0TDSCDMA系统原理与技术的研究

《0TDSCDMA系统原理与技术的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《0TDSCDMA系统原理与技术的研究（41页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、0TD-SCDMA系统原理与技术的研究摘 要TD-SCDMA是世界上第一个采用时分双工（TDD）方式和智能天线技术的公众陆地移动通信系统，也是惟一采用同步CDMA（SCDMA）技术和低码片速率（LCR）的第三代移动通信系统，同时采用了多用户检测、软件无线电、接力切换等一系列高新技术。至今为止，其他公众陆地移动通信系统中都没有使用这些技术。TD-SCDMA系统可以采用这些技术并能保证它们很好地工作，关键是智能天线技术和特殊的帧结构。本文首先介绍了第三代移动通信的发展概况、TD-SCDMA帧结构和参数及其关键技术，接着重点分析了TD-SCDMA的网络结构。然后详细说明了移动的语音寻呼处理，最后对T

2、D-SCDMA的频率划分和组网模式进行了分析。【关键词】TD-SCDMA；网络结构 ；信道；基站；智能天线Research of TD-SCDMA systematic principle and technologyAbstractIt is duplexing that it is adopted the time first (TDD) The public land mobile communication systems of the way and intellectual aerial technology, is only to adopt synchronous CDMA(S

3、CDMA)Technology and low yard of speed (LCR) Mobile communication system not the third generation of,last multi-user at the same time the measurings, software radio, relay switching over a series of new and high technology of. So far, have not used the technology in the mobile communication system of

4、 other public land. TD-SCDMA system can adopt the technology and can guarantee they well work, the more important thing is technology of the intellectual aerial and special frame structure.This text has introduced development overview, TD-SCDMA frame structure and the parameter and key technology of

5、 the third generation of mobile communication at first, then has analysed the network structure of TD-SCDMA especially. Then stated the pronunciation paging moving to deal with in detail, the frequency to TD-SCDMA has been divided and analysed with groups network mode finally.【Key Words】TD-SCDMA；Net

6、work structure; Channel; Base station；Smart Antenna 目 录1绪论11.1 TD-SCDMA产生的背景11.2 TD-SCDMA发展现状11.3 TD-SCDMA系统帧结构和基本参数21.4系统评价及未来的发展32 TD-SCDMA网络结构52.1 TD-SCDMA网络结构模型52.1.1概述52.1.2用户设备域52.1.3 基本结构域62.2 接入网基本结构62.2.1 UTRAN结构62.2.2 UTRAN接口模型72.2.3 UTRAN 的功能82.3 TD-SCDMA系统的网络接口83 TD-SCDMA工作原理113.1 空闲模式下的

7、UE113.1.1 PLMN选择和重选113.1.2 小区的选择和重选123.1.3 位置登记和更新123.2 连接建立过程133.2.1 RRC连接建立过程133.2.2信令连接建立过程133.2.3 RAB/RB建立过程133.3信令的整体流程143.4 系统设备与终端144 TD-SCDMA关键技术174.1智能天线技术174.1.1智能天线的工作原理174.1.2智能天线的主要功能174.2 联合检测技术174.3 TD-SCDMA其他主要技术184.3.1 上行同步184.3.2 软件无线电184.3.3 动态信道分配184.3.4接力切换184.3.5低速率模式195 TD-SCD

8、MA频率规划和组网模式205.1概述205.2传统的频率规划方案205.3 基于N 频点的频率规划方案205.3.1 15 MHz的频率分配215.3.2 10 MHz 的频率分配225.3.3 5MHz的频率分配226 结束语23谢辞24参 考 文 献25附录A外文翻译原文部分26附录B 外文翻译译文部分32 1 绪 论1.1 TD-SCDMA产生的背景随着全球经济一体化和社会信息化的进程，移动通信业务和移动通信用户呈高速增长的趋势，这使2G系统在系统容量和业务种类上趋于饱和，为了适应对移动通信个人化、智能化、多媒体化的要求，国际电信联盟（ITU）和世界上其它的研究单位提出了3G系统标准并将

9、按照此标准开发3G系统。TD-SCDMA正是在背景下研究出来的。TD-SCDMA第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院（现大唐移动通信设备有限公司）在国家主管部门的支持下，根据多年的研究而提出的具有一定特色的3G通信标准。是中国百年通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，在我国通信发展史上具有里程碑的意义并将产生深远影响，是整个中国通信业的重大突破。TD-SCDMA的提出同时得到中国移动、中国电信、中国联通等公司的大力支持和帮助。TD-SCDMA在系统性能方面具有明显的竞争优势：系统容量大，抗干扰能力强，频谱利用率高，系统可以在带宽为1.6 MHz的单载波上提供2Mbit/

10、s的数据业务和48路语音通信。TD-SCDMA不需要成对的工作频段，这对缓解当前移动频段资源紧张的问题是极为重要的。TD-SCDMA能够提供第三代移动通信系统所规定的各种业务，包括高质量的语音、宽带数据和多媒体业务，尤其适合今后将迅速发展的IP等非对称数据业务。TD-SCDMA系统还采用了智能天线、联合检测、同步CDMA、接力切换及自适应功率控制等诸多先进技术，与其它3G系统相比具有较为明显的优势。1.2 TD-SCDMA发展现状在中国政府主管部门、运营商的支持下，在CWTS的积极推动下，TD-SCDMA技术在经历了融合与完善后，于2000年5月正式被ITU确认为国际第三代移动通信标准。200

