间干扰，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；还可以允许终端在发出上行同步信号时进行一些时间提前。

常规时隙TS0～TS6，用于传递控制消息和用户消息，时长为675μs（864片）。每时隙由两个长度分别为352片的数据块1和数据块2、一个长度为144片的Midamble码及16片的保护周期构成。其结构如图5．31所示。Midamble用于估计信道的冲击响应和测量。

3．TD－SCDMA系统码组汇总

小区码组配置是指小区特有的码组，不同的、邻近的小区将配置不同的码组。小区码组配置有：

·下行同步码SYNC＿DL；

·上行同步码SYNC＿UL；

·基本Midamble码，共128个；

·小区扰码（Scrambling Code），共128个。

TD－SCDMA系统中，有32个SYNC＿DL码、256个SYNC＿UL码、128个Midamble码和128个扰码，所有这些码被分成32个码组，每个码组包含1个SYNC＿DL码，8个SYNC＿UL码，4个Midamble码和4个扰码。如表5．3所示。

每个小区使用一个码组实现小区之间的区分，Midamble部分通过基本Midamble码移位区分小区内用户，数据部分通过不同扩频码／时隙区分小区内用户；通信前的同步过程用下行同步码SYNC＿DL、上行同步码SYNC＿UL进行。

Midamble用于估计信道的冲击响应，144片，用于信道估计，测量；一共有32组基本Midamble码，每组4个；Midamble码不需要扩频和驾扰；每个小区可选取一组基本Midam－ble码；小区内各用户之间通过基本Midamble码的移位得到不同的Midamble码，实现用户之间的区分。

加扰的目的是为了区分小区。扰码，长度为16的128个码字，被分为32组，每组4个，每组对应于相应的基本中间码。每个小区可选取一组基本扰码，扰码码组由基站使用的SYNC＿DL序列确定。

（3）下行同步码（SYNC＿DL）

下行同步码（SYNC＿DL），UE用来建立与Node B的下行同步；下行同步码作为TD－SCDMA系统中重要的资源只有32个，必须采用复用的方式在不同的小区中使用，一般而言，同频相邻小区将使用不同的下行同步码标识不同的小区。32个不同的SYNC－DL码，可以用于区分不同的基站；为全向或扇区传输，不进行波束赋形。

（4）上行同步码（SYNC＿UL）

上行同步码（SYNC＿UL），建立与Node B的上行同步。SYNC＿UL有256种不同的码，可分为32个码组，以对应32个SYNC－DL码，每组有8个不同的SYNC＿UL码，即每一个基站对应于8个确定的SYNC＿UL码；Node B可以在同一子帧的UpPTS时隙识别最多8个不同的上行同步码（SYNC＿UL）。多个UE可同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同步码。

TD－SCDMA作为一个CDMA，需要扩频。在TD－SCDMA系统中，使用OVSF（正交可变扩频因子）作为扩频码，上行方向的扩频因子1、2、4、8、16，下行方向的扩频因子为1、16。SF＝16时，一共有16个码字。

小区内不同时隙用户不需要码字区分，可重用扩频码和扰码，上下行的区分方法相同。

4．TD－SCDMA的三层信道结构

TD－SCDMA的空中接口从下到上分为物理层、MAC层、高层，如图5．32所示。MAC层向上以逻辑信道（Logical Channels）的形式为高层提供服务，向下利用传输信道（Trans－port Channels）使用物理层提供的服务。MAC层除了完成逻辑信道和传输信道之间的映射，还根据业务情况和传输信道的使用情况进行传输信道的传输格式选择，以提高传输信道的利用率。信息最终在物理层由物理信道（Physical Channels）来传输。

逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。

传输信道：无线接口层2和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息分为专用信道和公共信道两大类。

