Chapter3_TD-SCDMA物理層原理

1、第三章TD-SCDMA物理層原理3.1 物理層概述 43.1.1 多址接入 53.1.2 信道編碼和交織 53.1.3 調(diào)制和擴(kuò)頻 53.1.4 物理層過(guò)程 63.1.5 物理層測(cè)量 63.2 CDMA的根本概念 63.2.1 擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn) 63.2.2 擴(kuò)頻通信常用術(shù)語(yǔ) 83.2.3 CDMA系統(tǒng)存在的問(wèn)題 133.3 TD-SCDMA 時(shí)隙結(jié)構(gòu) 143.3.1 子幀結(jié)構(gòu)及上下行可變轉(zhuǎn)換點(diǎn) 163.3.2 TD-SCDMA系統(tǒng)中的碼表 193.3.3 特殊時(shí)隙介紹一DwPTS 203.3.4 特殊時(shí)隙介紹一GP 233.3.5 特殊時(shí)隙介紹一UpPTS 243.3.6 常規(guī)時(shí)隙 一(TS

2、0 TS6 ) 253.4 TD-SCDMA系統(tǒng)中的信道 333.4.1 邏輯信道 333.4.2 傳輸信道 343.4.3 物理信道 353.4.4 邏輯信道、傳輸信道、物理信道映射關(guān)系 393.5 信道在實(shí)際載波中的配置及系統(tǒng)容量 403.5.1 單載波情況下信道的配置 403.5.2 單載波情況下系統(tǒng)的容量 433.5.3 多載波的根本概念 453.6 信道編碼與復(fù)用 503.6.1 信道編碼的目的 503.6.2 信道編碼中用到的根本概念 513.6.3 信道編碼及復(fù)用過(guò)程 553.7 數(shù)據(jù)擴(kuò)頻、加擾和調(diào)制 673.7.1基站調(diào)制、擴(kuò)頻及加擾的實(shí)現(xiàn) 673.8 本章練習(xí) 70本章目標(biāo)：

3、1. 熟悉TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)，時(shí)隙結(jié)構(gòu)，突發(fā)的結(jié)構(gòu)2. 熟悉TD-SCDMA 擴(kuò)頻碼、下行同步、上行同步、Midamble 碼和擾碼功能和用法3. 熟悉TD-SCDMA信道的概念以及信道映射原理4. 了解不同業(yè)務(wù)占用碼資源情況5. 了解信道編碼及復(fù)用的根本原理3.1 物理層概述Uu，主要由物理層第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的空中接口，即移動(dòng)終端和接入網(wǎng)之間的接口 L1，數(shù)據(jù)鏈路層L2和網(wǎng)絡(luò)層L3 組成。無(wú)線(xiàn)資源控制RRC謖輯信道媒質(zhì)接入控制MAC物理層圖3.1 空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)上圖描述了 TD-SCDMA與物理層L1有關(guān)的UTRAN無(wú)線(xiàn)接口協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。物理層連 接L2的媒質(zhì)接入控制MAC 子層和L

4、3的無(wú)線(xiàn)資源管理RRC 子層。圖中不同層/子層 之間的圈表示效勞接入點(diǎn)SAPs。物理層向MAC層提供不同的傳輸信道，信息在無(wú)線(xiàn)接口 上的傳輸方式?jīng)Q定了傳輸信道的特性。MAC層向L2的無(wú)線(xiàn)鏈路控制RLC子層提供不同的邏輯信道，傳輸信息的類(lèi)型決定了邏輯信道的特性。物理信道在物理層定義，TDD模式下一個(gè)物理信道由 碼、頻率和時(shí)隙 共同決定，物理層由RRC控制。物理層向高層提供數(shù)據(jù)傳輸效勞，這些效勞的接入是通過(guò)傳輸信道來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為提供 數(shù)據(jù)效勞，物理層需要完成以下功能：1. 傳輸信道的前向糾錯(cuò)碼的編譯碼2. 傳輸信道和編碼組合傳輸信道的復(fù)用 /解復(fù)用3. 編碼組合傳輸信道到物理信道的映射4. 物理信道

5、的調(diào)制/擴(kuò)頻和解調(diào)/解擴(kuò)5. 頻率和時(shí)鐘碼片、比特、時(shí)隙和子幀同步6. 開(kāi)環(huán)/閉環(huán)功率控制7. 物理信道的功率加權(quán)和合并8. 射頻處理注： 射頻處理描述見(jiàn)3GPP TS25.100系列標(biāo)準(zhǔn)9. 錯(cuò)誤檢測(cè)和控制10. 速率匹配復(fù)用在DCH上的數(shù)據(jù)11. 無(wú)線(xiàn)特性測(cè)量，包括FER、SIR、干擾功率，等等12. 上行同步控制13. 上行和下行波束成形智能天線(xiàn)14. UE定位智能天線(xiàn)3.1.1 多址接入接入方案是直接序列擴(kuò)頻碼分多址DS-CDMA，擴(kuò)頻帶寬為1.6MHz，采用不需配對(duì)頻率的TDD時(shí)分雙工工作方式。TDD模式定義如下：TDD :一種雙工方法，它的前向鏈路和反向鏈路的信息是在同一載頻的不同

6、時(shí)間間隔 上進(jìn)行傳送的。在TDD模式下，物理信道中的時(shí)隙被分成發(fā)射和接收兩個(gè)局部，前向和反 向的信息交替?zhèn)魉?。因?yàn)樵赥D-SCDMA中，除了采用了 DS-CDMA夕卜，它還具有TDMA的特點(diǎn)，因此，經(jīng)常 將TD-SCDMA的接入模式表示為T(mén)DMA/CDMA。1.6MHz的載頻帶寬是根據(jù)200KHZ的載波光柵配置方案得來(lái)的。一個(gè) 10ms幀分成2個(gè) 5ms子幀，每個(gè)子幀中有7個(gè)常規(guī)時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙。因此，一個(gè)根本物理信道的特性由 頻率、碼和時(shí)隙決定。TD-SCDMA使用的幀號(hào)0-4095 與UTRA建議相同。信道的信息速率與符號(hào)速率有關(guān)，符號(hào)速率可以根據(jù) 1.28Mcps的碼速率和擴(kuò)頻因子得

