TD-SCDMA 射频制式简介

TD‐SCDMA射频制式简介
一、TD‐SCDMA的基本概念
大家所熟知，TD是中国移动所运营的3G制式，那么TD究竟是什么意思呢？
TD指的是TD‐SCDMA，英文全称是”Time Division Duplex‐Synchronous Code Division Multiple Access”，翻译成中文为“时分‐同步码分多址”。

来回顾一下通信专业课程中学习过的“多址”概念，通信系统中一般有多个用户（可以理解为每个用户有一个地址，那么系统中就会有多个地址），这些用户如果在同一段时间内都要进行通信，那么该怎样实现大家并行的通信，就是多址所对应的功能。

特别是在频谱资源有限的无线通信系统中，多址的意义显得尤为重要。

（有句话说“有线资源是无限的，无线资源是有限的”，呵呵）
多址方式（通信系统中多个用户的信道资源分配）：
多数通信系统都是双工的（双向通信），这就涉及一个双工方式（“来”和“去”的信号怎样分配）的问题。

双工方式（同一个用户的上、下行通信资源）：
下行信道
上行信道
频率
码域功率
时间
FDD系统
下行信道上行信道
频率时间
TDD系统
简单概括一下，“多址”对应的是多个用户间如何分配信道资源，“双工”对应的是某一个用户上、下行信道如何分配。

手机采用的通信制式：
1
、GSM 采用FDD+TDD 系统，
不同用户使用不同信道，每个用户上、下行采用不同的频率、不同的时隙。

2、CDMA 采用码分多址，不同用户通过码分来区别，上、下行采用不同的频率，时间上连续。

3、TD‐SCDMA 采用时分和码分两种技术，通过码分多址来区别不同用户，每个用户上、下行使用同一频率，通过时分来切换。

二、TD‐SCDMA的物理信道
TD-SCDMA 的多址接入方案（多个用户连接到同一个基站）是直接序列扩频码分多址
(DS-CDMA)， 码片速率为1.28Mcps，扩频带宽约为1.6MHz，采用不需配对频率的TDD(时
分双工)工作方式。

它的下行（前向链路）和上行（反向链路）的信息是在同一载频的不同
时隙上进行传送的。

在TD-SCDMA 系统中，其多址接入方式上除具有DS-CDMA 特性外，
还具有TDMA 的特点，因此TD-SCDMA 的接入方式也可以表示为TDMA/CDMA。

最多可达
16个码道
TD-SCDMA 的物理信道采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码。

时隙用于在 时域和码域上区分不同用户信号， 具有TDMA 的特性。

其帧结构将10ms 的无线帧分成2 个5ms 子帧，这两个子帧的结构完全相同，每个子帧中有7 个常规时隙和3 个特殊时隙。

子帧结构
每一子帧分成长度为675us 的7 个常规时隙和3 个特殊时隙。

这三个特殊时隙分别为
DwPTS(下行导频时隙)、G(保护时隙)和UpPTS(上行导频时隙)。

在7 个常规时隙中，Ts0 总
是分配给下行链路，而Ts1 总是分配给上行链路。

上行时隙和下行时隙之间由转换点分开，
在TD-SCDMA 系统中，每个5ms 的子帧有两个转换点（UL 到DL，和DL 到UL）。

通过
灵活的配置上下行时隙的个数，使TD-SCDMA 适用于上下行对称及非对称的业务模式。

下行导频时隙(DwPTS)：每个子帧中的DwPTS 是作为下行导频和同步而设计的，其中包含一组PN 码，用于区分相邻小区；
上行导频时隙(UpPTS)：每个子帧中的UpPTS 是为建立上行同步而设计的，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。

UpPTS 中包含一组PN 码, 用于在接入过程中区分不同的UE；
7个常规时隙：每个时隙称作一个突发(burst)，burst的结构如下图所示
突发由两个长度分别为352chips 的数据块、一个长为144chips 的midamble (训练序列)和一个长为16chips 的保护间隔组成。

训练序列（midamble 码）用于进行信道估计、测量，如上行同步的保持以及功率测量等。

以上是对TD-SCDMA物理信道的基本介绍。

在一个小区系统中，基站与用户间会进行控制指令的传输、用户数据的交互等，按照不同的逻辑功能划分，可以分出不同的传输信道。

说明一下，传输信道是纯粹根据逻辑功能人为划分出来的定义，这些信道终究是映射到底层物理信道上来实现其功能的。

下面来介绍TD-SCDMA的传输信道。

传输信道通常分为两类，1、公共信道，通常此类信道上的信息是发送给所有用户或一
组用户的；2、专用信道，此类信道上的信息在某一时刻只发送给单一的用户。

专用传输信道(DCH)
专用传输信道只有这一种，可用于上/下行链路作为承载网络和特定UE 之间的用户信息或
控制信息。

公共传输信道有6 类：BCH、PCH、FACH、RACH、USCH 和DSCH 。

1) 广播信道(BCH)
广播信道是下行传输信道，用于广播系统和小区的特有信息。

2) 寻呼信道(PCH)
寻呼信道是下行传输信道，当系统不知道移动台所在的小区时，用于发送给移动台的控制 信息。

3) 前向接入信道(FACH)
前向接入信道(FACH)是下行传输信道，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。