物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位都可以理解为一类特定的信道。

控制信道包括：

·Broadcast Control Channel（BCCH），下行，传输广播信息；

·Paging Control Channel（PCCH），下行，传输寻呼信息；

·Common Control Channel（CCCH），双向，网络和UE在没建立RRC连接，有该信道接入新小区；

·Dedicated Control Channel（DCCH），点到点双向，由RRC连接建立过程建立，UE和网络通过该信道传输专用控制信息；

·Shared Channel Control Channel（SHCCH），双向，网络和UE传输上下行共享信息。

业务信道包括：

·Dedicated Traffic Channel（DTCH），点到点，双向，用户平面信息；

·Common Traffic Channel（CTCH），点到多点，单向，为所有用户或一组特定用户传输专用用户信息。

逻辑信道结构如图5．33所示。

传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。

传输信道一般可分为两组：

专用信道（DCH）——在这类信道中，UE是通过物理信道来识别。

公共信道——在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息。公共传输信道有六种类型：BCH、FACH、PCH、RACH、USCH、DSCH。

·广播信道（BCH）是一个下行传输信道，用于广播系统和小区的特有信息。

·寻呼信道（PCH）是一个下行传输信道，用于当系统不知道移动台所在的小区位置时，承载发向移动台的控制信息。

·前向接入信道（FACH）是一个下行传输信道，用于当系统知道移动台所在的小区位置时，承载发向移动台的控制信息。FACH也可以承载一些短的用户信息数据包。

·随机接入信道（RACH）是一个上行传输信道，用于承载来自移动台的控制信息。RACH也可以承载一些短的用户信息数据包。

·专用信道（DCH）是一个用于在UTRAN和UE之间承载的用户或控制信息的上／下行传输信道。

物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同的类别，有的物理信道用于承载传输信道的数据，而有些物理信道仅用于承载物理层自身的信息。可分为专用物理信道（DPCH）和公共物理信道（CPCH）。

公共物理信道包括：

·主公共控制物理信道（P－CCPCH）；

·辅公共控制物理信道（S－CCPCH）；

·快速物理接入信道（FPACH）；

·物理随机接入信道（PRACH）；

·物理上行共享信道（PUSCH）；

·物理下行共享信道（PDSCH）；

·寻呼指示信道（PICH）；

·下行导频信道（DwPCH）；

·上行导频信道（UpPCH）。

逻辑信道结构如表5．4所示。

①专用物理信道

专用物理信道（DPCH，Dedicated Physical CHannel）用于承载来自专用传输信道DCH的数据，DPCH所使用的码和时隙等配置信息是通过信令消息配置给UE的。

DPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，一个UE可以在同一时刻被配置多条DPCH，若UE允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙，但是，对于上行多码传输，UE在每个时隙最多可以同时使用两个物理信道；下行物理信道采用的扩频因子为16和1，上行物理信道的扩频因子可以从1～16之间选择；DPCH支持TPC、SS、和TFCI所有物理层信令。

物理层将根据需要把来自一条或多条DCH组合在一条或多条编码组合传输信道（CCTrCH，Coded Composite Transport CHannel）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；同时，一个CCTrCH支持多个并行的物理信道，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。

②主公共控制物理信道

主公共控制物理信道（P－CCPCH，Primary Common Control Physical CHannel）仅用于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，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。

主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中没有物理层信令TFCI、TPC或SS，为了满足信息容量的要求，P－CCPCH使用两个码分信道来承载BCH数据（P－CCPCH1和P－CCPCH2）。

P－CCPCHs固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子SF＝16的两个码道；主公共控制物理信道作为信标信道（Beacon Channel）还具有以下特点：

·以参照功率进行发送；

·发送时不进行波束成型；

·在其占用的时隙专用m（1）和m（2）两个训练码。

·对P－CCPCH信道的测量是UE物理层的一个重要测量。

③辅公共控制物理信道

辅公共控制物理信道（S－CCPCH，Secondary Common Control Physical CHannel）用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据，S－CCPCH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。