11、1年3月，另一个国际性的移动通信标准化组织3GPP正式接纳了TD-SCDMA标准的全部技术方案。国际电联和3GPP对TD-SCDMA标准的认可，标志着它已经成为一个世界通用的、开放的标准，可以作为各国第三代移动通信系统的选择方案之一。目前，TD-SCDMA事实上已经成为第三代移动通信系统中世界唯一的TDD标准。国际电联为TDD专门划分了3G频段将完全被TD-SCDMA使用，为TD-SCDMA走向全世界铺平了道路，也为TD-SCDMA在世界漫游创造了条件。TD-SCDMA是TDD模式，由于同时采用了同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测、接力切换、低码片速率、多时隙TDMA等一系列新技术，

12、从而增加了系统容量，提高了系统抗干扰性能，大大降低了发射功率，节约了制造成本。TD-SCDMA 产业的总体发展情况良好，国内外的诸多企业都投身到TD-SCDMA 的发展中来了。从原来的大唐电信孤军奋战到目前几十个厂家和单位共同研究开发，TD-SCDMA已经逐步被诸多厂家所接受。同时运营商也对该技术表现出了兴趣，对TD-SCDMA 的认同感逐步提高。目前TD-SCDMA 技术面临的主要工作是如何从产业上缩短与其他两个标准的距离，尽早建立预商用网络。从产业链角度讲，TD-SCDMA 系统的产业结构已经形成，涉及到核心技术、系统、终端、核心芯片等各个方面。有国内外几十个单位参与，已经形成一定规模，产

13、业分布趋于合理。同时，TD-SCDMA 的产业链形成时间相对较短，还需要进一步巩固和发展。系统方面的技术主要来自于大唐电信的前期技术，而且经过多年的研究开发，大唐电信已经开发出多个版本的基站，可用于前期测试和后期商用；同时中兴和普天都引进了大唐的技术进行开发；华为和西门子成立合资公司，利用西门子在TSM方面的技术和华为在WCDMA 核心网和RNC的基础上进行再开发。国内的主要厂商都参与到TD-SCDMA技术的开发中来，这无疑对TD-SCDMA 产业有了巨大的促进作用。终端方面的企业有较多的技术积累，国内夏新、波导、海信等手机制造公司都积极参与到TD-SCDMA手机的产业中来，保证了TD-SCD

14、MA 手机的供应和多样化。在手机的核心芯片方面，有诸多的芯片设计、制造公司参与，如上海的凯明、展讯，北京的T3G、大唐微电子等。无疑，国内厂商参与到手机核心芯片的设计中，会改变我国在手机的核心技术上完全依赖进口的局面，不论在成本上还是在灵活性上都有明显的改善。1.3 TD-SCDMA系统帧结构和基本参数要掌握TD-SCDMA系统，它的帧结构和基本参数是非常重要的，系统设计者在这两方面都倾注了巨大的心血。与其他第三代移动通信标准相比，它有很多独特的地方，而这些独特性又是为了保证系统的性能和容量优势。TD-SCDMA系统的帧结构如图1-1所示。物理信道用4层结构：超帧、无线帧、子帧和时隙/码。一个

15、超帧长720ms,由72个无线帧组成，每个无线帧长10ms。TD-SCDMA将每个无线帧分为两个5ms的子帧，每个子帧由长度675us的7个主时隙和3个特殊时隙组成。3个特殊时隙分别是下行导频时隙(DwPTS，75us）、上行导频时隙(UpPTS, 125us）和保护时隙(G,75us)构成。在这7个主时隙中，Ts0总是分配给下行链路，而Ts1总是分配给上行链路，其他时隙既可作为上行链路的时隙，也可作为下行链路的时隙。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点分开，在TD-SCDMA系统的每个5ms的子帧中，有两个转换点(UL到DL和DL到UL）。转换点的位置取决于小区上、下行时隙的配置，

16、这种灵活的配置方案。特别适合不对称业务的传输。图1-1 TD-SCDMA系统的帧结构 一个突发的持续时间就是一个时隙，主时隙突发结构由两个数据符号域、一个144 chips的midamble码、L1控制信息和16chips的保护域组成，总共长864chips。数据区共704码片长，数据域中每个比特用QPSK调制，扩频系数为1-16。 midamble码是作为训练序列，供多用户检测（联合检测或干扰抵销）时信道估值使用。下行导频时隙(DwPTS)由64比特正交码组成，它是无线基站（小区）的导频信号。也是下行同步的信号。而上行导频时隙(UpPTS)由128比特正交码组成，它是用户终端（小区）的导频信

17、号，主要用做上行同步。保护时隙(G)用于保护和区分上、下行时隙，使距离较远的终端能实现上行同步，在TD-SCDMA系统中，此时隙的宽度保证了小区的最大半径可能达到l0Km以上。 TD-SCDMA系统中时隙用于在时间域上区分不同用户信号，这在某种意义上有些TDMA的成分。另外，对给定的一段频率还可以在频域上分为一些带宽为1.6MHz的载波，这具有FDMA的成分，因此，TD-SCDMA系统的多址方式为FDMA+TDMA+CDMA。TD-SCDMA系统的基本参数可以归纳为如表1-1所示。表1-1 TD-SCDMA系统的基本参数参数值技术特征TD-SCDMA信道间隔16MHz码片速率1.28Mchip

18、/s多址方式FDMA+TDMA+CDMA双工方式TDD帧长短帧长10ms(子帧5ms)信道/载波48（对称业务）DS与MC方式单载波窒窄带DS数据调制QPSK/8PSK（2Mbit/s业务）扩频调制QPSK语音编码8kb/(s.AMR)信道编码卷积编码+Turbo码基站发射功率最大43dBm移动台发射功率33dBm小区覆盖半径0.1-12km切换方式硬切换/软切换/接力切换上行同步1/8chip相干检测上行、下行：连续的公共导频多速率方案多时隙、可变扩频和多码扩频基站间定时同步功率控制开环加闭环功率控制，200次/s1.4系统评价及未来的发展作为国际3G标准之一的TD-SCDMA技术有其本身的

