二章TDSCDMA基本原理

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1、第二章TD-SCDMA基本原理基本原理目标目标学习完本课程，您将会：掌握TD-SCDMA系统的物理层结构了解TD-SCDMA数据编码复用和发送过程课程内容课程内容物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制什么是什么是TD-SCDMA Frequency Time Power density (CDMA codes) 1.6 MHz 0 : 15 TS0 2. Carrier (optional) 3. Carrier (optional) TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 DL DL DL DL UL UL UL 5 ms DwPTS UpPTS GP DL Time Divis

2、ion Duplex Synchronous Code Division Multiplex Access物理层结构物理层结构物理信道帧结构物理信道帧结构所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码 Radio frame10msSystem Frame Number Sub-frame5msTS5TS4TS0TS2TS1GPTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675us(864chips)gL1144chipsTD-SCDMA帧结构每帧有两个上/下行转换点TS0为下行时隙TS1为上行时隙三个特殊时隙GP, DwPTS, UpPTS其余时隙可根据用

3、户需要进行灵活UL/DL配置物理层结构物理层结构物理信道帧结构物理信道帧结构n3GPP定义的一个定义的一个TDMA帧长度为帧长度为10ms。n一个一个10ms的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为帧的时长为5ms。这是考虑到了智能天线技术的运用，。这是考虑到了智能天线技术的运用，智能天线每隔智能天线每隔5ms进行一次波束的赋形。进行一次波束的赋形。n子帧分成子帧分成7个常规时隙（个常规时隙（TS0 TS6），每个时隙长度），每个时隙长度为为864chips，占，占675us）。）。物理层结构物理层结构物理信道帧结构物理信道帧结构nDwPTS（下行

4、导频时隙，长度为（下行导频时隙，长度为96chips，占，占75us）nGP（保护间隔，长度（保护间隔，长度96chips，75us）nUpPTS（上行导频时隙，长度（上行导频时隙，长度160chips，125us）n子帧总长度为子帧总长度为6400chips，占，占5ms，得到码片速率为，得到码片速率为1.28Mcps。物理层结构物理层结构物理信道帧结构物理信道帧结构nTS0用作下行时隙来发送系统广播信息，广播信用作下行时隙来发送系统广播信息，广播信道道PCCPCH占用该时隙进行发射。占用该时隙进行发射。nTS1总是固定地用作上行时隙。总是固定地用作上行时隙。物理层结构物理层结构物理信道帧结

5、构物理信道帧结构n其它的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行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，上下行的转换或下行以实现不对称业务的传输，上下行的转换由一个转换点（由一个转换点（Switch Point）分开。）分开。n每个每个5ms的子帧有两个转换点（的子帧有两个转换点（DL到到UL和和UL到到DL ），第一个转换点固定在），第一个转换点固定在TS0结束处，而第二结束处，而第二个转换点则取决于小区上下行时隙的配置。个转换点则取决于小区上下行时隙的配置。物理层结构物理层结构Data352chipsMidamble144chipsGP16Data352chip

6、s675 s常规时隙常规时隙n由由864 Chips组成，时长组成，时长675us；n业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由352 Chips组成；组成；n训练序列训练序列(Midamble)由由144 Chips组成；组成；n16 Chips为保护；为保护；n可以进行波束赋形；可以进行波束赋形；物理层结构物理层结构常规时隙常规时隙nMidamble码码整个系统有整个系统有128个长度为个长度为128chips的基本的基本midamble码，分成码，分成32个码组，每组个码组，每组4个。个。一个小区采用哪组基本一个小区采用哪组基本midamble码

7、由基站决定，当码由基站决定，当建立起下行同步之后，移动台就知道所使用的建立起下行同步之后，移动台就知道所使用的midamble码组。码组。Node B决定本小区将采用这决定本小区将采用这4个基本个基本midamble中的中的哪一个。同一时隙的不同用户将使用不同的训练序列哪一个。同一时隙的不同用户将使用不同的训练序列位移。位移。物理层结构物理层结构常规时隙常规时隙nMidamble码码训练序列的作用：训练序列的作用： 上下行信道估计；上下行信道估计； 功率测量；功率测量； 上行同步保持。上行同步保持。传输时传输时Midamble码不进行基带处理和扩频，直接与码不进行基带处理和扩频，直接与经基带处

8、理和扩频的数据一起发送，在信道解码时它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被用作进行信道估计。物理层结构物理层结构 Data symbolsMidamble Data symbolsTPC symbols SS symbols G P1 st part of TFCI code word 2nd part of TFCI code word Data symbols Midamble Data symbolsTPC symbols Time slot x (864 Chips)SS symbols GP3 rd part of TFCI code word 4th

