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引言：TD-SCDMA是第三代移动通信系统的三大主流标准之一，也是我国首次提出的国际移动通信标准，在物理层核心技术上拥有自主知识产权，本文着重介绍TD-SCDMA的几个物理层过程。
一、TD-SCDMA物理层
（一）物理层结构
TD-SCDMA不同于其它的2项3G技术，它由于采用时分双工，所以其物理层结构比较特殊。它的物理层结构由系统帧、无线帧、子帧、时隙/码道组成，一个无线帧10ms划分为2个子帧，每个子帧5ms又分为10个时隙，由7个常规时隙（TS0-TS6）和3个特殊时隙（DWPTS、GP、UPPTS）组成，DWPTS里发送的是SYNC-DL码，用于小区初搜和下行同步；GP叫做保护间隔，用来防止上下行之间相互干扰；UPPTS里发送的是SYNC-UL码，主要用于随机接入和上行同步。常规时隙有7个，每个时隙都是由4个部分组成，两个DATA域用来传送该信道对应的信息，一个Midamble码域用来做信道估计、上行同步保持、功率测量，GP保护间隔。在这7个常规时隙里，TS0固定用作下行，传送一些公共信道的消息，TS1-TS6可以分给用户做业务使用，6个业务时隙分为上下行使用，如果按3：3配置来说，3个时隙做上行，3个时隙做下行，每个时隙最多可承载16个码道，可见其承载的用户量并不很多，所以我们也称TD-SCDMA为码字受限系统。
（二）物理信道
TD-SCDMA系统中的信道分为3种，有逻辑信道、传输信道、物理信道，其中，逻辑信道位于RLC层和MAC层之间，它描述的是传送什么类型的信道，传输信道位于MAC层和物理层之间描述的是信息如何在空中接口上传输，最后通过物理层映射在物理信道上，也就是说空中传输的都是物理信道承载的信息。TD-SCDMA系统中常见的物理信道有以下几条：⑴DPCH专用物理信道，用于承载用户的专用信息，位于TS1-TS6时隙 ⑵P-CCPCH主公共控制物理信道，提供全小区覆盖模式下的系统消息广播，位于TS0 ⑶S-CCPCH辅公共控制物理信道，承载寻呼和信道指配的功能，可位于TS0 ⑷FPACH快速物理接入信道，用于响应UPPTS，调整手机的发送功率和同步偏移，位于TS0 ⑸PRACH随机接入物理信道，传送用户的接入信息，位于上行时隙 ⑹PICH寻呼指示信道，用于指示特定的用户是否需要解读其后跟随的PCH信道，这些物理信道都是在TD-SCDMA物理过程中必不可少的。
二、TD-SCDMA物理层过程
（一）小区初搜流程
小区的搜索流程包括4个步骤，步骤1：搜索DWPTS下行导频信道，在DWPTS中传送下行同步码，码长为64码片，其左边有48码片的保护间隔，右边有96码片的保护间隔，由于保护间隔的功率很小，而下行同步码是全功率发送，所以手机采用128码片的搜索窗在整个频率上逐一对比，直至在搜索窗中出现中间64码片的下行同步码，两边是32码片的保护间隔，手机据此可判断出下行同步码的大致位置。步骤2：扰码和基本Midamble码的识别。下行同步码确定后就可以确定码组了，全网一共有32组下行同步码，每一组下行同步码对应4个基本的Midamble和4个扰码，接下来只需手机确定本小区的Midamble码和扰码是哪一个即可。随之手机去解0时隙信息，0时隙有多条信道传送，将多条信道的Midamble码放在一起进行，并且和4个基本的Midamble码对比，哪一个更接近就是哪一个，进而确定了一一对应的扰码，完成了和小区的上下行同步。
（二）随机接入过程