7、至到o 上下行的擴(kuò)頻因子都在1到16之間，因此各自調(diào)制符號(hào)速率的變化范圍為 80.0K符號(hào)/ 秒1.28M符號(hào)/秒。3.1.2 信道編碼和交織TD-SCDMA支持三種信道編碼方式：? 卷積編碼；? Turbo 編碼；? 不編碼。信道編碼方式由高層選擇，為了使傳輸錯(cuò)誤隨機(jī)化，需要進(jìn)一步進(jìn)行比特交織把碼序列分成多段分別加到其他碼序列中，即使喪失碼序列也只喪失一小局部。3.1.3 調(diào)制和擴(kuò)頻TD-SCDMA采用QPSK和8PSK或16QAM，成形濾波器采用 滾降系數(shù)為0.22的根升余 弦濾波器。CDMA的本質(zhì)是擴(kuò)頻和加擾過(guò)程與調(diào)制過(guò)程緊密關(guān)聯(lián)，TD-SCDMA采用了多種不同的擴(kuò)頻碼。? 采用信道碼區(qū)

8、分相同資源的不同信道；? 為區(qū)分相同資源的不同信道，采用由3GPP 25.223給出的碼樹(shù)結(jié)構(gòu)得到的 信道化碼；? 使用3GPP 25.223定義的長(zhǎng)度為16的擾碼來(lái)區(qū)分不同的小區(qū)；? 周期為16碼片的碼和長(zhǎng)度為144碼片的Midamble序列來(lái)區(qū)分不同的UE。3.1.4 物理層過(guò)程在TD-SCDMA中，有幾個(gè)物理層過(guò)程，而與物理層有關(guān)的過(guò)程是:? 上行的開(kāi)環(huán)和上下行的閉環(huán)功率控制；? 小區(qū)搜索；? 開(kāi)環(huán)、閉環(huán)上行同步控制；? 隨機(jī)接入。3.1.5 物理層測(cè)量需要測(cè)量FER，SIR，干擾功率等無(wú)線(xiàn)特性并報(bào)告給高層和網(wǎng)絡(luò)。這些測(cè)量是:? 用于UTRA間切換的切換測(cè)量，特定的屬性決定于小區(qū)的相對(duì)強(qiáng)

9、度；? 準(zhǔn)備切換到 GSM900/GSM1800 的測(cè)量過(guò)程；? 隨機(jī)接入過(guò)程前對(duì)UE的測(cè)量過(guò)程；? 動(dòng)態(tài)信道分配(DCA )的測(cè)量過(guò)程；3.2 CDMA的根本概念3.2.1 擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn)擴(kuò)展頻譜(Spread-Spectrum, SS)技術(shù)最初應(yīng)用于軍事導(dǎo)航和通信系統(tǒng)中。到了第二 次世界大戰(zhàn)末，通過(guò)擴(kuò)展頻譜的方法到達(dá)抗干擾的目的已成為雷達(dá)工程師們熟知的概念。通常所說(shuō)的擴(kuò)頻系統(tǒng)需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件：1：信號(hào)占用的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出發(fā)送信息所需要的最小帶寬2 :擴(kuò)頻是由擴(kuò)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，擴(kuò)頻信號(hào)與要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無(wú)關(guān)。3 :接收端解擴(kuò)恢復(fù)原始信號(hào)是將接收到的擴(kuò)頻信號(hào)與擴(kuò)頻信號(hào)的同步副本通過(guò) 相關(guān)完成。信

10、道編碼IL射頻1撫*空中信道在這里我們?yōu)槭裁葱枘箶U(kuò)頻呢？射頻 接收?qǐng)D3.2CDMA系統(tǒng)通信模型采用擴(kuò)頻的目的主要有以下幾點(diǎn)：1：提高抗窄帶干擾的能力，特別是對(duì)付有意的干擾，例如敵對(duì)的電臺(tái)的有意干擾。這 些干擾信道的功率都集中在較窄的頻帶內(nèi)所以對(duì)于寬帶的擴(kuò)頻信號(hào)影響不大。Jb 4.有用信號(hào)功車(chē)惜密度白噤聲功率諸密度、符號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻圖3.3 CDMA抗窄帶干擾能力經(jīng)過(guò)窄希磁2 :將發(fā)射信號(hào)掩藏在背景噪聲中，以防止竊聽(tīng)。擴(kuò)頻信號(hào)的發(fā)射功率雖然不是很小, 但是功率譜密度可以很小，使之低于噪聲的功率譜密度，所以使偵聽(tīng)者很難發(fā)現(xiàn)。3:提高抗多徑傳輸效應(yīng)的能力。由于擴(kuò)譜調(diào)制采用的擴(kuò)譜碼可以用來(lái)別離多徑信號(hào),

11、所以有可能提高抗多徑傳輸?shù)哪芰?。4 :提供多個(gè)用戶(hù)共用同一頻帶的能力。在一個(gè)很寬的頻帶中，可以容納多個(gè)用戶(hù)的擴(kuò) 譜信號(hào)，這些信號(hào)采用不同的擴(kuò)頻碼，因此可以用碼分多址的原理，區(qū)分各個(gè)用戶(hù) 的信號(hào)。User 1J;er 2Umt 3User 4mumspnHdhgcq 1 munfiJii 才十codsinuimu -cde suifununi 一匸飛code 4injninLi 一-=z怦仙比呷卻快羽問(wèn)User 5的擴(kuò)頻碼可以區(qū)分用戶(hù)圖3.4擴(kuò)頻碼區(qū)分不同用戶(hù)3.2.2 擴(kuò)頻通信常用術(shù)語(yǔ)1: Bit經(jīng)過(guò)信源編碼的含有信息的數(shù)據(jù)稱(chēng)為“比特2: Symbol經(jīng)過(guò)信道編碼、交織后和數(shù)字調(diào)制后的復(fù)值數(shù)

