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[编者按] 2000年5月由国际电信联盟无线电通信部(ITU-R)通过了3G的5个标准，其中包括中国提出的TD-SCDMA标准。鉴于第二代移动通信系统(2G)已在中国形成了一个能够基本满足人们语音和短信通信需求的覆盖全国的移动通信网络，因此3G应该以提供因特网业务为主。目前，TD-SCDMA在中国即将规模商用，为了使读者对TD-SCDMA标准有所了解，本讲座分2期对TD-SCDMA标准进行介绍：第1期介绍和比较了3G标准以及3G所占用频段的传播特性可能对3G系统产生的影响；本期介绍TD-SCDMA的一些基本原理和TD-SCDMA标准中的主要技术及特征。
2 TD-SCDMA关键技术
2.1 智能天线技术
智能天线(SA)是一种相控阵天线，可用于定向发送，具有空分多址功能。假定多个同频点/时隙CDMA用户处在不同的方位角时，可利用SA隔离多个用户之间的自干扰，同时具有消除多径衰落的作用。
在TD-SCDMA系统中使用的全向SA带有8个偶极子天线，呈圆形排列，相邻距离约为λ/2。在分扇区使用中，为了提高SA的天线增益，现在一般选用带反射板的由8个间距为λ/2的天线阵元构成直线排列的天线阵列。使用这种结构的SA时，可以认为各天线元收信号的幅度相等。因为各天线元的几何位置不同，而且波行程差为λ时，对应的相位差为2π，所以各路收信号载波的相位将由天线元的位置和来波方向决定。
SA的收信原理是，改变各移相器的值使各路接收信号载波同相迭加，即收信号载波相位的同相分集接收，这样不但能取得此SA的分集接收信噪比增益GRD，还有可能取得在此过程中产生的定向接收多址干扰(MAI)抑制增益GMR。不过，此增益应该和小区中的CDMA码道数有关，码道数上升时，GMR上升。
SA的发信工作原理如图2所示，在基站(BS)的两根偶极子阵元其中的一根天线中引入移相器，对电流移相，通过计算可得移动台(MS)收天线中感应的电流和发信载波相干分集发送增益GTD，同时还能获得在此过程中产生的定向发送MAI抑制增益GMT，它的影响与GMR类似。
2.2联合检测技术
TD-SCDMA标准规定在基站将使用联合检测(JD)接收机，它的主要作用是消除收基带信号中的多径干扰(MPI)、码片级的码间干扰(ISI)和MAI。数字通信系统中常用的时域均衡器可用于减少ISI的影响，在MS中只使用能去除MPI和ISI的时域均衡器。
JD接收机去除MPI的工作原理与GSM系统中利用训练序列去除MPI的工作原理类似。TD-SCDMA系统每一个时隙突发信号为0.675 ms，共848个码片，居中的144个码片用于发送128位长的已知中置码字。每个小区指定一个中置，小区内每个用户(信道)使用具有指定时延的中置。
3 TD-SCDMA的主要技术
特征
TD-SCDMA标准的主要技术特征可以从TD-SCDMA标准的信号帧结构、系统主要参数、收发信框图和相关信道定义方法等方面认识。
3.1 TD-SCDMA标准的帧结构
TD-SCDMA系统的帧结构见图3。无线帧由两个5 ms的无线子帧组成，每个子帧由长675 ?滋s的7个主时隙和3个特殊时隙组成。3个特殊时隙中的下行导频时隙(DwPTS)用于发送BS地址码，MS收到后可用于判定所属BS，也可用于本地相干载波恢复参考信号。上行导频时隙(UpPTS)用于MS主叫时的码片同步调整。BS收到MS在UpPTS时隙发出的携带MS地址码的上行导频信号后，可以判定MS的码片同步状态，将通过辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)发回同步偏移(SS)控制信号，调整MS的码片同步时间。保护间隔(GP)用于防止BS端收UpPTS时，由于UpPTS的同步偏差较大引起收UpPTS信号和发DwPTS信号的相互重迭。
时隙中所发码片序列的长度为864，其中训练序列包含144个码片，GP占用16个码片，剩余的704个码片一分为二，用于两边的数据符号和L1符号。
具体地说，图3中的TS0时隙用于小区主公共控制物理信道(P-CCPCH)，TS1、TS2和TS3时隙一般用于上行专用物理信道(DPCH)，即用户信息的上行传输。
3.2 TD-SCDMA系统的主要技术参数
TD-SCDMA系统的主要技术参数如表4所示，其中TD的含义与时分双工(TDD)相同，指上下行信道将分别使用一个频点上的上行时隙或下行时隙，如图3中的TSO、TS4、TS5和TS6为下行时隙，而TS1、TS2和TS3为上行时隙。