随机接入过程是指手机和网络建立连接的过程，手机在做随机接入之前先要建立下行同步，接下来准备随机接入，手机将发射上行导频信道，上行导频信道发送的是上行同步码，上行同步码在整个系统中一共有256种，也分为32组，对应32组下行同步码，当手机完成小区搜索时确定了下行同步码，也就意味着确定了该小区可以使用的上行同步码有哪8个，在发起随机接入时，从8个上行同步码里随机的抽取一个向网络发起，并根据接收到下行信道的情况，估算一个初始的发射功率和时间，通过开环功率控制的方式在上行导频信道中发出。当网络检测到用户发出的上行同步码，将通过FPACH快速物理接入信道给用户回复时间和功率调整的信息，当然在这个过程中，用户也有可能收不到网络的回复信息，但是用户不会一直等下去，一般系统会要求手机的等待时间为4个子帧的时长，之后再次发起继续前面的接入过程，如果多次循环后，手机依然没有收到回复信息，那么手机会放弃本次接入，对于用户来说，就不会听到最后的回铃音。若手机收到网络的回复，接下来将发起PRACH随机接入物理信道，向网络说明自己的身份，并说明为什么要接入网络，通过高层信令接入。那么网络收到用户的身份信息后，将会给用户分配一个专用的位置做身份的认证，也就是在专用无线资源里做鉴权，通过S-CCPCH辅公共控制物理信道给用户分配专用资源，继而完成整个随机接入的过程。
（三）上行同步过程
上行同步是指手机向网络方向的同步，它分为3个阶段。第一阶段，上行同步准备阶段，也是手机完成下行同步的过程，这个过程就是手机完成小区搜索流程里建立的下行同步。第二阶段，上行同步建立阶段，是指手机根据估算的时间和功率发送上行同步码，并且网络通过FPACH快速物理接入信道给用户反馈时间和功率的信息，自此，手机知道时间是应该向前或向后调整，功率是否需要升高或者降低，调整后的格式在PRACH随机接入物理信道体现。第三个阶段，上行同步保持阶段。手机在业务期间，根据业务时隙的码道结构，先找到每个码道所用的Midamble码，根据接收到的码与基本Midamble码对比来衡量整个无线链路的状况，进而在下一个时隙的位置给用户发送TPC和SS，TPC是功率控制信息，意味着让用户按照广播里的步长升或降功率，其中00为降功率，11为升功率。SS的同步偏移，也是让用户按照一定的时间动态调整自己发送信息的时间，其中00为延后发送，11为提前发送，01为保持。
参考文献
[1]蜂窝移动通信射频工程. 苏华鸿等. 北京：人民邮电出版社，2007.
[2]移动通信原理. 吴伟陵，牛凯等. 北京：电子工业出版社，2005.
[3]TD-SCDMA系统技术. 李世鹤，杨运年等. 北京：大唐移动通信设备有限公司，2005.
（作者单位：西北民族大学电气工程学院）
一、TD-SCDMA物理层
（一）物理层结构
TD-SCDMA不同于其它的2项3G技术，它由于采用时分双工，所以其物理层结构比较特殊。它的物理层结构由系统帧、无线帧、子帧、时隙/码道组成，一个无线帧10ms划分为2个子帧，每个子帧5ms又分为10个时隙，由7个常规时隙（TS0-TS6）和3个特殊时隙（DWPTS、GP、UPPTS）组成，DWPTS里发送的是SYNC-DL码，用于小区初搜和下行同步；GP叫做保护间隔，用来防止上下行之间相互干扰；UPPTS里发送的是SYNC-UL码，主要用于随机接入和上行同步。常规时隙有7个，每个时隙都是由4个部分组成，两个DATA域用来传送该信道对应的信息，一个Midamble码域用来做信道估计、上行同步保持、功率测量，GP保护间隔。在这7个常规时隙里，TS0固定用作下行，传送一些公共信道的消息，TS1-TS6可以分给用户做业务使用，6个业务时隙分为上下行使用，如果按3：3配置来说，3个时隙做上行，3个时隙做下行，每个时隙最多可承载16个码道，可见其承载的用户量并不很多，所以我们也称TD-SCDMA为码字受限系统。
（二）物理信道
TD-SCDMA系统中的信道分为3种，有逻辑信道、传输信道、物理信道，其中，逻辑信道位于RLC层和MAC层之间，它描述的是传送什么类型的信道，传输信道位于MAC层和物理层之间描述的是信息如何在空中接口上传输，最后通过物理层映射在物理信道上，也就是说空中传输的都是物理信道承载的信息。TD-SCDMA系统中常见的物理信道有以下几条：⑴DPCH专用物理信道，用于承载用户的专用信息，位于TS1-TS6时隙 ⑵P-CCPCH主公共控制物理信道，提供全小区覆盖模式下的系统消息广播，位于TS0 ⑶S-CCPCH辅公共控制物理信道，承载寻呼和信道指配的功能，可位于TS0 ⑷FPACH快速物理接入信道，用于响应UPPTS，调整手机的发送功率和同步偏移，位于TS0 ⑸PRACH随机接入物理信道，传送用户的接入信息，位于上行时隙 ⑹PICH寻呼指示信道，用于指示特定的用户是否需要解读其后跟随的PCH信道，这些物理信道都是在TD-SCDMA物理过程中必不可少的。