12、據(jù)稱(chēng)為“符號(hào)3： Chip用于和符號(hào)相乘的一比特碼信號(hào)稱(chēng)為“碼片4： Chip Rate碼片傳輸速率稱(chēng)為“碼片速率，對(duì)于 TD-SCDMA系統(tǒng)，碼片速率為1.28Mchips/s5： Spreading Factor每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)內(nèi)的碼片數(shù)稱(chēng)為“擴(kuò)頻因子圖3.5 比特，符號(hào)，擴(kuò)頻Sy/n&ols (n Ihk drawing, 1 Symbol = 4 CMps)Hite ma DefiedAauftandlMCode (PseudoNoise)tetaifCocfeSp-eetrumJLCacfe (PseudbNMse)Cock x Data rCodo：MWWBBVM.：! ! 1

13、 SIGNAL AFTER SP n E A D'lhIG; !；wwuwmonnwii i I i i iii i iI i i h i I i i h i I ii i i i i iiii I JMWWWW 忌怕耐HFT門(mén) BESPREADING：! fl ii !iiii|* ii wiiiiiii i«*iiiiiii« i|!4Ii I! IMIIiGI !jII-!IiE!M!P iaI i|iii!<!I""vlill' ill ill ii i I I i I I i i i I i i i =ii*Ii iiiI

14、!iii! tt IIJ：t II JEIII：EE I1JEIII1：!II1：I II H 1亦悄敘eI! i MI I Ii i iT圖3.6直接序列擴(kuò)頻根本原理 SF = 4Symbols (In this drawing, 1 Symbol" 8 Chips) Imebdtid0抽CodeData x CodeScramblingUu 一CodeDatiDespreadin口圖3.7直接序列擴(kuò)頻根本原理 SF = 86:擴(kuò)頻碼和擾碼：正交可變擴(kuò)頻因子OVSF :( Orthogonal Variable Spreading FactorScrambli ng code: 擾

15、碼在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，我們一般采用兩種類(lèi)型的序列，一種是用于區(qū)分用戶(hù)或基站，而 另一種那么是用于區(qū)分每個(gè)用戶(hù)占用的信道。為了正確的別離不同的用戶(hù)和不同的信道，我 們利用不同的偽隨機(jī)序列的自相關(guān)性和互相關(guān)性。CDMA系統(tǒng)所使用的擾碼和擴(kuò)頻碼分別具有以下的特性:擾碼：? 鋒利的自相關(guān)特性；? 盡可能小的互相關(guān)值；? 足夠多的序列數(shù)；? 盡可能大的序列復(fù)雜度;擴(kuò)頻碼：? 碼長(zhǎng)是2的整數(shù)次冪；? 對(duì)于定長(zhǎng)的OVSF碼，包含的碼字總數(shù)與其碼長(zhǎng)度相等，即共有SF個(gè)長(zhǎng)為SF的OVSF碼字；? 長(zhǎng)度相同的不同碼字之間相互正交，其互相關(guān)值為零?？梢?jiàn)，在CDMA系統(tǒng)中，擾碼具有良好的自相關(guān)特性而被用于區(qū)分用戶(hù)或基站

16、，而互相關(guān)性良好正交性的OVSF碼被用于區(qū)分每個(gè)用戶(hù)占用的信道。圖3.8 CDMA中碼樹(shù)的概念7: TD-SCDMA系統(tǒng)中的擴(kuò)頻碼和擾碼在TD-SCDMA系統(tǒng)中使用 Walsh碼做為擴(kuò)頻碼，在系統(tǒng)同步時(shí)，碼之間完全正交，正 交的目的是減少用戶(hù)之間的干擾。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，OVSF碼定義了 SF = 1 , 2 , 4 , 8, 16共五種。其中：? 上行用到SF = 1, 2, 4, 8, 16五種； ? 下行用到SF = 1和16兩種。TD-SCDMA SF=116圖3.9 TD-SCDMA系統(tǒng)中用到的擴(kuò)頻因子在TD-SCDMA系統(tǒng)中，擴(kuò)頻碼的作用是用來(lái)區(qū)分同一時(shí)隙中的不同用戶(hù)用戶(hù)C

17、時(shí)隙乩0VSF7Tff圖3.10擴(kuò)頻碼可以區(qū)分同一時(shí)隙內(nèi)不同用戶(hù)IJfeer'UUSerLuser bJserrUfsr Auser A在TD-SCDMA中，擾碼長(zhǎng)度固定為16bit，共有128個(gè)擾碼序列。采用擾碼來(lái)標(biāo)識(shí)小區(qū) 屬性。Cell ACell B圖3.11 TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼8： TD-SCDMA系統(tǒng)中的資源單元(Resource Un it )? 根本資源單元(Basic RU): TD-SCDMA系統(tǒng)中的根本資源單元由時(shí)隙，頻率，信道 化碼和擴(kuò)頻因子SF16組成。? 除根本資源單元外，TD-SCDMA系統(tǒng)中還有其他類(lèi)型的資源單元，詳見(jiàn)下列圖：BASIC RUDF R

18、U 5F1fl圖3.12 TD-SCDMA系統(tǒng)中的資源單元323 CDMA系統(tǒng)存在的問(wèn)題在前面我們介紹了很多CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但CDMA系統(tǒng)依然存在一些問(wèn)題呢?1:占用帶寬較大2:自干擾系統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)用戶(hù)互相干擾3:技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大，需要采用快速功率控制技術(shù)、負(fù)載控制等技術(shù)1 &2&3不同用尸信號(hào)經(jīng)過(guò)程帶信號(hào) 擴(kuò)頻用戶(hù)在 空中同時(shí) 傳輸擴(kuò)規(guī) 信號(hào)接收端輸出用戶(hù)2的信號(hào)圖3.13 CDMA的多用戶(hù)之間存在干擾遠(yuǎn)近效應(yīng)：在CDMA系統(tǒng)中，不同用戶(hù)發(fā)射的信號(hào)由于距基站的距離不同，到達(dá)時(shí)的功率也不 同。距離近的信號(hào)功率大，距離遠(yuǎn)的功率小，相互形成干擾，這種現(xiàn)象稱(chēng)為遠(yuǎn)近效應(yīng)圖3.14 CD

