TD-SCDMA基本原理.doc

TR-001-C1 TD-SCDMA基本原理

课程目标：
l 了解TD-SCDMA系统的发展历程
l 了解TD-SCDMA网络接口
l 掌握TD-SCDMA系统物理层技术
l 掌握TD-SCDMA系统物理层过程
参考资料：
l 3GPP R4 TS25.201 V4.3.0
l 3GPP R4 TS25.221 V4.7.0
l 3GPP R4 TS25.222 V4.6.0
l 3GPP R4 TS25.223 V4.5.0
l 3GPP R4 TS25.224 V4.8.0
l 《中兴通讯TD-SCDMA基本原理》

37
目 录
第1章 TD-SCDMA发展概述 1
1.1 移动通信技术发展 1
1.2 3G无线传输技术RTT标准 2
1.3 3G标准化格局 4
1.4 中国3G频谱分配 5
1.5 TD-SCDMA标准发展历程 5
1.6 TD-SCDMA优势—中国制造 6
第2章 网络结构和接口 7
2.1 UTRAN网络结构图 7
2.2 UTRAN通用协议模型 8
2.3 空中接口Uu 9
2.4 Iub口 11
2.5 Iu口 11
第3章 物理层结构和信道映射 13
3.1 TD-SCDMA概述 13
3.2 物理信道帧结构 14
3.3 常规时隙 15
3.4 下行导频时隙 16
3.5 上行导频时隙 16
3.6 三种信道模式 17
3.7 物理信道及其分类 17
3.8 传输信道及其分类 19
3.9 传输信道到物理信道的映射 20
第4章 信道编码与复用 21
第5章 扩频与调制 25
5.1 扩频与调制过程图 25
5.2 数据调制 26
5.3 扩频调制 27
5.3.1 概述 27
5.3.2 正交可变扩频因子(OVSF)码 28
5.3.3 扩频调制的原理、优点 29
5.4 码资源-SYNC_DL 30
5.5 码资源-SYNC_UL 30
5.6 码资源-midamble码 31
5.7 码资源-扰码 31
5.8 码资源汇总 31
第6章 物理层过程 33
6.1 小区搜索过程 33
6.2 上行同步过程 34
6.3 基站间同步 35
6.4 随机接入过程 36

第6章 物理层过程
第1章 TD-SCDMA发展概述
& 知识点
l 概述
1.1 移动通信技术发展

图 1.11移动通信发展史
第一代移动通信系统的典型代表是美国AMPS系统和后来改进型系统TACS，以及NMT和NTT等，AMPS（先进移动电话系统）使用模拟蜂窝传输的800MHz频带，在美洲和部分环太平洋国家广泛使用；TACS（全向入网通信系统）是80年代欧洲的模拟移动通信的制式，也是我国80年代采用的模拟移动通信制式，使用900MHz频带。而北欧也于瑞典开通了NMT（Nordic 移动电话）系统，德国开通C－450系统等。 第一代移动通信系统为模拟制式，以FDMA技术为基础。
第二代移动通信系统（2nd Generation，2G）是以传送语音和数据为主的数字通信系统，典型的系统有GSM（采用TDMA方式）、DAMPS、IS-95 CDMA和日本的JDC（现在改名为PDC）等数字移动通信系统。2G除提供语音通信服务之外，也可提供低速数据服务和短消息服务。
第三代移动通信系统（3rd Generation，3G），国际电联也称IMT-2000（International Mobile Telecommunications in the year 2000），欧洲的电信业巨头们则称其为UMTS（通用移动通信系统），包括WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000三大标准。它能够将语音通信和多媒体通信相结合，其可能的增值服务将包括图像、音乐、网页浏览、视频会议以及其他一些信息服务。3G意味着全球适用的标准、新型业务、更大的覆盖面以及更多的频谱资源，以支持更多用户。3G系统与现有的2G系统有根本的不同。3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，而不是2G系统通常采用的TDMA技术和电路交换技术。在电路交换的传输模式下，无论通话双方是否说话，线路在接通期间保持开通，并占用带宽。与现在的2G系统相比，3G将支持更多的用户，实现更高的传输速率。
1.2 3G无线传输技术RTT标准