3.3 TD-SCDMA的收发信机结构
图4中给出TD-SCDMA系统中用户数据速率为12.2 kb/s时MS发信机的框图。
承载用户数据信号的信道称为专用业务信道(DTCH)，也可用于发送用户语音数字编码信号。用户语音采用自适应多速率(AMR)编码方式，和WCDMA标准中使用的语音编码方式相同。在语音声码器编码原理基础上实现的AMR方式具有8种不同的编码输出速率见表5。
表5中也给出对应不同编码速率时的音质评价的平均分成绩，是由多位音质评定专家给出的分数平均后得到。
交织编码矩阵如图5所示，卷积编码的输出按行写入。此交织矩阵可用随机存储器(RAM)实现。采用交织编码时可以将传输过程中产生的长连错转换为收信纠错译码过程中的个别错误，可以利用卷积纠错编码纠正。由于在交织编码过程中无需引入冗余位，所以交织编码的输入、输出速率相等。它是一种极为有效的纠正传输过程中出现长连错的方法，在车载移动通信系统中得到广泛使用。
图6给出BS接收机中某一路用户信号的四相绝对移相键控(QPSK)相干解调和地址码译码等部分框图，图中各功能框的排列顺序基本上与发信部分相对应，分接和解交织框的序号与发信机中对应框的序号相同。时域均衡利用训练序列完成多径干扰信号的消除，它的工作原理还需继续研究。联合检测将利用其它用户信号完成多用户干扰的消除。其它各功能框用于发信部分各对应功能的逆处理。在MS接收机中可以略去图6中的联合检测部分。
3.4 TD-SCDMA系统中各类信道的
定义及其作用
TD-SCDMA标准空中接口协议栈的底部可以分为物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)3层，其中定义了多种不同含义的信道。
在TD-SCDMA系统中，存在3种信道模式：逻辑信道、传输信道和物理信道。逻辑信道是媒体接入控制(MAC)子层向上层无线链路控制(RLC)子层提供的服务，它描述的是传送什么类型的信息，根据所传信息的功能进行信道命名；传输信道用于连接物理层和MAC层；物理信道用于无线终端之间的连接，即空中接口中的信道总称。
3.4.1 逻辑信道
MAC子层使用逻辑信道与RLC子层进行通信。逻辑信道可以分为两大类：传输控制平面信息的控制信道和传输用户平面信息的业务信道。
(1) 控制信道
广播控制信道(BCCH)：广播系统控制信息的下行信道。
寻呼控制信道(PCCH)：传输寻呼信息的下行信道。当不知道MS所在小区的位置或MS处于小区接续状态时，网络使用该信道对特定的MS发起寻呼。
公共控制信道(CCCH)：在网络和MS之间发送控制信息的双向信道。当没有RRC连接或当小区重选后接入一个新的小区时使用该信道。
专用控制信道(DCCH)：在MS和网络之间发送专用控制信息的点到点的双向信道。通过RRC连接建立过程，建立该信道。
共享控制信道(SHCCH)：在网络和MS之间发送上行链路和下行链路的控制信道的双向信道。
(2) 业务信道
专用业务信道(DTCH)：DTCH是MS专用的传输用户信息的点对点的双向信道。
公共业务信道(CTCH)：CTCH是无线接入网即基站对全部或一组特定的MS传输用户信息的点对多点的单向信道。
3.4.2 传输信道
传输信道定义无线接口数据传输的方式和特性，分为专用传输信道和公共传输信道。
(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，承载网络和MS之间的用户或控制信息。
(2) 公共传输信道
共有6类公共传输信道，包括广播信道、前向接入信道、寻呼信道、随机接入信道、上行共享信道和下行共享信道。
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信息。
前向接入信道(FACH)：FACH是一个下行传输信道，当系统知道移动台所在的小区时，用于发送给移动台的控制信息，其也可以承载一些短的用户信息数据分组。
寻呼信道(PCH)：PCH是一个下行信道，用于当系统不知道移动台所在的小区位置时，承载发向移动台的控制信息。
随机接入信道(RACH)：RACH是一个上行传输信道，用于承载来自移动台的控制信息。RACH也可以承载一些短的用户信息数据包。
上行共享信道(USCH)：USCH是一个被一些MS共享的上行传输信道，用于承载MS的控制和业务数据。
下行共享信道(DSCH)：DSCH是一个被一些MS共享的下行传输信道，用于承载MS的控制和业务数据。
(3) 逻辑信道与传输信道之间的映射关系
