TD-SCDMA移动通信技术.ppt

1、TD-SCDMA移动通信技术,【本章内容简介】 TD-SCDMA是国际电信联盟（ITU）正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，其标准由我国提交到ITU。,本章首先简单介绍TD-SCDMA的发展历程、特点、关键技术及网络结构，然后详细介绍TD-SCDMAD的空中接口，最后对在TD-SCDMA系统中出现的基本信令流程进行介绍。,【本章重点难点】 重点掌握TD-SCDMA关键技术的基本原理、网络的组成结构以及在空中接口中所涉及的概念、原理、技术等内容。难点在于对基本信令流程的分析。,2.1 概述,时分同步码分多址（Time Division-Synchronous Code Division

2、 Multiple Access， TD-SCDMA）是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它采用不需配对频率的时分双工（Time Division Duplex，TDD）工作方式，以及FDMA / TDMA / CDMA相结合的多址接入方式。,TD-SCDMA系统全面满足IMT-2000的基本要求，采用智能天线、联合检测、同步CDMA、接力切换及自适应功率控制等诸多先进技术，与其他3G系统相比具有较为明显的优势，主要体现在以下几个方面。,（1）频谱灵活性和支持蜂窝网的能力。 （2）高频谱利用率。 （3）适用于多种使用环境。 （4）设备成本低。,TD-SCDMA系统的无线接入部

3、分主要参数如下。 多址接入方式：FDMA/TDMA/CDMA； 双工方式：TDD； 码片速率：1.28Mchip/s； 载频宽度：1.6MHz；,无线帧长：10ms（分为两个子帧）； 每载波时隙数：10（其中7个时隙被用作业务时隙）； 扩频技术：OVSF； 调制方式：QPSK、8PSK（2Mbit/s业务）； 编码方式：卷积编码、Turbo编码、无编码。,2.1.1 TD-SCDMA标准发展历程,图2-1 TD-SCDMA标准的发展历程,2.1.2 TD-SCDMA关键技术,在TD-SCDMA系统中，采用了很多先进的关键技术，正是这些关键技术的先进性使得它成为第三代移动通信系统的主流标准，其主

4、要关键技术如下： 联合检测（Joint Detection，JD）； 智能天线（Smart Antenna，SA）；,上行同步（Uplink Synchronous）； 软件无线电（Soft Radio）； 接力切换（Baton Handover）； 功率控制（Power Control）； 动态信道分配（Dynamic Channel Allocation）。,1联合检测技术,在实际的CDMA移动通信系统中，由于各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰（MAI）存在的根源。,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（Interference Cancellation

5、，IC）和联合检测（Joint Detection，JD）两种。,图2-2 接收信号解调情况的示意图,TD-SCDMA系统中采用的联合检测技术是在传统检测技术的基础上，充分利用造成MAI的所有用户信号及其多径的先验信息，把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成，从而具有优良的抗干扰性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著地提高系统容量。,联合检测算法的具体实现方法有多种，大致分为非线性算法、线性检测算法和判决反馈检测算法三大类。,随着算法和相应基带处理器处理能力的不断提高，联合检测技术的优势也越来越显著。 经过大量的仿真计算和实际的现

6、场实验，发现使用联合检测技术可以为系统带来了以下好处。,（1）降低干扰。 （2）扩大容量。 （3）削弱“远近效应”的影响。 （4）降低功率控制的要求。,从理论上讲，联合检测技术可以完全消除多址干扰的影响。但在实际应用中，联合检测技术将会遇到以下问题。,（1）信道估计的不准确将影响到检测结果的准确性； （2）随着处理信道数的增加，算法的复杂度将呈非线性增加； （3）对小区间的干扰没有很好的解决。,2智能天线技术,智能天线是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术，最初应用于雷达、声纳等军事通信领域，主要用来完成空间滤波和定位。,智能天线结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列的波束汇成和指向，产生

7、多个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化。,为了说明智能天线和其他天线的不同，下面给出了比较。 （1）全向天线和智能天线的比较：全向天线形成均匀覆盖整个空间的波束，智能天线形成任意形状的波束。,（2）扇区天线和智能天线的比较：扇区天线形成覆盖某个扇区的波束，智能天线形成任意形状的波束。,（3）空间分集天线和智能天线的比较：空间分集天线阵元间距远远大于1个波长，使得阵元接收信号不相关；智能天线阵元间距约半波长，使得阵元信号之间存在相关性。,（4）自适应天线和智能天线的比较：自适应天线要求阵元数大于接收信号数；智能天线对阵元数和接收信号数没有限制。,图2-3 不同天线的空间覆盖情况

