3.1 时隙结构对网络优化的影响
帧结构与时隙结构定义了系统最基本的传输时序，是整个空中接口系统设计的基础，几乎所有的传输技术参数设计、资源分配和物理过程设计，都基于这个基本时序结构。因此，对于大部分系统而言，只要最底层的帧结构和时隙结构一经确定，那么这个系统在未来部署、规划和优化阶段所具有的优点、瓶颈和不足也就基本确定了（例如覆盖距离、抗干扰能力、功控特性等），如果想突破结构上的瓶颈，往往需要在其他方面有所牺牲和折中。很多规划优化方面的特性，归根结底都与物理层结构有关。本章在讨论物理层射频优化之前，首先对帧结构与时隙结构进行简单介绍。
3.1.1 帧结构
图3.1是TD-SCDMA子帧结构。在TD-SCDMA系统中，一个无线帧长度为10ms，分成两个5ms子帧，每个10ms的无线帧内的2个子帧的结构是完全相同的。帧结构的设计对波束赋形、联合检测、上行同步等一系列物理层技术的支持都会带来影响，因此也是经过折中和平衡的考虑的。子帧长度为5ms，可以使波束赋形和上行同步的反应时间缩短到5ms之内（仅仅是理论上的估算，实际反应时间还受限于基带DSP处理速度等一系列因素）。此外，子帧的长度与物理层联合检测的数据运算量有关，5ms也是适合联合检测实现的子帧长度。每一子帧又分成长度为675μs的7个常规时隙和3个特殊时隙。这三个特殊时隙分别为DwPTS（下行导频时隙）、GP（保护时隙）和UpPTS（上行导频时隙）。在7个常规时隙中，TS0总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路。通过灵活地配置上/下行时隙的个数，使TD-SCDMA适用于上/下行对称及非对称的业务模式。
图3.1 TD-SCDMA系统子帧结构
GP默认为96chips，0.075ms。其长度影响系统的最大覆盖范围，以及UpPCH、TS1等上行时隙的底噪。对GP的意义，下面通过一个实例进行简单介绍。
假设蜂窝形状为六边形，网络的拓扑结构如图3.2所示，红色区域为目标小区，周围几圈小区为相邻小区，第n圈有6×n个相邻小区。
TD-SCDMA系统中各个基站保持同步，对于中心目标小区，每一圈相邻小区的DwPTS的到达时延都不同，随着基站间距离的增大，相邻小区DwPTS时隙信号会在目标小区的GP时隙、UpPTS时隙甚至是TS1时隙到达，从而对目标小区的其他时隙形成干扰。而且在网络规模很大时，这种干扰的累加往往会非常可观。如图3.3所示。当这些干扰信号落入随机接入的检测窗内，并且强度足够大时，将会影响用户随机接入性能，严重时将会阻塞整个网络。
图3.2 TD-SCDMA蜂窝结构
图3.3 远距离干扰原理图
实际上目标基站检测到的DwPTS干扰不仅与基站间距有关，也与环境密切相关，图3.4和图3.5是DwPTS干扰信号传播路径的示意图。
无论是山峰、对流层等引起的长期干扰机制，还是多径、云层、雨滴等短期干扰机制因素都可能影响DwPTS干扰信号的传播，形成波导效应，这样远处基站的DwPTS信号也会影响到目标小区的随机接入性能。针对这一类问题，提出了UpPCH Shifting技术，相当于牺牲容量来换取抗干扰能力的提升。
图3.4 长期干扰机制
图3.5 短期干扰机制
3.1.2 时隙结构
一个常规时隙由数据符号、Midamble码和保护时隙组成（如图3.6所示）。数据符号位于时隙的两端，由信道码和扰码共同扩频。即将每一个数据符号转换成一些码片，因而增加了信号带宽，一个符号包含的码片数称为扩频因子（SF）。扩频因子可取1，2，4，8，16。
图3.6 TD-SCDMA系统时隙结构