9、part of TFCI code wordRadio Frame 10msSub-frame 5ms常规时隙物理层信令常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCIn位置：位于位置：位于midamble的两侧的两侧nTPC: 调整步长是调整步长是1, 2或或3dBnSS；最小精度是；最小精度是1/8个个chipnTFCI；分四个部分位于相邻的两个子帧内；分四个部分位于相邻的两个子帧内Sub-frame 5msTime slot x (864 Chips)物理层结构物理层结构常规时隙物理层信令常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI物理层结构物理层结构常规时隙物理层信令常规时隙物理层信令TPC/SS

10、/TFCInTFCI（Transport Format Combination Indicator）用于指示传输的格式，对每一个用于指示传输的格式，对每一个CCTrCH，高层信令，高层信令将指示所使用的将指示所使用的TFCI格式。格式。n对于每一个所分配的时隙是否承载对于每一个所分配的时隙是否承载TFCI信息也由高层信息也由高层分别告知。如果一个时隙包含分别告知。如果一个时隙包含TFCI信息，它总是按高信息，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层分配信息的顺序采用该时隙的第一个信道码进行扩频。频。TFCI是在各自相应物理信道的数据部分发送，这是在各自相应物理信道的数据部分发

11、送，这就是说就是说TFCI和数据比特具有相同的扩频过程。和数据比特具有相同的扩频过程。n对于每个用户，对于每个用户，TFCI信息将在每信息将在每10ms无线帧里发送无线帧里发送一次。一次。物理层结构物理层结构常规时隙物理层信令常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCInTPC（Transmit Power Control）用于功率控制，该）用于功率控制，该控制信号每个子帧（控制信号每个子帧（5ms）发射一次。这也意味着）发射一次。这也意味着TD的功控频率是每秒的功控频率是每秒200次。每次调整步长为次。每次调整步长为1，2，3dB.nSS（Synchronization Shift）是）是TD-

12、SCDMA系统中系统中所特有的，用于实现上行同步，他也是每隔一个子帧所特有的，用于实现上行同步，他也是每隔一个子帧进行一次调整。进行一次调整。 物理层结构物理层结构GP (32chips)SYNC-DL(64chips)75 s下行导频时隙下行导频时隙DwPTSn用于下行同步和小区搜索；用于下行同步和小区搜索；n该时隙由该时隙由96 Chips组成组成: 32用于保护；用于保护；64用于导频序列；时用于导频序列；时长长75usn32个不同的个不同的SYNC-DL码，用于区分不同的基站；码，用于区分不同的基站；n为全向或扇区传输，不进行波束赋形。为全向或扇区传输，不进行波束赋形。物理层结构物理层

13、结构GP (32chips)SYNC-UL(128chips)125 s上行导频时隙上行导频时隙UpPTSn用于建立上行初始同步和随机接入，以及越区切换时邻近小用于建立上行初始同步和随机接入，以及越区切换时邻近小区测量。区测量。n160 Chips: 其中其中128用于用于SYNC-UL，32用于保护。用于保护。nSYNC-UL有有256种不同的码，可分为种不同的码，可分为32个码组，以对应个码组，以对应32个个SYNC-DL码，每组有码，每组有8个不同的个不同的SYNC-UL码，即每一个基站码，即每一个基站对应于对应于8个确定的个确定的SYNC-UL码。码。nNodeB从终端上行信号中获得初

14、始波束赋形参数。从终端上行信号中获得初始波束赋形参数。物理层结构物理层结构GP保护时隙保护时隙n96 Chips保护时隙，时长保护时隙，时长75us；n用于下行到上行转换的保护；用于下行到上行转换的保护；n在小区搜索时，确保在小区搜索时，确保DwPTS可靠接收，防止干扰可靠接收，防止干扰UL工工作；作；n在随机接入时，确保在随机接入时，确保UpPTS可以提前发射，防止干扰可以提前发射，防止干扰DL工作；工作；n确定基本的基站覆盖半径。确定基本的基站覆盖半径。物理层结构物理层结构GP保护时隙保护时隙物理层结构物理层结构课程内容课程内容物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制3种信道模式种信道模

15、式n逻辑信道：逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务分为两大类，即面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。控制信道和业务信道。n传输信道：传输信道：无线接口层无线接口层2和物理层的接口，是物理层对和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息分为户的公共信息分为专用信道和公共信道专用信道和公共信道两大类。两大类。n物理信道：物理信道：各种信息在无线接口各种信息在无线接口传输时的最终体现形式传输