19、MA的遠(yuǎn)近效應(yīng)1呼吸效應(yīng)：用戶(hù)數(shù)的增加使覆蓋半徑收縮的現(xiàn)象稱(chēng)之為呼吸效應(yīng)，每種業(yè)務(wù)用戶(hù)數(shù)的變化都會(huì)導(dǎo)致所有業(yè)務(wù)的覆蓋半徑發(fā)生變化。其主要原因是CDMA是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，當(dāng)用戶(hù)數(shù)顯著增加時(shí)，用戶(hù)產(chǎn)生的自干擾呈指數(shù)增加。圖3.15 CDMA的呼吸效應(yīng)3.3 TD-SCDMA時(shí)隙結(jié)構(gòu)TD-SCDMA的物理信道采用四層結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)幀，無(wú)線(xiàn)幀，子幀和時(shí)隙/碼。依據(jù)不同的資源分配方案，子幀或時(shí)隙/碼的配置結(jié)構(gòu)可能有所不同。所有物理信道在每個(gè)時(shí)隙中需要 有保護(hù)符號(hào)。時(shí)隙用于在時(shí)域和碼域上區(qū)分不同用戶(hù)信號(hào)，它具有TDMA特性。下列圖給出了TD-SCDMA的物理信道的信號(hào)格式。圖3.16 TD-SCDMA 的物理

20、信道信號(hào)格式TDD模式下的物理信道是一個(gè)突發(fā)，在分配到的無(wú)線(xiàn)幀中的特定時(shí)隙發(fā)射。無(wú)線(xiàn)幀的 分配可以是連續(xù)的，即每一幀的時(shí)隙都可以分配給物理信道，也可以是不連續(xù)的分配，即 僅有無(wú)線(xiàn)幀中的局部時(shí)隙分配給物理信道。一個(gè)突發(fā)由數(shù)據(jù)局部、Midamble局部和一個(gè)保護(hù)時(shí)隙組成。一個(gè)突發(fā)的持續(xù)時(shí)間就是一個(gè)時(shí)隙。一個(gè)發(fā)射機(jī)可以同時(shí)發(fā)射幾個(gè)突發(fā)，在 這種情況下，幾個(gè)突發(fā)的數(shù)據(jù)局部必須使用不同OVSF的信道碼，但應(yīng)使用相同的擾碼。Midamble碼局部必須使用同一個(gè)根本 Midamble碼，但可使用不同的 Midamble碼偏移。對(duì) 于支持多載頻的小區(qū)，不同載頻需要使用相同的根本Midamble碼。突發(fā)的數(shù)據(jù)局

21、部由信道碼和擾碼共同擴(kuò)頻。信道碼是一個(gè)OVSF碼，擴(kuò)頻因子可以取1，2，4，8或16，物理信道的數(shù)據(jù)速率取決于所用的 OVSF碼所采用的擴(kuò)頻因子。突發(fā)的 Midamble局部是一個(gè)長(zhǎng)為144chips的Midamble碼。因此，一個(gè)物理信道是由頻率、時(shí)隙、 信道碼和無(wú)線(xiàn)幀分配來(lái)定義的。3GPP定義的一個(gè)TDMA幀長(zhǎng)度為10ms。 TD-SCDMA系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)快速功率控制和定 時(shí)提前校準(zhǔn)以及對(duì)一些新技術(shù)的支持如智能天線(xiàn)、上行同步等，將一個(gè)10ms的幀分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的子幀，每個(gè)子幀的時(shí)長(zhǎng)為5ms。3.3.1 子幀結(jié)構(gòu)及上下行可變轉(zhuǎn)換點(diǎn)1.2SMq)sSwitching Pcint4 IIIt

22、fJSub fr ame SmsDwPTSSwit匚hmg Point(9 6 chips)DLUL :DL 2:4UL: DL1:5Traffic TS364chipsDLULJLILDLDLDLttIIULDLDLDLDLLtIIIid圖3.17 TD-SCDMA 子幀結(jié)構(gòu)每一個(gè)子幀又分成長(zhǎng)度為675US的7個(gè)常規(guī)時(shí)隙TS0TS6 和3個(gè)特殊時(shí)隙： DwPTS 下行導(dǎo)頻時(shí)隙、GP 保護(hù)間隔和UpPTS 上行導(dǎo)頻時(shí)隙。常規(guī)時(shí)隙用作 傳送用戶(hù)數(shù)據(jù)或控制信息。在這 7個(gè)常規(guī)時(shí)隙中，TS0總是固定地用作下行時(shí)隙來(lái)發(fā)送系統(tǒng) 播送信息，而TS1總是固定地用作上行時(shí)隙。其它的常規(guī)時(shí)隙可以根據(jù)需要靈活地配

23、置成上 行或下行以實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)的傳輸，如分組數(shù)據(jù)。用作上行鏈路的時(shí)隙和用作下行鏈路的 時(shí)隙之間由一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)Switch Point 分開(kāi)。每個(gè)5ms的子幀有兩個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)UL到DL和 DL到UL，第一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)固定在 TS0結(jié)束處，而第二個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)那么取決于小區(qū)上下行時(shí)隙的 配置。目前時(shí)隙的配比主要有以下幾種：1 : 4上行：2下行2 : 3上行：3下行3 : 2上行：4下行4 : 1上行：5下行注：對(duì)支持N頻點(diǎn)的小區(qū)，主載頻和輔載頻的時(shí)隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)建議配置為相同的TD-SCDMA時(shí)域波形：例一：圖3.18 TD-SCDMA 子幀結(jié)構(gòu)1你能從上圖得到哪些信息呢？例二:FBV 3 HHxVEijf ID