8、示意图,采用智能天线技术的优点总结如下。 （1）提高了基站接收机的信噪比。 （2）提高了基站发射机的等效发射功率，增大了无线覆盖范围。,（3）降低了系统的干扰。 （4）增加了CDMA系统的容量。 （5）提高了移动站台定位精度。 （6）可以增加新的定位服务。,3上行同步,上行同步是TD-SCDMA系统必选的关键技术之一，在CDMA移动通信系统中，下行链路总是同步的，所以一般说同步CDMA都是指上行同步。,所谓上行同步是指在同一小区中，同一时隙的不同位置的用户发送的上行信号同时到达基站接收天线，即同一时隙不同用户的信号到达基站接收天线时保持同步，如图2-4所示。,在TD-SCDMA系统中，同一时隙

9、的不同用户用码道来区分，不同用户的扩频码是正交的，如果不同用户的信号同步到达Node B，并且不考虑多径的影响，则不同用户之间将没有干扰。,图2-4 上行同步原理,上行同步可分为开环同步和闭环同步，开环同步用于上行同步建立（例如移动台初始接入、切换、位置更新等），而闭环同步则用于上行同步保持（通话过程中）。,TD-SCDMA系统中，上行同步是根据一定的算法由基站向终端发送同步偏移（Synchronization Shift，SS）命令来实现的，因为SS的最小修正步长为1/8chip，所以系统最终可以达到1/8chip精度的上行同步。精确的上行同步使TD-SCDMA显示了更多的优势，表现在以下几

10、个方面。,（1）保证CDMA码道正交 （2）降低码间干扰 （3）消除时隙间干扰 （4）提高CDMA容量 （5）简化硬件，降低成本,上行同步的缺点是系统对同步的要求非常严格，上行同步要求为1/8chip宽度，网络同步要求为5s。,4软件无线电,软件无线电技术是当今计算机技术、超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电通信中应用的产物。它的基本原理是将宽带A/D和D/A转换器尽可能地靠近天线处，从而以软件方式来代替硬件实施信号处理。,采用软件无线电的优势在于，基于同样的硬件环境，采用不同的软件就可以实现不同的功能，这除了有助于系统升级外，更有助于系统的多模运行。,由于TD-SCDMA系统的TDD模

11、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。软件无线电具有如下主要优势。, 可以克服微电子技术的不足，通过软件方式，灵活地完成硬件/专用ASIC的功能。 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。 可替代昂贵的硬件电路，实现复杂的功能，减少用户的设备费用支出。,5接力切换,在移动通信系统中，当呼叫中的移动台从一个小区转移到另一个小区，或由于无线传输、业务负荷量调整、激活操作维护、设备故障等原因，为了使通信不中断，通信网控制系统启动切换过程保证移动台的业务传输。,基于不同的角度，切换有多种分类方式，下面给出了一些常用的分

12、类方式： （1）硬切换、软切换、更软切换和接力切换； （2）同频切换、异频切换； （3）小区内切换、小区间切换； （4）系统内切换、系统间切换。,图2-5 接力切换过程示意图,6功率控制,功率控制通过一定的机制和算法控制发射机的发射功率，使发射机以合适的功率大小发射信号。功率控制的目的如下。,（1）最小化网络干扰，包括小区内干扰和小区间干扰，最终提高系统容量和性能。 （2）克服远近效应。 （3）对抗阴影衰落和快速衰落。,（4）通过控制，保证上下行链路的质量。 （5）省电，减少UE和基站的发射功率。功率控制根据不同的分类方法可有以下不同类型。 （1）上行功控与下行功控。 （2）开环、内环与外环功

13、率控制。,表2-1 开环、内环与外环功率控制各自参数比较,7动态信道分配,在移动通信系统中资源的合理分配和最佳利用问题都可称为信道分配问题。信道分配有固定信道分配（FCA）、动态信道分配（DCA）和混合信道分配（HCA）3种。,TD-SCDMA系统采用无线网络控制器（RNC）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，按小区呼叫阻塞率、候选信道使用频率、信道再用距离等诸多因素，将信道动态分配给呼叫用户。,信道动态分配分为两个阶段：第1阶段是呼叫接入的信道选择，采用慢速DCA；第2阶段是呼叫接入后为保证业务传输质量而进行的信道重选，采用快速DCA。,R

