物理层过程

1. 小区搜索过程

在初始小区搜索中，UE搜索到一个小区，建立DwPTS同步，获得扰码和基本Midamble码，控制复帧同步，然后读取BCH信息。初始小区搜索利用DwPTS和BCH进行。

初始小区搜索按以下步骤进行。

1）搜索DwPTS

UE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，这一步通常是通过一个或多个匹配滤波器（或类似的装置）与接收到的从PN序列中选出来的SYNC_DL进行匹配实现。为实现这一步，可使用一个或多个匹配滤波器（或类似装置）。在这一步中，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。

2）扰码和基本训练序列码识别

UE接收到P-CCPCH上的Midamble码后，DwPTS紧随在P-CCPCH之后。每个DwPTS对应一组4个不同的基本Midamble码，因此共有128个互不相同的基本Midamble码。基本Midamble码的序号除以4就是SYNC_DL码的序号。因此，32个SYNC_DL和P-CCPCH的32个Midamble码组一一对应，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Midamble码。在一帧中使用相同的基本Midamble码。由于每个基本Midamble码与扰码是相对应的，知道了Midamble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。

3）实现复帧同步

UE搜索在P-CCPCH里的BCH的复帧MIB（Master Indication Block），它由经过QPSK调制的DwPTS的相位序列（相对于在P-CCPCH上的Midamble码）来标识。控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列来定位。n个连续的DwPTS可以检测出目前MIB在控制复帧中的位置。

4）读广播信道BCH

UE利用前几步已经识别出的扰码、基本训练序列码、复帧头读取被搜索到小区的BCH上的广播信息，根据读取的结果，UE可以得到小区的配置等公用信息。

2. 上行同步过程

对于TD-SCDMA系统来说，UE支持上行同步是必须的。

当UE加电后，它首先必须建立起与小区之间的下行同步。只有当UE建立了下行同步，它才能开始上行同步过程。建立了下行同步之后，虽然UE可以接收到来自Node B的下行信号，但是它与Node B间的距离却是未知的。这将导致上行发射的非同步。为了使同一小区中的每一个UE发送的同一帧信号到达Node B的时间基本相同，避免大的小区中的连续时隙间的干扰，Node B可以采用时间提前量调整UE发射定时。上行方向的第一次发送将在一个特殊的时隙UpPTS上进行，以减小对业务时隙的干扰。

UpPCH所采用的定时是根据对接收到的DwPCH和/或P-CCPCH的功率来估计的。在搜索窗内通过对SYNC_UL序列的检测，Node B可估算出接收功率和定时，然后向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。这是在接下来的四个子帧中由FPACH来完成的。UE在发送PRACH后，上行同步便被建立。上行同步同样也将适用于上行失步时的上行同步再建立过程中。

具体的步骤如下：

①下行同步建立：即上述小区搜索过程。

②上行同步的建立：UE上行信道的首次发送在UpPTS这个特殊时隙进行，SYNC_UL突发的发射时刻可通过对接收到的DwPTS和/或P-CCPCH的功率估计来确定。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。在以后的4个子帧内，Node B将向UE发射调整信息（用F-PACH里的一个单一子帧消息）。

③上行同步的保持：Node B在每一上行时隙检测Midamble，估计UE的发射功率和发射时间偏移，然后在下一个下行时隙发送SS命令和TPC命令进行闭环控制。

3. 基站间同步过程

TD-SCDMA系统中的同步技术主要由两部分组成，一是基站间的同步（Synchronization of Node BS）；另一是移动台间的上行同步技术（Uplink Synchronization）。

在大多数情况下，为了增加系统容量，优化切换过程中小区搜索的性能，需要对基站进行同步。一个典型的例子就是存在小区交叠情况时所需的联合控制。实现基站同步的标准主要有：可靠性和稳定性；低实现成本；尽可能小的影响空中接口的业务容量。

所有的具体规范目前尚处于进一步研究和验证阶段，其中比较典型的有如下4种方案（目前主要在R5中有讨论）：

（1）基站同步通过空中接口中的特定突发时隙，即网络同步突发（Network Synchronization Burst）来实现。该时隙按照规定的周期在事先设定的时隙上发送，在接收该时隙的同时，此小区将停止发送任何信息，基站通过接收该时隙来相应地调整其帧同步。

（2）基站通过接收其他小区的下行导频时隙（DwPTS）来实现同步。

（3）RNC通过Iub接口向基站发布同步信息。

（4）借助于卫星同步系统（如GPS）来实现基站同步。

Node B之间的同步只能在同一个运营商的系统内部。在基于主从结构的系统中，当在某一本地网中只有一个RNC时，可由RNC向各个Node B发射网络同步突发，或者是在一个较大的网络中，网络同步突发先由MSC发给各个RNC，然后再由RNC发给每个Node B。

在多MSC系统中，系统间的同步可以通过运营商提供的公共时钟来实现。

4. 随机接入过程

随机接入过程分为以下三个部分。

1）随机接入准备

当UE处于空闲模式时，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SYNC_UL码（特征信号）的码集，一共有256个不同的SYNC_UL码序列，其序号除以8就是DwPTS中的SYNC_DL的序号。从小区广播信息中UE可以知道PRACH信道的详细情况（采用的码、扩频因子、Midamble码和时隙）、FPACH信道的详细信息（采用的码、扩频因子、Midamble码和时隙）以及其他与随机接入有关的信息。

2）随机接入过程

在UpPTS中紧随保护时隙之后的SYNC_UL序列仅用于上行同步，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基站。UE确定UpPTS的发射时间和功率（开环过程），以便在UpPTS物理信道上发射选定的特征码。

一旦Node B检测到来自UE的UpPTS信息，那么它到达的时间和接收功率也就知道了。Node B确定发射功率更新和定时调整的指令，并在以后的4个子帧内通过FPACH（在一个突发/子帧消息）将它发送给UE。

一旦当UE从选定的FPACH（与所选特征码对应的FPACH）中收到上述控制信息时，表明Node B已经收到了UpPTS序列。然后，UE将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RACH。在这一步，UE发送到Node B的RACH将具有较高的同步精度。

之后，UE将会在对应于FACH的CCPCH的信道上接收到来自网络的响应，指示UE发出的随机接入是否被接收，如果被接收，将在网络分配的UL及DL专用信道上通过FACH建立起上下行链路。

在利用分配的资源发送信息之前，UE可以发送第二个UpPTS并等待来自FPACH的响应，从而可得到下一步的发射功率和SS的更新指令。

接下来，基站在FACH信道上传送带有信道分配信息的消息，基站和UE间进行信令及业务信息的交互。

3）随机接入冲突处理

在有可能发生碰撞的情况下，或在较差的传播环境中，Node B不发射FPACH，也不能接收SYNC_UL，也就是说，在这种情况下，UE就得不到Node B的任何响应。因此UE必须通过新的测量，来调整发射时间和发射功率，并在经过一个随机延时后重新发射SYNC_UL。注意：每次（重）发射，UE都将重新随机地选择SYNC_UL突发。

这种两步方案使得碰撞最可能在UpPTS上发生，即RACH资源单元几乎不会发生碰撞。这也保证了在同一个UL时隙中可同时对RACHs和常规业务进行处理。