吉林大学网络教育学院-公共财政学
5.3 TD-SCDMA系统物理层主要工作过程
5.3.1 小区搜索
&&&&TD-SCDMA系统初始小区选择或搜索利用下行导频物理信道(DwPTS)和广播传输信道(BCH)进行，采用了独特的四步搜索过程。
&&&&第一步：搜索DwPTS
&&&&UE利用DwPTS中下行同步码序列（SYNC-DL）与某一小区的DwPTS建立下行同步。SYNC-DL是TD-SCDMA系统预定的64位PN序列，最多可以有32种可能的选择，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC-DL中的哪一个SYNC-DL被使用。这一步通常是通过一个或多个匹配滤波器(或类似的装置)与接收到的SYNC-DL进行匹配来实现，得到最大相关峰值的码被确认为当前小区使用的SYNC-DL，根据相关峰值的位置可以初步认定系统下行链路的定时信息。
&&&&第二步：识别扰码和基本中间码
&&&&UE需要确认小区主公共控制信道（P-CCPCH）上的中间码和对应的扰码。DwPTS紧随TS0的P-CCPCH之后，DwPTS中有SYNC-DL。在TD-SCDMA系统中，共有128个互不重叠的中间码。基本中间码的序号除以4就是SYNC-DL的码号，每个SYNC-DL对应一组4个不同的基本中间码，32个SYNC-DL和32个中间码组一一对应。也就是说，一旦SYNC-DL确定之后，UE也就知道了该小区采用了哪4个中间码，这时UE可以采用试探法和错误排除法确定P-CCPCH到底采用了哪个中间码。
&&&&在一帧中使用的基本中间码均是由相同的中间码经过循环移位生成。由于每个基本中间码与扰码是相对应的，知道了基本中间码也就知道了扰码。根据确认的结果，UE可以进行下一步或返回到第一步。
&&&&第三步：控制复帧同步
&&&&UE搜索在P-CCPCH中BCH的复帧主指示块(MIB ，Master Indication Block)的位置。为了准确读出BCH中的信息，UE需要知道每一帧的系统帧号。系统帧号出现在物理信道QPSK调制时相位变化的排列图案中，它是由经过QPSK调制的DwPTS的相位序列(相对于在时隙TS0上的P-CCPCH的中间码)来标示。通过对n个连续的DwPTS时隙进行检测可以取得复帧同步，确定MIB在控制复帧中的位置，也即确定了BCH信息在P-CCPCH帧结构中的位置。根据复帧同步的结果，UE可以决定是否执行下一步或回到第二步。
&&&&第四步：读BCH信息
&&&&UE利用前几步已经识别出的扰码、中间码、复帧读取搜索到小区的一个或多个广播信道（BCH）上的广播信息，进而得到小区的配置等公共信息。根据解码BCH读取结果的成败，UE决定是完成小区搜索还是返回以上几步。
5.3.2 上行同步
&&&&UE开机之后，它必须首先与小区建立下行同步。只有建立了下行同步，UE才能开始建立上行同步。
&&&&1.上行同步的建立
&&&&在下行链路上，UE可以从Node B接收到下行同步信号，但是UE到Node B的距离还是无法确定，可能会导致UE的上行发射信号不能同步到达Node B。为了减小对常规时隙的干扰，上行信道首先在UpPTS这个特殊时隙发射SYNC-UL序列，SYNC-UL突发的发射时刻可通过对接收到的DwPTS或P-CCPCH的功率估计来确定。UpPTS时隙专门用作UE与系统建立上行同步，不包含用户的业务数据。系统中每个DwPTS序列号对应8个SYNC-UL码字，UE根据收到的DwPTS信息，确定将使用的SYNC-ＵL序列。
&&&&Node B采用相关运算的方法，在搜索窗内通过对SYNC-ＵL序列的检测，Node B可估计出接收功率和时间，然后通过快速物理接入信道(F-PACＨ)向UE发送反馈信息，调整下次发射的发射功率和发射时间，以便建立上行同步。如果UE在4个子帧内没有收到来自Node B的应答，则认为上行同步请求失败，UE将会随机延迟一段时间，重新开始尝试上行同步过程。
&&&&2.上行同步的保持
&&&&由于UE的移动，它到Node B的距离总是在变化，所以整个通信过程中需要保持上行同步。TD-SCDMA系统中上行同步的保持是根据接收到的下行链路的定时信息，发送下行链路的定时提前量来实现的，可以利用每一个上行突发中的中间码来保持上行同步。
&&&&在每一个上行时隙中，各个UE的中间码不相同。Node B可以在同一个时隙通过测量每个UE的中间码来估计不同UE的信道冲激响应，接着估计每一个UE的发射功率和发射时间偏移，然后在下一个可用的下行时隙中发射同步偏移（SS，Synchronization Shift）命令和功率控制(PC , Power Control)命令，以使UE可以根据这些命令分别适当调整它的发送时间和发射功率。上行同步的更新有三种可能情况：增加一个步长、减少一个步长或保持不变。上行同步的调整步长是可配置和再设置的，取范围为1/8至1码片持续时间。同步检测和控制是每个子帧（5ms）进行一次。