14、NC根据各相邻小区占用的时隙，计算或测量时隙的干扰情况，动态地在RNC所管辖的各小区间、工作载波间及上下行链路之间进行时隙分配。,2.1.3 TD-SCDMA系统未来发展,对于TD-SCDMA的未来演进，业界逐渐趋同于这样的四阶段演进论：第一阶段是HSPA网络部署；第二阶段，HSPA软件升级到HSPA+；第三阶段，LTE TDD进行热点覆盖，而HSPA+进行广覆盖；第四阶段，实现全LTE网络部署。,图2-6 TD-SCDMA系统演进示意图,高速下行分组接入（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）技术是目前TD-SCDMA系统的演进方式，它的提出是为了满

15、足迅速增长的对高速移动数据业务，特别是移动因特网业务的需求。,HSDPA关键的引进技术就是多天线（MIMO）技术、AMC技术、混合自动重复请求（Hybrid Automatic Repeat Request，H-ARQ）技术、快速小区选择、多用户的调度等。,2.2 TD-SCDMA系统网络结构,TD-SCDMA系统作为ITU第三代移动通信标准之一，其网络结构遵循ITU统一要求，通过3GPP组织内融和后，TD-SCDMA与WCDMA的网络结构基本相同，即其网络结构与3GPP制定的UMTS网络结构是一样的，所以TD-SCDMA网络结构模型完全等同于UMTS网络结构模型，下面就以国际上通行的惯例对U

16、MTS网络结构模型进行介绍。,UMTS主要由欧洲及日本等国家和地区的移动通信设备供应商提出的。UMTS的一般结构可以从功能和物理的角度进行模型化。在物理方面使用域（Domain）的概念进行模型化。域是最高级的物理实体，参考点在域间定义。,在功能方面使用层（Stratum）的概念进行模型化。层是和一个或多个域提供的业务的一个方面有关的协议组。本部分首先介绍UMTS的物理结构模型，然后再讨论其功能结构模型。,2.2.1 UMTS的物理结构,图2-7 UMTS的物理结构模型,用户设备（UE）是用户用来接入UMTS业务的设备，分为用户业务识别单元和移动设备，两者之间的接口定义为Cu接口，其中用户业务识

17、别包含清楚而安全地确定用户身份的数据和过程。无线接入网（RAN）在移动通信网中起着承上启下的作用，完成与无线通信有关的功能，为UE提供接入核心网的通道。,核心网（CN）主要处理移动网络内部所有的语音呼叫、数据连结和交换，以及同外部其他网络的连接和路由等，提供的功能包括用户位置信息的管理、网络特性和业务的控制、信令以及用户信息的传输机制等。,图2-8 3GPP Release99网络结构,图2-9 3GPP Release4网络结构,图2-10 3GPP Release 5网络结构,2.2.2 核心网（CN）,UMTS核心网子系统的框架结构分成两个部分：电路交换（CS）域和分组交换（PS）域，分

18、别对应于原来的GSM交换子系统和GPRS交换子系统。,CS域和PS域是依据系统对用户业务的支持方式区分的，根据运营商实际网络的规划方案，核心网可以同时包含这两个域，也可以只包括其中之一。,移动核心网介于传统的有线通信网络和无线通信网络之间，在两个系统间起到桥接作用，无线接入网（UTRAN）利用电路交换域接入PSTN传统的语音业务；利用分组交换域接入IP等传统数据通信网络的数据业务。核心网提供Iu接口，以支持RNC接入到核心网。,下面对核心网中的功能实体一一介绍。 （1）移动交换中心（MSC） （2）拜访位置寄存器（VLR） （3）归属位置寄存器（HLR） （4）鉴权中心（AuC） （5）移动设

19、备识别寄存器（EIR）,（6）T-SGW和R-SGW （7）GPRS业务支持节点（SGSN） （8）GPRS网关支持节点（GGSN）,2.2.3 无线接入网（UTRAN）,UTRAN由若干个通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统（Radio Network Subsystem，RNS）组成。其中一个RNS包含一个RNC和一个或多个Node B。UTRAN的结构如图2-11所示。,图2-11 UTRAN结构,每个RNS管理一组小区的资源。在电路交换情况下，通常一个用户和UTRAN连接时，只涉及一个RNS，此时这个RNS称为服务RNS （Serving RNS，SRNS）。,但是，在软交换情况下，

