ＴＤ－ＳＣＤＭＡ標準綜述（２）

[編者按] 2000年5月由國際電信聯盟無線電通信部(ITU-R)通過了3G的5個標準，其中包括中國提出的TD-SCDMA標準。鑒于第二代移動通信系統(2G)已在中國形成了一個能夠基本滿足人們語音和短信通信需求的覆蓋全國的移動通信網絡，因此3G應該以提供因特網業務為主。目前，TD-SCDMA在中國即將規模商用，為了使讀者對TD-SCDMA標準有所了解，本講座分2期對TD-SCDMA標準進行介紹：第1期介紹和比較了3G標準以及3G所占用頻段的傳播特性可能對3G系統產生的影響；本期介紹TD-SCDMA的一些基本原理和TD-SCDMA標準中的主要技術及特征。

2 TD-SCDMA關鍵技術

2.1 智能天線技術

智能天線(SA)是一種相控陣天線，可用于定向發送，具有空分多址功能。假定多個同頻點/時隙CDMA用戶處在不同的方位角時，可利用SA隔離多個用戶之間的自干擾，同時具有消除多徑衰落的作用。

在TD-SCDMA系統中使用的全向SA帶有8個偶極子天線，呈圓形排列，相鄰距離約為λ/2。在分扇區使用中，為了提高SA的天線增益，現在一般選用帶反射板的由8個間距為λ/2的天線陣元構成直線排列的天線陣列。使用這種結構的SA時，可以認為各天線元收信號的幅度相等。因為各天線元的幾何位置不同，而且波行程差為λ時，對應的相位差為2π，所以各路收信號載波的相位將由天線元的位置和來波方向決定。

SA的收信原理是，改變各移相器的值使各路接收信號載波同相迭加，即收信號載波相位的同相分集接收，這樣不但能取得此SA的分集接收信噪比增益GRD，還有可能取得在此過程中產生的定向接收多址干擾(MAI)抑制增益GMR。不過，此增益應該和小區中的CDMA碼道數有關，碼道數上升時，GMR上升。

SA的發信工作原理如圖2所示，在基站(BS)的兩根偶極子陣元其中的一根天線中引入移相器，對電流移相，通過計算可得移動臺(MS)收天線中感應的電流和發信載波相干分集發送增益GTD，同時還能獲得在此過程中產生的定向發送MAI抑制增益GMT，它的影響與GMR類似。

2.2聯合檢測技術

TD-SCDMA標準規定在基站將使用聯合檢測(JD)接收機，它的主要作用是消除收基帶信號中的多徑干擾(MPI)、碼片級的碼間干擾(ISI)和MAI。數字通信系統中常用的時域均衡器可用于減少ISI的影響，在MS中只使用能去除MPI和ISI的時域均衡器。

JD接收機去除MPI的工作原理與GSM系統中利用訓練序列去除MPI的工作原理類似。TD-SCDMA系統每一個時隙突發信號為0.675 ms，共848個碼片，居中的144個碼片用于發送128位長的已知中置碼字。每個小區指定一個中置，小區內每個用戶(信道)使用具有指定時延的中置。

3 TD-SCDMA的主要技術

特征

TD-SCDMA標準的主要技術特征可以從TD-SCDMA標準的信號幀結構、系統主要參數、收發信框圖和相關信道定義方法等方面認識。

3.1 TD-SCDMA標準的幀結構

TD-SCDMA系統的幀結構見圖3。無線幀由兩個5 ms的無線子幀組成，每個子幀由長675 ?滋s的7個主時隙和3個特殊時隙組成。3個特殊時隙中的下行導頻時隙(DwPTS)用于發送BS地址碼，MS收到后可用于判定所屬BS，也可用于本地相干載波恢復參考信號。上行導頻時隙(UpPTS)用于MS主叫時的碼片同步調整。BS收到MS在UpPTS時隙發出的攜帶MS地址碼的上行導頻信號后，可以判定MS的碼片同步狀態，將通過輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)發回同步偏移(SS)控制信號，調整MS的碼片同步時間。保護間隔(GP)用于防止BS端收UpPTS時，由于UpPTS的同步偏差較大引起收UpPTS信號和發DwPTS信號的相互重迭。