FACH 也可以承载一些短的用户信息数据包。

4) 随机接入信道(RACH)
随机接入信道是上行传输信道，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。

5) 上行共享信道(USCH)
上行共享信道(USCH)是几个UE 共享的上行传输信道， 用于承载专用控制数据或业务数据。

6) 下行共享信道(DSCH)
下行共享信道(DSCH)是几个UE 共享的下行传输信道，用于承载专用控制数据或业务数据。

三、扩频与调制
在TD-SCDMA 中，经过物理信道映射后的数据流还要进行数据调制和扩频调制，实现以电磁波为载体的信息传输。

先来回顾一下数据调制，直观地理解，是指将多位二进制码流映射成信号载波的某种状态，可以是载波的幅度、频率、相位、或者这些参量的组合。

数据调制最大的好处就是提高了系统的传输速率，来看示例：
BPSK（二进制移相键控）：二进制0/1状态变化时，波形相位发生反转。

波形相位的一种状态传输一位二进制码信息。

01100
QPSK （四进制移相键控）：通过波形相位的4种状态标识4组二进制码信息，如下图示。

由上对比可以看出，QPSK 的一种相位状态可传输2位原始二进制码，BPSK 的一种相位状态可传输1位原始二进制码。

QPSK 系统的传输速率较原始二进制码直接传输要高，QPSK 与BPSK
两种调制技术比较QPSK 系统的传输需率更高。

在TD-SCDMA 系统中采用的数据调制技术是QPSK ，对于2M bit/s 的业务，使用8PSK 调制方式。

TD-SCDMA 与 其它3G 一样，均采用宽带CDMA 的多址接入技术，所以扩频是其物理层很重要的一个步骤。

扩频是现代通信常用的一种技术，是指通过扩频码调制，使得传输信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽。

扩频后相比原始编码要多一次编码操作，又要占用更多带宽，为何还要采用这一技术呢？
原因是扩频技术具有这样的优点：1、抗干扰性强，误码率低。

扩频通信在空间传输时
所占有的带宽相对较宽，而接收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。

这样，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强；2、保密性好，对各种窄带通信系统的干扰很小。

由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其保密性好；
3、可以实现码分多址。

扩频通信提高了抗干扰性能，代价是占用频带宽。

但是如果许多用户共用这一宽频带，则可提高频带的利用率。

由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。

这样在这一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰；
4、抗多径干扰。

在无线通信中，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。

在扩频通信中利用扩频码的自相关特性，在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，都可以起到抗多径干扰的作用。

TD-SCDMA的初级版本RELEASE4定义了普通的数据传输，在版本演进RELEASE5中增加了HSDPA(High speed downlink packet access,高速下行分组接入)的定义。

HSDPA技术的引入使得用户下行数据速率大幅提高，用户从网络下载文件时下载速度很快。

HSDPA与传统语音业务相比----
●普通传输技术：
信道质量变化→快速功率控制→维持恒定的数据传输速率（特点：适合语音等实时数据传输，但数据速率相对低）
●HSDPA：
（发射总功率恒定）具体用户信道质量→所采用的调制方式→尽可能获得高速数据传输（特点：适合数据传输业务，不太适合实时业务）
TD HSDPA的主要技术特点：
1、共享信道。

时分/码分的形式共享无线资源（同R4的TD），为支持HSDPA技术新增三个信道：
* HS-DSCH（Downlink share channel)，映射到物理信道HS-PDSCH（High speedphysical downlink shared channel)上。

* HS-SCCH（Shared control channel)，是物理层新增的信道。

* HS-SICH（Shared information channel），是物理层新增的信道。

2、AMC（Adaptive modulation and coding)：自适应调制编码，通过改变调制方式和信道编码（QPSK/16QAM）来调整传输的速率。

3、HARQ（Hybrid automatic repeat request）：自动重传请求（ARQ）与前向纠错（FEC）相结合的一种纠错方法。

4、基站快速调度
将数据的调度和重传放到NodeB实现。

5、16QAM调制
HSDPA的工作流程：
HSDPA利用HS-DSCH信道实现下行高速数据传输，HS-DSCH支持数据的TTI（Transmit Time Interval）为5ms，即每5ms对用户资源重新分配一次。

它被多个用户以时分或者码分的形式所共享。

基站根据反馈，决定是否重传数据，并自适应地调整共享信道的调制和编码方式。

海信移动技术硬件二部 亓科。