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上行方向上能够映射到RACH、DCH和USCH上，DTCH则映射到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。
根据无线信道的传输特性，在每一个10 ms无线帧内，将来自不同传输信道的无线帧送到传输信道复用单元。复用单元根据承载业务的类型和高层的设置，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)，传输信道的复用和组合必须按照一定的规律进行。
3.4.3 物理信道
物理信道可以由其载波频率、扰码、信道码、时隙以及时间相位确定。所有物理信道采用4层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码。
物理信道也可分为专用物理信道(DPCH)和公共控制物理信道(CCPCH)两大类。
(1) 专用物理信道
DCH被映射到DPCH上，支持上、下行传输，下行通常采用智能天线进行波束赋型。
(2) 公共控制物理信道
主公共控制物理信道(P-CCPCH)：仅承载来自BCH的信息，用作整个小区下行的系统信息广播。
辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)：用于承载来自传输信道PCH和FACH的数据。
快速物理接入信道(FPACH)：不承载传输信道的信息。基站使用FPACH来响应MS发送的接入请求，同时对MS的发送功率和同步偏移进行调整。
物理随机接入信道(PRACH)：用于承载来自于RACH的数据。
物理上行共享信道(PUSCH)：其突发结构、训练序列的选择均和DPCH相同。可供多个用户分时使用，可配置传输功率控制等物理层信令。
物理下行共享信道(PDSCH)：用于下行，其它特性与PUSCH类似。
寻呼指示信道(PICH)：不承载传输信道的信息，但却与PCH配对使用，可以为终端提供有效的休眠模式操作。
传输信道到物理信道的映射方法见表6。
收稿日期：2007-05-16
傅海阳，南京邮电大学通信与信息工程学院教授、博士生导师。1992年获政府特殊津贴，曾作为国家公派访问学者出国研修近两年。研究领域为移动互联网、移动通信与无线技术等。发表论文50余篇。
金卓琳，南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息系统专业在读硕士研究生，主要研究方向为移动通信与无线技术。
张青，南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息系统专业在读硕士研究生，主要研究方向为移动通信与无线技术。
2 TD-SCDMA关键技术
2.1 智能天线技术
智能天线(SA)是一种相控阵天线，可用于定向发送，具有空分多址功能。假定多个同频点/时隙CDMA用户处在不同的方位角时，可利用SA隔离多个用户之间的自干扰，同时具有消除多径衰落的作用。
在TD-SCDMA系统中使用的全向SA带有8个偶极子天线，呈圆形排列，相邻距离约为λ/2。在分扇区使用中，为了提高SA的天线增益，现在一般选用带反射板的由8个间距为λ/2的天线阵元构成直线排列的天线阵列。使用这种结构的SA时，可以认为各天线元收信号的幅度相等。因为各天线元的几何位置不同，而且波行程差为λ时，对应的相位差为2π，所以各路收信号载波的相位将由天线元的位置和来波方向决定。
SA的收信原理是，改变各移相器的值使各路接收信号载波同相迭加，即收信号载波相位的同相分集接收，这样不但能取得此SA的分集接收信噪比增益GRD，还有可能取得在此过程中产生的定向接收多址干扰(MAI)抑制增益GMR。不过，此增益应该和小区中的CDMA码道数有关，码道数上升时，GMR上升。
SA的发信工作原理如图2所示，在基站(BS)的两根偶极子阵元其中的一根天线中引入移相器，对电流移相，通过计算可得移动台(MS)收天线中感应的电流和发信载波相干分集发送增益GTD，同时还能获得在此过程中产生的定向发送MAI抑制增益GMT，它的影响与GMR类似。
2.2联合检测技术
TD-SCDMA标准规定在基站将使用联合检测(JD)接收机，它的主要作用是消除收基带信号中的多径干扰(MPI)、码片级的码间干扰(ISI)和MAI。数字通信系统中常用的时域均衡器可用于减少ISI的影响，在MS中只使用能去除MPI和ISI的时域均衡器。
JD接收机去除MPI的工作原理与GSM系统中利用训练序列去除MPI的工作原理类似。TD-SCDMA系统每一个时隙突发信号为0.675 ms，共848个码片，居中的144个码片用于发送128位长的已知中置码字。每个小区指定一个中置，小区内每个用户(信道)使用具有指定时延的中置。