時隙中所發碼片序列的長度為864，其中訓練序列包含144個碼片，GP占用16個碼片，剩余的704個碼片一分為二，用于兩邊的數據符號和L1符號。

具體地說，圖3中的TS0時隙用于小區主公共控制物理信道(P-CCPCH)，TS1、TS2和TS3時隙一般用于上行專用物理信道(DPCH)，即用戶信息的上行傳輸。

3.2 TD-SCDMA系統的主要技術參數

TD-SCDMA系統的主要技術參數如表4所示，其中TD的含義與時分雙工(TDD)相同，指上下行信道將分別使用一個頻點上的上行時隙或下行時隙，如圖3中的TSO、TS4、TS5和TS6為下行時隙，而TS1、TS2和TS3為上行時隙。

3.3 TD-SCDMA的收發信機結構

圖4中給出TD-SCDMA系統中用戶數據速率為12.2 kb/s時MS發信機的框圖。

承載用戶數據信號的信道稱為專用業務信道(DTCH)，也可用于發送用戶語音數字編碼信號。用戶語音采用自適應多速率(AMR)編碼方式，和WCDMA標準中使用的語音編碼方式相同。在語音聲碼器編碼原理基礎上實現的AMR方式具有8種不同的編碼輸出速率見表5。

表5中也給出對應不同編碼速率時的音質評價的平均分成績，是由多位音質評定專家給出的分數平均后得到。

交織編碼矩陣如圖5所示，卷積編碼的輸出按行寫入。此交織矩陣可用隨機存儲器(RAM)實現。采用交織編碼時可以將傳輸過程中產生的長連錯轉換為收信糾錯譯碼過程中的個別錯誤，可以利用卷積糾錯編碼糾正。由于在交織編碼過程中無需引入冗余位，所以交織編碼的輸入、輸出速率相等。它是一種極為有效的糾正傳輸過程中出現長連錯的方法，在車載移動通信系統中得到廣泛使用。

圖6給出BS接收機中某一路用戶信號的四相絕對移相鍵控(QPSK)相干解調和地址碼譯碼等部分框圖，圖中各功能框的排列順序基本上與發信部分相對應，分接和解交織框的序號與發信機中對應框的序號相同。時域均衡利用訓練序列完成多徑干擾信號的消除，它的工作原理還需繼續研究。聯合檢測將利用其它用戶信號完成多用戶干擾的消除。其它各功能框用于發信部分各對應功能的逆處理。在MS接收機中可以略去圖6中的聯合檢測部分。

3.4 TD-SCDMA系統中各類信道的

定義及其作用

TD-SCDMA標準空中接口協議棧的底部可以分為物理層(L1)、數據鏈路層(L2)和網絡層(L3)3層，其中定義了多種不同含義的信道。

在TD-SCDMA系統中，存在3種信道模式：邏輯信道、傳輸信道和物理信道。邏輯信道是媒體接入控制(MAC)子層向上層無線鏈路控制(RLC)子層提供的服務，它描述的是傳送什么類型的信息，根據所傳信息的功能進行信道命名；傳輸信道用于連接物理層和MAC層；物理信道用于無線終端之間的連接，即空中接口中的信道總稱。