图 1.21 IMT2000RTT标准
3G的无线传输技术（RTT）有以下需求：
信息传输速率： 144 kbps 高速运动
384 kbps 步行运动
2 Mbps 室内运动
根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递；
一个连接中可以同时支持具有不同QoS要求的业务；
满足不同业务的延时要求（从实时要求的语音业务到尽力而为的数据业务）。
1999年11月召开的国际电联芬兰会议确定了第三代移动通信无线接口技术标准，并于2000年5月举行的ITU-R 2000年全会上最终批准通过，此标准包括码分多址（CDMA）和时分多址（TDMA）两大类五种技术。它们分别是：WCDMA、CDMA2000、CDMA TDD、UWC-136和EP-DECT。其中，前三种基于CDMA技术的为目前所公认的主流技术，它又分成频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式。TD-SCDMA属CDMA TDD技术。
WCDMA最早由欧洲和日本提出，其核心网基于演进的GSM/GPRS网络技术，空中接口采用直接序列扩频的宽带CDMA。目前，这种方式得到欧洲、北美、亚太地区各GSM运营商和日本、韩国多数运营商的广泛支持，是第三代移动通信中最具竞争力的技术之一。3GPP WCDMA技术的标准化工作十分规范，目前全球3GPP R99标准的商用化程度最高，全球绝大多数3G试验系统和设备研发都基于该技术标准规范。今后3GPP R99的发展方向将是基于全IP方式的的网络架构，并将演进为R4、R5两个阶段的序列标准。2001年3月的第一个R4版本初步确定了未来发展的框架，部分功能进一步增强，并启动部分全IP演进内容。R5为全IP方式的第一个版本，其核心网的传输、控制和业务分离，IP化将从核心网（CN）逐步延伸到无线接入部分（RAN）和终端（UE）。
CDMA2000由北美最早提出，其核心网采用演进的IS-95 CDMA核心网（ANSI-41），能与现有的IS-95 CDMA向后兼容。CDMA技术得到IS-95 CDMA运营商的支持，主要分布在北美和亚太地区。其无线单载波CDMA2000 1x采用与IS-95相同的带宽，容量提高了一倍，第一阶段支持144kbps业务速率，第二阶段支持614kbps，3GPP2已完成这部分的标准化工作。目前增强型单载波CDMA2000 1x EV在技术发展中较受重视，极具商用潜力。
CDMA TDD包括欧洲的UTRAN TDD和我国提出的TD-SCDMA技术。在IMT2000中，TDD拥有自己独立的频谱（1785~1805MHz），并部分采用了智能天线或上行同步技术，适合高密度低速接入、小范围覆盖、不对称数据传输。2001年3月，3GPP通过R4版本，由我国大唐电信提出的TD-SCDMA被接纳为正式标准。我国提出的TD-SCDMA标准在技术上有着巨大的优势，这些优势简单说就是，第一，TD-SCDMA有最高的频谱利用率。因为我国标准是一种时分双工（TDD）的移动通信系统，只用一段频率就可完成通信的收信和发信，而WCDMA和cdma2000采用的都是频分双工（FDD）的移动通信系统，需要两段不同的频率才能完成通信的收信和发信。第二，TD-SCDMA采用了世界领先的智能天线技术。基站天线可以自动追踪用户手机的方向，使通信效率更高，干扰更少，设备成本更低。另一方面，我国政府和运营商给予我国提出的3G标准以巨大的支持，同时，大唐集团也采取了广泛的联合策略，他们与西门子公司结成战略联盟，发挥双方各自的技术优势，使这一起步较晚的标准得到了广泛的支持。同时，为了与世界融合，大唐集团也在标准上做出了一定的让步，如修改了一些技术参数等等。
1.3 3G标准化格局

