1、第6章 TD SCDMA基本原理6.1 物理层物理层结构结构6.2 传输信道和物理传输信道和物理信道信道6.3 信道编码与信道编码与复用复用6.4 扩频与扩频与调制调制6.5 物理层处理过程物理层处理过程6.1 物物 理理 层层 结结 构构TDSCDMA 的物理信道由频率、时隙、信道码和无线帧分配定义。建立一个物理信道的同时,就给出了它的起始帧号。物理信道的持续时间既可以无限长,又可以是定义资源分配的持续时间。物理信道结构如图6-1所示。图6-1 TD-SCDMA 物理信道结构6.1.1 物理信道帧结构物理信道帧结构TD SCDMA 系统的物理信道采用四层结构:系统帧、无线帧、子帧、时隙/码。
2、时隙用于在时域上区分不同的用户信号,具有 TDMA 的特性。图6-2所示为 TD SCDMA 的物理信道帧结构。3GPP定义的一个 TDMA 帧的长度为10ms。TD-SCDMA 系统为了实现快速功率控制和定时提前校准以及对一些新技术的支持(如智能天线、上行同步等),将一个10ms的帧分成两个结构完全相同的子帧,每个子帧的时长为5ms。每一个子帧又分成长度为675s的7个常规时隙(TS0TS6)和3个特殊时隙(DwPTS(下行导频时隙)、GP(保护间隔)和UpPTS(上行导频时隙)。图6-2 TD-SCDMA 的物理信道帧结构 常规时隙用于传送用户数据或控制信息。在这7个常规时隙中,TS0总是
3、固定地用作下行时隙来发送系统广播信息,而 TS1总是固定地用作上行时隙。其他的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行或下行以实现不对称业务的传输,如分组数据。用作上行链路的时隙和用作下行链路的时隙之间由一个转换点(SwitchPoint)分开。每个5ms的子帧有两个转换点(UL到 DL和 DL到 UL),第一个转换点固定在 TS0结束处,而第二个转换点则取决于小区上、下行时隙的配置。6.1.2 时隙结构时隙结构 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分配给某物理信道;分配也可以是不连续的,即将部分无线帧中的相应时隙
4、分配给该物理信道。TD SCDMA 系统的突发结构如图6-3所示,图中chip表示码片长度。每个突发被分成了四个域:两个长度分别为352chip的数据域、一个长为144chip的训练序列域(Midamble)和一个长为16chip的保护间隔(GP)。一个突发的持续时间是一个时隙。发射机可以同时发射几个突发。图6-3 TD-SCDMA 系统突发结构 数据域用于承载来自传输信道的用户数据或高层控制信息,除此之外,在专用信道和部分公共信道上,数据域的部分数据符号还被用来承载物理层信令。数据部分由信道码和扰码共同扩频,即将每一个数据符号转换成一个码片,因而增加了信号带宽。一个符号包含的码片数称为扩频因
5、子,扩频因子可以取1、2、4、8或16。信道码是一个 OVSF(OrthogonalVariableSpreadingFactor,正交可变扩频因子)码,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。扰码的作用是区分相邻小区。在发射机同时发射几个突发的情况下,几个突发的数据部分必须使用不同的信道码,但应使用相同的扰码。Midamble码长144chip,用作扩频突发的训练序列,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码经循环移位后产生。整个系统有128个长度为128chip的基本 Midamble码,分成32个码组,每组4个。一个
6、小区采用哪组基本 Midamble码由小区决定,因此4个基本的 Midamble码的基站是知道的,并且当建立起下行同步之后,移动台也知道所使用的 Midamble码组。NodeB决定本小区将采用这4个基本 Midamble码中的哪一个。一个载波上的所有业务时隙必须采用相同的基本 Midamble码。小区使用的扰码和基本中间码是广播的,而且可以是不变的。基本中间码到中间码的生成过程如下:1.下行导频时隙下行导频时隙下行导频时隙结构如图6-4所示。图6-4 下行导频时隙 每个子帧中的 DwPTS是为建立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