5.3.3随机接入过程
&&&&当高层需要在RACH上传送消息的时候，物理层的随机接入过程就将启动。TD-SCDMA系统的随机接入过程与WCDMA有很大的不同，UE必须首先完成上行同步过程。
&&&&1.随机接入准备
&&&&当UE处于空闲模式下，它将维持下行同步并读取小区广播信息。从该小区所用到的DwPTS，UE可以得到为随机接入而分配给UpPTS物理信道的8个上行同步码（SYNC-UL）码。
&&&&2.随机接入过程
&&&&随机接入过程的示意图如图5-15所示。第(1)、(2)步即为建立上行同步的过程，后续的进程为资源请求过程。
&&&&图5-15 TD-SCDMA系统随机接入过程示意图
&&&&（1）UE从它要接入的小区所采用的8个可能的SYNC-UL码中随机选择一个，并在UpPTS物理信道上将它发送到Node B。
&&&&（2）Node B检测来自UE的UpPTS信息。Node B根据收到的到达的时间和接收功率确定发射功率更新和定时调整的指令，并在接收到UpPTS信息后的4个子帧内通过FRACH将它发送给UE。FPACH中包含用于UE进行交叉检测的签名码信息和相对帧号，即接收到被确认的签名码之后的帧号。
&&&&（3）UE收到FPACH(与所选签名码对应的FPACH)控制信息时，表明Node B已经收到了UpPTS序列。UE按照Node B指令调整发射时间和功率，并确保在接下来的两帧后，在对应于FPACH的PRACH信道上发送RRC接入请求消息。
&&&&（4）基站将会在对应于PRACH的CCPCH信道上发送来自网络的RRC连接建立响应消息。该消息指示UE发出的随机接入是否被接受，如果被接受，将在网络分配的上行和下行链路专用信道上通过FACH建立起上、下行链路。
&&&&（5）UE收到来自网络的RRC连接建立响应消息后，在DCCH信道上向网络发送证实消息。至此，随机接入过程就完成了。
&&&&3.随机接入冲突处理TD-SCDMA直放站同步方式分析
TD-SCDMA直放站同步方式分析
摘要　文章首先介绍了 TD -SCDMA制式信号物理层的帧结构的特点，进而分析了目前TD-SCDMA 直放站 可以采用的四种 同步 方式的原理和优缺点。
　　1、背景技术
　　TD-SCDMA是国际电信联盟ITU正式发布的第三代移动通信空中接口技术规范之一，其关键技术有可调整上下行切换点的时分双工技术、智能天线技术、联合检测技术。TD-SCDMA的优势突出表现在系统抗干扰和系统容量之间得到了很好的
摘要　文章首先介绍了 TD -SCDMA制式信号物理层的帧结构的特点，进而分析了目前TD-SCDMA 直放站 可以采用的四种 同步 方式的原理和优缺点。
　　1、背景技术
　　TD-SCDMA是国际电信联盟ITU正式发布的第三代移动通信空中接口技术规范之一，其关键技术有可调整上下行切换点的时分双工技术、智能天线技术、联合检测技术。TD-SCDMA的优势突出表现在系统抗干扰和系统容量之间得到了很好的均衡、对混合业务的高效支持、系统自身有良好的持续发展和技术演进性。
　　TD-SCDMA的多址接入方案属于DS-SCDMA，码片速率为1.28Mc/s，扩频带宽约为1.6MHz，采用不需配对频率的TDD工作方式。它的下行和上行的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的。TD-SCDMA的物理信道采用四层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙/码。图1是TD -SCDMA的物理信道信号格式。
图1　TD-SCDMA的物理信道信号格式
　　其帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。三个特殊时隙分别为下行导频时隙DwPTS、主保护时隙GP和上行导频时隙UpP
TS。在7个常规时隙中TSO总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路。通过灵活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业务模式。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：第一个转换点是从下行链路转到上行链路，位置在DwPTS和UpPTS之间的GP；第二个转换点是从上行链路转到下行链路，位置在每个子帧中最后一个上行时隙和第二个下行时隙之间，TSO是第一个下行时隙。其中，第一个转换点相对于每个子帧的开始时间是固定的；第二个转换点随着分配给上下行的时隙数不同而变化。
