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第10章TD-SCDMA移动通信系统第10章TD-SCDMA移动通信系统教学内容、难点等教学内容：TD-SCDMA系统的主要特点，空中接口协议结构；TD-SCDMA逻辑信道、传输信道和物理信道相互间映射关系，物理信道的功能；TD-SCDMA HSDPA/HSUPA网络特点。
教学要求掌握TD-SCDMA系统的主要特点，空中接口协议结构；掌握TD-SCDMA逻辑信道、传输信道和物理信道相互间映射关系；掌握TD-SCDMA物理信道的功能、分层、帧结构和突发结构；了解TD-SCDMA HSDPA/HSUPA网络特点。
重点难点掌握TD-SCDMA系统的主要特点，空中接口协议结构；掌握TD-SCDMA逻辑信道、传输信道和物理信道相互间映射关系；掌握TD-SCDMA物理信道的功能、分层、帧结构和突发结构；10.1 概述TD-SCDMA的目标是要确立一个具有高频谱效率和高经济效益的先进的移动通信系统，与WCDMA和CDMA2000标准比较，TD-SCDMA拥有独特的特点。
1.混合多址方式TD-SCDMA系统采用混合多址接入方式。
TD-SCDMA无线传输方案是FDMA、TDMA 和CDMA三种基本多址技术的结合应用，如图10-1（a）所示。
鉴于智能天线与联合检测技术相结合应用在TD-SCDMA系统，相当于引入了空分多址（SDMA）技术。
所以也可以认为TD-SCDMA系统综合运用了TDMA/CDMA/FDMA/SDMA多址接入技术。
图10-1 TD-SCDMA和WCDMA多址方式2.TDD双工方式TD-SCDMA采用TDD双工方式。
在TDD模式下，通过周期性地转换传输方向，允许在同一个载波上交替地进行上下行链路传输。
TDD方案的优势在于可以改变上下行链路间转换点的位置，当进行对称业务时，选择对称的转换点位置；当进行非对称业务时，可在一个适当的范围内选择转换点位置。
这样，对于对称和非对称两种业务，TDD模式都可提供最佳的频谱利用率和最佳的业务容量，特别适合移动Internet业务。
第 8 章 TD-SCDMA 系统干扰共存 401 UMTS [S]. [6] MACIEL, L.R., BERTONI, H.L. and XIA, H.H, Unified Approach to Prediction of Propagation Over Buildings for All Ranges of Base Station Antenna Height[J], IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 42, pp. 41- 45, Feb. 1993 [7] 3GPP TR 25.942 V6.0.0 “Radio Frequency (RF System Scenarios”;[8] “Universal Mobile Telecommunications System(UMTS; Selection procedures for the choice of radio transmission technologies of the UMTS”, TR 101 112 V3.1.0 (1997-11, UMTS30.03 version 3.1.0 [9] Coupling Loss Analysis for UTRA TDD – additional results II including Macro cell results, ETSI STC SMG2 UMTS L1#10 Tdoc 41/98 18.-20. December 1999,Source: Siemens [10] 3GPP TS25.101 v.6.0.0, UE Radio transmission and reception (FDD [11] 3GPP TS25.104 v.6.1.0, BS Radio transmission and reception (FDD [12] 国标报批稿《陆地移动通信设备电磁兼容技术要求和测量方法》原 GB15540-1995 [13] Mugen Peng, Biao Huang, Wenbo Wang. "TDD-CDMA Capacity Loss due to Adjacent Channel Interference in the Macro Environment Employing Smart Antenna Techniques ", AP-RASC2004,Qingdao, China [14] Mugen Peng, Biao Huang, Wenbo Wang. "Investigation of TDD and FDD CDMA Coexistencein the Macro Environment Employing Smart Antenna Techniques ", APCC2004, Beijing, China [15] 孙宇彤. TDMA 空中接口技术. 北京：人民邮电出版社，2002 [16] 戴闽鲁. PHS 原理与网络维护. 北京：人民邮电出版社，2002 [17] 徐福新. 小灵通（PAS）个人通信接入系统. 北京：电子工业出版社，2002 北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN 作者：彭木根（pmg@）版权所有，翻印必究。