24、MHz3屮4 叫 pr *-1 Z DRe£ -ECU d£mAlt 10 dBSWT 5 TE.sC：enhe r 2 a 0 2S 500 ps /圖3.19 TD-SCDMA 子幀結(jié)構(gòu)2你能說(shuō)出上圖所表示的含義嗎?例三:1岬f1*11嚴(yán)亠-b LL!FU>'Ar 叫g(shù)RBV a nit Marker L. T1 JVBW IO HHa-JS 旨 Z：K«£ -2Q d£ aM窯 2Q 2呂帑3T 甲瞬.QQDQQQ sr£«i.JiWC£ P &£QO 二ZICOQ |&

25、;»/圖3.20 TD-SCDMA子幀結(jié)構(gòu)3你能說(shuō)出上圖所表示的含義嗎？3.3.2 TD-SCDMA系統(tǒng)中的碼表Code GroupAssotiofed C <nl伽SVKC- DL IDSYNC4JL ID (codingScrambling C ode10 (coding criteriaE；<isic Midamblfr Coda ID (coding criteriaitiioup100-7 (000 111)0(00)0(00)訶1 (01)2 (10)土門(mén)0M iiwnGroup21&-15 (000 1114(00»4 (00)5 (01)

26、5(01)6110)6 (10)了Itiioup5231248 255 (000 111)124(om124<00)125(01125101)126 ao)126(10)127(11)127(訓(xùn)表3.1 TD-SCDMA系統(tǒng)中碼表在TD SCDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)定義以下碼組：1：下行同步碼：一共用32個(gè)，分成32組，每個(gè)下行同步碼有96個(gè)碼片組成，可用于同步和小區(qū)初 搜，SYNC-DL也可以區(qū)分相鄰小區(qū)。2 :上行同步碼：一共256個(gè)，分成32組，每組8個(gè)，每個(gè)上行導(dǎo)頻碼由160個(gè)碼片組成，用于 隨 機(jī)接入時(shí)選用。3:擾碼：一共128個(gè)，分成32組，每組4個(gè)，擾碼長(zhǎng)度為16比特，擾碼用于標(biāo)

27、識(shí)小區(qū)。4 :根本訓(xùn)練序列(Midamble ):一共128個(gè)，分成32組，每組4個(gè)，訓(xùn)練序列長(zhǎng)度為144碼片，訓(xùn)練序列用于 聯(lián)合檢 測(cè)時(shí)信道估計(jì)，上行同步保持，測(cè)量。注：碼表中的碼是橫向綁定的關(guān)系。特殊時(shí)隙介紹一DwPTS在TD-SCDMA的子幀中，有三個(gè)特殊時(shí)隙:縮寫(xiě)英文解釋中文解釋DwPTSDow n link pilot Time SlotGPGuard PeriodUpPTSUpli nk pilot Time SlotSYNC-DLSynchronous Down li nkSYNC-ULSynchronous Upli nkDwPCHDown li nk pilot cha nn

28、elUpPCHUpli nk pilot cha nnel表3.2特殊時(shí)隙名詞解釋1 : DwPTS下行導(dǎo)頻時(shí)隙GP (32chips)SY NC-DL(64chips)75 MS- -1圖3.21下行導(dǎo)頻時(shí)隙結(jié)構(gòu)下行導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的目的主要是為了同步和小區(qū)初搜，下行導(dǎo)頻時(shí)隙由32個(gè)碼片的保護(hù)間隔用作TS0時(shí)隙的拖尾保護(hù)和64個(gè)碼片的下行同步序列組成。 SYNC-DL是一組PN 碼，用于區(qū)分相鄰小區(qū)，系統(tǒng)中定義了32個(gè)碼組，每個(gè)碼組對(duì)應(yīng)于一個(gè) SYNC-DL序列，SYNC-DL PN碼集在蜂窩網(wǎng)中可以復(fù)用。下行導(dǎo)頻碼的發(fā)射，要滿(mǎn)足覆蓋整個(gè)區(qū)域的要求，因此不采用智能天線(xiàn)賦形。將下行 導(dǎo)頻放在單獨(dú)的時(shí)隙

29、中，一個(gè)是便于下行同步的迅速獲取，同時(shí)也可以減少對(duì)其他時(shí)隙的 干擾。按物理信道劃分，發(fā)送下行同步碼的信道叫做下行導(dǎo)頻信道。碼編號(hào)下行同步碼一64碼片0B3A7CC05A98688E419D559BD29060679122CE7BA12A017C3A2334511D20672F471230D417A730F2F1224431ABF0A0D905A939C4表3.3下行同步碼小區(qū)初搜過(guò)程：在初試小區(qū)搜索中，UE搜索到一個(gè)小區(qū)，并檢測(cè)其所發(fā)射的DwPTS，建立下行同步,獲得小區(qū)擾碼和根本 Midamble碼，控制復(fù)幀同步，然后讀播送信息。特征窗確定DwFVH111*r,IT SB.亠N 亠 4 亠亠

30、斗 4 亠 I.利用相關(guān)法確定本小産所用的SYNGJL碼及碼的位置Cell search:歩驟1:搜索血PT乩確定歸殆同歩 步驟2:識(shí)別擾碼和根本Jhidamble 歩驟a；同步步驟4:解讀廠播信息圖 3.22利用下行導(dǎo)頻做小區(qū)初搜步驟1 :搜索DwPTS初始小區(qū)搜索過(guò)程的第一步中，UE利用SYNC-DL 在DwPTS中獲得與一個(gè)小區(qū)的DwPTS同步。這一步通常是通過(guò)一個(gè)或多個(gè)匹配濾波器或任何類(lèi)似的裝置與接收到的從PN序列集中選出來(lái)的SYNC-DL進(jìn)行匹配實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)這一目的，可使用一個(gè)或多個(gè)匹配濾 波器或任何類(lèi)似裝置。在這一過(guò)程中，UE需要識(shí)別使用的是可以使用的 32個(gè)SYNC-DL 序列中