20、可能会发生一个UE和UTRAN的连接使用多个RNS资源的情况，这时就引入了漂移RNS（Drifting RNS，DRNS）的概念。两者关系如图2-12所示。,图2-12 SRNS和DRNS,无线网络子系统的主要功能包括两个方面：在移动性业务和管理方面，有传输用户数据、系统消息调度、数据的加/解密和信令的完整性保护、切换、服务小区SRNS重定位及终端定位等；在整个接入网的无线资源管理方面，有网络同步、广播消息的调度及流控和业务报告等。,1无线网络控制器（RNC）,RNC是UTRAN的交换和控制单元，其位于Iub和Iu接口之间，在TD-SCDMA通信系统中，RNC是控制一个或多个无线收发信机Nod

21、e B的网络功能实体，其逻辑结构图如图2-13所示。,图2-13 RNC的逻辑结构图,RNC主要负责接入网无线资源的管理，包括接纳控制、功率控制、负载控制、切换、包调度等方面。通过RRC（无线资源管理）协议执行相应进程来完成这些功能。,RNC涉及以下几个概念。 （1）SRNC：服务RNC，主要是针对一个移动用户而言，SRNC负责启动/终止用户数据的传送、控制和CN的Iu连接以及通过无线接口协议和UE进行信令交互。,（2）DRNC：漂移RNC，是指除SRNC之外的其他RNC。 （3）CRNC：控制RNC，管理整个小区的资源。,2基站,基站（Node B）对于用户终端而言，其主要任务是实现空中接口

22、的物理功能，而对于网络端而言，其主要任务是通过使用为各种接口定义的协议栈来实现Iub接口的功能。,图2-14 Node B的逻辑结构,从无线网络和网络控制的观点来看，Node B是由几个称之为小区的逻辑实体组成的。小区是一个最小的无线网络实体，每个小区都有自己的识别号，该识别号对每个UE都是公共可见的。当进行无线网络配置时，实际上就是对小区的数据信息进行更改。,TD-SCDMA通信系统中的Node B功能如下。 （1）提供标准开放的Uu接口，支持3G各类终端和各种业务入网。 （2）提供标准开放的Iub接口，实现和无线网络控制器的通信联络，便于灵活地组网和控制。,3UTRAN接口协议,UTRAN

23、接口的通用协议模式如图2-15所示，该结构是基于层和面之间在逻辑上相互独立的原理。因此，不管出于何种原因或者何时要对该结构进行改动，标准主体都能轻易更改协议栈和平面来满足以后的要求。,图2-15 UTRAN接口的通用协议模式,（1）水平方向。该协议结构是由两个主要层组成的，分别为无线网络层和传输网络层。所有与UTRAN相关的内容仅在无线网络层中可见。此外，传输网络层使用标准的传输技术，根据UTRAN的具体应用进行选择。,（2）垂直方向。该协议结构是由4个主要平面组成，分别为控制平面、用户平面、传输网络控制平面、传输网络用户平面。,下面对UTRAN中的不同接口进行描述。 （1）Iu接口Iu接口是

24、连接UTRAN和CN之间的接口，对于Iu接口而言，UTRAN的接入点为一个RNC。和GSM的A接口一样，Iu接口也是一个开放接口，它将系统分成专用于无线通信的UTRAN和负责处理交换、路由和业务控制的CN两部分。,图2-16 Iu接口的基本结构,图2-17 Iu-CS的协议结构,图2-18 Iu-PS的协议结构,图2-19 Iu-BC协议结构,（2）Iub接口,在一个RNC和一个Node B之间的逻辑接口叫做Iub接口，用来传输RNC和Node B之间的信令及无线接口的数据。标准化的Iub接口由用户数据传送、用户数据和信令处理及Node B逻辑上的O&M等3部分组成。它的协议栈分为3个层次：无