3.4.1 邏輯信道

MAC子層使用邏輯信道與RLC子層進行通信。邏輯信道可以分為兩大類：傳輸控制平面信息的控制信道和傳輸用戶平面信息的業務信道。

(1) 控制信道

廣播控制信道(BCCH)：廣播系統控制信息的下行信道。

尋呼控制信道(PCCH)：傳輸尋呼信息的下行信道。當不知道MS所在小區的位置或MS處于小區接續狀態時，網絡使用該信道對特定的MS發起尋呼。

公共控制信道(CCCH)：在網絡和MS之間發送控制信息的雙向信道。當沒有RRC連接或當小區重選后接入一個新的小區時使用該信道。

專用控制信道(DCCH)：在MS和網絡之間發送專用控制信息的點到點的雙向信道。通過RRC連接建立過程，建立該信道。

共享控制信道(SHCCH)：在網絡和MS之間發送上行鏈路和下行鏈路的控制信道的雙向信道。

(2) 業務信道

專用業務信道(DTCH)：DTCH是MS專用的傳輸用戶信息的點對點的雙向信道。

公共業務信道(CTCH)：CTCH是無線接入網即基站對全部或一組特定的MS傳輸用戶信息的點對多點的單向信道。

3.4.2 傳輸信道

傳輸信道定義無線接口數據傳輸的方式和特性，分為專用傳輸信道和公共傳輸信道。

(1) 專用傳輸信道

專用傳輸信道僅存在一種，即專用信道(DCH)，是一個上行或下行傳輸信道，承載網絡和MS之間的用戶或控制信息。

(2) 公共傳輸信道

共有6類公共傳輸信道，包括廣播信道、前向接入信道、尋呼信道、隨機接入信道、上行共享信道和下行共享信道。

廣播信道(BCH)：BCH是一個下行傳輸信道，用于廣播系統和小區的特定信息。

前向接入信道(FACH)：FACH是一個下行傳輸信道，當系統知道移動臺所在的小區時，用于發送給移動臺的控制信息，其也可以承載一些短的用戶信息數據分組。

尋呼信道(PCH)：PCH是一個下行信道，用于當系統不知道移動臺所在的小區位置時，承載發向移動臺的控制信息。

隨機接入信道(RACH)：RACH是一個上行傳輸信道，用于承載來自移動臺的控制信息。RACH也可以承載一些短的用戶信息數據包。

上行共享信道(USCH)：USCH是一個被一些MS共享的上行傳輸信道，用于承載MS的控制和業務數據。

下行共享信道(DSCH)：DSCH是一個被一些MS共享的下行傳輸信道，用于承載MS的控制和業務數據。

(3) 邏輯信道與傳輸信道之間的映射關系

BCCH下行方向上可以映射到BCH上，也可以映射到FACH上；

PCCH在下行方向上映射到PCH上；

CCCH上行方向上映射到RACH，下行方向上映射到FACH上；

DCCH和DTCH下行方向上能映射到DCH、DSCH和FACH上，而DCCH上行方向上能夠映射到RACH、DCH和USCH上，DTCH則映射到DCH和USCH上；

CTCH在下行方向上映射到FACH上；

SHCCH上行方向上映射到DCH、USCH上，下行方向上映射到FACH和DSCH上。

根據無線信道的傳輸特性，在每一個10 ms無線幀內，將來自不同傳輸信道的無線幀送到傳輸信道復用單元。復用單元根據承載業務的類型和高層的設置，分別將其進行復用和組合，構成一條或多條編碼組合傳輸信道(CCTrCH)，傳輸信道的復用和組合必須按照一定的規律進行。

3.4.3 物理信道

物理信道可以由其載波頻率、擾碼、信道碼、時隙以及時間相位確定。所有物理信道采用4層結構：系統幀號、無線幀、子幀和時隙/碼。

物理信道也可分為專用物理信道(DPCH)和公共控制物理信道(CCPCH)兩大類。

(1) 專用物理信道

DCH被映射到DPCH上，支持上、下行傳輸，下行通常采用智能天線進行波束賦型。

(2) 公共控制物理信道

主公共控制物理信道(P-CCPCH)：僅承載來自BCH的信息，用作整個小區下行的系統信息廣播。

輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)：用于承載來自傳輸信道PCH和FACH的數據。

快速物理接入信道(FPACH)：不承載傳輸信道的信息。基站使用FPACH來響應MS發送的接入請求，同時對MS的發送功率和同步偏移進行調整。

物理隨機接入信道(PRACH)：用于承載來自于RACH的數據。

物理上行共享信道(PUSCH)：其突發結構、訓練序列的選擇均和DPCH相同。可供多個用戶分時使用，可配置傳輸功率控制等物理層信令。

物理下行共享信道(PDSCH)：用于下行，其它特性與PUSCH類似。

尋呼指示信道(PICH)：不承載傳輸信道的信息，但卻與PCH配對使用，可以為終端提供有效的休眠模式操作。

傳輸信道到物理信道的映射方法見表6。

收稿日期：2007-05-16

傅海陽，南京郵電大學通信與信息工程學院教授、博士生導師。1992年獲政府特殊津貼，曾作為國家公派訪問學者出國研修近兩年。研究領域為移動互聯網、移動通信與無線技術等。發表論文50余篇。

金卓琳，南京郵電大學通信與信息工程學院通信與信息系統專業在讀碩士研究生，主要研究方向為移動通信與無線技術。

張青，南京郵電大學通信與信息工程學院通信與信息系統專業在讀碩士研究生，主要研究方向為移動通信與無線技術。