16、时的最终体现形式，每一种使用特，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位都可定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位都可以理解为这一类特定的信道。以理解为这一类特定的信道。信道结构信道结构信道概念信道概念PHY layerMAC layerRLC layer传输信道物理信道逻辑信道L1L2信道结构信道结构传输信道及其分类传输信道及其分类n传输信道是由传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。n传输信道一般可分为两组：传输信道一般可分为两组：专用信道专

17、用信道DCH在这类信道中，在这类信道中，UE是通过物理是通过物理信道来识别。信道来识别。公共信道公共信道在这类信道中，当消息是发给某一特在这类信道中，当消息是发给某一特定的定的UE时，需要有内识别信息；时，需要有内识别信息； 信道结构信道结构传输信道及其分类传输信道及其分类公共信道公共信道在这类信道中，当消息是发给某一特在这类信道中，当消息是发给某一特定的定的UE时，需要有内识别信息；时，需要有内识别信息； 广播信道广播信道BCH寻呼信道寻呼信道PCH前向接入信道前向接入信道FACH随机接入信道随机接入信道RACH上行共享信道上行共享信道USCH下行共享信道下行共享信道DSCH信道结构信道结构

18、物理信道及其分类物理信道及其分类n物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同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据，而有些物理信道仅用于承载物理层自身的信息。信息。n 专用物理信道专用物理信道DPCHn 公共物理信道公共物理信道CPCH信道结构信道结构物理信道及其分类物理信道及其分类n 公共物理信道公共物理信道CPCH 主公共控制物理信道主公共控制物理信道P-CCPCH 辅公共控制物理信道辅公共控制物理信道S-CCPCH 快速物理接入信道快速物理接入信道FPACH 物理随机

19、接入信道物理随机接入信道PRACH 物理上行共享信道物理上行共享信道PUSCH 物理下行共享信道物理下行共享信道PDSCH 寻呼指示信道寻呼指示信道PICH(8)下行导频信道下行导频信道DwPCH(9)上行导频信道上行导频信道UpPCH信道结构信道结构专用物理信道专用物理信道 （DPCH）n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）用于承载来自专用传输信道DCH的的数据，数据，DPCH所使用的码和时隙等配置信息是所使用的码和时隙等配置信息是通过信令消息配置给通过信令消息配置给UE的；的；信道结构信道结构专用物理信道专用物

20、理信道 （DPCH）nDPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，一个一个UE可以在同一时刻被配置多条可以在同一时刻被配置多条DPCH，若，若UE允许允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙，但多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙，但是，对于上行多码传输，是，对于上行多码传输，UE在每个时隙最多可以同时在每个时隙最多可以同时使用两个物理信道；使用两个物理信道；n下行物理信道采用的扩频因子为下行物理信道采用的扩频因子为16和和1，上行物理信道，上行物理信道的扩频因子可以从的扩频因子可以从116之间选择；之间选择； DPCH支持支

21、持TPC，SS，和，和TFCI所有物理层信令。所有物理层信令。信道结构信道结构专用物理信道专用物理信道 （DPCH）n物理层将根据需要把来自一条或多条物理层将根据需要把来自一条或多条DCH组合在一条组合在一条或多条编码组合传输信道或多条编码组合传输信道CCTrCH（Coded Composite Transport CHannel）内，然后再根据所）内，然后再根据所配置物理信道的容量将配置物理信道的容量将CCTrCH数据映射到物理信道的数据映射到物理信道的数据域；数据域；n同时，一个同时，一个 CCTrCH支持多个并行的物理信道，用于支支持多个并行的物理信道，用于支持更高的数据速率，这些并行的

22、物理信道可以采用不同持更高的数据速率，这些并行的物理信道可以采用不同的信道码同时发射。的信道码同时发射。信道结构信道结构主公共控制物理信道（主公共控制物理信道（P-CCPCH）n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）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，的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播， UE上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统信息。信息。n主公共控制物理信道是单向下行信道，

23、帧格式中没有物理主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中没有物理层信令层信令TFCI、TPC或或SS，为了满足信息容量的要求，为了满足信息容量的要求，P-CCPCH使用两个码分信道来承载使用两个码分信道来承载BCH数据（数据（P-CCPCH1和和P-CCPCH2）。）。P-CCPCHs固定映射到时隙固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子的扩频因子SF=16的两个码道的两个码道 ； 信道结构信道结构主公共控制物理信道（主公共控制物理信道（P-CCPCH）n主公共控制物理信道作为信标信道（主公共控制物理信道作为信标信道（Beacon Channel）还具有以下特点还具有以下特点以参照功率进行发送；

