CN101047422A - 时分－同步码分多址系统实现码片级以下同步的方法 - Google Patents

Abstract

一种时分－同步码分多址无线移动通信系统中用户终端实现下行码片级以下同步的方法。本发明方法充分利用广播信道的训练序列信息进行码片级以下同步，与使用单一训练序列信息相比有效节省了数据量，提高了时效性；本发明方法利用广播信道训练序列信息代替业务时隙midamble进行码片级以下同步，避免了多用户多码道占用时的同步性能不佳的问题；本发明方法利用强多径干扰去除步骤消除了强多径对码片级以下同步的影响。采用本发明方法能够在低信噪比、强多径环境中快速、准确地实现时分－同步码分多址系统中的下行码片级以下同步的目的。将本发明与现有的chip同步方法相结合，可以为TD－SCDMA系统移动终端侧提供完备的时间同步解决方案。本发明能够用于基于广播信道同步的任意情形，并在较小的数据使用量下获得理想的性能。

Description

时分-同步码分多址系统实现码片级以下同步的方法

发明领域

本发明涉及移动通信系统中实现下行码片级以下同步的方法，特别涉及一种时分-同步码分多址无线移动通信系统(简称为TD-SCDMA系统)中用户终端实现下行码片级以下同步的方法。

背景技术

在数字移动通信系统中，为正确接收信息用户终端(简称为UE)必须以正确的时钟信息对接收信号进行周期性采样及数据帧解析，即实现与基站的下行同步(DL Synchronization)。在TD-SCDMA系统中，现有技术实现与基站下行同步的方法通常包括两个步骤：

1、码片级同步：一般在小区初搜/重选及小区驻留后的UE唤醒等阶段，通过搜索下行导频时隙(简称为DwPTS)与基站保持同步，此时同步的精度可以控制在1个码片(简称为chip)之内，即同步偏差在±1chip范围内，chip级同步也因此而得名，然后根据DwPTS的位置计算出下行同步定时差，进而控制同步定时。

2、码片级以下同步：在chip级同步完成之后，利用广播信道或用户所在业务时隙内的训练序列中间码(简称为midamble码)来计算信道冲激响应，并根据信道冲激峰值的发生时间来调整同步定时，这一步骤通常通过插值法来获得更高的同步精度，即将同步偏差控制在chip级以下，典型偏差值为±1/8chip范围内，chip级以下同步也因此而得名。

TD-SCDMA系统的码片速率为1.28Mcps，每个无线子帧长度为5ms，即6400chip。其中，每个子帧又可分为7个常规时隙TS0～TS6，下行导频时隙(简称为DwPTS)和上行导频时隙(简称为UpPTS)两个导频时隙，一个主保护间隔(简称为GP)。进一步的，TS0时隙总是分配给下行链路，用于承载系统广播信道及其它可能的下行信道，而TS1～TS6时隙则用于承载上、下行业务信道。UpPTS和DwPTS分别用来建立初始的上、下行同步。DwPTS的突发结构包含一个64chip的下行同步码(简称为SYNC_DL)，它的作用是小区标识和初始同步建立。时隙TS0～TS6的长度为864chip，其中包含两段长为352chip的数据符号，以及中间的一段长为144chip的midamble码。该训练序列码在TD-SCDMA中有重要意义，作用包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等。

现有技术的chip级同步的方法，利用了SYNC_DL的自相关性，将接收信号中预先大致确定的SYNC_DL所在数据段与UE本地码生成器生成的对应基本SYNC_DL作滑动相关，相关峰值所在位置即指示了chip级同步位置。现有技术的chip级同步已比较成熟。

现有技术chip级以下同步的方法，通常是在chip级同步完成后，首先利用业务时隙midamble码估计本用户的信道冲激响应，然后对信道冲激响应进行插值，再进行峰值搜索获得同步偏差估计，最后利用该同步偏差控制同步时钟。现有技术的chip级以下同步方法，存在以下问题：

1、由于强噪声与强多径的存在，采用信道冲激响应插值获得的同步偏差估计往往不正确，因此，在低信噪比、强多径环境中难以获得准确的chip级以下同步；

2、由于仅使用训练序列midamble码来实现同步，所需数据量较大、实效性欠佳，在恶劣的信道环境中，要获得理想的性能通常需要大量的数据；

3、在midamble码的公共分配方式以外的情况下，通过midamble码计算得到信道冲激响应实际上包含了多个信道多个用户的信道冲激响应，当不能对这些不同信道或不同用户的冲激响应进行严格区分时，该方法的同步性能会受到影响。此问题在业务时隙中本用户功率相对其他用户较弱时，表现尤为突出。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种实现基于广播信道的码片级以下同步的方法。本发明方法能够在低信噪比、强多径环境中，快速、准确地实现码片级以下同步，将下行同步偏差控制在±1/8chip内。本发明方法充分利用广播信道中的训练序列信息，减少同步处理所需的数据量，并引入了抗强多径的处理措施抵御多径影响。本发明能够在信道环境极其恶劣时，实现准确的chip级以下同步。