7、64chip的 SYNC_DL(下行同步序列)和32chip的 GP(保护间隔)组成的。SYNC_DL是一组 PN(PseudoNoise,伪随机噪声)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码集在蜂窝网络中可以复用。2.上行导频时隙上行导频时隙上行导频时隙结构如图6-5所示。图6-5 上行导频时隙 每个子帧中的 UpPTS是为上行同步而设计的,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,发送随机接入请求。这个时隙通常是由长为128chip的SYNC_UL(上行同步序列)和32chip的 GP(保护间
8、隔)组成的。SYNC_UL是一组PN 码,用于在接入过程中区分不同的 UE。整个系统有256个不同的SYNC_UL,分成32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。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。3.保护时隙保护时隙 保护时隙(GP,GuardPeriod)是在 NodeB侧,由发射向接收转换的保护间隔,时长为75s(96chip)。它主要用于下行到上行转换的保护: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
9、保 UpPTS可以提前发射,防止干扰DL工作。另外,它从理论上确定了基本的基站覆盖半径。96chip对应的距离变化是:L=(c96/1.28M)km,c代表光速,c3108 m/s,基站覆盖半径即L/2=11.25km。6.2 传输信道和物理传输信道和物理信道信道 在 TD SCDMA 系统中存在三种信道模式:逻辑信道、传输信道和物理信道。(1)逻辑信道:MAC子层向 RLC子层提供的服务,它描述的是传送什么类型的信息。(2)传输信道:作为物理层向高层提供的服务,它描述的是信息如何在空中接口上传输。(3)物理信道:系统通过物理信道模式直接把需要传输的信息发送出去,也就是说在空中传输的都是物理信
10、道承载的信息。6.2.1 传输信道传输信道 1.专用传输信道专用传输信道 专用传输信道仅存在一种,即专用信道(DCH),是一个上行或下行传输信道。2.公共传输信道公共传输信道 (1)广播信道(BCH)。BCH 是一个下行传输信道,用于广播系统和小区的特定消息。(2)寻呼信道(PCH)。PCH 是一个下行传输信道,当系统不知道移动台所在的小区时,用于给移动台发送控制信息。PCH 总是在整个小区内进行寻呼信息的发射,与物理层产生的寻呼指示的发射是相随的,以支持有效的睡眠模式,延长终端电池的使用时间。(3)前向接入信道(FACH)。FACH 是一个下行传输信道,用于在随机接入过程中,UTRAN 收到
11、了 UE的接入请求,可以确定 UE 所在小区的前提下向 UE 发送控制消息。有时,也可以使用 FACH 发送短的业务数据包。(4)随机接入信道(RACH)。RAH 是一个上行传输信道,用于向 UTRAN 发送控制消息。有时,也可以使用 RACH 发送短的业务数据包。(5)上行共享信道(USCH)。上行信道被一些 UE共享,用于承载 UE的控制和业务数据。(6)下行共享信道(DSCH)。下行信道被一些 UE共享,用于承载 UE的控制和业务数据。3.传输信道的一些基本概念传输信道的一些基本概念(1)传输块(TB,TransportBlock):定义为物理层与 MAC 子层间的基本交换单元,物理层为
12、每个传输块添加一个 CRC。(2)传输块集(TBS,TransportBlockSet):定义为多个传输块的集合,这些传输块在物理层与 MAC子层间的同一传输信道上同时交换。(3)传输时间间隔(TTI,TransmissionTimeInterval):定义为一个传输块集合到达的时间间隔,等于在无线接口上的物理层传送一个 TBS所需要的时间。在每一个 TTI内,MAC子层送一个 TBS到物理层。(4)传输格式组合指示(TFCI,TransportFormatCombinationIndicator):当前 TFC的一种表示。TFCI的值和 TFC 是一一对应的,TFCI用于通知接收侧当前有效的
13、 TFC,即如何解码、解复用以及在适当的传输信道上递交接收到的数据。6.2.2 物理信道及其分类物理信道及其分类1.专用物理信道专用物理信道专用物理信道 DPCH(DedicatedPhysicalCHannel)用于承载来自专用传输信道 DCH的数据。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编码组合传输信道(CCTrCH,CodedCompositeTransportCHannel)内,然后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使用任意允许的信道码,信道的存在时间取决于承载业务的类别和交织周期。一