24、以参照功率进行发送；发送时不进行发送时不进行beamforming；在其占用的时隙专用在其占用的时隙专用m(1) 和和 m(2) 两个训练码。两个训练码。n对对P-CCPCH信道的测量是信道的测量是UE物理层的一个重要测量。物理层的一个重要测量。信道结构信道结构辅公共控制物理信道（辅公共控制物理信道（S-CCPCH）n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）用于承载来自传输信道载来自传输信道FACH和和PCH的数据，的数据，S-CCPCH所使用的码和时隙等配置信息在小区中所使用的码和时隙

25、等配置信息在小区中广播。广播。信道结构信道结构辅公共控制物理信道（辅公共控制物理信道（S-CCPCH）nS-CCPCH是单向下行信道，固定使用是单向下行信道，固定使用SF=16的扩频因子，的扩频因子，不使用物理层信令不使用物理层信令SS和和TPC，但可以使用，但可以使用TFCI，信道的，信道的编码及交织周期为编码及交织周期为20ms。受容量限制，。受容量限制，S-CCPCH也使也使用两个码分信道（用两个码分信道（S-CCPCH1和和S-CCPCH2）来构成一）来构成一个个S-CCPCH信道对。信道对。n该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意一对该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意

26、一对码分信道和码分信道和Midamble移位序列。在移位序列。在TS0，主、辅公共控，主、辅公共控制信道也可以进行时分复用。在一个小区中，可以使用制信道也可以进行时分复用。在一个小区中，可以使用一对以上的一对以上的S-CCPCHs。 信道结构信道结构辅公共控制物理信道（辅公共控制物理信道（S-CCPCH）n物理层根据配置可以把来自一条或多条物理层根据配置可以把来自一条或多条FACH和和一条一条PCH的数据组合在一条编码组合传输信道的数据组合在一条编码组合传输信道CCTrCH（Coded Composite Transport CHannel）上，然后再根据所配置将）上，然后再根据所配置将CCT

27、rCH数数据映射到一条或者多条据映射到一条或者多条S-CCPCH物理信道上。物理信道上。信道结构信道结构物理随机接入信道（物理随机接入信道（PRACH）n物理随机接入信道（物理随机接入信道（PRACH，Physical Random Access CHannel）用于承载来自传输信道）用于承载来自传输信道RACH的的数据，数据，PRACH所使用的码和时隙等配置信息在小区所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。中广播。nPRACH为单向上行信道，它可以使用的扩频因子有为单向上行信道，它可以使用的扩频因子有16、8、4。受信道容量限制，对不同的扩频因子，信。受信道容量限制，对不同的扩频因子，信道的

28、其它结构参数也相应发生变化：道的其它结构参数也相应发生变化：SF=16，持续时，持续时间为间为4个子帧（个子帧（20 ms）；）；SF=8， 持续时间为持续时间为2个子个子帧（帧（10 ms）；）；SF=4，持续时间为，持续时间为1个子帧（个子帧（5 ms）。）。信道结构信道结构物理随机接入信道（物理随机接入信道（PRACH）nPRACH信道可位于任一上行时隙，使用任意允许的信信道可位于任一上行时隙，使用任意允许的信道化码和道化码和Midamble位移序列。位移序列。n小区中配置的小区中配置的PRACH信道（或信道（或SF=16时的信道对）数时的信道对）数目与目与FPACH信道的数目有关，两者

29、配对使用。传输信信道的数目有关，两者配对使用。传输信道道RACH的数据不与来自其它传输信道的数据编码组的数据不与来自其它传输信道的数据编码组合，因而合，因而PRACH信道上没有信道上没有TFCI，也不使用，也不使用SS和和TPC控制符号。控制符号。信道结构信道结构快速物理接入信道快速物理接入信道 （FPACH）n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，）不承载传输信道信息，FPACH所使用的码所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。和时隙等配置信息在小区中广播。nFPACH是单向下行信道，扩频因子是单向下行信

30、道，扩频因子SF=16，单子帧交，单子帧交织，信道的持续时间为织，信道的持续时间为5 ms，数据域内包含，数据域内包含SS和和TPC控制符号，因为控制符号，因为FPACH不承载来自传输信道的数不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用据，也就不需要使用TFCI。 nNode B使用使用FPACH来响应在来响应在UpPTS时隙收到的时隙收到的UE接接入请求，从而调整入请求，从而调整UE的发送功率和同步定时偏移。的发送功率和同步定时偏移。 信道结构信道结构上行导频信道上行导频信道 （UpPCH）n上行导频信道（上行导频信道（UpPCH）就是整个上行导频时隙）就是整个上行导频时隙（UpPTS）。）。n