图2-12 UTRA 用户平面和控制平面北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）图2-19 Iu-BC总体协议结构图2-24 数据帧格式① 帧头中包含以下几部分：图2-25 控制帧格式图2-27 用户设备参考结构另一方面，移动终端（Mobile Termination, MT）是用户设备的一部分，它是网络进行无线传输的源对象也是终止对象，并且它具备无线传输的各种能力要求。
从移动系统的角度讲，本身就是实际的终端设备。
移动终端能够在接入网络中改变地址或者用相同的接入技术转移到其它接入网络的覆盖区域中。
UMTS网络系统的业务终端也是移动终端。
的网络终端（Network Termination, NT）功能组是MT的核心网络组成部分。
循非接入层协议来进行移动性管理（MM/GMM）和通信管理（CC/SM）。
所以，从纯粹的核心网络角度看，NT可以视为终端。
的无线终端（Radio Termination, RT）功能组只和无线接入相关。
RT包括的功能是针RT无线接入技术的业务。
RT遵循接入层协议，比如在物理无线连接之上的媒体Media Access Control, MAC），无线链路控制（Radio Link Control, RLCRadio Resource Control, RRC）等协议。
所以从UTRAN的角度来看，图2-28 UE的主要功能实体尽管终端结构和网络端的结构互不相同，但是一些相应的接口都可以在两端被识别。
自然而然两端使用的无线接口Uu是一样的。
参考点（参见图2-29）在移动终端把UTRAN和CN特定部分连接起来，就像网络端的连接一样。
实际上Tu参考点是专有的，它是嵌入在UE硬件中。
相应的图2-29 CN结构域根据各自支持用户业务的方式不同加以区分。
CS务提供电路交换类型连接的所有实体，以及所有支持相关信令的实体。
电路交换型连接在连北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）图2-32 3GPP Release 4 网络体系结构示意图北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）版权所有，翻印必究2-35 3GPP Release 5 网络体系结构示意图Release 5在其他性能方面也较Release 4有了很大的提高，简要归纳如下：）在空中接口上，增加了对TDD基站的分类；增强了）进行了多方面的性能增强，包括对源管理方面的优化，无线链路上的定时调整，资源预留和无线链路激活的分离，。
一、TD-SCDMA通信系统TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址）的简称，是一种第三代无线通信的技术标准，也是ITU批准的三个3G标准中的一个，相对于另两个主要3G标准（CDMA2000、WCDMA）它的起步较晚。
TD-SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准，自1998年正式向ITU提交以来，已经历十多年的时间，完成了标准的专家组评估、ITU认可并发布、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作，从而使TD－SCDMA标准成为第一个由中国提出的，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。
这是我国电信史上重要的里程碑，该标准是中国制定的3G标准。
原标准研究方为西门子。
为了独立出WCDMA，西门子将其核心专利卖给了大唐电信。
1998年6月29日，原中国邮电部电信科学技术研究院（现大唐电信科技产业集团）向ITU提出了该标准。
该标准将智能天线、同步CDMA和软件无线电等技术融于其中。
另外，由于中国庞大的通信市场，该标准受到各大主要电信设备制造厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以生产支持TD-SCDMA标准的电信设备。
TD-SCDMA系统由于采用了集FDMA、TDMA和CDMA为一体的技术，它能够从目前国内大量应用的GSM系统平滑度过。
TD-SCDMA在频谱利用率、频率灵活性、对业务支持具有多样性及成本等方面有独特优势。
TD-SCDMA由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。
此外，TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率。
TD-SCDMA还具有TDMA的优点，可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例，特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。
TD-SCDMA概述一、TD简介TD-SCDMA——Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(时分同步的码分多址技术)。
TD-SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准(简称3G)，自1998年正式向ITU(国际电联)提交以来，已经历经十来年的时间，完成了标准的专家组评估、ITU认可并发布、与3GPP(第三代伙伴项目)体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作，从而使TD－SCDMA[2]标准成为第一个由中国提出的，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。