S－CCPCH是单向下行信道，固定使用SF＝16的扩频因子，不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，信道的编码及交织周期为20ms。受容量限制，S－CCPCH也使用两个码分信道（S－CCPCH1和S－CCPCH2）来构成一个S－CCPCH信道对。该信道可位于任意个下行时隙，使用时隙中的任意一对码分信道和Midamble移位序列。在TS0，主、辅公共控制信道也可以进行时分复用。在一个小区中，可以使用一对以上的S－CCPCHs。

物理层根据配置可以把来自一条或多条FACH和一条PCH的数据组合在一条编码组合传输信道（CCTrCH，Coded Composite Transport CHannel）上，然后再根据所配置将CCTrCH数据映射到一条或者多条S－CCPCH物理信道上。

④物理随机接入信道

物理随机接入信道（PRACH，Physical Random Access CHannel）用于承载来自传输信道RACH的数据，PRACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。

PRACH为单向上行信道，它可以使用的扩频因子有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：SF＝16，持续时间为4个子帧（20ms）；SF＝8，持续时间为2个子帧（10ms）；SF＝4，持续时间为1个子帧（5ms）。

PRACH信道可位于任意上行时隙，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。传输信道RACH的数据不与来自其他传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。

⑤快速物理接入信道

快速物理接入信道（FPACH，Fast Physical Access CHannel）不承载传输信道信息，FPACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。

FPACH是单向下行信道，扩频因子SF＝16，单子帧交织，信道的持续时间为5ms，数据域内包含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。

Node B使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的UE接入请求，从而调整UE的发送功率和同步定时偏移。

⑥上行导频信道

上行导频信道（UpPCH）就是整个上行导频时隙（UpPTS）。

UpPTS时隙被UE用来发送上行同步码（SYNC＿UL），建立与Node B的上行同步。

Node B可以在同一子帧的UpPTS时隙识别最多8个不同的上行同步码（SYNC＿UL）。多个UE可同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同步码。

可以理解为：一个小区最多可有8个用于上行同步建立的上行导频信道UpPCH同时存在。

⑦下行导频信道

下行导频信道（DwPCH）就是整个下行导频时隙（DwPTS）。

DwPTS时隙被Node B用来发送下行同步码（SYNC＿DL），UE用来建立与Node B的下行同步。

Node B必须在DwPTS发送唯一的下行同步码，具体值由配置决定，功率必须保证覆盖整个小区且保持不变。

下行同步码作为TD－SCDMA系统中重要的资源只有32个，必须采用复用的方式在不同的小区中使用，一般而言，同频相邻小区将使用不同的下行同步码标识不同的小区。

⑧寻呼指示信道

寻呼指示信道（PICH，Paging Indicator CHannel）不承载传输信道的数据，PICH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。

PICH为单向下行信道，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）。根据需要，也可将多个连续的PICH帧构成一个PICH块。

PICH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）。

⑨共享物理信道（PUSCH＆PDSCH）

物理上行共享信道（PUSCH，Physical Uplink Shared CHannel）用于承载来自传输信道USCH的数据。

物理下行共享信道（PDSCH，Physical Downlink Shared CHannel）用于承载来自传输信道DSCH的数据。

物理上下行共享信道的物理层参数与专用物理信道相同。

所谓共享指的是同一物理信道可由多个用户分时使用，或者说信道具有较短的持续时间。共享物理信道由系统预先建立，然后根据UE的业务需求，按照某种方式分配给某个UE使用。

（3）传输信道到物理信道的映射

表5．5中部分物理信道与传输信道并没有映射关系。按3GPP规定，只有映射到同一物理信道的传输信道才能够进行编码组合。由于PCH和FACH都映射到S－CCPCH，因此来自PCH和FACH的数据可以在物理层进行编码组合生成CCTrCH。其他的传输信道数据都只能自身组合成，而不能相互组合。另外，BCH和RACH由于自身性质的特殊性，也不可能进行组合。