31、UpPTS时隙被时隙被UE用来发送上行同步码用来发送上行同步码（SYNC_UL），建立与），建立与Node B的上行同步。的上行同步。nNode B可以在同一子帧的可以在同一子帧的UpPTS时隙识别最多时隙识别最多8个不同的上行同步码（个不同的上行同步码（SYNC_UL）。多个）。多个UE可可同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同步码。步码。n可以理解为：一个小区最多可有可以理解为：一个小区最多可有8个用于上行同步个用于上行同步建立的上行导频信道建立的上行导频信道UpPCH同时存在。同时存在。 信道结构信道结构下行导频信道下行导频信道 （DwPCH

32、）n下行导频信道（下行导频信道（DwPCH）就是整个下行导频时隙）就是整个下行导频时隙（DwPTS）；）；nDwPTS时隙被时隙被Node B用来发送下行同步码用来发送下行同步码（SYNC_DL），），UE用来建立与用来建立与Node B的下行同步；的下行同步；nNode B必须在必须在DwPTS发送唯一的下行同步码，具体值由发送唯一的下行同步码，具体值由配置决定，功率必须保证覆盖整个小区且保持不变；配置决定，功率必须保证覆盖整个小区且保持不变；n下行同步码作为下行同步码作为TD-SCDMA系统中重要的资源只有系统中重要的资源只有32个，个，必须采用复用的方式在不同的小区中使用，一般而言，同必

33、须采用复用的方式在不同的小区中使用，一般而言，同频相邻小区将使用不同的下行同步码标识不同的小区。频相邻小区将使用不同的下行同步码标识不同的小区。 信道结构信道结构寻呼指示信道寻呼指示信道 （PICH）n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，不承载传输信道的数据， PICH所使用的码和时隙等配所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。置信息在小区中广播。nPICH为单向下行信道，为单向下行信道，PICH固定使用扩频因子固定使用扩频因子SF=16。一个完整的一个完整的PICH信道由两条码分信道构成。信道的持信道由两条码分信道构成

34、。信道的持续时间为两个子帧（续时间为两个子帧（10 ms）。根据需要，也可将多）。根据需要，也可将多个连续的个连续的PICH帧构成一个帧构成一个PICH块。块。 nPICH与传输信道与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的是否需要解读其后跟随的PCH信道（映射在信道（映射在S-CCPCH上）。上）。 信道结构信道结构共享物理信道共享物理信道 （PUSCH&PDSCH）n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）用于承载来自传输信道USCH的数据。的数据。n

35、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）用于承载来自传输信道DSCH的数据。的数据。 n物理上下行共享信道的物理层参数与专用物理信道相同。物理上下行共享信道的物理层参数与专用物理信道相同。n所谓共享指的是同一物理信道可由多个用户分时使用，或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。者说信道具有较短的持续时间。共享物理信道由系统预先共享物理信道由系统预先建立，然后根据建立，然后根据UE的业务需求，按照某种方式分配给某的业务需求，按照某种方式分配给某个个UE使用。使用

36、。信道结构信道结构传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射说明：左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。传输信道传输信道物理信道物理信道DCH专用物理信道专用物理信道(DPCH)BCH主公共控制物理信道主公共控制物理信道(P-CCPCH)PCH辅助公共控制物理信道辅助公共控制物理信道(S-

37、CCPCH)FACH辅助公共控制物理信道辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)RACH物理随机接入信道物理随机接入信道(PRACH)USCH物理上行共享信道物理上行共享信道 (PUSCH)DSCH物理下行共享信道物理下行共享信道 (PDSCH)下行导频信道下行导频信道 (DwPCH)上行导频信道上行导频信道 (UpPCH)寻呼指示信道（寻呼指示信道（PICH）快速物理接入信道快速物理接入信道F-PACH信道结构信道结构传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射传输信道传输信道物理信道物理信道DCH专用物理信道专用物理信道(DPCH)BCH主公共控制物理信道主公共控制物理信道(P-CCPC

38、H)PCH辅助公共控制物理信道辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)FACH辅助公共控制物理信道辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)RACH物理随机接入信道物理随机接入信道(PRACH)USCH物理上行共享信道物理上行共享信道 (PUSCH)DSCH物理下行共享信道物理下行共享信道 (PDSCH)下行导频信道下行导频信道 (DwPCH)上行导频信道上行导频信道 (UpPCH)寻呼指示信道（寻呼指示信道（PICH）快速物理接入信道快速物理接入信道F-PACH信道结构信道结构传输信道到物理信道的映射传输信道到物理信道的映射说明： 上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

39、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而成，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。信道结构信道结构课程内容课程内容物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制TD-SCDMA通信模型通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving信道信道编码编码交织交织去交织去交织信道信道解码解码射频射频发射发射射频射频接收接收无线信道无线信道加扰加扰解扰解扰调制调制解调