25、线网络层、传输网络层和物理层。,无线网络层由控制平面的NBAP和用户平面的（帧协议）FP组成；传输网络层目前用ATM传输，在Release 5以后版本中，引入了IP传输机制；物理层可使用E1、T1、STM-1等多种标准接口，目前常用的是E1和STM-1。,Iub接口主要完成以下功能： 管理Iub 接口的传输资源 Node B 逻辑O&M 操作 传输O&M 信令, 系统信息管理 专用信道控制 公共信道控制 定时和同步管理,图2-20 Iub的接口协议结构,NBAP功能是通过具体的基本过程实现的。基本过程分为两种类型：Class1和Class2。,Class1是指携带响应消息的过程，响应消息既包含

26、成功消息，也包含失败消息；Class2指携带那些无须响应消息的过程。NBAP基本过程分为公共过程和专用过程，分别对应公共链路和专用链路的信令过程。,帧协议（Iub FP）是用来传输通过Iub接口上的公共传输通道和专用传输信道数据流的协议，主要功能是把无线接口的帧转化为Iub接口的数据帧，同时产生一些控制帧进行相应的控制。Iub FP的帧结构种类很多，主要分为数据帧和控制帧两种。,（3）Iur接口,Iur接口是两个RNC之间的逻辑接口，用来传送RNC之间的控制信令和用户数据。同Iu接口一样，Iur接口也是一个开放接口。Iur接口最初设计是为了支持RNC之间的软切换，但是后来其他的特性被加了进来。

27、,现在Iur接口的主要功能有以下几种： 支持基本的RNC之间的移动性 支持公共信道业务 支持专用信道业务 支持全局管理过程,图2-21 Iur接口的协议结构,（4）Uu接口,UE和网络之间的接口定义为Uu接口，TD-SCDMA和WCDMA的不同之处就在于无线接口即Uu接口的不同。其由物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3）组成，如图2-22所示。,图2-22 Uu接口协议结构,2.2.4 用户设备（UE）,用户设备负责无线接口另一端需要的通信功能，这些功能不包括用户终端应用，TD-SCDMA终端的必备功能模块主要与终端和网络之间的交互作用有关： （1）提供集成电路卡上插入通用用户识别

28、模块（USIM）的接口； （2）地址更新；,（3）业务提供，网络注册与注销； （4）不可变更的设备识别号（IMEI）； （5）基本的用户识别能力； （6）在没有USIM的情况下，终端必须能支持紧急呼叫； （7）支持认证和加密算法。,用户设备域包括具有不同功能的各种类型设备，它们可能兼容一种或多种现有的接入（固定或无线）设备，如双模GSM/UMTS用户终端等。用户设备还可以包括智能卡。从图2-7可以看出，用户设备域可进一步分为移动设备（ME）域和用户业务识别单元（USIM）域。,2.2.5 UMTS域间通信,UMTS又可划分为应用层、原籍层、服务层、传输层和接入层。其功能模型如图2-23所示，图

29、中显示了USIM，MT/ME，AN，SN和HN域之间的交互。,图2-23 UMTS域间功能交互模型,2.3 TD-SCDMA空中接口,TD-SCDMA的空中接口即Uu接口处于用户终端（UE）和无线接入网（RAN）之间，其协议栈的分层结构如图2-24所示。,图2-24 Uu接口协议,在Uu接口上，协议栈按其功能和任务，被分为物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3）。物理层向高层提供数据传输服务，这些服务的接入是通过传输信道来实现的。,为提供数据传输服务，物理层需要完成以下功能： （1）传输信道错误检测和上报； （2）传输信道的FEC编译码； （3）传输信道和编码组合传输信道的复用/解复

30、用；,（4）编码组合传输信道到物理信道的映射； （5）物理信道的调制/扩频和解调/解扩； （6）频率和时钟（码片、比特、时隙和子帧）同步； （7）功率控制； （8）物理信道的功率加权和合并；,（9）RF处理； （10）速率匹配； （11）无线特性测量，包括FER、SIR、干扰功率等； （12）上行同步控制； （13）上行和下行波束成形（智能天线）； （14）UE定位（智能天线）。,数据链路层（L2）分为控制平面和用户平面。在控制平面中包括媒体接入控制（MAC）和无线链路控制（RLC）两个子层；在用户平面除了MAC和RLC外，还有分组数据会聚协议（PDCP）和广播/多播控制协议（BMC）。,网络

