物理层结构和信道映射

TD-SCDMA物理信道帧结构如图7-3-1所示。

图7-3-1　TD-SCDMA物理信道帧结构

3GPP定义的一个TDMA帧长度为10 ms。TD-SCDMA系统为了实现快速功率控制和定时提前校准以及对一些新技术的支持（如智能天线、上行同步等），将一个10 ms的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5 ms。每一个子帧又分成长度为675μs的7个常规时隙（TS0～TS6）和3个特殊时隙：DwPTS（下行导频时隙）、GP（保护间隔）和UpPTS（上行导频时隙）。常规时隙用作传送用户数据或控制信息。在这7个常规时隙中，TS0总是固定地用作下行时隙来发送系统广播信息，而TS1总是固定地用作上行时隙。其他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，如分组数据。用作上行链路的时隙和用作下行链路的时隙之间由一个转换点（Switch Point）分开。每个5 ms的子帧有两个转换点（UL到DL和DL到UL），第一个转换点固定在TS0结束处，而第二个转换点则取决于小区上下行时隙的配置。

常规时隙如图7-3-2所示。

图7-3-2　常规时隙（1）

TS0～TS6共7个常规时隙被用作用户数据或控制信息的传输，它们具有完全相同的时隙结构。每个时隙被分成了4个域：两个数据域、一个训练序列域（Midamble）和一个用作时隙保护的空域（GP）。Midamble码长144 chip，传输时不进行基带处理和扩频，直接与经基带处理和扩频的数据一起发送，在信道解码时被用作进行信道估计。

数据域用于承载来自传输信道的用户数据或高层控制信息，除此之外，在专用信道和部分公共信道上，数据域的部分数据符号还被用来承载物理层信令。

Midamble用作扩频突发的训练序列，在同一小区同一时隙上的不同用户所采用的Midamble码由同一个基本的Midamble码经循环移位后产生。整个系统有128个长度为128 chip的基本Midamble码，分成32个码组，每组4个。一个小区采用哪组基本Midamble码由小区决定，当建立起下行同步之后，移动台就知道所使用的Midamble码组。Node B决定本小区将采用这4个基本Midamble中的哪一个。一个载波上的所有业务时隙必须采用相同的基本Midamble码。原则上，Midamble的发射功率与同一个突发中的数据符号的发射功率相同。训练序列的作用体现在上下行信道估计、功率测量、上行同步保持。传输时Midamble码不进行基带处理和扩频，直接与经基带处理和扩频的数据一起发送，在信道解码时它被用来进行信道估计。

在TD-SCDMA系统中，存在着3种类型的物理层信令：TFCI、TPC和SS。TFCI（Transport Format Combination Indicator）用于指示传输的格式，TPC（Transmit Power Control）用于功率控制，SS（Synchronization Shift）是TD-SCDMA系统中所特有的，用于实现上行同步，该控制信号每个子帧（5 ms）发射一次。在一个常规时隙的突发中，如果物理层信令存在，则它们的位置被安排在紧靠Midamble序列，如图7-3-3所示。

图7-3-3　常规时隙（2）

对于每个用户，TFCI信息将在每10 ms无线帧里发送一次。对每一个CCTrCH，高层信令将指示所使用的TFCI格式。对于每一个所分配的时隙是否承载TFCI信息也由高层分别告知。如果一个时隙包含TFCI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频。TFCI是在各自相应物理信道的数据部分发送，这就是说TFCI和数据比特具有相同的扩频过程。如果没有TPC和SS信息传送，TFCI就直接与Midamble码域相邻。

下行导频时隙如图7-3-4所示，每个子帧中的DwPTS是为下行导频和建立下行同步而设计的。这个时隙通常是由长为64 chip的SYNC_DL和32 chip的保护码间隔组成。SYNC_DL是一组PN码，用于区分相邻小区，系统中定义了32个码组，每组对应一个SYNC_DL序列，SYNC_DL码集在蜂窝网络中可以复用。

图7-3-4　下行导频时隙

上行导频时隙如图7-3-5所示，每个子帧中的UpPTS是为上行同步而设计的，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。这个时隙通常由长为128 chip的SYNC_UL和32 chip的保护间隔组成。