　　无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，而对一些偏远地区和用户数不多的盲区，要架设基站成本太高，基础设施也较复杂，为此提供一种成本低、架设简单，却具有小型基站功能、经济有效的设备——直放站是很有必要的。因此，TD-SCDMA直放站在TD-SCDMA网络中扮演着重要角色。
　　2、同步方式介绍
　　在TD-SCDMA系统中，上行链路信号和下行链路信号处于同一频率，通过时分复用的方式区分上行和下行。因此TD-SCDMA直放站需要获取两个转换点位置信息，完成对射频信道的上下行切换。
　　现有能实现与基站同步的方法有：功率检测法、特征窗搜寻法、GPS同步法以及下行同步码相关检测同步法。功率检测法主要是通过对射频信号的功率进行快速检测，然后对检测值快速做出响应；特征窗搜寻法的基础是：SYNC-DL前有48个码片的保护间隔，SYNC-DL后有96码片的保护间隔，且 SYNC-DL信号的功率很大。现有特征窗搜寻法仅仅按照一定的匹配准则去查找SYNC-DL。但现有的特征窗搜寻法容易受用户终端或临近基站的干扰出现误判。下行同步码相关法不容易受干扰，但其技术复杂度高，会相应提高设备成本。GPS同步方式则通过设备接收GPS信号作为时间参考，同时调整直放站的开关时间与基站同步，这种方式，工程开通比较复杂需要携带额外的仪表。下面对这三种同步方式进行详细的比较和分析。
　　3、三种同步方式的分析比较
　　3.1　功率检测法
　　功率检测法主要用于有线耦合方式的场合，它首先对射频功率进行快速的检测，响应时间一般在ns级，然后将检测值与门限值进行比较，当高于门限值则说明有信号通过，立即打开下行链路，低于门限值则打开上行链路。这种方法虽然实现简单，但是由于根据单纯的功率检测值不能分辨出上下行，所以这种方式不能在无线耦合方式中用，比如用于室外覆盖的无线直放站。另外，功率响应时间再快，开关使能信号也不可避免的会落后于信号，这样会损伤源信号，导致EVM等指标下降，严重的甚至会使终端接入不了。
　　3.2　特征窗搜寻法
　　设备采用下行功率检测的方式实现上下行同步切换控制。针对TD-SCDMA帧结构的特征，采用特征窗匹配的方法，通过检测下行链路信号的功率来确定TD-SCDMA系统的2个上下行转换点的位置，从而达到实现同步切换。
　　首先介绍一下TD时隙的特征，如图2所示：
图2　Td时隙示意
　　TSO的有数据长度为848码片长度（662.5us），而TSO和DwPTS之间的间隔宽度为48码片长度（37.5us），DwPTS的宽度为64码片（50us），根据这个特征，我们可以通过快速功率检测的方式在时域上面需要该特征窗的位置，并确认DwPTS在时域上的具体位置。　　如图3所示， 直放站 通过内部的射频功率耦合链路将一部分输入的射频信号提取，进行高速射频对数放大器的检波，将射频的功率信号转换为电压信号，该电压信号通过高速运放放大后经AD转换为数字信号，进而通过CPU（如DSP等）对采样值进行分析处理，通过上述的时隙窗的特征，判断DwPTS的准确位置，设定一个时间基准点，最后根据该基准点控制射频链路进行上下行切换。
图3　直放站下行检测的流程
　　3.3　GPS 同步 方式
　　由于网内各基站信号与GPS是同步的，即基站信号与GPS秒脉冲下降沿之间的相位差是恒定不变的，直放站得到GPS秒脉冲后，通过调整直放站上下行开关使能信号与GPS秒脉冲下降沿之间的相位差，达到与基站的同步。具体原理如图4所示：
图4　GPS同步原理
　　具体过程是首先测出GPS秒脉冲下降沿与下行导频结束时刻之间的相位差，比如是N Chip长，然后调节上下行开关使
能信号与GPS秒脉冲下降沿之间的相位差，使得下行使能在下行导频结束时关闭下行，从而实现对基站信号的上下行同步切换。
　　3.4　下行同步码相关检测同步方式
　　在 TD -SCDMA系统中，标识小区的码称为下行同步码（SYNC-DL）序列，在下行导频时隙发射，基站将在小区的全方向发射。整个系统有 32组长度为64的基本SYNC-DL，每个SYNC-DL 标识一个基站和对应一个码组（包含7个上行同步码、4个扰码和4个中间码）。基于下行同步码相关检测的同步方式就是直放站首先将基站耦合的信号进行下变频，然后通过高速AD采样后进行数字解调，通过相关法找到下行同步码，从而达到与基站同步。如图 5所示：
图5　直放站相关调解流程
　　首先通过射频耦合电路将部分射频信号提取，通过下变频电路将信号频率降低到中频段，进而进行数字化处理将射频信号变为数字信号，再进行QPSK 的解调处理，最后进行同步码相关，从小区使用的32个SYNC-DL相关码中寻找出某一个相关码确定DwPTS时域中的位置。