19、优势，主要体现在以下几个方面:（1）频谱利用率。随着移动通信的发展，频谱资源逐渐成为制约移动通信发展的一个重要的因素，同时频谱也是一种昂贵的资源，相比FDD方式的通信技术，TDD方式有非成对频谱的利用，这种方式不需要一定的频谱作保护带宽。因此采用TDD方式的TD-SCDMA技术大大提高了频谱的利用率，也使的TD-SCDMA的频谱分配方式很灵活；（2）支持多媒体业务，第三代移动通信的主要目标是实现移动多媒体通信，而多媒体业务的特点是上下行链路不对称。而对于TDD方式，遇过在多媒体的热点地区采用非对称时隙分配方法，可以提高下行链路的吞吐量，另一方面，TDD技术对类似PTT业务和端到端网络有较好的支

20、待能力；（3）TD-SCDMA的组网能力强，TD-SCDMA的组网有2种方案：一种是与采用WCDMA技术的UMTS系统联合组网；另一种是独立组网；（4）TD-SCDMA有后期发展空间，当前，后3G和4G技术得到世界范围的普遍关注，而TDD双工方式以其特有的优势得到了大家的认可，这也给TD-SCDMA技术向未来演进提供了方向，为TD-SCDMA的后续发展提供了广阔的空间。TD-SCDMA 系统有许多优点,但它也存在一些技术上的缺点。（1）由于采用TDD 模式,会产生比较高的平均峰值功率(PTAP) ,并且各基站必须达到同步,在不同网络控制器(RNC)控制的基站之间要实现同步比较困难。（2）在TD

21、-SCDMA系统中,当达到最高数据速率时扩频因子最小为1 ,在这种情况下,系统将不能提供扩频增益,降低系统的干扰抵消能力。（3）软件无线电是串行模块结构,模块间耦合紧密,相互独立性不高；采用的是基于时分机制的总线结构,各相邻功能模块间的数据流是一种流水线式串行机制,它们之间实现匹配较复杂。 经过我国技术专家的不懈努力, 通过一系列的技术测试, TD-SCDMA的各个专项技术试验结果表明: TD-SCDMA的各项关键技术都已经在设备中实现并得到全面验证, TD-SCDMA系统功能和性能达到设计指标要求, 设备运行稳定, 终端已实现了绝大部分功能和业务, TD-SCDMA可以独立组网。同时, 作为

22、TD-SCDMA产业化的一个重要组成部分,TD-SCDMA完整产业链已基本形成, 各通信企业纷纷加入TD-SCDMA 产业联盟, 促进了TD-SCDMA的发展, 不断发展壮大了TD-SCDMA 产业阵营。各终端厂商陆续推出成熟的TD-SCDMA 终端整体解决方案, 开发出了多款式的TD-SCDMA 终端,不仅为TD-SCDMA 的商用提供了坚实的后盾, 同时也增强了人们对TD-SCDMA商用前景的信心。 2006 年1 月20 日, 国家信息产业部宣布,TD-SCDMA成为我国通信行业标准。该行业标准的正式颁布可以看作是TD-SCDMA继2000年为ITU所接受、2001 年进入3GPP后的第

23、三个标准里程碑。这也标志着TD-SCDMA 标准方案已经成熟,并且能够指导企业进行制造和生产。在该标准的指导下, 参与TD-SCDMA 产品开发、生产和运营国内外厂商在产品需求定义、设备合作开发、系统集成应用等方面将有更加一致的认识, 技术和市场分工将进一步明确, 同类设备的性能和指标也越来越具有可比性, 从而形成更加成熟的产业环境。 与其它3G标准相比, TD-SCDMA与GSM的系统结构框架更具兼容性。这样, 不仅使得由2G到3G的过渡更加平稳, 而且还可以大大地降低运营商的技术风险, 尽早地使运营商获益。国内外通信厂商的加盟, 政府的大力支持, 加之TD-SCDMA 技术上的优势, 我们

24、有理由相信:日益成熟的TD-SCDMA产业必将带动我国3G产业实现真正的腾飞。 2 TD-SCDMA网络结构TD-SCDMA系统的网络结构完全遵循3GPP指定的UMTS网络结构，可以分为UMTS地面无线接入网（UTRAN）和核心网（CN）。本章首先介绍UMTS的网络结构模型，根据TD-SCDMA系统的接入网和核心网组成阐述它们之间的通信机制：然后对TD-SCDMA系统接入网部分特有的空中接口协议进行详细介绍，包括协议体系和功能模型；另外还将介绍接入网终端的协议结构；重点阐述了TD-SCDMA核心网的组成、结构和协议架构。 2.1 TD-SCDMA网络结构模型TD-SCDMA系统的网络结构与标准

25、化组织3GPP制订的UMTS网络结构是一样的，所以TD-SCDMA网络结构模型完全等同于UMTS网络结构模型，下面就以国际上通行的惯例对UMTS网络结构模型进行详细介绍。2.1.1概述UMTS系统按照功能可以分为两个基本域，用户设备域（User Equipment Domain）和基本结构域（Infrastructure Domain）,如图2-1所示。用户设备域进一步划分有用户业务识别模块（USIM）域和移动设备（ME）域；基本结构域进一步划分为接入网（RAN）域和核心网（CN）域。总体来讲，UMTS系统由用户设备（UE）域、接入网（RAN）域和核心网（CN）域组成。图2.1 UMTS的物理

26、结构模型用户业务识别模块域和移动设备域之间是Cu接口；用户设备域和接入网域之间是Uu接口。接入网域和核心网域之间通过Iu接口相连，核心网域通过网关连接到Internet或IP网。2.1.2用户设备域 用户设备域包括具有不同功能的各种类型设备。它们可能兼容一种或多种现有的接入口（固定或无线）设备，如双模GSM/UMTS用户终端等。用户设备还可以包括智能卡。从图2.1可以看出，用户设备域可进一步分为移动设备（ME）域和用户业务识别单元（USIM）域。（1）移动设备（ME）域 移动设备域的功能是完成无线传输和应用。移动设备还可以分为实体，如完成无线传输和相关功能的移动终端（MT），包含端到端应用的终