二、TD-SCDMA物理层过程
（一）小区初搜流程
小区的搜索流程包括4个步骤，步骤1：搜索DWPTS下行导频信道，在DWPTS中传送下行同步码，码长为64码片，其左边有48码片的保护间隔，右边有96码片的保护间隔，由于保护间隔的功率很小，而下行同步码是全功率发送，所以手机采用128码片的搜索窗在整个频率上逐一对比，直至在搜索窗中出现中间64码片的下行同步码，两边是32码片的保护间隔，手机据此可判断出下行同步码的大致位置。步骤2：扰码和基本Midamble码的识别。下行同步码确定后就可以确定码组了，全网一共有32组下行同步码，每一组下行同步码对应4个基本的Midamble和4个扰码，接下来只需手机确定本小区的Midamble码和扰码是哪一个即可。随之手机去解0时隙信息，0时隙有多条信道传送，将多条信道的Midamble码放在一起进行，并且和4个基本的Midamble码对比，哪一个更接近就是哪一个，进而确定了一一对应的扰码，完成了和小区的上下行同步。
（二）随机接入过程
随机接入过程是指手机和网络建立连接的过程，手机在做随机接入之前先要建立下行同步，接下来准备随机接入，手机将发射上行导频信道，上行导频信道发送的是上行同步码，上行同步码在整个系统中一共有256种，也分为32组，对应32组下行同步码，当手机完成小区搜索时确定了下行同步码，也就意味着确定了该小区可以使用的上行同步码有哪8个，在发起随机接入时，从8个上行同步码里随机的抽取一个向网络发起，并根据接收到下行信道的情况，估算一个初始的发射功率和时间，通过开环功率控制的方式在上行导频信道中发出。当网络检测到用户发出的上行同步码，将通过FPACH快速物理接入信道给用户回复时间和功率调整的信息，当然在这个过程中，用户也有可能收不到网络的回复信息，但是用户不会一直等下去，一般系统会要求手机的等待时间为4个子帧的时长，之后再次发起继续前面的接入过程，如果多次循环后，手机依然没有收到回复信息，那么手机会放弃本次接入，对于用户来说，就不会听到最后的回铃音。若手机收到网络的回复，接下来将发起PRACH随机接入物理信道，向网络说明自己的身份，并说明为什么要接入网络，通过高层信令接入。那么网络收到用户的身份信息后，将会给用户分配一个专用的位置做身份的认证，也就是在专用无线资源里做鉴权，通过S-CCPCH辅公共控制物理信道给用户分配专用资源，继而完成整个随机接入的过程。
（三）上行同步过程
上行同步是指手机向网络方向的同步，它分为3个阶段。第一阶段，上行同步准备阶段，也是手机完成下行同步的过程，这个过程就是手机完成小区搜索流程里建立的下行同步。第二阶段，上行同步建立阶段，是指手机根据估算的时间和功率发送上行同步码，并且网络通过FPACH快速物理接入信道给用户反馈时间和功率的信息，自此，手机知道时间是应该向前或向后调整，功率是否需要升高或者降低，调整后的格式在PRACH随机接入物理信道体现。第三个阶段，上行同步保持阶段。手机在业务期间，根据业务时隙的码道结构，先找到每个码道所用的Midamble码，根据接收到的码与基本Midamble码对比来衡量整个无线链路的状况，进而在下一个时隙的位置给用户发送TPC和SS，TPC是功率控制信息，意味着让用户按照广播里的步长升或降功率，其中00为降功率，11为升功率。SS的同步偏移，也是让用户按照一定的时间动态调整自己发送信息的时间，其中00为延后发送，11为提前发送，01为保持。
参考文献
[1]蜂窝移动通信射频工程. 苏华鸿等. 北京：人民邮电出版社，2007.
[2]移动通信原理. 吴伟陵，牛凯等. 北京：电子工业出版社，2005.
[3]TD-SCDMA系统技术. 李世鹤，杨运年等. 北京：大唐移动通信设备有限公司，2005.
（作者单位：西北民族大学电气工程学院）