31、的哪一個(gè)。步驟2 :擾碼和根本 Midamble碼識(shí)別在初始小區(qū)搜索過(guò)程的第二步中，UE接收到P-CCPCH上的Midamble碼。DwPTS緊隨在P-CCPCH之后。在1.28 Mcps TDD中，每個(gè)DwPTS對(duì)應(yīng)一組4個(gè)不同的根本 Midamble 碼。因此共有128個(gè)Midamble碼，而且彼此之間互不重疊。根本 Midamble碼的序號(hào)除以4 就是SYNC_DL碼的序號(hào)。由于SYNC_ DL和P-CCPCH的根本Midamble碼組對(duì)應(yīng)即，一旦檢測(cè)出 SYNC_DL， 4個(gè)Midamble碼就確定了， UE也知道使用了哪4個(gè)根本Midamble碼。這時(shí) UE可以采用試探和出錯(cuò)技術(shù)確定

32、確定要使用的Midamble碼。在一幀中使用相同的根本Midamble碼。由于每個(gè)根本 Midamble碼與一個(gè)擾碼相關(guān)聯(lián)，這時(shí)也就知道了擾碼。根據(jù)搜 索適宜的Midamble碼的結(jié)果，UE可以進(jìn)行下一步或返回到步驟 1。步驟3 :控制復(fù)幀同步在初始小區(qū)搜索過(guò)程的第三步中，UE搜索P-CCPCH里的BCH的復(fù)幀的MIB 主指示模塊，它由DwPTS相對(duì)于在P-CCPCH上的Midamble 的QPSK相位調(diào)制來(lái)指示。控制復(fù) 幀由調(diào)制在DwPTS上的QPSK符號(hào)序列來(lái)定位。n個(gè)連續(xù)的DwPTS足以檢測(cè)出P-CCPCH 的位置。確定了 P-CCPCH后，根據(jù)解調(diào)出的SFN值，可以確定MIB的位置，于

33、是UE可繼 續(xù)執(zhí)行下一步或回到步驟步驟4 :讀取BCH搜索到的小區(qū)的一個(gè)或多個(gè) BCH上的全播送信息被讀取。根據(jù)讀取的結(jié)果，UE可以回到前面的幾步或完成初始小區(qū)搜索。名稱(chēng)QPSK相位意義S1135.45. 225( 135在下面四個(gè)子幀中有 P-CCPCH 播送S2316. 225, 315h45在下面四個(gè)于幀中注有P-CCPCH 播送 1圖3.23 經(jīng)過(guò)QPSK調(diào)制的DwPTS的相位序列334 特殊時(shí)隙介紹一GP在DwPTS和UpPTS之間，有一個(gè)保護(hù)間隔，它是 NodeB下行和上行的一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)。 GP由96個(gè)碼片組成，時(shí)長(zhǎng)75 us。GP可以確定根本的小區(qū)覆蓋半徑為 11.25km。同時(shí)較

34、大的保護(hù)帶寬，可以防止上下行 信號(hào)相互之間的干擾，還允許 UE在發(fā)送上行同步信號(hào)時(shí)進(jìn)行一些時(shí)間提前。圖3.24GP時(shí)隙結(jié)構(gòu)圖| TSoGTS睡民侃1 % At:TS. G :1 TSi 0 TSa | TS, TSs 丨 TSt 42 AtTS5 GT呂TS2 TS3 TS4 1 IS5 TSt 丨基站炭射UE按收定時(shí)時(shí)間提前量TA=2At圖3.25GP確定小區(qū)覆蓋范圍1：電波傳播的速度為3X 10A82 : TD SCDMA 系統(tǒng)的碼片速率為1.28Mchip/s3 :由此可以得到每碼片傳輸?shù)木嚯x(3*10A8 ) / 1.28Mchip/s / 2 = 117 m / chip上式中的2是

35、指2倍的時(shí)間提前量4 :由GP有96個(gè)碼片可得，在不存在干擾的情況下，TD SCDMA系統(tǒng)的覆蓋范圍:96*117m =11.25km5 :那么是不是TD-SCDMA只能傳輸11.25公里呢？335特殊時(shí)隙介紹一UpPTS每個(gè)子幀中的UpPTS時(shí)隙在UE初試接入中用來(lái)發(fā)送上行同步碼SYNC-UL ，以建 立和NodeB的上行同步。UpPTS時(shí)隙長(zhǎng)度為160碼片，其中同步碼長(zhǎng)為128碼片，另有32碼 片用作拖尾保護(hù)。多個(gè) UE可以在同一時(shí)刻發(fā)起上行同步建立。NodeB可以在同一子幀的UpPTS時(shí)隙識(shí)別多達(dá)8個(gè)不同的上行同步碼，按物理信道的劃分，用于上行同步建立的信道 叫做上行導(dǎo)頻信道UpPCH

36、。一個(gè)小區(qū)中最多可有 8個(gè)UpPCH同時(shí)存在。SY NC-UL(128chip$)SP (32chip$.125 LLSL圖3.26 UpPTS時(shí)隙結(jié)構(gòu)圖碼編號(hào)上行同步碼一128碼片0C11C20F0D1807DB8859175B798EC094A191278068081EC8E74543DBC1C9AD4235238F5AEE2E513DB12A663BA04160103E537AA8A0A210F12A1E4332F2EDD33011FC254AA65407E1F4A33BF9A62860A3D6A4CC0255B1B950AC76A608AA32D04B03C7FF24D3上行同步碼UE

37、估算的時(shí)間和功率發(fā)送UpPCHFPACH調(diào)整宦時(shí)和功率"發(fā)送陋機(jī)捋入謫求PRACH CPACM)基站檢測(cè)到SYNC-UL, 并回送宦時(shí)和功率調(diào)整Mode B指配信道繼續(xù)完成接 入過(guò)程圖3.27UE隨機(jī)接入過(guò)程一1UpPTSDWPTS GPTS4 TS5TS6UE的時(shí)同荻申 比延遞dUE按龍送送SYHC_UL陽(yáng)檢測(cè)制的 SYHC_VLftBSSUEd算新的提蘭境送PRACHNB收斜P(pán)RACH在詣UE答上疔時(shí) 障迸送碰盍均 便閘謹(jǐn)提前UE隨機(jī)接入過(guò)程23.3.6 常規(guī)時(shí)隙 (TS0 TS6)圖3.28常規(guī)時(shí)隙結(jié)構(gòu)圖TS0 TS6共7個(gè)常規(guī)時(shí)隙被用作用戶(hù)數(shù)據(jù)或控制信息傳輸，他們具有相同的時(shí)