27、端设备（TE）。对移动终端没有特殊的要求，因为它与UMTS的接入层和核心网有关。（2）用户业务识别单元（USIM）域用户业务识别单元包含清楚而安全地确定身份的数据和过程。这些功能一般存入智能卡中。它只与特定的用户有关，而与用户所使用的移动设备无关。2.1.3 基本结构域基本结构域可进一步分为直接与用户相连接的接入网域和核心网域，两者通过开放接口连接。接入网域由与接入技术相关的功能组成，而核心网域的功能与接入技术无关。从功能方面出发，核心网又可以分为分组交换业务域和电路交换业务域。但是，网络和终端可以只具有分组交换功能或电路交换功能，也可以同时具有两种功能。（1）接入网域 接入网域由管理接入网资

28、源的物理实体组成，并向用户提供接入到核心网域的机制。对于UMTS phase 1接入网的标准，现在只包括UMTS无线接入网（UTRAN），其它类型的接入网有待进一步研究。UTRAN是一种新的接入网，其功能由UMTS phase 1定义。为了使UMTS网络能够在两种接入网下运行，特别定义了UTRAN和GSM基站子系统（BSS）接入网的互操作。 从网络发展及漫游和切换的角度看，UMTS phase 1应后向兼容GSM网络。所以UMTS phase 1将允许运营商引入新的技术，如ATM、IP等。UMTS 将支持各种接入方法，以便于用户利用各种固定和移动终端接入UMTS核心网和虚拟原籍环境（VHE）业

29、务。在所有情况下，接入到UMTS网需要使用UMTS的用户业务识别单元。UMTS的移动终端设计成运用于各种无线接入环境。（2）核心网域核心网域由提供网络支持特性和通信业务的物理实体组成。提供的功能包括用户位置信息的管理、网络特性和业务的控制、信令和用户信息的传输机制等。核心网域又可分为服务网域、原籍网域和传输网域：服务网域：与接入网域相连接，其功能是呼叫的寻路和将用户数据与信息从源传输到目的。原籍网域：管理用户永久的位置信息。用户业务识别单元和原籍网域有关。传输网域：是服务网域和远端用户间的通信路径。2.2 接入网基本结构 前面介绍了整个系统的网络结构，下面介绍其中的UTRAN，然后再重点介绍核

30、心网（CN）的接口和组成。作为接入网，UTRAN基本结构及其Iu、Iur、和Iub等主要接口是TD-SCDMA系统网络组成的基本。2.2.1 UTRAN结构UTRAN由若干个通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统组成。其中一个RNS包含一个RNC和一个或多个Node B，而Node B通过Iub接口与RNC相连接。Node B应该可以支持FDD模式、TDD模式或者以上2个模式都支持。在UTRAN内部，RNC之间通过Iur接口进行信息交互，Iu和Iur是逻辑接口，Iur接口可以是RNC之间的直接物理连接，也可以通过任何合适传输网络的虚拟连接来实现。UTRAN的内部结构如图2-2所示。每个RNS管

31、理一组小区的资源。在UE和UTRAN的每个连接中，其中一个RNS充当服务RNS(SRNS，Serving RNS)。如果需要一个或多个漂移RNS(DRNS，Drifting RNS)通过提供无线资源来支持SRNS时，则SRNS和DRNS的结构关系如图2-3所示。图2-2 UTRAN内部结构图2-3 SRNS和DRNS结构关系2.2.2 UTRAN接口模型UTRAN接口的通用协议模型如图2-4所示。从图中可以看出，UTRAN分为无线网络层和传输网络层。其中，UTRAN的逻辑节点和他们之间的接口被定义为无线网络层的部分。传输网络层为用户平面传输、信令传输和特定的运行与维护(0&M)传输提供服务，而

32、与UTRAN特定的功能无关。其中，无线网络层分为用户平面和控制平面，传输网络层分为传输网络用户平面和传输网络控制平面。图2-4 UTRAN接口的协议模型2.2.3 UTRAN 的功能UTRAN的功能如下：（1）用户数据传输功能UTRAN提供在Uu和Iu参考点之间的用户数据传输功能。（2）系统接入控制功能系统接入控制包含接入允许拉制、拥塞控制和系统信息广播等功能。（3）无线信道的加密和解密功能该功能通过一定的加、解密操作为发送的无线数据提供保护，加密功能位于UE和UTRAN中。（4）移动性管理功能（5）无线资源的管理和控制功能无线资源管理包括对无线资源的分配和保持等相关功能，UMTS的无线资源应

33、该能在电路交换业务和分组交换业务之间共享。（6）广播和多播功能（7）跟踪功能UTRAN可以跟踪与UE的位置及其行为相关的各种事件。（8）流量报告功能2.3 TD-SCDMA系统的网络接口根据前面对TD-SCDMA系统的网络结构的分析，TD-SCDMA的网络接口主要有空中接口（Uu接口）、Iub接口、Iur接口和Iu接口，下面将分别进行分析，在此我们主要介绍空中接口。（1）Iu接口Iu接口是连接RAN和CN的接口，它将系统近分成用于无线通信处理的RAN和用于处理交换、路由、业务控制的CN两部分。Iu接口支持的功能如下：无线接入承载的建立、维护和释放过程；系统内切换、系统间切换和SRNS重定位过程