图 1.31 3G组织
IMT-2000标准化的研究工作由ITU负责和领导。其中，ITU-R的 SG8-TG8/1工作组负责制定RTT部分的标准，ITU-T的SG11 WP3工作组负责制定网络部分的标准。此外，ITU还专门成立了中间协调组（ICG），在ITU-R与ITU-T之间协调它们的研究工作内容。
由于ITU要求第三代移动通信的实现应易于从第二代系统逐步演进，而第二代系统又存在两大互不兼容的通信体制：GSM和CDMA，所以IMT-2000的标准化研究实际上出现了两种不同的主流演进趋势。一种是以由欧洲ETSI、日本ARIB/TTC、美国T1、韩国TTA和中国CWTS为核心发起成立的3GPP组织，专门研究如何从GSM系统向IMT-2000演进；另一种是以美国TIA、日本ARIB/TTC、韩国TTA和中国CWTS为首成立的3GPP2组织，专门研究如何从CDMA系统向IMT-2000演进。自从3GPP和3GPP2成立之后，IMT-2000的标准化研究工作就主要由这两个组织承担，而ITU则负责标准的正式制定和发布方面的管理工作。
1.4 中国3G频谱分配

图 1.41 中国3G频谱分配
2002年10月，国家信息产业部下发文件《关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知》（信部无[2002]479号）中规定：主要工作频段（FDD方式：1920~1980MHz/2110~2170MHz；TDD方式：1880~1920MHz、2010~2025MHz）。补充工作频段（FDD方式：1755~1785MHz/1850~1880MHz；TDD方式：2300~2400MHz，与无线电定位业务共用）。从中可以看到TDD得到了155MHz的频段，而FDD（包括WCDMA FDD和CDMA2000）共得到了2´90MHz的频段。
1.5 TD-SCDMA标准发展历程

图 1.51 TD-SCDMA发展历程
1998年11月 国际电联第八组织在伦敦召开第15次会议，确定要在日韩美欧中等10项方案中淘汰若干项。当时国际电联内代表美国利益的CDMA2000和代表欧洲利益的WCDMA正斗得激烈，对来自中国的TDS也是排斥有加。原邮电部科技司司长周寰向信产部领导求助，然后，中国信息产业部致函各外企驻中国机构，提醒他们注意“对TDS封杀可能造成的后果”。在巨大的中国市场诱惑下，最年轻，实力最弱的TDS得以保留。
1999年2月 中国的TD-SCDMA在3GPP中标准化
2000年5月 在土耳其国际电联全会上，中国大唐集团(即前信产部科技研究院，周寰任董事长)的TDS系统被投票采纳为国际三大3G标准之一，与欧洲的WCDMA和美国的CDMA2000并列。
2001年3月 3GPP第11次全会正式接纳由中国提出的TD-SCDMA第三代移动通信标准全部技术方案。被3GPP接纳，就标志着TD-SCDMA已被全球电信运营商和设备制造商所接受。
2002年10月 信息产业部通过【2002】479号文件公布TD-SCDMA 频谱规划，为TD-SCDMA标准划分了总计155MHz（1880-1920MHz、2010-2025MHz及补充频段2300-2400MHz共计155MHz频率）的非对称频段。
1.6 TD-SCDMA优势—中国制造
● 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

第2章 网络结构和接口
& 知识点
l UTRAN网络结构
l 接口及其功能
2.1 UTRAN网络结构图

图 2.11 UTRAN网络结构
UMTS系统由核心网CN、无线接入网UTRAN和手机终端UE三部分组成。UTRAN由基站控制器RNC和基站Node B组成。
CN通过Iu接口与UTRAN的RNC相连。其中Iu接口又被分为连接到电路交换域的Iu-CS，分组交换域的Iu-PS，广播控制域的Iu-BC。Node B与RNC之间的接口叫做Iub接口。在UTRAN内部，RNC通过Iur接口进行信息交互。Iur接口可以是RNC之间物理上的直接连接，也可以靠通过任何合适传输网络的虚拟连接来实现。Node B与UE之间的接口叫Uu接口。
2.2 UTRAN通用协议模型
用户面