14、个 UE可以在同一时刻被配置多条 DPCH,若 UE允许多时隙能力,则这些物理信道还可以位于不同的时隙。物理层信令主要用于 DPCH。DPCH 采用了前面介绍的突发结构,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。2.公共物理信道公共物理信道根据所承载传输信道的类型,公共物理信道可分为一系列的控制信道和业务信道。在3GPP的定义中,所有的公共物理信道都是单向的(上行或下行)。(1)主公共控制物理信道(P-CCPCH,PrimaryCommonControlPhysicalCHannel):该信道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。在 TD S
15、CDMA 中,P CCPCH 的位置(时隙/码)是固定的(TS0)。P CCPCH 总是采用固定扩频因子SF=16的1号、2号码。(2)辅 公 共 控 制 物 理 信 道(S-CCPCH,Secondary Common ControlPhysical CHannel):该信道用于承载来自传输信道 FACH 和 PCH 的数据,可使用编码组合指示指令(TFCI)。S CCPCH 总是采用固定扩频因子SF=16。S CCPCH 所使用的码和时隙在小区中广播。(3)物理随机接入信道(PRACH,PhysiacalRandomAccessCHannel):用于承载来自传输信道 RACH 的数据。PR
16、ACH 可以采用扩频因子SF=16/8/4,其配置(使用的时隙和码道)通过小区系统信息广播。(4)快速物理接入信道(FPACH,FastPhysicalAccessCHannel):该信道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 使用扩频因子 SF=16,其配置通过小区系统信息广播。(5)物理上行共享信道(PUSCH,PhysicalUplinkSharedCHannel):用于承载来自传输信道 USCH 的数据。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
17、道具有较短的持续时间。由于一个 UE可以并行存在多条 USCH,这些并行的 USCH 数据可以在物理层进行编码组合,因而 PUSCH 信道上可以存在 TFCI。(6)物理下行共享信道(PDSCH,PhysicalDownlinkSharedCHannel):用于承载来自传输信道 DSCH 的数据。在下行方向,传输信道 DSCH 不能独立存在,只能与 FACH 或DCH 相伴而存在,因此作为传输信道载体的 PDSCH 也不能独立存在。DSCH 数据可以在物理层进行编码组合,因而 PDSCH 上可以存在 TFCI。(7)寻呼指示信道(PICH,PagingIndicatorChannel):该信道
18、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 的扩频因子SF=16。6.2.3 传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射表6-1给出了 TD SCDMA 系统中传输信道和物理信道的映射关系,表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而成,不能相互组合。另
19、外,BCH 和 RACH 由于自身的特殊性,也不可能进行组合。6.3 信道编码与信道编码与复用复用为了保证高层的信息数据在无线信道上可靠地传输,需要对来自 MAC层和高层的数据流(传输块/传输块集)进行编码/复用后在无线链路上发送,并且将无线链路上接收到的数据进行解码/解复用后再送给 MAC层和高层。用于上行和下行链路的传输信道编码/复用步骤如图66所示。图66 信道编码与复用过程在一个传输时间间隔 TTI内,来自不同传输信道的数据以传输块的形式到达编码/复用单元,在经过全部12步的处理后,被映射到物理信道。这里 TTI允许的取值间隔是10ms、20ms、40ms、80ms。对于每个传输块,需
20、要进行的基带处理步骤包括:(1)给每 个 传 输 块 添 加 CRC 校 验 比 特。循 环 冗 余 校 验(CRC,CyclicRedundancyCheck)用于实现差错检测功能。对一个 TTI内到达的传输块集,CRC 处理单元将为其中的每一个传输块附加上独立的 CRC码,CRC码是信息数据通过 CRC生成器生成的。CRC码的长度可以为24、16、12、8或0比特,具体的比特数目由高层根据传输信道所承载的业务类型来决定。(2)传输块的级联和码块分割。在每一个传输块上附加 CRC 比特后,把一个 TTI内的传输块按从小到大的编号顺序级联起来,如果级联后的比特序列长度 A 大于最大编码块长度Z