34、；与特定UE无关的一系列通用过程；为了用户特定信令管理；每个UE在协议等级上的分离过程；UE和CN之间信令消息的传递；小区广播服务；从CN到UTRAN请求的位置服务和从UTRAN到CN的位置信息的传递过程，以及单个UE同时接入到多个CN域和分组数据流的资源预留机制等。（2）Iur接口RAN内任意两个RNC之间的逻辑连接称为Iur接口，它用来传送RNC之间的控制信令和用户数据。Iur接口包括以下功能：Iur接口支持RNS之间无线接口的移动性，包括对切换、无线资源的处理和RNS之间的同步过程。通过DRNC，Iur接口提供在SRNC和Node B(DRNS)之间传递携带有用户数据和控制的信息的上、下

35、行Iur DCH帧的传输能力。在DRNC与SRNC之间提供上行RACH数据流的传输能力。为一个UE的一条或多条DSCH（或USCH）传输信道传递Iur数据流。Iur接口提供SRNC与DRNC之间下行FACH数据流的传输能力。传输网络的管理。公共传输信道的业务管理，包含公共传输信道的资源准备和寻呼功能。下行共享传输信道和TDD上行共享传输信道的业务管理，包含无线链路的建立/增加/删除和容量分配等功能。公共和专用测量对象的测量报告。（3）Iub接口Iub接口是RNC和Node B 之间的接口，完成RNC和Node B之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理和Node B逻辑上的O&M等。Iub接口

36、主要以下功能：管理Iub接口的传输资源Node B逻辑O&M操作传输O&M信令系统信息管理专用信道控制公共信道控制定时和同步管理（4） Uu接口（空中接口）移动终端和接入网之间的接口Uu,通常也称为空中接口。TD-SCDMA与WCDMA的不同之处就在于无线接口即Uu接口的不同。它主要有物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3）组成，图2-5所示为TD-SCDMA移动通信系统空中接口协议结构。图2-5 无线接口协议体系结构图2-5描述了TD-SCDMA与物理层有关的无线接口协议体系结构。物理层连接链路层的媒体接入控制（MAC）子层和网络层的无线资源控制（RRC）子层。图中不同层/子层之间

37、的圈表示服务接入点（SAP）。物理层向MAC子层提供不同的传输信道，信息在无线接口上的传输方式决定了传输信道的特性。MAC子层向数据链路层的无线链路控制（RLC）子层提供不同的逻辑信道，传输信息的类型决定了逻辑信道的特性。物理信道在物理层定义，一个物理信道由码、频率和时隙共同决定。（1）RC子层实现的功能 RRC子层实现的功能包括广播由非接入提供的信息，广播与接入层相关的信息，建立、维持及释放UE和UTRAN之间的一个RRC连接，建立重配置及释放无线承载，分配、重配置及释放用于RRC连接的无线资源，RRC连接移动管理，为高层PDU选路由，请求QOS控制，UE测量上报和报告控制，外环功率控制、加

38、密控制、慢速动态信道分配、寻呼，空闲模式下初始小区选择和重选，上行链路DCH上无线资源的仲裁，RRC消息完整性保护和CBS控制。（2）数据链路层功能数据链路层包括MAC、RLC、PDCP、BMC等4个子层，各部分实现功能不同。MAC子层的功能包括逻辑信道和传输信道之间的映射，为每个传输信道选择适当的传送格式，UE数据流之间的优先处理，UE之间采用动态预调度方法的优先级处理，DSCH和FACH上几个用户的数据流之间的优先级处理，公共传输信道上UE的标识，将高层PDU复接为通过传输信道传送给物理层的传送块，并将通过传输信道使来自物理层的传送块复接为高层PDU，业务量检测，动态传输信道类型切换，透明

39、RLC加密，接入业务级别选择。RLC子层功能包括分割和重组、串联、填充、数据的传送，错误检测，按序发送高层PDU，副本检测，流控，非确认数据传送模式序号检查，协议错误检测和恢复、加密、挂起等。PDCP子层功能在发送与接收实体中分别执行IP数据流的头部压缩和解压缩，头部压缩方法对应于特定的网络层、传输层或上层协议的组合。传输用户数据将非接入层送来的PDCP-SDU转发到RLC子层，将多个不同的RB复用到同一个RLC实体。BMC子层的功能包括小区广播消息的存储，业务量的监测和为CBS请求无线资源，BMC消息的调度，向UE发送BMC消息，向高层（NAS）传递小区广播消息。（3）物理层功能在OSI参考

40、消息模型中物理层处于最底层，它提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能。物理层功能包括通过传输信道提供数据传输以MAC子层，分集全并，传输信道错误指示，传输信道FEC编译码，传输信道到编码复合传输信道CCTRCH映射，编码后的传输信道速率匹配到物理信道，CCTRCH映射到物理信道，物理信道的加权合并，扩频与市制/解扩与解调，频率同步，时间同步（码片、比特、时隙、帧），无线特性测量（FER、SIR、功率干扰），闭环功率控制，射频处理等。3 TD-SCDMA工作原理建立移动通信的目的就是为了实现通信，从移动终端UE来看，一个完整的通信事件包括开机、待机、通话或数据传输、关机等几个阶段。开机后，移动

41、终端处于空闲状态，需要找到合适的网络以进行小区驻留，完成小区驻留后，此时移动终端处于待机状态，需要通过在移动终端、接入网、核心网之间建立连接从而实现通信，连接的建立首先是在移动终端和接入网之间建立连接，接着在接入网和核心网之间建立连接，最后通过作为桥梁的接入网在核心网和移动终端之间建立。连接建立后就可以进行通话或数据传输从而实现通信任务，通信结束后需要释放连接，释放连接的次序和建立的次序恰好相反，连接释放后，移动终端又处于待机状态，等待下一次业务的重新发起。本章将详细介绍整个通信过程的信令和通信事件，首先介绍UE开机后如何驻留到小区从而进入待机状态，然后描述移动终端和接入网之间、移动终端和核心