图7-3-5　上行导频时隙

逻辑信道：MAC子层向RLC子层提供的服务，它描述的是传送什么类型的信息。

传输信道：物理层向高层提供的服务，它描述的是信息如何在空中接口上传输。

物理信道：承载传输信道的信息。

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据，而有些物理信道仅用于承载物理层自身的信息。

1. 专用物理信道DPCH

专用物理信道DPCH（Dedicated Physical CHannel）用于承载来自专用传输信道DCH的数据。物理层将根据需要把来自一条或多条DCH的层2数据组合在一条或多条编码组合传输信道CCTrCH（Coded Composite Transport Channel）内，然后再根据所配置物理信道的容量将CCTrCH数据映射到物理信道的数据域。DPCH可以位于频带内的任意时隙，可以配置任意允许的信道码，信道的存在时间取决于承载业务类别和交织周期。一个UE可以在同一时刻被配置多条DPCH，若UE允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙。物理层信令主要用于DPCH。

2. 公共物理信道

根据所承载传输信道的类型，公共物理信道可划分为一系列的控制信道和业务信道。在3GPP的定义中，所有的公共物理信道都是单向的（上行或下行）。

1）主公共控制物理信道P-CCPCH

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BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，信道中没有物理层信令TFCI、TPC或SS。

2）辅助公共控制物理信道S-CCPCH

辅助公共控制物理信道（S-CCPCH，Secondary Common Control Physical Channel）用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据。不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，S-CCPCH所使用的码和时隙在小区中广播，信道的编码及交织周期为20 ms。

3）快速物理接入信道FPACH

快速物理接入信道（FPACH，Fast Physical Access Channel）不承载传输信道信息，因而与传输信道不存在映射关系。Node B使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的UE接入请求，调整UE的发送功率和同步偏移。数据域内不包含SS和TPC控制符号。因为FPACH不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用TFCI。

4）物理随机接入信道PRACH

物理随机接入信道（PRACH，Physical Random Access Channel）用于承载来自传输信道RACH的数据。传输信道RACH的数据不与来自其他传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。

5）物理上行共享信道PUSCH

物理上行共享信道（PUSCH，Physical Uplink Shared Channel）用于承载来自传输信道USCH的数据。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。由于一个UE可以并行存在多条USCH，这些并行的USCH数据可以在物理层进行编码组合，因而PUSCH信道上可以存在TFCI。但信道的多用户分时共享性使得闭环功率控制过程无法进行，因而信道上不使用SS和TPC（上行方向SS本来就无意义，为了上、下行突发结构保持一致，SS符号位置保留，以备将来使用）。

6）物理下行共享信道PDSCH

物理下行共享信道（PDSCH，Physical Downlink Shared Channel）用于承载来自传输信道DSCH的数据。在下行方向，传输信道DSCH不能独立存在，只能与FACH或DCH相伴而存在，因此作为传输信道载体的PDSCH也不能独立存在。DSCH数据可以在物理层进行编码组合，因而PDSCH上可以存在TFCI，但一般不使用SS和TPC，对UE的功率控制和定时提前量调整等信息都放在与之相伴的PDCH信道上。

7）寻呼指示信道PICH

寻呼指示信道（PICH，Paging Indicator Channel）不承载传输信道的数据，但与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道（映射在S-CCPCH上）。

传输信道的数据通过物理信道来承载，除FACH和PCH两者都映射到物理信道S-CCPCH外，其他传输信道到物理信道都有一一对应的映射关系。

1. 专用传输信道

专用传输信道仅存在一种，即专用信道（DCH），是一个上行或下行传输信道。

2. 公共传输信道

1）广播信道BCH

BCH是下行传输信道，用于广播系统和小区的特定消息。

2）寻呼信道PCH

PCH是下行传输信道，PCH总是在整个小区内进行寻呼信息的发射，与物理层产生的寻呼指示的发射是相随的，以支持有效的睡眠模式，延长终端电池的使用时间。

3）前向接入信道FACH

FACH是下行传输信道，用于在随机接入过程，UTRAN收到了UE的接入请求，可以确定UE所在小区的前提下，向UE发送控制消息。有时，也可以使用FACH发送短的业务数据包。

4）随机接入信道RACH

RACH是上行传输信道，用于向UTRAN发送控制消息，有时，也可以使用RACH来发送短的业务数据包。

5）上行共享信道USCH

USCH是上行信道；它被一些UE共享，用于承载UE的控制和业务数据。

6）下行共享信道DSCH

DSCH是下行信道；它被一些UE共享，用于承载UE的控制和业务数据。

表7-3-1给出了TD-SCDMA系统中传输信道和物理信道的映射关系。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。其他的传输信道数据都只能自身组合，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。

表7-3-1　TD-SCDMA传输信道和物理信道间的映射关系