21、,则需要进行码块分割处理,分割后得到的C 个码块具有相同的大小。如果 A 不是C 的整数倍,则在传输信道数据码块的最前端插入填充比特,填充比特为0。(3)信道编码。为了提高信息在无线信道传输时的可靠性和数据在信道上的抗干扰能力,WCDMA 使用两种类型的编码:卷积编码和 Turbo编码,编码速率也有1/2和1/3两种,不同类型的传输信道使用不同的编码方案。TD SCDMA 系统则采用了三种信道编码方案:卷积编码、Turbo编码和无编码。不同类型的传输信道所使用的不同编码方案和码率如表62所示。表62 TD-SCDMA所采用的信道编码方案和编码 (4)无线帧均衡。无线帧尺寸均衡是针对一个传输信道
22、在一个 TTI内传输下来的数据块进行的。一个 TTI的长度为10ms、20ms、40ms或80ms,对应的这些数据需要被平均分配到1个、2个、4个或8个连续的无线帧上。尺寸均衡是通过在输入比特序列的末尾根据需要加入填充比特(0或1),以保证输出能够被均匀分割。(5)第一次交织。受传播环境的影响,无线信道是一个高误码率的信道。虽然信道编码产生的冗余可以消除部分误码的影响,但是在信道的深衰落周期,将产生较长时间的连续误码。对于这类误码,信道编码的纠错功能无能为力。交织技术就是为抵抗这种持续时间较长的突发性误码设计的。交织技术把原来顺序的比特流按照一定规律打乱后再发送出去,接收端再按相应的规律将接收
23、到的数据恢复成原来的顺序。这样一来,连续的错误就变成了随机差错,再通过解信道编码,就可以恢复出正确的数据。(6)无线帧分割。当传输信道的 TTI大于10ms时,输入比特序列将被分段映射到连续的F 个无线帧上。(经过第(4)步的无线帧均衡之后,可以保证输入比特序列的长度为F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。因而,当不同 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
24、的总比特率一致。高层将为每一个传输信道配置一个速率匹配特性。这个特性是半静态的,而且只能通过高层信令来改变。速率匹配算法用于计算重复或打孔的比特数量。(8)传输信道的复用。每隔10ms,来自每个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的设置,分别将其进行复用或组合,构成一条或多条编码组合传输信道(CCTrCH)。不同传输信道编码和复用到一个 CCTrCH 应符合如下规则:复用到一个 CCTrCH 上的传输信道组合如果因为传输信道的加入、重配置或删除等原因发生变化,那么这种变化只能在无线帧的起始部分进行。不同的 CCTrCH 不能复用到同一条物理信道上。一条 CC
25、TrCH 可以被映射到一条或多条物理信道上传输。专用传输信道和公共传输信道不能复用到同一个 CCTrCH 上。公共传输信道中,只有 FACH 或 PCH 可以被复用到一个 CCTrCH 上。每个承载一个 BCH 的 CCTrCH,只能承载一个 BCH,不能再承载别的传输信道。每个承载一个 RACH 的 CCTrCH,只能承载一个 RACH,不能再承载别的传输信道。因此,有两种类型的 CCTrCH,即:专用 CCTrCH:对应于一个或多个 DCH 的编码和复用结果。公共 CCTrCH:对应于一个公共信道的编码和复用结果。对于包含下列传输信道的 CCTrCH,可能传送 TFCI信息:USCH 类型
26、。DSCH 类型。FACH 和/或 PCH 类型。(9)物理信道的分割。一条 CCTrCH 的数据速率可能要超过单条物理信道的承载能力,这就需要对 CCTrCH 数 据 进 行 分 割 处 理,以 便 将 比 特 流 分 配 到 不 同 的 物 理 信道中。(10)第二次交织。一般有两种方案:基于帧和基于时隙的。前者是对CCTrCH 映射无线帧上的所有数据比特进行的,后者则是对映射到每一时隙的数据比特进行的。具体采用哪种方案由高层指示。(11)子帧分割。在前面的步骤中,级联和分割等操作都是以最小时间间隔(10ms)或一个无线帧为基本单位进行的。为了将数据流映射到物理信道上,还必须将一个无线帧的