38、隙結(jié) 構(gòu)，每個(gè)時(shí)隙被分為4個(gè)區(qū)域：兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，一個(gè)訓(xùn)練序列(Midamble )區(qū)和一個(gè)用作時(shí)隙保護(hù)(GP)區(qū)。Data352c hipsMidamble144chipsData352c hipsGP16675Ji£k1 :數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)對(duì)稱(chēng)的分布于 Midamble碼的兩端，每個(gè)區(qū)域長(zhǎng)度為 352碼片，所能承載的數(shù)據(jù) 符號(hào)Symbol 數(shù)取決于所用的擴(kuò)頻因子。每一數(shù)據(jù)區(qū)所容納的數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)S與擴(kuò)頻因子SF的關(guān)系為：S X SF = 352。擴(kuò)頻因子Q毎牛數(shù)摒塊符號(hào)數(shù)個(gè)135221764888441S22下行:0=1.U±ff：0=12.4.».16擴(kuò)頻因子和數(shù)據(jù)塊符

39、號(hào)數(shù)的關(guān)系資源單元碼片/ 突發(fā)符號(hào)/ 突發(fā)比特/ 突發(fā)QPSK毛數(shù)據(jù)速率QPSK kbpsRU SF17047041408281.6RU SF2704352704140.8RU SF470417635270.4RU SF87048817635.2RU SF16704448817.6表3.4物理信道毛速率如果擴(kuò)頻因子為SF=16 , QPSK調(diào)制，那么每碼道承載的毛速率為17.6kbit/s計(jì)算公式如下：擴(kuò)頻因子Q16 :22每個(gè)數(shù)據(jù)塊符號(hào)數(shù)QF取1 /每個(gè)碼道一22 來(lái) 2 半 2 家 200 = 17.6kbit/sbJ兩個(gè)數(shù)據(jù)塊 200X?ml秒數(shù)據(jù)域用于承載來(lái)自傳輸信道的用戶(hù)數(shù)據(jù)或高層控

40、制信息，除此之外，在專(zhuān)有信道和 局部公共信道上，數(shù)據(jù)域的局部數(shù)據(jù)符號(hào)還用來(lái)承載物理層信令。在TD-SCDMA系統(tǒng)中,存在著3種類(lèi)型的物理層信令：TFCI , TPC , SS。在一個(gè)常規(guī)時(shí)隙的突發(fā)中，如果物理 層信令存在，那么它們的位置安排在Midamble碼的兩邊。縮寫(xiě)英文解釋中文解釋TFCITran sport Format comb in ati on In dicatorTPCTran smit Power Con trolSSSynchroni zati on ShiftMidambleMidamble表3.5物理層控制信令名詞解釋I.有TPC利有TFCI的情況下的突法編構(gòu):1 po

41、iLcf TFCI gsfl pSTLoi TFCI力血 symbcjfMidonibleTim& sl&t x 1364 Chips)Time 唱Lot 址Chipd)Rad ic Tram 10mrIL投有TPC和SS有TFCI的情況下的突法結(jié)構(gòu)1 pJUTQf I FC I i* itaUlLr1 J£髯.r- ni.lbsLjDTin “l(fā)ot * 田風(fēng) 血 1口前獰理JbJ.mgsDr ryitlifrlx1_7ALT"Tm» clfftx (3W- Chip£、J >«ir «f IK： ISvilb

42、 fTKfi.電弓gdRiiJio Fruue； l(km. f圖3.29物理層控制信令1 : TFCI 傳輸格式組合指示用于通知接收方當(dāng)前激活的傳輸格式組合,接收方籍此可以正確的對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 解碼。一個(gè)突發(fā)中是否存在 TFCI，由通信雙方的高層在呼叫建立時(shí)通過(guò)協(xié)商確定，并由高 層對(duì)物理層進(jìn)行配置。TFCI是在各自物理信道的數(shù)據(jù)局部發(fā)送，這就是說(shuō)TFCI和數(shù)據(jù)比特具有相同的擴(kuò)頻過(guò)程。因此Midamble碼局部的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度不變。2 : TPC 傳輸功率控制TPC被通信雙方網(wǎng)絡(luò)和UE 用來(lái)請(qǐng)求對(duì)方增加或減少傳輸功率，TPC緊跟在SS之后，這兩種物理層信令是共存的。TPC的控制每子幀進(jìn)行一次，

43、這使得 TD-SCDMA系統(tǒng)可以進(jìn)行快速功率控制。功率的增加或減少是按步長(zhǎng)進(jìn)行的，每步可為1dB、2dB或3dB。TPC BitsTPC命令含義00'Dow n'減小發(fā)送功率11'Up'增加發(fā)送功率表3.6TPC命令控制字調(diào)整步長(zhǎng)圖3.30 TPC調(diào)整的步長(zhǎng)示意圖3: SS 同步偏移控制符號(hào)SS被網(wǎng)絡(luò)端用來(lái)對(duì)UE的傳輸時(shí)延進(jìn)行控制，該符號(hào)僅在下行信道中有意義，在上行方 向，SS符號(hào)沒(méi)有意義。與TPC的控制相同，SS的控制也是每子幀進(jìn)行一次，這使得 TD- SCDMA 系統(tǒng)可以進(jìn)行快速同步控制。SS被用于每M子幀命令定時(shí)調(diào)整k/8 Tc，Tc是碼片間隔。k和M由網(wǎng)

44、絡(luò)信令通知。 M取值范圍18和k取值范圍18可以在已建立呼叫過(guò)程調(diào)整，也可以在呼叫過(guò)程中重 新調(diào)整。由UTRAN信令調(diào)整的SS最小步長(zhǎng)是1/8個(gè)碼片周期。SS BitsSS命令含義00'Dow n'減小k/8 Tc個(gè)同步偏移11'Up'增加k/8 Tc個(gè)同步偏移01 Do nothing保持不變表3.7SS命令控制字4 :訓(xùn)練序列(Midamble )Midamble碼可用于進(jìn)行信道估計(jì)，測(cè)量，如上行同步保持以及功率測(cè)量等。在同一小 區(qū)內(nèi)，同一時(shí)隙內(nèi)的不同用戶(hù)所采用的Midamble由一個(gè)根本的Midamble經(jīng)循環(huán)移位后而產(chǎn)生。Midamble長(zhǎng)144Chip