二、TD-SCDMA的优势中国提出的TD-SCDMA是建立在我国自主知识产权基础上的国际技术标准，具有技术领先、频谱效率高并能实现全球漫游、适于网络规划和优化、适合各种对称和非对称业务、建网和终端的性价比高等五大突出优势。
1、TD-SCDMA的技术优势TD-SCDMA是TDD和CDMA、TDMA技术的完美结合，具有下列技术优势：第一，采用时分双工(TDD)技术，只需一个1.6MHz带宽，而FDD为代表的cdma2000需要1.25×2 MHz带宽，WCDMA需要5×2MHz才能通信；其话音频谱利用率比WCDMA高达2.5倍，数据频谱利用率甚至高达3.1倍[1] ；无须成对频段，适合多运营商环境。
第二，采用智能天线、联合检测和上行同步等大量先进技术，可以降低发射功率，减少多址干扰，提高系统容量；采用“接力切换”技术，可克服软切换大量占用资源的缺点；采用TDD不要双工器，可简化射频电路，系统设备和手机成本较低。
第三，采用TDMA更适合传输下行数据速率高于上行的非对称因特网业务。
而WCDMA并不适合，不得不在R5版本中增加高速下行链路分组接入(HSDPA)。
第四，采用软件无线电先进技术，更容易实现多制式基站和多模终端，系统更易于升级换代，更适合在GSM的大城市热点地区首先建设，借以满足局部用户群对384kbps多媒体业务的需求，通过GSM/TD双模终端以适应二网并存的过渡期用户漫游切换的要求。
图4-1 MAC子层的逻辑结构子层逻辑结构子层的逻辑结构如图4-1所示。
从图4-1中可以看出，MAC子层共有MAC-c/sh、MAC-d和MAC-hs。
MAC子层与无线链路控制层（用逻辑信道，与物理层（L1）之间使用传输信道。
在MAC控制业务接入点（子层接收上层的控制信息，并通过该SAP向上层报告测量结果和错误指示。
1. 与业务相关的结构——UE侧UE侧与业务相关的MAC实体的体系结构。
MAC-c/sh实体控制公共传输信道实体控制专用信道的接入。
如果专用类型的逻辑信道映射到公共传输信道上，图4-20 RLC层的总体模型1. 透明模式实体4-21给出了透明模式实体模型，发送Tr-实体通过Tr-SAP从高层接收SDU。
RLC可以将SDU 划分成适当的RLC PDU， 无须附加任何开销。
如何执行分段是在业务建立时确定的。
通过BCCH PCCH 、SHCCH、 SCCH或DTCH，RLC将RLC PDU传送给MAC 。
CCCH也使用透明模式，但只对上行链路。
逻辑信道的类型取决于高层是处于控制平面还是处于用户平面。
Tr-实体通过一条逻辑信道从MAC子层接收PDU ，RLC将PDU重新组合成RLC SDU ，如何进行重新组合是在业务建立时确定的，RLC通过Tr-SAP将RLC SDU传送给高层。
图4-21 透明模式实体模型北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）版权所有，翻印必究图4-22 非确认模式实体模型接收UM-实体通过一条逻辑信道从MAC子层接收PDU 。
RLC去除PDU头并将PDU重新组成RLC SDU， 随后将SDU传送给高层。
3. 确认模式实体如图4-23给出了确认模式实体模型，在上行链路上使用两个逻辑信道的情况下，以指示第一个逻辑信道用于数据PDU，第二个逻辑信道用于控制PDU。
传送侧的AM-实体从高层接收SDU。
SDU被分段或连接成固定长度的PDU。
PDU长度是一个准静态值，该值是在承载建立时确定的并且只能通过RRC对承载的重新配置来改变。
TD-SCDMA移动通信技术原理TD-SCDMA移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院（现大唐电信集团）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第三代移动通信系统标准。
这是近百年来我国通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，它的出现在我国通信发展史上具有里程碑的意义，并将产生深远的影响，是整个中国通信业的重大突破。
1999年月11月在芬兰赫尔辛基召开的ITU会议上，TD-SCDMA被列入ITU建议ITU-RM.1457，成为ITU认可的第三代移动通信无线传输主流技术之一。
1.4.1、TD-SCDMA技术概述TD-SCDMA系统全面满足IMT-2000的基本要求。
它采用不需配对频率的TDD双工模式，以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式，同时使用1.28Mc/s的低码片率，扩频带宽为1.6MHz（表1）。
表1TD-SCDMA主要参数3G务，又要控制移动因特网接入的非对称分组交换业务。
面对这一挑战，TD-SCDMA集成了两项先进技术：一种是先进的TDMA/TDD系统，另一种是自适应CDMA组成的对称模式的运作。
1.4.2 TD-SCDMA技术所基于的基本技术标准如下：（1）TDD（时分双工），允许上行和下行在同一频段上，而不需要成对的频段。
在TDD中，上行和下行在同一频率信道中的不同时间里传输。
这可能改变双工交换点和从上行移动容量至下行，反之亦然，这样就优化了频谱的使用。
它允许对称和非对称数据业务。
（2）TDMA（时分多址），是一种数字技术，它将每个频率信道分割为许多时隙，从而允许传输信道在同一时间由数个用户使用。
（3）CDMA（码分多址），在每个蜂窝区使多个用户同时接入同一无线信道成为可能，提高了通信息的密度。
但每个用户会干扰其他人，从而导致多接入干扰（MAI）。
（4）联合检测（JD），允许接收机为所有信号同时估计无线信道和工作。
通过单个通信流量的并行处理，JD消除了多接入干扰（MAI），降低了蜂窝区内干扰，因此提高了传输容量。