图 2.21 UTRAN通用协议模型
可以从图上看到，UTRAN层次从水平方向上可以分为传输网络层和无线网络层；从垂直方向上则包括四个平面：
● 控制平面
● 用户平面
● 传输网络层控制平面
● 传输网络层用户平面
控制平面：包含应用层协议，如：RANAP、RNSAP、NBAP和传输层应用协议的信令承载。
用户平面：包括数据流和相应的承载，每个数据流的特征都由一个和多个接口的帧协议来描述。
传输网络层控制平面：为传输层内的所有控制信令服务，不包含任何无线网络层信息。它包括为用户平面建立传输承载（数据承载）的ALCAP协议， 以及ALCAP需要的信令承载。
传输网络层用户平面：用户平面的数据承载和控制平面的信令承载都属于传输网络层的用户平面。
2.3 空中接口Uu

图 2.31 Uu接口
无线接口从协议结构上可以划分为三层：
● 物理层（L1）
● 数据链路层（L2）
● 网络层（L3）
L2分为控制平面（C-平面）和用户平面（U-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。
L3也分为控制平面（C-平面）和用户平面（U-平面）。在控制平面上，L3的最低层为无线资源控制（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。
RLC和MAC之间的业务接入点（SAP）提供逻辑信道，物理层和MAC之间的SAP提供传输信道。RRC与下层的PDCP、BMC、RLC和物理层之间都有连接，用以对这些实体的内部控制和参数配置。

图 2.32 RRC状态转移图
UE的状态基本是按照UE使用的信道来定义的。
● CELL_DCH状态是UE占有专用的物理信道。
● CELL_FACH状态是UE在数据量小的情况下不使用任何专用信道而使用公共信道。上行使用RACH、下行使用FACH。这个状态下UE可以发起小区重选过程，且UTRAN可以确知UE位于哪个小区。
● CELL_PCH状态下UE仅仅侦听PCH和BCH信道。这个状态下UE可以进行小区重选，重选时转入CELL_FACH状态，发起小区更新，之后再回到CELL_PCH状态。网络可以确知UE位于哪个小区。
● URA_PCH状态和CELL_PCH状态相似，但网络只知道UE位于哪个URA区。
CELL_PCH和URA_PCH状态的引入是为了UE能够始终处于在线状态而又不至于浪费无线资源。
2.4 Iub口
Iub接口是RNC和Node B之间的接口，完成RNC和Node B之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理和Node B逻辑上的O&M等。它是一个标准接口，允许不同厂家的互联。
功能：管理Iub接口的传输资源、Node B逻辑操作维护、传输操作维护信令、系统信息管理、专用信道控制、公共信道控制和定时以及同步管理。
2.5 Iu口
Iu接口是连接UTRAN和CN的接口，也可以把它看成是RNS和核心网之间的一个参考点。它将系统分成用于无线通信的UTRAN和负责处理交换、路由和业务控制的核心网两部分。
结构：一个CN可以和几个RNC相连，而任何一个RNC和CN之间的Iu接口可以分成三个域：电路交换域（Iu-CS）、分组交换域（Iu-PS）和广播域（Iu-BC），它们有各自的协议模型。
功能：Iu接口主要负责传递非接入层的控制信息、用户信息、广播信息及控制Iu接口上的数据传递等。
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第3章 物理层结构和信道映射
& 知识点
l 物理信道结构
l 传输信道
l 物理信道及其映射
3.1 TD-SCDMA概述

图 3.11 TD-SCDMA多址技术
TD-SCDMA系统的多址方式很灵活，可以看作是FDMA/TDMA/CDMA的有机结合。
3.2 物理信道帧结构

图 3.21 TD-SCDMA物理信道结构
3GPP定义的一个TDMA帧长度为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675us的7个常规时隙（TS0 ~ TS6）和3个特殊时隙：DwPTS（下行导频时隙）、G（保护间隔）和UpPTS（上行导频时隙）。常规时隙用作传送用户数据或控制信息。在这7个常规时隙中，TS0总是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。其它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（Switch Point）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。
3.3 常规时隙