27、数据分割为两部分,即分别映射到两个子帧之中。(12)到物理信道的映射。将子帧分割输出的比特流映射到该子帧中对应时隙的码道上。6.4 扩扩 频频 与与 调调 制制在 TD SCDMA系统中,经过物理信道映射后的数据流还要进行数据调制和扩频调制。数据调制可以采用 QPSK 或者8PSK 的方式,即将连续的2个比特(采用 QPSK)或者连续的3个比特(采用8PSK)映射为一个符号,数据调制后的复数符号再进行扩频调制。TDSCDMA 扩频调制时采用的扩频码是 OVSF码,其特点是正交性较好。扩频因子的范围为116,扩频后的码片速率为1.28Mc/s,调制符号的速率为80.0ksymbol/s1.28M
28、symbl/s。扩频和调制过程如图67所示。图67 扩频与调制过程6.4.1 数据调制数据调制1.QPSK 调制调制QPSK 数据调制实际上是将连续的两个二进制比特映射为一个复数值的数据符号,如表63所示。2.8PSK 调制调制在 TD SCDMA 系统中,对于2 Mb/s业务采用8PSK 进行数据调制。8PSK 数据调制实际上是将连续的三个二进制比特映射为一个复数值的数据符号,其数据映射关系如表64所示。此时帧结构中将不使用训练序列,全部是数据区,且只有一个时隙,数据区前加一个序列。6.4.2 扩频调制扩频调制因为 TDSCDMA 与其他第三代移动通信标准一样,均采用 CDMA 的多址接入技
29、术,所以扩频是其物理层很重要的一个步骤。扩频操作位于数据调制之后和脉冲成形之前。扩频调制主要分为扩频和加扰两步:第一步操作是用扩频码对数据信号扩频,其扩频因子(SF,SpreadingFactor)在116之间;第二步操作是加扰码,将扰码加到扩频后的信号中,具体如图6 8所示。图68 扩频调制1.正交可变扩频因子正交可变扩频因子(OVSF)码码在 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为1、2、4、8、16,下行方向的扩频因子为1、16。使用 OVSF扩频码可以使同一时隙下的扩频码有不同的扩频因子,但是扩频码之间仍然保持正交。OVSF码可以用
30、图69所示的码树来定义。在 TDSCDMA 系统中,n4,因此最大的扩频因子是16。一个时隙可使用的码的数目是不固定的,而是与每个物理信道的数据速率和扩频因子有关。图69 OVSF码可以用所示的码树来定义2.扰码扰码扰码与扩频类似,也是用一个数字序列与扩频处理后的数据相乘。与扩频不同的是,扰码用的数字序列与扩频后的信号序列具有相同的码片速率,所做的乘法运算是一种逐码片相乘的运算。扰码的目的是为了标识数据的小区属性,将不同的小区区分开来。扰码是在扩频之后使用的,因此它不会改变信号的带宽,而只是将来自不同信源的信号区分开来。这样,既使多个发射机使用相同的码字扩频,也不会出现问题。在 TD-SCDM
31、A 系统中,扰码序列的长度固定为16,系统共定义了128个扰码,每个小区配置4个。用户特定的扩频码和小区特定的扰码组合可以看做是一个用户和小区特有的扩频码。6.4.3 同步码的产生同步码的产生 1.下行同步码下行同步码(SYNC_DL)SYNC_DL用来区分相邻小区,在下行导频时隙(DwPTS)中发射。与SYNC_DL有关的过程是下行同步、码识别和 P CCPCH 交织时间的确定。整个系统有32个长度为64的基本SYNC_DL码。一个SYNC_DL唯一标识一个小区和一个码组。一个码组包含8个SYNC_UL和4个特定的扰码,每个扰码对应一个特定的基本 Midamble码。基站将在小区的全方向或在
32、固定波束方向以满功率发送 DwPTS,它同时起到了导频和下行同步的作用。DwPTS 由长为 64chip 的 SYNC_DL 和长为 32chip 的 GP 组 成,DwPTS是一个 QPSK 调制信号。2.上行同步码上行同步码(SYNC_UL)SYNC_UL 在上行导频时隙(UpPTS)中发送,与 SYNC_UL 有关的是上行同步和随机接入过程。整个系统有256个长度为128chip的基本SYNC_UL,分成32组,每组8个。SYNC_UL码组由小区的SYNC_DL确定,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
33、_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。3.码分配码分配 在 TD SCDMA系统中,一共定义了32个下行同步码(SYNC_DL)、256个上行同步码(SYNC_UL)、128个训练序列(Midamble)和128个扰码(Scramblingcode)。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个训练序列和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的。SYNC_DL和SYNC_UL序列及扰码和 Mid