3 TD-SCDMA的主要技术
特征
TD-SCDMA标准的主要技术特征可以从TD-SCDMA标准的信号帧结构、系统主要参数、收发信框图和相关信道定义方法等方面认识。
3.1 TD-SCDMA标准的帧结构
TD-SCDMA系统的帧结构见图3。无线帧由两个5 ms的无线子帧组成，每个子帧由长675 ?滋s的7个主时隙和3个特殊时隙组成。3个特殊时隙中的下行导频时隙(DwPTS)用于发送BS地址码，MS收到后可用于判定所属BS，也可用于本地相干载波恢复参考信号。上行导频时隙(UpPTS)用于MS主叫时的码片同步调整。BS收到MS在UpPTS时隙发出的携带MS地址码的上行导频信号后，可以判定MS的码片同步状态，将通过辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)发回同步偏移(SS)控制信号，调整MS的码片同步时间。保护间隔(GP)用于防止BS端收UpPTS时，由于UpPTS的同步偏差较大引起收UpPTS信号和发DwPTS信号的相互重迭。
时隙中所发码片序列的长度为864，其中训练序列包含144个码片，GP占用16个码片，剩余的704个码片一分为二，用于两边的数据符号和L1符号。
具体地说，图3中的TS0时隙用于小区主公共控制物理信道(P-CCPCH)，TS1、TS2和TS3时隙一般用于上行专用物理信道(DPCH)，即用户信息的上行传输。
3.2 TD-SCDMA系统的主要技术参数
TD-SCDMA系统的主要技术参数如表4所示，其中TD的含义与时分双工(TDD)相同，指上下行信道将分别使用一个频点上的上行时隙或下行时隙，如图3中的TSO、TS4、TS5和TS6为下行时隙，而TS1、TS2和TS3为上行时隙。
3.3 TD-SCDMA的收发信机结构
图4中给出TD-SCDMA系统中用户数据速率为12.2 kb/s时MS发信机的框图。
承载用户数据信号的信道称为专用业务信道(DTCH)，也可用于发送用户语音数字编码信号。用户语音采用自适应多速率(AMR)编码方式，和WCDMA标准中使用的语音编码方式相同。在语音声码器编码原理基础上实现的AMR方式具有8种不同的编码输出速率见表5。
表5中也给出对应不同编码速率时的音质评价的平均分成绩，是由多位音质评定专家给出的分数平均后得到。
交织编码矩阵如图5所示，卷积编码的输出按行写入。此交织矩阵可用随机存储器(RAM)实现。采用交织编码时可以将传输过程中产生的长连错转换为收信纠错译码过程中的个别错误，可以利用卷积纠错编码纠正。由于在交织编码过程中无需引入冗余位，所以交织编码的输入、输出速率相等。它是一种极为有效的纠正传输过程中出现长连错的方法，在车载移动通信系统中得到广泛使用。
图6给出BS接收机中某一路用户信号的四相绝对移相键控(QPSK)相干解调和地址码译码等部分框图，图中各功能框的排列顺序基本上与发信部分相对应，分接和解交织框的序号与发信机中对应框的序号相同。时域均衡利用训练序列完成多径干扰信号的消除，它的工作原理还需继续研究。联合检测将利用其它用户信号完成多用户干扰的消除。其它各功能框用于发信部分各对应功能的逆处理。在MS接收机中可以略去图6中的联合检测部分。
3.4 TD-SCDMA系统中各类信道的
定义及其作用
TD-SCDMA标准空中接口协议栈的底部可以分为物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)3层，其中定义了多种不同含义的信道。
在TD-SCDMA系统中，存在3种信道模式：逻辑信道、传输信道和物理信道。逻辑信道是媒体接入控制(MAC)子层向上层无线链路控制(RLC)子层提供的服务，它描述的是传送什么类型的信息，根据所传信息的功能进行信道命名；传输信道用于连接物理层和MAC层；物理信道用于无线终端之间的连接，即空中接口中的信道总称。
3.4.1 逻辑信道
MAC子层使用逻辑信道与RLC子层进行通信。逻辑信道可以分为两大类：传输控制平面信息的控制信道和传输用户平面信息的业务信道。
(1) 控制信道
广播控制信道(BCCH)：广播系统控制信息的下行信道。
寻呼控制信道(PCCH)：传输寻呼信息的下行信道。当不知道MS所在小区的位置或MS处于小区接续状态时，网络使用该信道对特定的MS发起寻呼。
公共控制信道(CCCH)：在网络和MS之间发送控制信息的双向信道。当没有RRC连接或当小区重选后接入一个新的小区时使用该信道。
