TD-SCDMA系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)接入過(guò)程淺析

上海大唐移動(dòng)通信公司 王嘉華 馬繼鵬



　　第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)TD-SCDMA中，移動(dòng)終端設(shè)備（簡(jiǎn)稱UE）接入系統(tǒng)的過(guò)程與第二代GSM系統(tǒng)類似，但由于系統(tǒng)對(duì)同步性能的特殊要求，接入過(guò)程中專門增加了對(duì)上行同步的處理。


　　移動(dòng)終端從開(kāi)機(jī)起，到發(fā)出第一個(gè)隨機(jī)接入請(qǐng)求止，可分為下行同步捕獲、系統(tǒng)信息讀取、建立上行同步、隨機(jī)接入四個(gè)過(guò)程。TD-SCDMA 無(wú)線幀子幀結(jié)構(gòu)，在一個(gè)子幀中，同時(shí)存在上行和下行時(shí)隙，共計(jì)7個(gè)。除時(shí)隙Ts0必須用于下行、時(shí)隙Ts1必須用于上行方向外，其余時(shí)隙的方向可以變化。DwPTS和UpPTS分別對(duì)應(yīng)下行和上行同步時(shí)隙，GP為上下行間保護(hù)時(shí)間間隔。



一、下行同步捕獲


　　移動(dòng)臺(tái)接入系統(tǒng)的第一步是獲得與當(dāng)前小區(qū)的同步。該過(guò)程是通過(guò)捕獲小區(qū)下行同步時(shí)隙DwPTS的SYNC_DL來(lái)實(shí)現(xiàn)的。SYNC_DL是一個(gè)系統(tǒng)預(yù)定的64位PN序列，SYNC_DL最多有32種可能的選擇。系統(tǒng)中相鄰小區(qū)的SYNC_DL互不相同，不相鄰小區(qū)的SYNC_DL可以復(fù)用。SYNC_DL包含在TD_SCDMA無(wú)線突發(fā)中的DwPTS時(shí)隙。


　　按照TD-SCDMA的無(wú)線幀結(jié)構(gòu)，SYNC_DL在系統(tǒng)中每5ms發(fā)送一次，并且每次都以恒定滿功率值發(fā)送該信息。移動(dòng)臺(tái)接入系統(tǒng)時(shí)，對(duì)32個(gè)SYNC_DL碼字進(jìn)行逐一搜索（即用接收信號(hào)與32個(gè)可能的SYNC_DL逐一做相關(guān)），由于該碼字彼此間具有較好的正交性，獲取相關(guān)峰值最大的碼字被認(rèn)為是當(dāng)前接入小區(qū)使用的SYNC_DL。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)峰值的時(shí)間位置也可以初步確定系統(tǒng)下行的定時(shí)。



二、系統(tǒng)信息讀取


　　移動(dòng)終端（UE）在發(fā)起一次呼叫前，必須獲得一些與當(dāng)前所在小區(qū)相關(guān)的系統(tǒng)信息，比如可使用的隨機(jī)接入信道（P-RACH）和尋呼信道（F-PACH）資源等。這些信息周期性地在BCH信道上廣播，BCH是一個(gè)傳輸信道（Transport Channel），它映射到P-CCPCH物理信道。P-CCPCH使用無(wú)線子幀中的0時(shí)隙（Ts0）。


　　要從Data symbols域中解出系統(tǒng)廣播消息，需要得到4個(gè)信息：無(wú)線信道的參數(shù)模型（理想情況下為信道沖激響應(yīng)）；當(dāng)前小區(qū)使用的擾碼（Scrambling code）;系統(tǒng)幀號(hào); BCH信息使用的擴(kuò)頻因子和擴(kuò)頻碼。