Midamble码位于时隙的中心，也称做训练序列，用来进行信道估计和测量，而不需要使用专门的导频信道，便于联合检测技术的应用。Midamble码如果太短，不利于联合检测，如果太长，则浪费时隙资源，不利于高速传输。在同一个小区，同一个时隙内的不同用户所采用的Midamble码由一个基本的Midamble码经循环移位后产生。
在高速移动环境中，利用Midamble得到的信道估计与两端数据经历的实际信道有较大偏差，速度越快，偏差越大，从而造成链路质量的恶化。
TD-SCDMA系统每个子帧的时间长度为5ms，由6400个码片组成。每个码片占用的时间为781.25ns。数据段占用时间为0.275ms，Midamble码占用的时间为0.1125ms。所以，当移动台速度为120km/h时，最大多普勒频移为222Hz。由Midamble码估计两端的信道可能产生的最大相位偏差为
在现有的TD-SCDMA标准中，采用智能天线波束赋型的方法跟踪用户。假如TD-SCDMA系统采用QPSK调制方式，则要求Midamble码最远端的数据解调时的相位偏差不能超过22.5°，即π/8。可以计算出，此时系统能容纳的移动台的最大移动速度约为123km/h。
对于每个用户，TPC信息在每5ms子帧里发送一次，这使得TD-SCDMA系统可以进行快速功率控制。对于每个用户，SS信息在每5ms子帧里发送一次，SS用于命令终端每M帧进行一次时序调整，调整步长为（k/8）码片，M值和k值由网络设置，并在小区中进行广播。上行突发中没有SS信息，但是SS位置予以保留，以备将来使用。SS会影响TA的变化，在同步过程无误且以直射径为主的环境中，通过UE上报的TA可以估算出UE与基站之间的大致距离。MR优化工具的一个常见应用就是通过UE上报的TA来评估是否存在越区覆盖。
TD-SCDMA系统的这种时隙结构，也决定了其难以实现软切换，而更适合采用接力切换。软切换是CDMA 系统的一个显著特点。一般认为在重负荷小区中采用软切换可以提高系统容量，在轻负荷小区中软切换可以增加覆盖面积。这是由于处于软切换的移动台的上行链路同时被多个基站接收，并通过选择器进行宏分集，在功率控制的作用下，移动台发送功率降低，从而使邻区干扰降低，增加了系统的容量。同时，在下行方向，移动台从多个基站接收下行链路并进行合并，减小了切换中掉话的概率。
而在TD-SCDMA系统中，要求所有上行链路在基站的基带侧进行同步接收和处理，从而降低反向链路的码间干扰。由于UE始终处于运动过程中，为了补偿路径时延的变化，TD-SCDMA系统通过SS进行闭环控制，从而调整上行链路发送的时间提前量（TA），使与基站距离始终处于变化中的UE的上行链路到达基站侧（基带处理）的时间是同步的。
如果要在TD-SCDMA系统中实现软切换，首先在软切换阶段，包括在软切换中的小区都要向移动台发送数据，移动台解出信息。为了使信息得到加强，各小区需要在下行链路同时发送相同的数据。但是由于UE相对软切换中的小区的移动方向并不一致，甚至可能是完全相反的，所以各小区发送给UE的TA值各不相同，那么UE不能与任何基站同步，这是最差的情况。当然，也可以采取一些非常复杂的措施，使移动台与某一个（例如信号最强的）基站进行同步，但是这样会对其他基站的信号产生强烈干扰，得不偿失。
其次，TD-SCDMA系统中码资源相对有限，也决定了难以采用软切换。在软切换时，UE同时与不同的小区进行通信，因此要求软切换的各链路都处于同步的时隙，例如，如果UE在源小区占用上行TS2和下行TS5时隙，那么在目标小区也要分配上行TS2和下行TS5时隙。而在TD-SCDMA系统中，单个时隙可分配的信道化码只有16个，较WCDMA或cdma2000系统要少得多（cdma2000系统中为128个），在相同负荷下这将降低切换目的侧分配资源的成功率。所以在TD-SCDMA系统中实现软切换是很困难的，而且即使实现了软切换也很难获得其他系统那样的增益。