专用控制信道(DCCH)：在MS和网络之间发送专用控制信息的点到点的双向信道。通过RRC连接建立过程，建立该信道。
共享控制信道(SHCCH)：在网络和MS之间发送上行链路和下行链路的控制信道的双向信道。
(2) 业务信道
专用业务信道(DTCH)：DTCH是MS专用的传输用户信息的点对点的双向信道。
公共业务信道(CTCH)：CTCH是无线接入网即基站对全部或一组特定的MS传输用户信息的点对多点的单向信道。
3.4.2 传输信道
传输信道定义无线接口数据传输的方式和特性，分为专用传输信道和公共传输信道。
(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，承载网络和MS之间的用户或控制信息。
(2) 公共传输信道
共有6类公共传输信道，包括广播信道、前向接入信道、寻呼信道、随机接入信道、上行共享信道和下行共享信道。
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信息。
前向接入信道(FACH)：FACH是一个下行传输信道，当系统知道移动台所在的小区时，用于发送给移动台的控制信息，其也可以承载一些短的用户信息数据分组。
寻呼信道(PCH)：PCH是一个下行信道，用于当系统不知道移动台所在的小区位置时，承载发向移动台的控制信息。
随机接入信道(RACH)：RACH是一个上行传输信道，用于承载来自移动台的控制信息。RACH也可以承载一些短的用户信息数据包。
上行共享信道(USCH)：USCH是一个被一些MS共享的上行传输信道，用于承载MS的控制和业务数据。
下行共享信道(DSCH)：DSCH是一个被一些MS共享的下行传输信道，用于承载MS的控制和业务数据。
(3) 逻辑信道与传输信道之间的映射关系
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上行方向上能够映射到RACH、DCH和USCH上，DTCH则映射到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。
根据无线信道的传输特性，在每一个10 ms无线帧内，将来自不同传输信道的无线帧送到传输信道复用单元。复用单元根据承载业务的类型和高层的设置，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)，传输信道的复用和组合必须按照一定的规律进行。
3.4.3 物理信道
物理信道可以由其载波频率、扰码、信道码、时隙以及时间相位确定。所有物理信道采用4层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码。
物理信道也可分为专用物理信道(DPCH)和公共控制物理信道(CCPCH)两大类。
(1) 专用物理信道
DCH被映射到DPCH上，支持上、下行传输，下行通常采用智能天线进行波束赋型。
(2) 公共控制物理信道
主公共控制物理信道(P-CCPCH)：仅承载来自BCH的信息，用作整个小区下行的系统信息广播。
辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)：用于承载来自传输信道PCH和FACH的数据。
快速物理接入信道(FPACH)：不承载传输信道的信息。基站使用FPACH来响应MS发送的接入请求，同时对MS的发送功率和同步偏移进行调整。
物理随机接入信道(PRACH)：用于承载来自于RACH的数据。
物理上行共享信道(PUSCH)：其突发结构、训练序列的选择均和DPCH相同。可供多个用户分时使用，可配置传输功率控制等物理层信令。
物理下行共享信道(PDSCH)：用于下行，其它特性与PUSCH类似。
寻呼指示信道(PICH)：不承载传输信道的信息，但却与PCH配对使用，可以为终端提供有效的休眠模式操作。
传输信道到物理信道的映射方法见表6。
收稿日期：2007-05-16
傅海阳，南京邮电大学通信与信息工程学院教授、博士生导师。1992年获政府特殊津贴，曾作为国家公派访问学者出国研修近两年。研究领域为移动互联网、移动通信与无线技术等。发表论文50余篇。
金卓琳，南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息系统专业在读硕士研究生，主要研究方向为移动通信与无线技术。
张青，南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息系统专业在读硕士研究生，主要研究方向为移动通信与无线技术。