40、解调扩频扩频解扩解扩时隙时隙突发突发脉冲脉冲时隙时隙信息信息提取提取常用术语常用术语 Bit（比特）：经过信源编码的，含有信息的数据Symbol（符号）：经过信道编码、交织后的数据Chip（码片）：经过最终扩频得到的数据Chip Rate (cps)：码片速率，CDMA系统的基础参数TD-SCDMA系统码片速率为1.28McpsSpreading Factor（SF，扩频因子）：扩频码的长度TD-SCDMA的信源编码的信源编码TD-SCDMA与WCDMA系统都是采用AMR (Adaptive Multi-Rate自适应多码率编码 ) 语音编码编码共有8种，速率从12.2Kbps4.75Kbps

41、，与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容，有利于设计多模终端12.2kbps (GSM-EFR), 10.2kbps, 7.95kbps7.40kbps (IS-641,US-TDMA speech codec), 6.70kbps (PDC-EFR)5.90kbps, 5.15kbps, 4.75kbpsTD-SCDMA的信道编码的信道编码信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22编码类型语音业务：卷积码（1/2、1/3）数据业务：卷积码或Turbo码

42、编码效率将直接影响用户对数据业务的体验TD-SCDMA数据简要发送过程数据简要发送过程数据编码交织扩频加扰射频调制射频发送射频接收射频解调解扰解扩解码解交织数据信道编码与复用信道编码与复用数据调制数据解调加加CRC传输块级联传输块级联/码块分割码块分割信道编码信道编码无线帧均衡无线帧均衡第一次交织第一次交织无线帧分割无线帧分割速率匹配速率匹配传输信道复接传输信道复接物理信道分割物理信道分割第二次交织第二次交织子帧分割子帧分割物理信道映射物理信道映射编码和复用过程编码和复用过程信道编码与复用信道编码与复用datadatadataTrCH-i10、20、40 or 80ms0、8、12、16 or

43、 24bitsCedBLCedBLCedBL卷积码卷积码 或或 Turbo码码Coded dataDTXCoded dataData before 1st interleavingData after 1st interleaved交织器列数：交织器列数：1、2、4 或或 8无线帧无线帧无线帧无线帧无线帧无线帧无线帧数目：无线帧数目：1、2、4 或或 8Rate matched dataTrCH-i+1TrCH-1TrCH-2TrCH-ICCTrCH10ms时间内时间内Ph-1Ph-2Ph-P10ms时间内时间内dataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCR

44、CdataCRCd a t aCBLCBLCBLData before 2st interleavedData after 2st interleaveddata1data2训练序列训练序列GPTFCISSTPC物理信道映射物理信道映射 CRCCRC校验校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验

45、传送块级联和码块分割 信道编码信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段无线帧分段 速率匹

46、配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCHTrCH复用复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送

47、块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织第二次交织 子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割子帧分割 物理信道映射 CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射物理信道映射编码和复用过程编码和复用过程信道编码与复用信道编码与复用无纠错编码：无纠错编码： BER10-1 10-2n

48、不能满足通信需要不能满足通信需要卷积编码：卷积编码： BER10-3n满足语音通信需要满足语音通信需要Turbo 码：码： BER10-6n满足数据通信需要满足数据通信需要原理和目的原理和目的原理和目的原理和目的作用和效果作用和效果作用和效果作用和效果信道编码技术信道编码技术n 信道编码技术是通过给原数信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得据添加冗余信息，从而获得纠错能力纠错能力n 适合纠正非连续的少量错误适合纠正非连续的少量错误n 目前使用较多的是卷积编码目前使用较多的是卷积编码和和Turbo编码（编码（1/2，1/3）信道编码与复用信道编码与复用信道编码方案信道编码方案传输信道类

49、型传输信道类型编码方案编码方案编码率编码率BCH卷积编码1/3PCH1/3、1/2RACH1/2DCH、DSCH、FACH、USCH1/3、1/2Turbo编码1/3不编码信道编码与复用信道编码与复用信道编码举例信道编码举例编码解码床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床？前前明明月月光光春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国n信道编码适合纠正非连续的少量错误信道编码适合纠正非连续的少量错误信道编码与复用信道编码与复用交织技术原理（交织技术原理（1）床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床

50、床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国？春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国？编码信道编码对连续的码元出错不能纠错信道编码对连续的码元出错不能纠错信道编码与复用信道编码与复用交织技术原理（交织技术原理（2）n优点优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。机化。提高纠错编码的有效性。提高纠错编码的有效性。n缺点：缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加大了处理延时，因此交织深度应接收后才能纠错，加大