42、网之间连接建立的详细过程，以及连接建立后通信过程中发生的交互通信事件，并根据通信业务的不同将核心网分为分组域和电路域进行描述。3.1 空闲模式下的UEUE有两种基本的运行状态：空闲状态和连接状态。空闲状态是UE开机后还没连接到网络时所处的状态。只有和网络建立了联系，UE才能发起呼叫，才能接收寻呼信息，获取网络服务。当UE开机后，会选择一个PLMN并从中搜寻一个合适的上区进行驻留，然后UE将进行位置登记，如果UE发现一个更合适的小区，那么将选择该小区进行驻留，若该小区与原小区处于不同的位置区域，则需要进行位置登记。空中接口按照协议栈在纵向上可以分为AS（接入层）和NAS（非接入层）两个部分。NA

43、S提供一个PLMN的列表，从中选择合适的PLMN，UE在选定的PLMN中选择一个合适的小区，读取该小区控制信道上的系统信息，这就称为驻留到了该小区，而后UE将通过NAS的位置登记过程登记它的位置。UE在空闲状态下的任务就是驻留到合适的小区，驻留到合适小区，UE可以接收PLMN的系统信息和小区的广播信息，可以在登记了位置位置信息后通过建立RRC连接发起呼叫，也可以作为被叫方接收寻呼信息并从控制信道返回响应信息，从而建立连接响应主叫。UE周期性地搜索其他PLMN中更合适自己的小区，该过程称为PLMN的重选。若搜索到更合适的小区，UE将重新选择小区，该过程称为小区重选，若新小区与原小区属于不同的位置

44、区，则需要位置更新。如果UE不能够找到合适的小区进行正常驻留，则原因可以是没有插入USIM导致USIM不能被识别，或者是位置登记失败等，此时UE将尽可能驻留到任何一个小区而不管该小区的PLMN标识、属于的位置区域，这种驻留称为任意小区驻留。若驻留成功后，UE进行入限制性服务状态，在该状态，只能获取进行紧急呼叫的服务。总的来说，UE在空闲状态需要执行以下操作：（1）PLMN选择和重选（2）小区的选择和重选（3）位置登记。3.1.1 PLMN选择和重选 开机后UE将选择一个PLMN并驻留到该PLMN的一个小区进行位置登记。PLMN选择和重选的目的就是选择一个可用的、最合适的PLMN，那么UE如何达

45、到这一目的呢？在UE中，AS应该自动或者在接收到NAS请求后向NAS报告可能的PLMAN，在NAS维护一个PLMN的优先级列表，然后通过PLMN选择和重选的过程从高优先级开始向下依次搜索选择PLMN。这个PLMN列表可以分为RPLMN、HPLMN以及VPLMN三种，RPLMN是目次成功注册的PLMN，在关机报仍被UE存储，具有最高优先级。HPLMN是归属的PLMN，VPLMN是访问的PLMN，如对于神州行用户，基HPLMN是中国移动网络，而中国联通网络则是VPLMN。选择PLMN时，首先选择最高优先级别的RPLMN，其次是HPLMN，最后才是VPLMN。 PLMN选择和重选过程首先选择RPLM

46、N，根据已经存储的RPLMN的信息，可以快速实现PLMN的选择。3.1.2 小区的选择和重选进行小区选择和重选的目的是使UE驻留到合适小区以获取正常的通信服务。小区选择和重选过程主要由物理层（L1）和无线资源管理（RRM）来实现，物理层实现的功能包括：上、下行同步，扰码获取，广播信道信息读取等。为了找到一个合适的小区进行驻留，可采用两种搜索方式：（1）带有存储信息的小区选择；（2）正常小区的选择。前者是根据以前小区选择过程中存储的广播信道、同步码等信息进行的搜索，UE测量存储列表中各小区的RSCP，然后按测量值进行搜索。若根据存储的信息没有找到合适的小区，则按后者进行小区选择。后者没有存储信息

47、，因而需要在所支持的所有射频信道上测量RSCP，并按照测量值（降序）进行搜索，选择其中属于R-PLMN的合适小区进行驻留。整个小区选择和重选过程分有状态和过程两部分，其中状态包括正常驻留状态、连接状态和任意小区驻留状态。1. 状态描述（1）正常驻留状态 在该状态下执行以下操作：根据发送的系统信息选择和监测小区的PICH和PCH；监测相关的系统信息；为小区重选过程执行必要的测量；进行小区重选（2）连接状态 当从连接状态返回到空闲状态，UE需要选择适合小区驻留，若发现适合小区，则进行位置登记过程，若失败，则进行带存储信息的小区选择。（3）任意小区驻留状态 在该状态，UE尽力从任意的PLMN中找到可

48、接受小区进行驻留，目的就是需要寻找信号质量好的小区。当没有找到适合小区，UE就进行任意小区的选择。在任意小区驻留状态下，UE需要进行测量，监测PCH和PICH以及系统信息，UE周期性地寻找适合小区，若找到适合小区，则进入适合小区的正常驻留状态。2.过程描述（1）小区选择过程如前所述，有两种小区选择的方法：初始小区选择 UE需要扫描所有在UTRA带宽内的信道，在每个载波上，为了找到可用的PLMN，UE先搜索扰码最强的小区，假如找到PLMN，就停止信道扫描。当UE找到了合适的小区，就根据在小区选择中对控制信息的测量创建一个由该小区和其他相邻小区组成的备选列表。存储信息小区选择 UE根据已经存储的信