　　1．無(wú)線信道參數(shù)由對(duì)無(wú)線突發(fā)中的訓(xùn)練序列（midamble碼）解碼獲得。用戶訓(xùn)練序列（midamble碼）是一個(gè)基本midamble碼的不同循環(huán)位移的結(jié)果，位移間隔可為8的整數(shù)倍，同一小區(qū)內(nèi)只使用一種固定的位移方式。系統(tǒng)共有128個(gè)基本midamble碼，每個(gè)SYNC_DL序列對(duì)應(yīng)4個(gè)基本midamble碼。由于SYNC_DL已經(jīng)在下行同步捕獲階段獲得，UE只需用相關(guān)方法逐一測(cè)試這4個(gè)基本碼的不同相位，即可找到當(dāng)前系統(tǒng)所用的midamble碼，同時(shí)可以估計(jì)出當(dāng)前無(wú)線信道的參數(shù)。這些參數(shù)用于UE對(duì)系統(tǒng)的擾碼進(jìn)行解碼。


　　2．小區(qū)使用的擾碼與midamble碼是一一對(duì)應(yīng)的，它被用于區(qū)分不同的小區(qū)的用戶，在同一個(gè)小區(qū)內(nèi)，所有用戶使用的擾碼和midamble碼是相同的。


　　3．為了正確解出BCH中的信息，UE必須要知道每一幀的系統(tǒng)幀號(hào)。系統(tǒng)幀號(hào)體現(xiàn)在物理信道QPSK調(diào)制時(shí)相位變化的排列圖案中。對(duì)[n]個(gè)連續(xù)的DwPTS時(shí)隙進(jìn)行相位檢測(cè)，就可以找到系統(tǒng)幀號(hào)，即取得復(fù)幀同步。這樣BCH信息在P-CCPCH信道幀結(jié)構(gòu)中的位置就可以確定了。


　　4．按系統(tǒng)要求，BCH消息的擴(kuò)頻因子為16，碼道使用0碼道和1碼道。


　　有了上述信息，UE就可以完成對(duì)P-CCPCH的解調(diào)和BCH的譯碼，解讀系統(tǒng)消息，獲取UE在系統(tǒng)中進(jìn)一步操作所需要的相關(guān)信息。



三、上行鏈路同步


　　上行鏈路同步是UE發(fā)起一個(gè)業(yè)務(wù)呼叫前必須的過(guò)程，如果UE僅駐留在某小區(qū)而沒(méi)有呼叫業(yè)務(wù)時(shí)，UE不用啟動(dòng)上行同步過(guò)程。


　　TD-SCDMA系統(tǒng)對(duì)上行同步定時(shí)有著嚴(yán)格要求，不同用戶的數(shù)據(jù)都要以基站的時(shí)間為基準(zhǔn)，在預(yù)定的時(shí)刻到達(dá)Node-B。步進(jìn)調(diào)整的時(shí)間精度為1/8 chip，對(duì)應(yīng)的時(shí)間是0.097μs，每次調(diào)整最大變化量為1chip。與此相對(duì)應(yīng)，GSM的空中比特速率為270.833kbit/s，時(shí)間調(diào)整精度是1bit，對(duì)應(yīng)時(shí)間精度為3.69μs。


　　在下行鏈路上UE和系統(tǒng)取得同步后，由于UE和NODE-B的距離關(guān)系，系統(tǒng)還不能正確接受UE發(fā)送的消息。為了避免在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)送消息而對(duì)系統(tǒng)造成干擾，UE在上行方向首先要在UpPTS時(shí)隙上發(fā)送SYNC_UL。UpPTS時(shí)隙專用于UE和系統(tǒng)的上行同步，沒(méi)有用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。


　　按照系統(tǒng)設(shè)置，每個(gè)DwPTS序列號(hào)對(duì)應(yīng)8個(gè)SYNC_UL碼字，UE根據(jù)收到的DwPTS信息，隨機(jī)決定將使用的上行SYNC_UL碼字。與UE決定SYNC_DL的方式類似，Node-B可以采用逐個(gè)做相關(guān)運(yùn)算的辦法，判斷UE當(dāng)前使用的是哪個(gè)上行同步碼字。