51、了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择。根据不同的业务要求有不同的选择。在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。发差错。信道编码与复用信道编码与复用交织技术原理（交织技术原理（2）x1 x6 x11 x16 x21x2 x7 x22x3 x8 x23x4 x9 x24x5 x10 x25输入数据输入数据 A = (x1 x2 x3 x4 x5 x25)输出数据输出数据 A= (x1 x6 x11 x16 x25)举例：举例：信道编码与复用信道编码与复用信道编码和交织技术举例信道编码和交织技术举例床前明月光春眠不觉晓白

52、发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床春白红？前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床？前明明月月光光春？眠不不觉觉晓晓白？发三三千千丈丈红？豆生生南南国国编码交织去交织解码突发错误信道编码与复用信道编码与复用课程内容课程内容物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制概述概述n数据调制数据调制比特流的数据到符号数据的形成比特流的数据到符号数据的形成过程过程n扩频调制扩频调制符号数据到高速码片数据的形成符号数据到高速码片数据的形成过程过程

53、扩频与调制扩频与调制概述概述扩频与调制扩频与调制调制和扩频的基本参数调制和扩频的基本参数码速率速率1.28Mcps载波波间隔隔1.6MHz数据数据调制方制方式式QPSK8PSK(可可选项)脉冲成型脉冲成型根升余弦根升余弦滚降系数降系数 = 0.22扩频特性特性正交正交Q码片片/符号符号,其中其中 Q = 2p, 0 = p = 4扩频与调制扩频与调制连续二进制比特连续二进制比特复数符号复数符号00+j01+110-111-jQPSKij0000010110101001011111108PSK数据调制数据调制将连续的两个比特映射为将连续的两个比特映射为信号空间的一个点信号空间的一个点 将连续的三

54、个比特映射为将连续的三个比特映射为信号空间的一个点信号空间的一个点 扩频与调制扩频与调制扩频通信的定义扩频通信的定义n扩展频谱（扩展频谱（SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。通信简称扩频通信。n 扩频通信技术扩频通信技术：在发端采用扩频码调制，使信号所占在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。据。扩频与调制扩频与调制扩频通信的定义扩频通信的定义n直接序列扩展频谱直接序列扩展频谱DSSSCDMA采用

55、的是直接序列扩频，即将需要传送的信采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。来信息的频谱宽度。n 跳频跳频FHn 跳时跳时TH扩频与调制扩频与调制C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，单位b/s B：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W结论：结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下

56、获得比较满意的传输质量.扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础n扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。n其理论基础为其理论基础为Shannon定理：定理：扩频与调制扩频与调制高速扩频序列高速扩频序列低速信号低速信号TX解调信号解调信号RX高速高速扩频序列扩频序列扩频信号扩频信号扩频码速率：1.28Mc/s； 扩频码：OVSF码。直接序列扩频通信直接序列扩频通信扩频与调制扩频与调制n码序列的正交码序列的正交累加为累加为0表示正交表示正交码序列的正交性码序列的正交性扩频与调制扩频与调制TD-SCDMA系统扩频码（信道化码）系统扩频码（信道化码）n

57、TD-SCDMA扩频码是由扩频码是由Walsh函数生成，叫做函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频因子码），码（正交可变扩频因子码），OVSF码互相关为零，码互相关为零，相互完全正交。相互完全正交。nWalsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是的取值是1和和1（或（或0和和1），比较适合于用来表达），比较适合于用来表达和处理数字信号。和处理数字信号。n Walsh函数具有理想的互相关特性。在函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，函数中，两两之间

58、的互相关函数为两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交，亦即它们之间是正交的。的。扩频与调制扩频与调制SF = 1SF = 2SF = 4ch,1,0 = (1)Cch,2,0 = (1,1)Cch,2,1 = (1,-1) Cch,4,0 =(1,1,1,1)Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)OVSF: Orthogonal variable spreading factorOVSF-正交可变扩频因子正交可变扩频因子扩频与调制扩频与调制TD-SCDMA扩频过程扩频过程数据比特数据比特扩频后码片

59、扩频后码片OVSF码码扰码扰码n符号速率符号速率 SF = 1.28Mcps。nTD-SCDMA中：中：上行信道码的上行信道码的SF为：为：1、2、4、8、16；下行信道码的下行信道码的SF为：为：1、16。扩频与调制扩频与调制TD-SCDMA扩频示意扩频示意用户数据-1+1-1-1+1-1扩频码+1-1-1+1-1+1+1-1扩频信号用户数据扩频码解扩数据用户数据扩频码1111111111解扩扩频扩频与调制扩频与调制输入信号本地PN码在T=Ts时刻判决解扩输出积分0Ts(*)dtTD-SCDMA的解扩的解扩n解扩的方法解扩的方法扩频与调制扩频与调制扩频解扩过程举例扩频解扩过程举例-1 -11