图5-1 UE在空闲状态的过程
在空闲状态驻留到小区所要执行的操作步骤，也是UE在空闲状态下的通信事件。
上图的含义如下：
PLMN，的列表，用户从列表中选择
北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）
北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）
图5-6 无线承载建立过程
是指用户平面的承载，用于UE之间传送语音数据及多媒体业务，
UTRAN
图5-8 UMTS中语音呼叫终止流程
移动姓可以从以下几个方面考虑：
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为了对用户和他们的终端进行寻址和标识，第三代移动通信系统中的移动性管理
功能定义了网络的逻辑结构，该逻辑结构由接入网的几个单元组成。
UMTS
单元：位置区（LA）
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5-12 位置更新流程
图5-13 去激活过程
在位置更新过程中，还有可能伴随有重分配的过程。
和临时分配给指定用户的一串数字组成。
5-14 TMSI重分配流程
分为三类，仅支持域业务、仅支持
图5-15 PS域控制平面
5.4.1 信令的整体流程
图5-16 主动业务发起信令过程
UE驻留到PLMN网络的合适小区后，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连接的建立过程。
只有在RRC连接建立后，才能发起后面的
连接的建立过程。
2.MM层（GMM）发起服务请求（Service Request）。
MM通过接入层（
接传输过程，在DCCH信道发起请求，UTRAN端接收到该信令后，向核心网发起
消息过程。
核心网接收到UE服务请求后，对UE执行行鉴权、身份识别过程，并且确定是
图5-17 被动业务接收信令过程
端发起PDP上下文激活请求，该请求通过接入层（RRC）的上行链路直接发送到UTAN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
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，
端执行接入层的下行链路传输过程，将响应消息传输到UE，至此，CM
建立完成，业务建立过程结束。
最后是业务数据的传输过程。
的被动接收过程和该过程类似，同样需要经过RRC的建立过程、MM
的建立过程。
所不同的是，这些连接的过程建立是在核心网的触发下执行的，被动接收的业务建立和业务传输过程如图5-17所示。
图
；
SENDING Routing Information , RAU过程为
与保密密钥算法相比，公开密钥算法是更有效的密钥管理方案。
最著名的公开密钥算法
，由于加密和解密分别采用不同的算法，因此该特性也被称为密钥异步。
系统安全性继承
第一代模拟系统到第二代数字系统的演进使得系统中采用先进的加密方法成为可能。
图5-27 3GPP安全架构
由于本书的内容以介绍系统为主，因此由于篇幅和内容侧重的原因，本章
TD-SCDMA系统中涉及接入网络安全的内容。
第三代移动通信系统在第二代系
统的基础上在网络接入安全方面进行了很多功能性增强，最重要的安全性特性有：
用户与网络之间的相互鉴权；
图5-28 主动攻击示意图
中的情况，但它与其它技术的结合则可以有效抑制主动攻击者的恶意破坏。
攻击者唯一可以做到的是干扰通信链路，目前来看，协议中还没有一种方法可以完全抵御这种破坏，例如攻击者可以通过无线拥塞的方法实现此类恶意攻击。
，它在用户的
位，且是永久保密的。
用户不会从这2
5-29 鉴权数据请求与响应
在服务网络中，每一个鉴权实例，即每次鉴权进程的执行，都需要用到鉴权矩阵。
这意
SN与AuC间的信令交互。
原则上，在初始注册后，这些操
图5-30
或SGSN）发送对终端用户的鉴权申请。
信息包括来自鉴权矩阵的两个
存在于一个抗修改的环境中，
RAND
该过程还包括几个算法的执行，
5-31 鉴权矩阵生成
鉴权矩阵计算中的一个关键概念是单行函数。
这是一个数学函数，它的计算过程相对简
如果给定输出参数，不能找到一个有效算法推导出产生这些输出的输入参数。
当然，一种简单寻找输入的算法就是对所有可能的输入进行尝试，直到计算出给定输出。
显然，在输入源
仍然存在一种可能性，即一些记录了早期鉴权事件的攻击者会有意识的重发对，试图接入网络。
如上所述，这种潜在威胁是通过引入序列号来避免的。
是简单地检查它以前是否遇到过此，从而判断此信息源是否合法。
为实现此目的，最简单有效的方法是要求序列号以升序的顺序出现。
在一些情况下允许序列号以无序状态
重同步过程
图5-34 UMTS中数据流加密
由于掩码完全与数据无关，这就需要另外有一个输入参数，每次有新掩码产生时，该参
数要发生变化。
否则两个不同的明文有可能被同一掩码所保护。
这就很可能发生下
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RNC选择并发送给的。
这对于避免网络恶意选择一个
的初始值是非常有必要的。
事实上，中最关键的部分在两次连接建立过程中一直保存在中。
攻击这时可以伪装成被服务的
值变得非常小。
如果鉴权过程没有运行，则还用旧的IK。
只要参数
信令消息的机会。
通过随机选择
免受此类基于早期链路纪录的重发性攻击的威胁。
正如前面所解释的，可通过
来保护连接免受重发性攻击，计数器
保持数值不变的基础上。
需要注意的是，在完整性保护的算法中没有使。