31、层（L3）也分为控制平面和用户平面。在控制平面上，L3的最底层为无线资源控制（RRC），它属于接入层（AS），终止于RAN。,移动性管理（MM）和连接管理（CM）等属于非接入层（NAS），其中CM层还可按其任务进一步划分为呼叫控制（CC）、补充业务（SS）、短消息业务（SMS）等功能实体。,接入层通过业务接入点（SAP）承载上层的业务，非接入层信令属于核心网功能。无线资源控制层（RRC）处理用户终端（UE）和无线接入网（RAN）之间在第三层控制面的信令以及和更高层（非接入层）之间的关系，RRC在Uu接口中具有重要作用。,2.3.1 物理层,1多址接入方案TD-SCDMA的多址接入方案是采用直接

32、序列扩频码分多址（DS-CDMA），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。,2信道编码方案,TD-SCDMA支持3种信道编码方式： （1）在物理信道上可以采用前向纠错编码，即卷积编码，编码速率为1/21/3，用来传输误码率要求不高于103的业务和分组数据业务；,（2）Turbo编码，用于传输速率高于32kbit/s并且要求误码率优于103的业务； （3）无信道编码。信道编码的具体方式由高层选择，为了使传输错误随机化，需要进一步进行比特交织。,3调制和扩频方案,TD-SCDMA采用QPSK方式进行调制（室内环境下的2MB业务采用8PSK调制，在HSDPA中采用1

33、6QAM调制），成形滤波器采用滚降系数为0.22的升余弦滤波器。,TD-SCDMA采用了多种不同的扩频码： （1）采用信道码（OVSF）区分相同资源的不同信道； （2）采用下行导频中的PN码，长度为16的扰码来区分不同的基站； （3）采用上行导频中的PN码，周期为16码片码和长度为144码片的Midamble序列来区分不同的移动终端。,4物理层过程,在TD-SCDMA系统中，与物理层有关的主要过程有： （1）闭环、开环功率控制； （2）小区搜索； （3）随机接入处理；,（4）动态信道分配（DCA）； （5）开环、闭环上行同步控制； （6）UE定位（智能天线）。,2.3.2 传输信道及物理信道,

34、在TD-SCDMA系统中存在着3种信道模式、逻辑信道、传输信道和物理信道。,逻辑信道是MAC子层向上层提供的服务，描述的是传送什么类型的信道；传输信道作为物理层向高层提供的服务，描述的是信息如何在空中接口上传输；TD-SCDMA通过物理信道模式直接把需要传输的信息发送出去，也即在空中传输的都是物理信道承载的信息。,1传输信道,传输信道是由L1提供给高层的服务，它是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：专用信道和公共信道。在专用信道中，UE是通过物理信道来识别的。在公共信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息。,（1）专用传输信道 （2）公共

35、传输信道 广播信道（Broadcast Channel，BCH） 寻呼信道（Paging Channel，PCH） 前向接入信道（Forward Access Channel，FACH）, 随机接入信道（Random Access Channel，RACH） 上行共享信道（Uplink Shared Channel，USCH） 下行共享信道（Downlink Shared Channel，DSCH）,2物理信道,TD-SCDMA系统的物理信道采用4层结构：超帧、无线帧和、子帧和时隙/码。,图2-25 物理信道的层次结构,（1）子帧结构,TD-SCDMA系统帧结构的设计考虑到对智能天线、上行同步

36、等新技术的支持。一个TDMA无线帧长为10ms，分成两个5ms子帧，每个子帧长为6 400chip，这两个子帧的结构完全相同，其结构图如图2-26所示。,图2-26 TD-SCDMA无线子帧结构,图2-27所示为分别给出的对称分配和不对称分配的例子。,图2-27 TD-SCDMA子帧结构示图,（2）时隙结构,每个子帧包含7个常规时隙（TS0TS6）和3个特殊时隙（DwPTS、UpPTS、GP）。 常规时隙每个常规时隙的时长为675s，总共864chip，其具体结构如图2-28所示，图中CP表示码片长度。,图2-28 TD-SCDMA系统突发结构,TDD模式下的物理信道是一个突发信道，在分配到的

37、无线帧中的特定时隙发射。,数据块分为两部分，各占用352chip，其由比特经过调制（例如QPSK、8PSK）、扩频和加扰过程得到。扩频码采用正交可变扩频因子码（OVSF），扩频因子（SF）可以取1、2、4、8、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。,训练序列块因为夹杂在两个数据块中间而被称为Midamble，占用144chip。保护间隔的长度与小区半径有关，其长度越长，意味着小区的覆盖范围越大，占用16chip。,突发结构中的数据块可能全部由业务比特组成，也可能由业务比特和控制比特联合组成。,控制比特主要有3种类型：传输格式组合标识符（Transport Format