图 3.31 常规时隙
TS0~ TS6共7个常规时隙被用作用户数据或控制信息的传输，它们具有完全相同的时隙结构。每个时隙被分成了4个域：两个数据域、一个训练序列域（Midamble）和一个用作时隙保护的空域（GP）。Midamble码长144chip，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，在信道解码时被用作进行信道估计。
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。
Midamble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128chips的基本midamble码，分成32个码组，每组4个。一个小区采用哪组基本midamble码由小区决定，当建立起下行同步之后，移动台就知道所使用的midamble码组。Node B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。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。训练序列的作用体现在上下行信道估计、功率测量、上行同步保持。传输时Midamble码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，在信道解码时它被用作进行信道估计。
在TD-SCDMA系统中，存在着3种类型的物理层信令：TFCI、TPC和SS。TFCI（Transport Format Combination Indicator）用于指示传输的格式，TPC（Transmit Power Control）用于功率控制，SS（Synchronization Shift）是TD-SCDMA系统中所特有的，用于实现上行同步，该控制信号每个子帧（5ms）发射一次。在一个常规时隙的突发中，如果物理层信令存在，则它们的位置被安排在紧靠Midamble序列，如下图所示：

图 3.32 常规时隙
对于每个用户，TFCI信息将在每10ms无线帧里发送一次。对每一个CCTrCH，高层信令将指示所使用的TFCI格式。对于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是在各自相应物理信道的数据部分发送，这就是说TFCI和数据比特具有相同的扩频过程。如果没有TPC和SS信息传送，TFCI就直接与midamble码域相邻。
3.4 下行导频时隙

图 3.41 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。这个时隙通常是由长为64chips的SYNC_DL和32chips的保护码间隔组成。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码集在蜂窝网络中可以复用。
3.5 上行导频时隙

图 3.51 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RACH。这个时隙通常由长为128chips的SYNC_UL和32chips的保护间隔组成。
3.6 三种信道模式
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
传输信道：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
物理信道：承载传输信道的信息
3.7 物理信道及其分类
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。
⒈ 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。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（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。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。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。物理层信令主要用于DPCH。
2． 公共物理信道
根据所承载传输信道的类型，公共物理信道可划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
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，信道中没有物理层信令TFCI、TPC或SS。
（2） 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。不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，S-CCPCH所使用的码和时隙在小区中广播，信道的编码及交织周期为20ms。
（3） 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，因而与传输信道不存在映射关系。NODE B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。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。
（4） 物理随机接入信道
物理随机接入信道（PRACH，Physiacal Random Access CHannel）用于承载来自传输信道RACH的数据。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信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。
（5） 物理上行共享信道
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。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。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。但信道的多用户分时共享性使得闭环功率控制过程无法进行，因而信道上不使用SS和TPC（上行方向SS本来就无意义，为上、下行突发结构保持一致SS符号位置保留，以备将来使用）。
（6） 物理下行共享信道
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。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，但一般不使用SS和TPC，对UE的功率控制和定时提前量调整等信息都放在与之相伴的PDCH信道上。
（7） 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，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）。
3.8 传输信道及其分类
传输信道的数据通过物理信道来承载，除FACH和PCH 两者都映射到物理信道S-CCPCH外，其它传输信道到物理信道都有一一对应的映射关系。
1． 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
（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，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，UTRAN收到了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
RACH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来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。
3.9 传输信道到物理信道的映射
表 3.91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。其它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。
表 3.91 TD-SCDMA传输信道和物理信道间的映射关系
传输信道
物理信道
DCH
专用物理信道 (DPCH)
BCH
主公共控制物理信道 (P-CCPCH)
PCH
辅助公共控制物理信道 (S-CCPCH)
FACH
辅助公共控制物理信道 (S-CCPCH)
RACH
物理随机接入信道 (PRACH)
USCH
物理上行共享信道 (PUSCH)
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 (FPACH)