49、息进行的小区选择，也将根据在小区选择中对控制信息的测量创建一个由该小区和其他相邻小区组成的备选列表。3.1.3 位置登记和更新UE是否进行位置登记，通常由以下3种情况决定：（1）不需要位置登记，此时USIM中存储的位置区标识与UE所驻留小区的位置区标识一致，USIM中存储的更新状态为“UPDATED”，这中情况下，UE可以不进行位置登记就可以直接获得正常服务。（2）UE中没有插入USIM，此时UE不能进行位置登记，根据小区选择和重选过程，UE进入任意小区的驻留状态。（3）UE需要进行位置登记，该过程通过正常的位置更新实现，以下情况需要进行位置更新：UE进入一个新的位置区后，从广播信道信息中得到

50、位置区域标识（LAI）与UE存储的LAI不同；UE当前状态为：“NOT UPDATED”；周期性位置更新的定时器超时等。UE向网络端发出位置登记请求信息，网络端接收到后将通告UE位置登记是否操作成功。 若位置登记成功，则可以正常驻留到当前的小区；若位置登记失败，则需要通过小区选择和重选过程寻找该PLMN的其他的适合小区。若没有找到其他的适合小区进行驻留，则会触发PLMN选择和重选过程选择新的PLMN，在新的PLMN网络中搜索适合小区，若仍然没有找到适合小区进行正常驻留，则会触发UE进行任意小区驻留，驻留成功后，UE可以使用网络提供的紧急呼叫服务。3.2 连接建立过程 下面将具体阐述UE从空闲状

51、态转移到可以发起业务呼叫的连接状态，要经历3个连接阶段：RRC连接、信令连接以及RAB/RB建立。3.2.1 RRC连接建立过程 UE处于空闲模式下，并驻留到了合适的小区，当有业务到达时，高层协议要求建立信令连接，若RRC尚未建立，则首先需要建立RRC连接。对于RRC连接建立，使用的信道不同，RRC连接建立的流程也不一样。但每一个UE只有一个RRC连接。RRC连接建立过程由UE高层发起，如响应寻呼消息或UE主动发起呼叫。在RRC连接建立过程中，UE在上行CCCH上向UTRAN发送一个RRC连接请求信息。若UTRAN经过接入控制算法后允许UE接入，则在下行CCCH上向UE发送RRC连接建立消息，

52、则UE进入CELL-DCH状态；若消息中包含一个公共信道的分配消息，则UE进入CELL-FACH状态。此外，消息中还可以给UE分配一个无线网络临时标识（U-RNTI）。具体流程如下：（1） UE在上行CCCH上发送一个RRC Connection Request消息请求建立一条RRC连接（2） RNC根据RRC连接请求的原因，以及系统资源状态决定UE是在专用信道上还是在公共信道上建立连接，并分配RNTI和物理层（L1）、数据链路层（L2）资源。（3） 若是建立在专用信道上，则需要在RNC和Node B之间建立无线链路和Iub承载,并进行同步,若是建立在公共信道上则不需要该操作。（4） RNC在

53、下行CCCH上向UE发送RRC Connection Setup消息。（5） UE在上行DCCH上向RNC发送RRC Connection Complete消息，RRC连接建立完成。3.2.2信令连接建立过程信令连接过程如下：（1） RRC连接建立后，UE通过RRC连接向RNC发送初始直接传递消息，消息中携带UE发送到CN的NAS信息，还可能包括有MM、CC、SM或鉴权等NAS消息。（2） RNC接收到UE的初始直接传递消息后，通过Iu接口向CN发送SCCP连接请求消息（CR消息），数据为RNC向CN发送的UE初始消息，该消息带有UE发送到CN的消息。（3） 如果CN准备接受连接请求，则向RN

54、C返回SCCP连接证实（CC）消息，RNC接收到该消息确认信令连接建立成功，否则向RNC返回SCCP连接拒绝（CJ）消息，RNC接收到该消息确认信令连接建立失败，将发起RRC释放过程。（4） 信令连接建立成功后，UE发送到CN的消息通过上行直接传递（Uplink Direct Transfer）消息发送到RNC，RNC将其转换为直接传递消息发送到CN，CN发送到UE的消息通过直接传递消息发送到RNC，RNC将其转换为下行直接传递消息发送到UE。（5） 信令连接成功后，就可以传输MM、GMM、SM、鉴权等NAS信息。3.2.3 RAB/RB建立过程RRC连接是建立高层业务的基础，在RRC连接的建

55、立过程中，可以同时建立3个或4个信令无线承载。RAB是指用户平面的承载,用于UE和CN之间传送语音数据及多媒体业务,UE首先要完成RRC连接建立,然后才能建立RAB,RAB建立是由CN发起的。UTRAN执行功能的基本流程为：首先由CN向UTRAN发送RAB配置请求消息，请求由UTRAN建立RAB，UTRAN中的SRNC发起建立Iu接口与Iub接口（Iur接口）的数据传输承载。RNC向UE发起RB建立请求，UE完成RB建立，向RNC回应RB建立完成消息，RNC向CN应答RAB配置响应消息，结束RAB建立流程。当RAB建立成功以后，UE就可以发起业务呼叫从而进行业务传输。当RB建立时，可能执行硬切

56、换或透明传输，建立一个传输信道。在RB建立启动过程中，UTRAN应在新的物理信道配置上配置新的无线链路，并开始在新的无线链路上发送和接收。在下行链路DCCH上使用确认或非确认模式发送无线承载建立消息，UE收到无线承载消息后，将首先释放当前的物理信道配置，按照接收消息的内容建立新的物理信道配置，然后在上行链路DCCH上使用RLC确认模式发达无线承载建立完毕消息。3.3信令的整体流程信令的流程分为两个部分，由UE主动发起的信令流程以及UE被动接收的信令流程。UE主动业务发起信令流程如下：（1）当UE驻留到PLMN的合适小区后，若有业务到达，则进行随机接入过程，随机接入成功后，进行RRC连接建立的过