45、s，由長(zhǎng)度為128的根本Midamble生成，根本 Midamble共128個(gè)。128個(gè)根本Midamble分成32組，以對(duì)應(yīng)32個(gè)SYNC-DL碼；每組為4個(gè)不同的根本 Midamble，根本Midamble和擾碼一一對(duì)應(yīng)。碼編號(hào)n根本Midamble碼一長(zhǎng)度1280B2AC420F7C8DEBFA69505981BCD028C310C2E988E0DBA046643F57B0EA6A435E22D5CEC680C36A4454135F86DD370439623E150D08CAC2A00FF9B32592A631CF85B.127D3ACF0078EDA9856BBB0AF86511321

46、03表3.8 根本Midamble碼表Midamble碼的信道估計(jì):圖3.31 Midamble碼信道估計(jì)M :基站發(fā)射 Midamble 碼F(x):空中信道M* :經(jīng)過(guò)空中信道的Midamble碼通過(guò)公式計(jì)算，我們可以通過(guò) Midamble碼把空中信道F(x)估計(jì)出來(lái)，那么我 們估計(jì)空中信道的目的是什么呢？信道情況1信道情況2Ji信道情況3圖3.32不同信道情況下的信道估計(jì)Midamble碼的分配：Midamble是高層執(zhí)行的物理信道配置的一局部。存在三種不同的Midamble分配方案：? UE特定Midamble 分配：高層明確的為UE的上行和下行分配一個(gè)特定的 Midamble。? 默

47、認(rèn)的Midamble分配：上行和下行Midamble由層1根據(jù)相應(yīng)信道化碼來(lái)分配。? 公共的Midamble分配：下行的Midamble由層1根據(jù)當(dāng)前下行時(shí)隙中使用的信道化碼的個(gè)數(shù)來(lái)分配。為了從長(zhǎng)度為P = 128的矢量Mp中得到可用的Midamble碼，將Mp的長(zhǎng)度周期性地?cái)U(kuò)展 到最大值：Imax = Lm+(K 1)WLm : Midamble碼的長(zhǎng)度，TD-SCDMA系統(tǒng)固定為144;K: 一個(gè)時(shí)隙中可用Midamble碼的最大數(shù)目，取值范圍為 2、4、6、8、10、12、14、16，具體值由系統(tǒng)信息播送或連接建立時(shí)由網(wǎng)絡(luò)給定；W: 定義為P/K，其值用來(lái)描述無(wú)線(xiàn)信道沖激響應(yīng)的窗口長(zhǎng)度(

48、單位：chip )。舉一個(gè)例子：設(shè)K = 8Imax = 144 +( 8 1) * (128/ 8 ) = 256最大用戶(hù)數(shù)那么W阮的=16U1661131124£64«0961D281-力334虬1B-1324E<54%1L22&j i ?;* k=3k-7k=BMidamble碼循環(huán)移位產(chǎn)生K = 8圖3.33默認(rèn)情況下Midamble碼分配K=8上圖給出的是K=8時(shí)的默認(rèn)分配方式的 Midamble分配表。m(k)表示第k個(gè)Midamble序 列，cQ(k)表示使用的第k個(gè)信道化碼。當(dāng)K>Q時(shí)，不是所有的Midamble碼都會(huì)用到，它們之間的對(duì)應(yīng)

49、關(guān)系可以從上表看出。當(dāng)K<Q時(shí)，一個(gè)Midamble碼會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)信道化碼，這些碼被稱(chēng)為一個(gè)碼組，其中不加*號(hào)的是首選碼道，加*號(hào)的是第二位選擇的信道化碼。在為UE分配信道化碼時(shí)，首先選擇不加*號(hào)的碼道，當(dāng)首選碼道使用后選用加*號(hào)的碼道，假設(shè)某一碼組同時(shí)包括假設(shè)干加*號(hào)的碼道，那么按照碼道序號(hào)順序選擇，序號(hào)小的優(yōu)先；同一碼組的信道化碼不能分配給不同UE使用，即不同UE不能使用相同Midamble碼。當(dāng)同一時(shí)隙中只有一個(gè) UE時(shí)不使用默認(rèn)分配方 式。更多默認(rèn)方式的Midamble碼分配表可參看TS 25.221的附錄局部。3.4 TD-SCDMA系統(tǒng)中的信道在TD-SCDMA系統(tǒng)中，存在3種

50、信道模式：邏輯信道，傳輸信道和物理信道。邏輯信道是MAC子層向上層RLC子層提供效勞，它描述的是傳送什么類(lèi)型的信 息；傳輸信道作為物理層向高層提供的效勞，它描述的是信息如何在空中接口上傳輸。TD-SCDMA通過(guò)物理信道直接把需要傳送的信息發(fā)送出去，也就是說(shuō)在空中傳輸?shù)亩?是物理信道承載的信息。Logical Chan ngrTransport Channe&"碼It® C間加©I 一亠 Z i圖3.34 TD-SCDMA系統(tǒng)中的信道3.4.1 邏輯信道MAC層通過(guò)邏輯信道為高層提供效勞。邏輯信道的類(lèi)型是根據(jù)MAC提供不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)而定義的。邏輯信道通常劃分為兩類(lèi)：即用來(lái)傳輸控制平面信息的控制信道和 用來(lái)傳輸用戶(hù)平面的業(yè)務(wù)信道。邏輯信道縮寫(xiě)英文解釋中文解釋上下行方向P控制信道BCCHBroadcast Con trol Channel下行PCCHPagi ng Con trol Channel下行CCCHCom mon Con trol Channel下行、上行DCCHDedicated Con trol Channel下行、上行SHCCHShared Cha nnel Con tr