-系统的关键过程

6.9.3　TD-SCDMA系统的关键过程

在TD-SCDMA系统中有一些系统实现过程与WCDMA系统基本相同，但有些却是TD-SCDMA系统所特有的，如小区搜索、上行同步、随机接入和接力切换等。

1.小区搜索

用户设备必须通过小区搜索过程，才能接入到特定的移动通信网络。在TD-SCDMA系统中，采用了独特的四步搜索过程。

（1）搜索下行导频物理信道

用户设备开机后，首先测量TD-SCDMA系统频带内的各载波功率，并将测得的功率按照由强到弱的顺序排序，并从最强的载波开始搜索。在初始小区搜索中，用户设备搜索到一个小区，通过下行导频物理信道中的下行同步码建立下行同步。

（2）识别扰码和基本中间码

在TD-SCDMA系统中，共有128个中间码，每4个分成一组，共32组。32组中间码与32个下行同步码一一对应。由第一步得知下行同步码后，用户设备即可推算出小区采用哪四种中间码。此后，用户设备可以采用试探和错误排除法确定到底采用了哪个中间码。

由于每个基本中间码与扰码一一对应，因此知道了中间码也就知道了扰码。

（3）控制复帧同步

用户设备搜索广播信道的复帧主（信息）指示块的位置，通过n个连续下行导频物理信道足以检测出目前复帧主指示块的位置，从而实现同步。

（4）读广播信道信息

用户设备读取被搜索到小区的一个或多个广播信道上的信息，如果出现不能完全解码的情况意味着此步失败，小区搜索过程将根据情况返回到前几步；否则小区搜索完成。

2.上行同步

在TD-SCDMA系统中，下行链路总是同步的，所以上行同步就成为TD-SCDMA系统的核心技术之一。上行同步过程通常用于系统的随机接入和切换过程，要求上行链路各终端的信号在基站解调器完全同步，即来自不同距离的同一时隙的不同用户的信号同步到达基站接收机。

在TD-SCDMA系统中用软件和帧结构设计来实现严格的上行同步，是一个同步的CDMA系统。实现上行同步后，使用正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互之间不会产生多址干扰。上行同步的同步精度一般要求在1/8～1个码元。

为了保证上行同步，通常要求用户设备超前一个时间（2×ΔT）发射信号，这个时间与用户设备到达基站之间的距离有关。显然，用户设备到基站之间的距离与时间偏移的关系为

d＝C×ΔT

其中，C为光速。

由于用户设备到基站之间的距离未知，因此上行同步需要经过上行同步准备、建立和保持三个阶段才能得以实现。

（1）上行同步的准备阶段

当用户设备（UE）开机之后，它首先要与基站建立下行同步。只有建立了下行同步，用户设备才能开始建立上行同步。

（2）上行同步的建立阶段

尽管用户设备可以从基站接收到下行同步信号，但是用户设备到基站的距离还是一个未知数，导致用户设备的上行发射不能同步到达基站。为了减小对常规时隙的干扰，上行信道的首次发送在上行导频时隙（UpPTS）这个特殊时隙进行，上行同步码（SYNC-UL）突发的发射时刻可通过对接收到的下行导频时隙（DwPTS）和/或主公共控制物理信道（P-CCPCH）的功率估计来确定。在搜索窗内，通过对上行同步码序列的检测，基站可以估计出接收功率和时间，然后向用户设备反馈信息，调整下次发送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，基站将向用户设备发送调整信息。

（3）上行同步的保持阶段

上行同步的保持可以利用每一个上行突发中的中间码来实现。在每一个上行时隙中，各个用户设备的中间码各不相同。基站可以在同一个时隙通过测量每个用户设备的midamble码来估计用户设备的发射功率和发射时间偏移，然后再下一个可用的下行时隙中发射同步偏移（SS）命令和功率控制（PC）命令，以使用户设备可以根据这些命令分别适当调整它的传送时间和功率。上行同步的更新有3种可能：增加一个步长；减小一个步长；不变。

3.随机接入

TD-SCDMA系统的随机接入过程与WCDMA有所不同，用户设备必须首先完成上行同步。

随机接入过程从空闲模式开始，当用户设备处于空闲模式时，它仍保持下行同步并读取小区广播信息。从该小区的下行导频物理信道中，用户设备可以得到下行同步码。在TD-SCDMA系统中，共有256个不同的上行同步码，其与下行同步码之间的关系是上行同步码序号除以8就是下行同步码序号。

此外，从小区广播信息中，用户设备可以得到随机接入时所需使用的相关信息，如物理随机接入信道的详细情况等。

在随机接入时，用户设备在可能采用的8个上行同步码中随机选择一个，并在上行导频物理信道上将它发送到基站。当基站检测到来自用户设备的上行导频物理信道的信息时，基站将确定发射功率更新和定时调整指令，并发送给用户设备。当用户设备收到上述控制信息时，表明基站已经收到前面发出的信息，然后用户设备将调整发射时间和功率，并发送接入请求。随后，用户设备会收到随机接入是否被接受的消息指示，如果被接受，将在网络分配的上行和下行链路专用信道上建立上、下行链路。用户设备收到来自网络的连接建立相应消息后，向网络发送证实消息，从而完成随机接入过程。

4.接力切换

接力切换（接力式的越区切换）是TD-SCDMA系统的核心技术之一，是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方式。接力切换的突出优点是切换时延少、切换成功率高、新到利用率高。

与软切换和硬切换不知道用户设备准确位置的情况不同，接力切换的前提是网络知道用户设备的准确位置信息。在TD-SCDMA系统中，一方面基站采用智能天线，可以估计用户的到达方向信息；另一方面，通过上行同步，网络可以确定用户信号传输的时间偏移，通过信号的往返时延，获知用户设备到基站的距离信息。由于网络有用户的准确位置信息，所以系统可以采用接力切换方式。

由于接力切换精确知道用户设备位置的情况，因此无须对所有相邻小区进行测量，而只需对与用户设备移动方向一致的靠近用户设备一侧的少数几个小区进行测量。这样，用户设备所需要的切换测量工作量减少，切换时延也就相对减少；此外，由于需要检测的相邻小区数目减少，因而也相应减少了用户设备、基站和无线网络控制器之间的信令交互，缩短了用户设备测量的时间，减轻了网络的负荷，进而使系统性能得到优化。

当用户设备处于可能发生切换的两个小区区域时，两个小区的基站将接收来自同一个用户设备的信号，两个小区都对此用户设备定位，并将此定为结果向无线网络控制器报告。无线网络控制器根据用户的方位和距离信息，判断用户设备现在是否移动到应该切换给另一个基站的邻近区域，并告知用户设备周围同频基站的信息。

如果进入切换区，便由无线网络控制器通知另一基站做好切换准备，通过一个信令交换过程，用户设备就由一个小区像交接力棒一样切换到另一个小区。

接力切换与软切换相比，两者都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。二者之间的区别在于接力切换并不需要同时有多个基站为一个用户设备服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源较多、信令复杂导致系统负荷加重，以及增加下行链路干扰等缺点。

接力切换与硬切换相比，两者都具有较高的资源利用率、较为简单的算法，以及系统相对较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开原基站并与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换先断后连方式的掉话率较高、切换成功率较低的缺点。