57、程。只有在RRC连接建立后，才能发起后面的MM、CM连接建立的过程。（2）MM子层（GMM）发起服务请求。MM子层通过接入层（RRC子层）的初始直接传输过程，在DCCH上发起请求，UTRAN端接收到该信令后，向核心网发起UE初始消息过程。核心网接收到UE服务请求后，对UE执行鉴权、身份识别过程，并且确定是否进行加密，核心网根据请求的内容以及用户的注册消息，确定是否接收用户的服务请求。（3）核心网使用直接传输信令将响应消息传输给UTRAN，该响应消息是UE的服务请求响应消息Service Accept(接收服务请求)或者Service Reject(拒绝服务请求)等。UTRAN接收到该消息，进行

58、RRC子层的下行链路直接传输过程。UE接收到核心网的响应消息，根据响应的类型，执行相应的操作。（4）UE端发起的PDP上下文激活请求，该请求通过接入层（RRC子层）的上行链路直接发送到UTRAN端，UTRAN端直接将请求转发给核心网，核心网会根据业务的请求执行RAB建立过程。（5）RAB执行建立过程，RAB成功建立后，核心网将返回PDP上下文激活请求的响应，通过UTRAN端执行接入层（RRC子层）的下行链路传输过程，将响应消息传输到UE，至此，CM连接建立完成，业务建立的过程结束。最后是业务数据的传输过程。 UE的被动接收过程和该过程相类似，同样需要经过RRC连接建立过程、MM连接建立过程以及

59、CM连接建立过程。所不同的是这些连接的建立过程是在核心网的触发下执行的。当核心网接收到要传输给终端的数据时，会首先查看业务连接是否建立，若没有建立，则需要寻找该UE，并进行业务连接的建立过程。整个通信过程的描述如下：（1）核心网发起寻呼消息，该消息通过UTRAN在PCCH上传输，当UE成功驻留到小区后，可以接收小区的广播消息和寻呼消息。UE接收到寻呼消息，判断是否是寻呼自己，若是，则需要进行RRC连接建立过程。（2）UE首先执行随机接入过程，在随机接入成功后，向UTRAN发起RRC连接建立的请求。（3）RRC连接建立成功后，UE发起Service Request请求。（4）核心网返回Servi

60、ce Accept消息，MM连接建立。（5）在MM连接建立后，SGSN会通知GGSN，于是GGSN发起请求PDP上下文激活的消息，该消息通过接入层的下行链路直接在DCCH上传输给UE，UE接收到该消息后，触发PDP上下文激活。（6）UE发起上下文激活请求后，若核心网接受该请求，首先建立RAB连接，而后返回响应消息，至此，CM连接建立完成。而后就可执行业务数据的传输过程。3.4 系统设备与终端（1）TD-SCDMA室内型宏基站室内型宏基站主要应用于广覆盖，作为基站系列产品的主力站型，从3G建网初期至中后期扩容阶段都可以满足大规模连续覆盖要求，具有集成度高、功耗低、容量大等优点。该产品的特性如下：

61、 多种传输及组网方式 平滑升级和演进 操作维护方便 灵活的业务功能 支持外置环境监控模块化设计，灵活配置（2）室外型宏基站 室外型宏基站主要应用于业务容量需求比较大的大中城市及热点地区，作为基站系列产品的主力站型,从3G建网初期至中后期扩容阶段都可以满足大规模连续覆盖要求，并不受站址资源稀缺的限制，具有集成度高、容量大、选址方便、快速布网、可无人值守等优点。该产品特性如下：高集成度，大容量多种传输及组网方式可平滑升级和演进高可靠性、稳定性操作维护方便灵活的业务功能成熟设计灵活选址、快速布网可以室外安装，不受站址选择限制，远程监控维护，可无人职守；全温工作范围，交流/直流供电，支持农电，当失去外

62、部供电时，可使用蓄电池或UPS供电，无需机房，内置传输，快速布网。（3）TD-SCDMA微基站微基站产品是基站系列化产品之一，应用于系统补盲、热点地区补充和室内覆盖等场景，具有成本低、功耗小、安装方便灵活等优点。产品特性如下： 集成度高，体积小，重量轻； 单人快速安装，简单易行； 简化的网络规划和部署，可以通过OMC-R进行远程网络管理； 采用无源散热管理系统，节能低耗，静音运行，提高可靠性和维护便捷性； 支持全向、扇区天线和分布式天线等多种天线； 适用于室内或室外环境，可以直接采用交流市电供电，当失去外部供电时，可使用蓄电池或UPS供电； 继承宏基站关键技术，保证设备成熟度，提高系统稳定性（

63、4）无线网络控制器RNC主要完成无线资源控制、移动呼叫处理、切换、功率控制、移动性管理等功能。产品特性如下:领先的无线资源管理高集成度、大容量灵活的配置方式电信级的高可靠性平滑的升级和扩容（5）无线操作维护中心OMC-R主要完成对无线接入网（RAN）的网络设备RNC、Node B以及OMC-R自身的操作维护，提供包括配置管理、告警管理、性能管理、软件管理、日志管理、安全管理等功能，能够在系统开通过程中对网络设备进行数据配置，在系统运行过程中监控网络的运行状况和质量，并提供系统软件和数据升级功能。产品主要优势：强大的告警定位和处理能力、可定制的性能报表模板、提升配置安全和效率、便捷的大数据量处理、支持对网元的自动重连、分布式设计、多进程处理、系统自监控和会话控制功能、良好的系统健壮性和可扩展性、提供标准化北向接口。（6）终 端TD-SCDMA系统采用双频模（GSM 900和TD-SCDMA）终端，支持TD-SCDMA系统内切换，支持TD-SCDMA系统到GSM系统的切换。在TD-SCDMA系统覆盖范围内优先选择TD-SCDMA系统，在TD-SCDMA系统覆盖范围以外，采用现有的GSM系统。终端具有以下主要特点：TD-SCDMA系统采用双频双模终端