34、amble训练序列码间的关系如表65所示。6.5 物理层处理物理层处理过程过程6.5.1 小区搜索过程小区搜索过程在初始小区搜索中,UE 搜索到一个小区,并检测其所发射的 DwPTS,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。初始小区搜索步骤如下:(1)搜索 DwPTS。移动台接入系统的第一步是获得与当前小区的同步,该过程是通过捕获小区下行导频时隙 DwPTS中的SYNC_DL来实现的。系统中相邻小区的下行同步码互不相同,不相邻小区的下行同步码可以复用。按照 TDSCDMA 的无线帧结构,下行同步码在系统中每5ms发送一次,并且每次都用全向天线
35、以恒定满功率值发送该信息。移动台接入系统时,对32个下行同步码进行逐一搜索,即用接收信号与32个可能的下行同步码逐一作相关,由于该码字彼此间具有很好的正交性,获取相关峰值最大的码字被认为是当前接入小区使用的下行同步码。同时,根据相关峰值的时间位置也可以初步确定系统下行的定时。(2)扰码和基本训练序列码识别。UE接收到位于 DwPTS时隙之前的P CCPCH 上的训练序列。每个下行同步码对应一组4个不同的基本训练序列,因此共有128个互不相同的基本训 练 序 列,并 且 这 些 码 字 相 互 不 重 叠。基 本 训 练 序 列 的 编 号 除 以 4 就 是SYNC_DL码的编号。因此,32个
36、SYNC_DL 和 P CCPCH 的32组训练序列一一对应,一旦下行同步码检测出来,UE就会知道是哪4个基本的训练被使用。然后,UE只需要通过分别使用这4个基本训练序列进行符号到符号的相关性判断,就可以确定该基本训练序列是4个码中的哪一个。在一帧中使用相同的基本训练序列,而每个扰码和特定的训练序列相对应,因此就可以确定扰码。根据搜索训练序列结果,UE 可以进行下一步或返回到第一步。(3)控制复帧同步。UE搜索 P CCPCH 的广播信息中的复帧主指示块 MIB(MasterIndicationBlock)。为了正确解出 BCH 中的信息,UE 必须知道每一帧的系统帧号。系统帧号出现在物理信道
37、 QPSK 调制时相位变化的排列图案中。通过采用 QPSK 调制对n 个连续的 DwPTS时隙进行相位检测,就可以找到系统帧号,即取得复帧同步。这样,BCH信息在 P CCPCH 帧结构中的位置就可以确定了。根据复帧同步结果,UE可能执行步骤(4)或者返回步骤(2)。(4)读取广播信道 BCH。UE在发起一次呼叫前,必须获得一些与当前所在小区相关的系统信息,比如可使用的 PRACH、FPACH 和S CCPCH(承载 FACH 逻辑信道)资源及它们所使用的一些参数(码、扩频因子、中间码、时隙)等,这些信息周期性地在 BCH 上广播。BCH 是一个传输信道,它映射到 P CCPCH。UE 利用前
38、几步已经识别出的扰码、基本训练序列码、复帧头读取时被搜索到小区的 BCH 上的广播信息,从而得到小区的配置等公用信息。6.5.2 上行同步过程上行同步过程对于 TD SCDMA 系统来说,上行同步是 UE发起一个业务呼叫前必需的过程。如果UE仅驻留在某小区而没有呼叫业务,UE 不用启动上行同步过程。因为在空闲模式下,UE和 NodeB之间仅建立了下行同步,此时 UE 与 NodeB间的距离是未知的,UE 不能准确知道发送随机接入请求消息时所需要的发射功率和定时提前量,此时系统还不能正确接收 UE发送的消息。因此,为了避免上行传输的不同步带给业务时隙的干扰,需要首先在上行方向的特殊时隙 UpPT
39、S上发送SYNC_UL消息,UpPTS时隙专用于 UE和系统的上行同步,没有用户的业务数据。TD SCDMA 系统对上行同步定时有着严格的要求,不同用户的数据都要以基站的时间为准,在预定的时刻到达 NodeB。按照系统的设置,每个 DwPTS序列号对应8 个 SYNC_UL 码字,UE 根据收到的DwPTS信息,随机决定将要使用的上行SYNC_UL码。NodeB采用逐个作相关的方法可判断出 UE当前使用的是哪个上行同步码。具体步骤如下:(1)下行同步的建立,即上述小区搜索过程。(2)上行同步的建立。UE根据在 DwPTS或 P CCPCH 上接收到信号的时间和功率大小,决定 UpPCH 所采用