38、 Combination Indicator，TFCI）、发射功率控制（Transmitter Power Control，TPC）、同步偏移（Synchronization Shift，SS）。,图2-29 带有TFCI信息的突发结构,图2-30 带有TFCI、TPC、SS信息的突发结构, 特殊时隙由上已知每个子帧包含3个特殊时隙，分别为DwPTS、GP和UpPTS。 下行导频时隙（DwPTS） 保护间隔（GP） 上行导频时隙（UpPTS）,图2-31 下行导频时隙结构,图2-32 保护间隔时隙结构,图2-33 下行导频时隙结构,（3）物理信道的分类,物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同

39、的类别，有的物理信道用于承载传输信道的数据，而有的物理信道仅用于承载物理层自身的信息。物理信道也可分为专用物理信道和公共物理信道两大类。, 专用物理信道。DCH映射到专用物理信道（DPCH）上，支持上/下行数据传输，下行通常采用智能天线进行波束赋形。 公共物理信道。公共物理信道可分为以下几种。,主公共控制物理信道（Primary Common Control Physical Channel，P-CCPCH） 辅助公共控制物理信道（Secondary Common Control Physical Channel，S-CCPCH）,物理随机接入信道（Physical Random Access

40、 Channel，PRACH） 快速物理接入信道（Fast Physical Access Channel，FPACH） 物理上行共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH） 物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）,寻呼指示信道（Paging Indicator Channel，PICH） 上行导频信道（UpPCH） 下行导频信道（DwPCH）,3传输信道到物理信道的映射,表2-2 传输信道到物理信道的映射,续表,2.3.3 信道编码和复用,为了保证数据块在无线链路上高效且可靠地传输，物理层对上层

41、传来的数据块进行信道编码/复用后再进行加权、扩频、加扰，形成码片级的数据后，加入Midamble码和保护时隙（GP）形成Burst突发结构，将不同物理信道上的数据合并后，经过脉冲成形和频带调制发送到信道中去。,同样，对于接收到的数据，物理层需要经过解码和解复用后，再送到上层。此过程如图2-34所示。,图2-34 TD数据简要发送过程,1基本概念,信道编码主要是在信道受干扰的情况下，提高信道的抗干扰能力，提高信息传送的可靠性，同时又保持尽可能大的信息传输率。,（1）传输信道（Transport Channel，TrCH） （2）传输时间间隔（Transmission Time Interval，

42、TTI） （3）传输块（Transport Block，TrBk） （4）传输格式（Transport Format，TF）,（5）传输格式集合（Transport Format Set，TFS） （6）传输块大小（Transport Block Size） （7）传输块集大小（Transport Block Set Size）,图2-35 MAC层和物理层之间的数据交换,表2-3 DCH1和DCH2的信道参数,除以上介绍的基本概念外，与信道编码和复用相关的概念还有： （1）编码组合传输信道（Coded Composite Transport Channel，CCTrCH） （2）传输格式组合

43、（Transport Format Combination，TFC）,（3）传输格式组合指示（Transport Format Combination Indicator，TFCI） （4）传输格式组合集合（Transport Format Combination Set，TFCS） （5）传输格式指示（Transport Format Indicator，TFI） （6）编码块（Coded Block）,2信道编码和复用,可见，在一个TTI内，来自不同传输信道的数据以数据块集的形式被送入信道编码和复用模块，在经过全部13步的处理后，被映射到物理信道，即信道编码和复用流程主要包括以下13个步骤

44、。,图2-36 信道编码和复用步骤流程图, 循环冗余校验（CRC） 传输块级联/码块分割 信道编码 无线帧长度均衡 第一次交织, 无线帧分割 速率匹配 传输信道复用 比特加扰,物理信道分割第二次交织子帧分割物理信道映射,（1）循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）,循环冗余校验用于对一个传输块数据的检错，校验比特附加到每个传输块的末尾，其顺序与计算顺序相反。,（2）传输块级联/码块分割,当一个TTI内有多个传输块时，传输块级联将所有这些附加CRC校验比特后的传输块从最小编号开始顺次连接在一起，这样就得到了一个传输信道的数据码块。,（3）信道编码,表2-4 1.2