　　4、结论
　　通过上面的分析，我们可以得出，功率检测法实现最容易，成本也低，但是这种方法应用场合有限，并且对源信号有一定损伤，所以该方案不可行；特征窗搜寻法成本较低，但容易受到临近基站或用户终端的干扰，比较适合室内使用；而GPS同步方式抗干扰能力强，但它的缺点是工程开通时必须先检测出GPS秒脉冲和基站信号之间的相位差，并且这种同步方式一旦直放站所在地的GPS信号没有了则无法再与基站同步。另外，如果基站对信号的相位进行了调整，那么直放站就要重新设置GPS秒脉冲与开关使能信号之间的相位差；下行同步码相关检测的方式由于是直接解调到基带，获得下行同步码，所以不太容易受到外界干扰，但是这种方式对基带信号处理的速度要求高，增加设备信号处理的复杂度，造成相应得成本也提高了。
型号/产品名
广州赛萪思电子科技有限公司
深圳市科圳威电子有限公司
深圳市旭鑫通科技有限公司
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LTE物理信号简介目录?下行物理信号?同步信号?主同步信号(PSS)?辅同步信号(SSS)?参考信号?小区专用参考信号(CRS)? MBSFN参考信号?终端专用参考信号(DRS)?上行物理信号?参考信号?解调用参考信号(DMRS)?探测用参考信号(SRS)SCH配置同步信号?同步信号用来确保小区内UE获得下行同步。同时,同步信号也用来表示小区物理ID(PCI),区分不同的小区。?PSS
Primary Synchronization Signal
主同步信号?PSS (主同步信号):UE可根据PSS获得符号同步,部分Cell ID检测。?SSS
Secondary Synchronization Signal
辅同步信号?SSS (辅同步信号):UE根据SSS最终获得帧同步,CP长度检测和Cell group ID检测。同步信号时域结构TDD-LTE制式:主同步信号PSS在DwPTS上进行传输,位于特殊子帧的第三个OFDM符号;辅同步信号SSS在第一个子帧的第二个slot的最后一个OFDM符号上传输;FDD-LTE制式:主同步信号PSS占用0号和5号子帧第一个slot的最后一个S辅同步信号SSS占用0号和5号子帧第一个slot的倒数第二个Symbol。周期:5ms频域结构?同步信号(PSS/SSS)占用的72子载波位于系统带宽中心位置1.08MHz位置。LTE中小区搜索需要支持可扩展的系统带宽:1.4MHz, 3.0MHz,5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz。同步信号同步过程?同步过程通过2步完成,即?首先检测PSS,完成:?半帧定时,即获得半帧(5ms)边界,?频偏校正,?并获得组内ID
?利用3条ZC序列区分3个组内ID?然后再检测SSS,完成:?长/短CP检测(符号同步)?盲检测?帧定时,即获得帧(10ms)边界?SSS由两条短码序列交叉组成,用不同的顺序区分两个半帧?并获得组ID同步信号7?同步信号序列?主同步信号使用Zadoff-Chu序列;?共有3个PSS序列,每个对应一个小区ID:,取值0~2?辅同步信号使用的序列由两个长度为31的二进制序列通过交织级联产生,并且使用由主同步信号序列决定的加扰序列进行加扰,长度为31的二进制序列以及加扰序列都由m序列产生;?共有168组SSS序列,取值0~167,与小区ID组序号一一对应,取值0~167。(2)IDN下行同步信号序列(2)ID(1)IDcellID3NNN??(1)IDN综上所述,当多个相邻小区PCI的mod3相同时,会造成mod3干扰。物理小区ID:PCI(physical-layer Cell identity )下行参考信号?下行参考信号作用?信道估计,用于相干解调和检测,包括控制信道和数据信道?信道质量的测量,用于调度、链路自适应?导频强度的测量,为切换、小区选择提供依据?考虑因素?图样--时、频密度?时域:导频间隔小于相干时间?频域:导频间隔小于相干带宽?序列?相关性?序列数量?复杂度下行参考信号9小区专用参考信号(常规CP)小区专用参考信号(扩展CP)1
内容来自淘豆网转载请标明出处.　　在卫星通信和有线广播电视中对上行、下行均有不同的解释。一般是指地面站至卫星称上行线，卫星至地面站称下行线。
　　地面发射站向卫星传送的信号称为上行信号，由卫星上的转发器向地面发射的信号称为下行信号。
　　有线广播电视系统中，由用户端向前端传输信号称上行传输，由前端向用户端传送信号称下行传输。
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