　　系統(tǒng)收到UE發(fā)送的SYNC_UL，就可得到SYNC_UL的定時(shí)和功率信息。并由此決定UE應(yīng)該使用的發(fā)送功率和時(shí)間調(diào)制值，在接下來(lái)的4個(gè)子幀中的某一子幀通過(guò)F-PACH信道發(fā)送給UE。在F-PACH信道中還包含UE初選的SYNC-UL碼字信息以及Node-B接收到SYNC_UL的相對(duì)時(shí)間，以區(qū)分在同一時(shí)間段內(nèi)使用不同SYNC-UL的UE，以及不同時(shí)間段內(nèi)使用相同SYNC-UL的UE。UE在F-PACH上接收到這些信息控制命令后，就可得知自己的上行同步請(qǐng)求是否已經(jīng)被系統(tǒng)接受。


　　從前述TD-SCDMA系統(tǒng)的子幀結(jié)構(gòu)突發(fā)方式可以看出，在上下行同步碼字間有96chips保護(hù)帶，對(duì)應(yīng)的距離變化是：L＝V× ( 96 )/1.28M = 22.5公里。也就是說(shuō)當(dāng)UE在距離NODE-B 11.25公里以內(nèi)時(shí)，不會(huì)由于初始定時(shí)信息的缺乏而對(duì)系統(tǒng)造成額外干擾。UE根據(jù)在 DwPTS和/或 P-CCPCH上接受到的信號(hào)時(shí)間以及功率大小，決定上行SYNC_UL 突發(fā)的初始發(fā)送時(shí)間和初始發(fā)送功率。


　　收到UE發(fā)送的第一個(gè)突發(fā)后，系統(tǒng)就可以根據(jù)接受時(shí)間和功率調(diào)整UE下次發(fā)送的時(shí)間和功率。這個(gè)功能由物理信道突發(fā)結(jié)構(gòu)中的SS（Synchronization Shift）域和TPC（Transmission Power Control）域完成。


　　Node-B需要在收到UE消息后的4個(gè)子幀（20ms）內(nèi)完成SS域和TPC控制消息的發(fā)送。否則UE視此次同步建立的過(guò)程失敗，在一定時(shí)間后將重新啟動(dòng)上行同步過(guò)程。


　　UE接受系統(tǒng)響應(yīng)的信道為F-PACH，該信道的信息在系統(tǒng)消息中給出，與UE使用的SYNC-UL碼有關(guān)，對(duì)應(yīng)關(guān)系在系統(tǒng)消息中說(shuō)明。



四、隨機(jī)接入過(guò)程


　　UE發(fā)起業(yè)務(wù)呼叫的初始過(guò)程視為隨機(jī)接入過(guò)程，從物理層的連接建立角度出發(fā)，上行同步過(guò)程也是隨機(jī)接入的一個(gè)步驟。


　　UE在收到系統(tǒng)對(duì)上行同步請(qǐng)求的控制后，兩幀之后在P-RACH信道上開(kāi)始發(fā)送UE呼叫的第一條消息(RRC-Connection Request)，請(qǐng)求與系統(tǒng)建立RRC連接。該消息使用P-RACH信道，發(fā)送時(shí)間和功率按照系統(tǒng)新的要求。在發(fā)送這條消息時(shí)，UE與Node-B之間已經(jīng)有很高的同步精度。（1/8chip）


　　UE可用的P-RACH資源也與SYNC_UL有對(duì)應(yīng)關(guān)系，在系統(tǒng)消息中說(shuō)明。在發(fā)送SYNC_UL時(shí)，UE已經(jīng)知道為這次接入需要使用哪些F-PACH、P-RACH、CCPCH資源。


　　接下來(lái)的處理過(guò)程與GSM系統(tǒng)類似，UE與系統(tǒng)之間逐步建立完成RR連接建立、鑒權(quán)、加密、呼叫建立請(qǐng)求（Setup）等過(guò)程。




----《通信世界》