（4）逻辑、传输、物理信道映射关系

逻辑、传输、物理信道映射关系如图5．34所示。

5．呼叫建立过程示例

（1）小区搜索过程

移动台首先必须进行小区搜索，接入到特定的移动通信网络，才能进行通信。

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。初始小区搜索利用DwPTS和BCH进行。

初始小区搜索按以下步骤进行，如图5．35所示。

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。

②扰码和基本训练序列码识别

UE接收到P－CCPCH上的Midamble码，DwPTS紧随在P－CCPCH之后。每个Dw－PTS对应一组4个不同的基本Midamble码，因此共有128个互不相同的基本Midamble码。基本Midamble码的序号除以4就是SYNC＿DL码的序号。因此，32个SYNC＿DL和P－CCPCH的32个Midamble码组一一对应，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。

③实现复帧同步

UE搜索在P－CCPCH里的BCH的复帧（MIB，Master Indication Block），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可以检测出目前MIB在控制复帧中的位置。

④读广播信道BCH

UE利用前几步已经识别出的扰码、基本训练序列码、复帧头读取被搜索到小区的BCH上的广播信息，根据读取的结果，UE可以得到小区的配置等公用信息。

（2）上行同步实现

上行同步用在随机接入和切换过程前，用于建立移动台和基站间的初始同步，也可用于失去同步时的再同步，其精度为1／8至1码片。

①上行同步的准备

只有建立了下行同步，才可以建立上行同步。

②上行同步的建立

UE通过对接收到的DwPTS或P－CCPCH的功率估计来确定SYNC＿UL的发射时刻，然后在UpPTS发送上行同步码（SYNC＿UL），建立与Node B的上行同步。基站检测SYNC＿UL序列，估计接收功率和时间，通过FPACH调整下次发射的功率和时间。在以后的4个子帧内，基站用FPACH里的一个单一子帧消息向UE发射调整信息。如果UE在4个子帧内没有收到来自Node B的应答，认为上行同步请求失败，随机延迟一段时间后，重新尝试上行同步。

③上行同步的保持

由于UE的移动，在整个通信过程中都要保持上行同步。可以利用每个上行突发中的中间码保持上行同步。

在每一个上行时隙中，各个UE的Midamble各不相同。Node B在每一上行帧检测每个UE的Midamble，估计UE的发射功率和发射时间偏移，立即在下一个可用的下行帧发射SS（同步偏移）和TPC（功率控制）命令进行闭环控制。

（3）随机接入过程

①随机接入准备

当UE处于空闲模式时，它将维持下行同步并读取小区广播消息。从该小区所用到的DwPTS，UE可以得到为随机接入而分配给UpPCH的SYNC＿UL码的码集。

②随机接入过程

UE从它要接入的小区所采用的8个可能的SYNC＿UL码的码集中随机选择一个，并在UpPCH上将它发给基站。

基站检测到SYNC＿UL，那么它到达的时间和接收功率也就知道了。基站回送定时和功率调整指令，通过FPACH在以后的4个子帧内发给移动台。

UE通过FPACH在4个子帧内收到来自Node B的上述控制消息，表明基站已收到UpPCH消息，UE调整定时和功率，通过PRACH发送随机接入请求。

UE发送的随机接入请求被接受，基站将指配信道，继续完成接入过程和鉴权，UE将会在PRACH对应的S－CCPCH上收到来自基站的RRC连接建立响应。

按L3信令要求，在DCCH上向网络发送证实消息，至此随机接入过程完成。如图5．36所示。

③随机接入冲突处理

当发生碰撞或处于恶劣的传播环境中时，Node B不能发送FPACH或不能接收SYNC＿UL。这时，UE不能从Node B得到任何响应。

UE必须通过新的测量来调整发射时间和发射功率，在一个随机时延后，再次发送SYNC＿UL。每次重发射，UE都将重新随机选择SYNC＿UL突发。

（4）呼叫建立过程

呼叫建立过程如图5．37所示。

移动台首先进行小区搜索，接入到特定的移动通信网络。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。

UE从它要接入的小区所采用的8个可能的SYNC＿UL码的码集中随机选择一个，并在UpPCH上将它发给基站。

基站检测到SYNC＿UL，通过FPACH在以后的4个子帧内给移动台回送定时和功率调整指令。