40、的初始发射时间和初始发送功率。NodeB 在搜索窗内检测出SYNC_UL后,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间调整值,在接下来的4个子帧(20ms)内通过 FPACH 发送给 UE,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。在 FPACH 中还包含了 UE初选的SYNC_UL码字信息以及 NodeB接收到SYNC_UL的相对时间,以区分在同一时间段内所使用的不 同 的 SYNC_UL 的 UE,以 及 不 同 时 间 段 内 所 使 用 的 相 同 的SYNC_UL的 UE。UE在FPACH 上接收到这些信息的控制命
41、令后,就可以知道自己的上行同步请求是否已经被系统接受。上行同步的建立过程同样也适用于上行失步时的上行同步再建立过程。(3)上行同步的保持。NodeB在每一上行时隙检测 Midamble,估计 UE 的发射功率和发射时间偏移,然后在下一个下行时隙发送SS命令和 TPC命令进行闭环控制。6.5.3 基站间同步基站间同步TD SCDMA 系 统 中 的 同 步 技 术 主 要 由 两 部 分 组 成:一 部 分 是 基 站 间 的 同 步(SynchronizationofNodeBs);另一部分是移动台间的上行同步技术(UplinkSyncronization)。在大多数情况下,为了增加系统容量和
42、优化切换过程中小区搜索的性能,需要对基站进行同步。一个典型的例子就是存在小区交叠情况时所需的联合控制。实现基站同步的标准主要有可靠性和稳定性、低实现成本、尽可能小地影响空中接口的业务容量。所有的具体规范目前尚处于进一步研究和验证阶段,其中比较典型的有如下四种方案(目前主要在 R5中有讨论):(1)基 站 同 步 通 过 空 中 接 口 中 的 特 定 突 发 时 隙,即 网 络 同 步 突 发(NetworkSynchronzationBurst)来实现。该时隙按照规定的周期在事先设定的时隙上发送,在接收该时隙的同时,此小区将停止发送任何信息,基站通 过 接 受 该 时 隙 来 相 应 地 调
43、 整 其 帧同步。(2)基站通过接收其他小区的下行导频时隙(DwPTS)来实现同步。(3)RNC通过Iub接口向基站发布同步信息。(4)借助于卫星同步系统(如 GPS)来实现基站同步。NodeB之间的同步只能在同一个运营商的系统内部进行。在基于主从结构的系统中,当在某一本地网中只有一个 RNC时,可由 RNC向各个 NodeB发射网络同步突发,或者是在一个较大的网络中,网络同步突发先由移动交换中心(MSC)发给各个RNC,然后再由RNC发给每个 NodeB。在多 MSC系统中,系统间的同步可以通过运营商提供的公共时钟来实现。6.5.4 随机接入过程随机接入过程1.随机接入准备随机接入准备当 U
44、E处于空闲状态时,它将维持下行同步并读取小区广播信息。UE 从下行导频信道(DwPCH)中 获 得 下 行 同 步 码 后,就 可 以 得 到 为 随 机 接 入 而 分 配 给 上 行 导 频 信 道(UpPCH)的8个SYNC_UL码。PRACH、FPACH 和 S CCPCH 信道的详细信息(采用的码、扩频因子、Midamble码和时隙)会在 BCH 中广播。2.随机接入过程随机接入过程(1)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
45、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)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 FPACH(一个突发/子帧消息)将它发送给 UE。(3)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 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 FPACH 的 PRACH 信道上发送 RACH。在这一步,UE 发送到NodeB的 RACH 将具有较
46、高的同步精度。(4)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。(5)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。(6)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610 TD SCDMA 的随机接入过程3.随机接入冲突处理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 FPACH,也不能接收SYNC_UL,也就是说,在这种情况下,UE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。