60、1-11-1 1解扩解扩-1 1-11-1-111-11111-4400判判 断断-11-1 1扩频扩频积积 分分1-11-11-11-1 1-11-1-111扩频与调制扩频与调制不同用户使用不同的扩频码不同用户使用不同的扩频码扩频与调制扩频与调制S1xC1S1xC1S2XC2S2XC2WWS1S1S2S2扩频扩频解扩解扩(S1xC1)+(S2xC2)(S1xC1)+(S2xC2)空中接口空中接口空中接口空中接口S1xC1+S2xC2xC2=S1xC1+S2xC2xC2=S2S2S1xC1+S2xC2xC1=S1xC1+S2xC2xC1=S1S1 N N S SC1与与C2正交：正交：C1xC

61、2=0C1xC2=0扩频解扩过程举例扩频解扩过程举例扩频与调制扩频与调制fS（f）f0扩频前的信号频谱信号S（f）ff0扩频后的信号频谱信号S（f）ff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声fS（f）f0解扩频前的信号频谱信号干扰噪声信号窄带干扰宽带干扰扩频通信示意图扩频通信示意图扩频与调制扩频与调制扩频通信的特点扩频通信的特点抗干扰能力强保密性高低发射功率易于实现大容量多址通信占用频带宽扩频与调制扩频与调制扰码介绍扰码介绍n符号速率符号速率 SF = 1.28Mcps。nTD-SCDMA中：中：上行信道码的上行信道码的SF为：为：1、2、4、8、16；下行信道码的下行信道码的SF为：为：1、16。

62、数据比特数据比特扩频后码片扩频后码片OVSF码码扰码扰码扩频与调制扩频与调制扰码介绍扰码介绍 n一个数据符号经过长为一个数据符号经过长为Qk的扩频码扩频后，还要经过的扩频码扩频后，还要经过一个扰码一个扰码=（1, 2, QMAX）进行加扰。）进行加扰。n加扰前可以通过级联加扰前可以通过级联QMAX/Qk个扩频数据而实现长个扩频数据而实现长度匹配。度匹配。n可用的扰码共可用的扰码共128个扰码，分成个扰码，分成32组，每组组，每组4个，扰码个，扰码码组由基站使用的码组由基站使用的SYNC_DL序列确定。序列确定。n加扰的目的是为了区分小区。加扰的目的是为了区分小区。扩频与调制扩频与调制TD-SC

63、DMA系统码组系统码组n小区码组配置是指小区特有的码组，不同的邻近的小小区码组配置是指小区特有的码组，不同的邻近的小区将配置不同的码组。小区码组配置有：区将配置不同的码组。小区码组配置有：（1） 下行同步码下行同步码SYNC_DL（32个）个）（2） 上行同步码上行同步码SYNC_UL（256个）个）（3） 基本基本Midamble码，共码，共128个个 （4） 小区扰码（小区扰码（Scrambling Code），共），共128个个 ；扩频与调制扩频与调制TD-SCDMA系统码组系统码组nTD-SCDMA系统中，有系统中，有32个个SYNC_DL码；码；n256个个SYNC_UL码；码；n1

64、28个个Midamble码和码和128个扰码；个扰码；n所有这些码被分成所有这些码被分成32个码组，每个码组包含个码组，每个码组包含1个个SYNC_DL码，码，8个个SYNC_UL码，码，4个个Midamble码和码和4个扰码。个扰码。扩频与调制扩频与调制TD-SCDMA系统码组系统码组扩频与调制扩频与调制Code GroupAssociated CodesSYNC-DL IDSYNC-UL IDScrambling Code ID Midamble Code IDGroup 1007(000111)0 (00)0 (00)1 (01)1 (01)2 (10)2 (10)3 (11)3 (11

65、).Group 3231248255(000111)124 (00)124 (00)125 (01)125 (01)126 (10)126 (10)127 (11)127 (11)思考题思考题1、TD-SCDMA的多址方式包括哪些？的多址方式包括哪些？2、请画出、请画出TD-SCDMA的时隙结构并进行说明？的时隙结构并进行说明？3、TD系统中有几种信道模式？各分成几大类？系统中有几种信道模式？各分成几大类？4、请画出传输信道和物理信道的映射关系图，并说明每个、请画出传输信道和物理信道的映射关系图，并说明每个物理信道的主要作用。物理信道的主要作用。5、TD系统在信道编码里采用的编码方式有哪些？编码率又系统在信道编码里采用的编码方式有哪些？编码率又有哪些？有哪些？6、TD系统扩频采用的是什么码？上下行信道的扩频因子是系统扩频采用的是什么码？上下行信道的扩频因子是多少？多少？