第4章 信道编码与复用
& 知识点
l 信道编码复用过程

图 3.91 信道编码与复用过程
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／解复用再送给MAC和高层。
在相应的每个传输时间间隔TTI（Transmission Time Interval），数据以传输块的形式到达CRC单元。这里的TTI允许的取值间隔是：10ms、20ms、40ms、80ms。对于每个传输块，需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；
差错检测功能是通过传输块上的循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check）来实现的，信息数据通过CRC生成器生成CRC比特，CRC的比特数目可以为24、16、12、8或0比特，每个具体TrCH所使用的CRC长度由高层信令给出。
（2） 传输块的级联和码块分割；
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，码块的最大尺寸将根据TrCH使用卷积编码还是Turbo编码而定
（3） 信道编码；
无线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，传输信道可采用以下信道编码方案：卷积编码；Turbo编码；无信道编码。不同类型的传输信道TrCH所使用的不同编码方案和码率如下表所示
传输信道类型
编码方式
编码率
BCH
卷积编码
1/3
PCH
1/3，1/2
RACH
1/2
DCH, DSCH, FACH, USCH
1/3，1/2
Turbo编码
1/3
无编码
（4） 无线帧均衡；
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。
（5） 交织（分两步）；
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部分消除误码的影响，可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就无能为力了。而交织技术就是为了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，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承载能力相一致。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。当计算重复或打孔的比特数时，需要使用速率匹配算法。
（8） 传输信道的复用；
根据无线信道的传输特性，在每一个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）。传输信道的复用需要满足以下规律：
a、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，即小区帧号（CFN）必须满足：CFN mod Fmax=0，式中，Fmax为使用同一个CCTrCH的传输信道在一个TTI内使用的无线帧的帧数的最大值，取值范围为1、2、4或8；CFN为CCTrCH发生变化后第一个无线帧的帧号。CCTrCH中加入或重配置一个传输信道i后，传输信道i的TTI只能从具有满足下面关系的CFN的无线帧开始：CFNi mod Fi=0。
b、专用传输信道和公共传输信道不能复用到同一个CCTrCH上。
c、公共传输信道中，只有FACH或PCH可以被复用到一个CCTrCH上。
d、BCH和RACH不能进行复用；
e、不同的CCTrCH不能复用到同一条物理信道上；
f、一条CCTrCH可以被映射到一条或多条物理信道上传输；
示例：如下图，在每10ms的周期内，专用传输信道1和2传下的数据块被复用为一条CCTrCH；

图 3.92 传输信道复用
（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。
示例：如下图，传输信道复用后的数据块应该在10ms内被发送出去，但单条物理信道的承载能力不能胜任，决定使用两条物理信道。输入序列被分为两部分，分配在两条物理信道上传输。

图 3.93 物理信道分割
（10） 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。但为了将数据流映射到物理信道上，还必须将一个无线帧的数据分割为两部分，即分别映射到两个子帧之中。
（11）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。

第5章 扩频与调制
& 知识点
l 调制技术
l 扩频技术
l 码资源
5.1 扩频与调制过程图

图 5.11 扩频与调制过程（1）
来源于物理信道映射的比特流在进行扩频处理之前，先要经过数据调制。所谓数据调制就是把2个（QPSK调制）或3个（8PSK调制）连续的二进制比特映射成一个复数值的数据符号。
经过物理信道映射之后，信道上的数据将进行扩频和扰码处理。所谓扩频就是用高于数据比特速率的数字序列与信道数据相乘，相乘的结果扩展了信号的带宽，将比特速率的数据流转换成了具有码片速率的数据流。扩频处理通常也叫做信道化操作，所使用的数字序列称为信道化码，这是一组长度可以不同但仍相互正交的码组。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，所作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。

图 5.12 扩频与调制过程（2）
在发射端，数据经过扩频和扰码处理后，产生码片速率的复值数据流。流中的每一复值码片按实部和虚部分离后再经过脉冲成形滤波器成形，就可以进行QPSK（或8PSK）调制，然后发送出去。脉冲成形滤波器的冲激响应h(t)为根升余弦型（滚降系数a = 0.22），接收端和发送端相同。滤波器的冲激响应h(t)定义如下：

5.2 数据调制
调制就是对信息源信息进行编码的过程，其目的就是使携带信息的信号与信道特征相匹配以及有效地利用信道。
1． QPSK调制
为减小传输信号频带来提高信道频带利用率，可以将二进制数据变换为多进制数据来传输。多进制的基带信号对应于载波相位的多个相位值。QPSK数据调制实际上是将连续的两个比特映射为一个复数值的数据符号：

2． 8PSK调制
8PSK数据调制实际上是