45、8Mchip/s TDD所采用的信道编码方案和编码率,（4）无线帧长度均衡,为了便于数据到物理信道的映射，需要根据物理资源的配置情况以及传输时间间隔对码块进行均匀化处理，这就是无线帧长度均衡。,（5）第一次交织,第一次交织是简单的列间置换的块交织。,表2-5 第一次交织的列间置换方式,（6）无线帧分割,当传输时间间隔大于10 ms时，输入比特序列将分段并映射到连续的Fi个无线帧上。无线帧尺寸均衡之后，可以保证输入比特序列长度为Fi的整数倍。,（7）速率匹配,速率匹配是指传输信道上的比特被重发（Repeated）或者被打孔（Punctured）。,（8）传输信道复用,根据无线信道的传输特性，在每

46、一个10ms周期，来自不同传输信道的无线帧被送到传输信道复用单元。复用单元根据承载业务的类别和高层设置，分别将其进行复用和组合，构成一条或多条编码组合传输信道（CCTrCH）。如果TTI小于10ms，将不会执行TrCH复用。,图2-37 传输信道复用,（9）比特加扰,TrCH复用器的输出比特在比特扰码器中加扰码。,（10）物理信道分割,当使用多于一个的物理信道时，物理信道分段将比特分配到不同的PhCH中。,（11）第二次交织,第二次交织是一个块交织器，包含填补后输入到一个矩阵的比特，矩阵的列间置换以及矩阵删减后的比特输出。,（12）子帧分割,在TD-SCDMA系统中，一个无线帧被分成两个子帧，

47、每个子帧的持续时间为5ms。,（13）物理信道映射,物理信道映射将每个子帧的数据比特分配到相应时隙的相应码道（物理信道）上。,图2-38 物理信道映射,3业务复用示例,表2-6 BCH参数,图2-39 广播信道的编码示例,4信道译码,信道译码是信道编码的逆过程，作用是从编码后的序列恢复出原始的信息序列，主要过程包括： 物理信道解映射； 第二次解交织； 解比特加扰； 传输信道解复用；,解速率匹配； 第一次解交织； 无限帧解均衡； 信道解码； 编码块分割逆过程； CRC校验。,（1）CCTrCH的译码过程,这里CCTrCH的译码过程主要是对各个TrCH速率解匹配之前的处理，计算的处理都是以10ms

48、无线帧为单位的，运算的过程和算法都是发送端的逆过程。,（2）TrCH译码过程,TrCH的译码过程主要是对各个TrCH上的数据对照发送端的处理的逆过程，处理的单位一般为TTI内的数据。,（3）解速率匹配,解速率匹配的运算同样需要计算速率匹配的图样来进行相应的处理，因此参数和算法与发送端是基本一致的。这里同样的业务根据TFCI的不同，可能有不同的速率匹配方案，需要实时计算，实时处理。,（4）信道解码,对应信道编码，信道解码的处理分为3种。 对于未编码的数据块，不做任何处理。, 对于采用卷积码编码的数据块，一般采用VITERBI解码算法。 对于TURBO码编码的数据块，译码算法主要有MAP算法和SO

49、VA算法，考虑到性能和实现的综合因素，一般采用MAP算法进行TURBO译码。,（5）CRC校验和性能估计, 对FER的统计，是通过CRC校验来得到的，因此CRC的统计有非常重要的意义。, CRC校验主要是通过对解码后加在数据块后面的CRC校验序列和解码后的数据块重新加上CRC校验比特（模拟发送CRC）来进行比较，通过校验序列是否完全一致来判断该传输块是否为误块。CRC校验比特长度为0、12、16、24四种。, 一般需要估计用户业务的实际传输的BER和FER，并进行上报。,2.3.4 数据扩频、加扰和调制,经过信道编码/复用后的数据，再经过基带调制、加权、OVSF码扩频、加扰，形成码片级数据后，加入Midamble码和保护时隙（GP）形成Burst的突发结构，将不同物理信道上的数据合并后，经过脉冲成形和频带调制发送到信道中，如图2-40所示。,图2-40 BC子系统框图,1.基带调制,（1）QPSK调制QPSK（四相相移键控）在一个调制符号中传输两个比特，载波的相位为4个间隔相等的值，分别为0、/2、和3/2，每一个相位值对应于唯一的一对信息比特。,表2-7 两个连续二进制比特映射到复数符号,