本发明方法采用TS0的midamble码数据和SYNC_DL码数据进行同步偏移量估计，并将chip级以下同步分为粗同步和精同步两个步骤进行。首先，确定广播信道的可用信息，包括SYNC_DL的chip级同步位置与TS0时隙的训练序列信息；其次，进行码片级以下粗同步，码片级以下粗同步时，在有BA表时采用midamble码数据和SYNC_DL码数据联合对同步偏移量进行估计，在无BA表时，仅使用SYNC_DL码数据对同步偏移量进行估计，并根据同步偏移量 $(32-\mathrm{peak}\_\mathrm{rude})*\frac{1}{16}\mathrm{chip}$ 调整采样时钟；再次，进行码片级以下精同步，码片级以下精同步时，在有BA表时使用TS0的midamble码或SYNC_DL码对同步偏移量进行估计，无BA表时使用SYNC_DL码对同步偏移量进行估计，并根据同步偏移量 $(16-\mathrm{peak}\_\mathrm{fine})*\frac{1}{16}\mathrm{chip}$ 调整采样时钟；码片级以下粗同步步骤与精同步步骤顺序进行。

本发明方法确定广播信道可用信息主要步骤包括：

(1)定义粗同步插值相关函数积累数组corr_accu_rude(其中第i个元素corr_accu_rude_i＝0，i＝0，1，…，63)、精同步插值相关函数积累数组corr_accu_fine(其中第i个元素corr_accu_fine_i＝0，i＝0，1，…，47)、计数器Count1和计数器Count2，并将其全部置零。将SYNC_DL的chip级同步位置记为pos(单位chip)，SYNC_DL码号记为SYNC_ID

(2)根据UE的广播信息分配表(简称为BA表)确定对应的midamble码号，记为mid_id，如无BA表信息，则mid_id＝-1；

本发明方法码片级以下粗同步的主要步骤包括：

(1)接收一帧数据，在(pos-2)chip处开始截取68chip长SYNC_DL数据(简称为接收SYNC_DL数据，下同)并进行重叠分段(pos为SYN_ DL的chip级同步位置，下同)，分段数为p，重叠chip数为4；

(2)判断mid_id＝-1？是，则直接执行步骤(8)；否，则继续执行下一步

(3)在步骤(1)接收的一帧数据中(pos-144-352-16-32-2)chip处截取148chip的TS0时隙midamble码数据(简称为接收midamble码，下同)，并对其进行重叠分段，分段数为q，重叠chip数为4；

(4)利用本地码生成器生成的基本midamble码延展出TS0时隙用户1的midamble码移位数据并进行复数化处理(处理结果简称为本地midamble码，下同)，再将其等分为q段；

(5)将接收midamble码段与对应的本地midamble码段进行4点滑动相关处理，滑动相关函数corr_mid的各元素corr_mid_i，i＝0，1，2，3由下式获得：

$\mathrm{corr}\_\mathrm{mi}{d}_i=\underset{j=1}{\overset{L_s}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2,3}$

式中：

r为接收midamble码段，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，L_r(L_r为接收数据分段后的单段chip数)

s为本地midamble码段，其中各元素为s_i，i＝1，2，…，L_sL_s为本地midamble码移位数据分段后的单段chip数；

(6)对corr_mid进行16倍插值生成corr_inter_mid，corr_inter_mid取模(或平方)叠加于corr_accu_rude；

(7)重复执行步骤(5)、(6)，直到q段数据处理完毕；

(8)将本地码生成器生成的基本SYNC_DL码进行复数化处理(处理结果简称为本地SYNC_DL码数据，下同)，并等分为p段；

(9)将接收SYNC_DL数据段与对应的本地SYNC_DL数据段进行滑动相关处理，滑动相关函数corr_sync的各元素corr_sync_i，i＝0，1，2，3由下式获得：

$\mathrm{corr}\_{\mathrm{sync}}_i=\underset{j=1}{\overset{L_s}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2,3}$

式中：

r为接收SYNC_DL数据段，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，L_r，(L_r为接收数据分段后的单段chip数)

s为对应的本地SYNC_DL数据段，其中各元素s_i，i＝1，2，…，L_s，L_s为基本SYNC_DL分段后的单段chip数；

(10)对corr_sync做16倍插值生成corr_inter_sync，corr_inter_sync取模叠加于corr_accu_rude

(11)重复执行步骤(9)、(10)，直到p段数据处理完毕；

(12)重复执行步骤(1)～(11)，直到处理数据帧数达到预定帧数fn_rude；

(13)对corr_accu_rude进行峰值搜索，峰值位置记为peak_rude，peak_rude∈[16，17，…，48]为有效范围，如峰值位置超出该范围，则将其修正为相距最近的有效值；corr_accu_rude各元素置零；

(14)根据同步偏移量 $(32-\mathrm{peak}\_\mathrm{rude})*\frac{1}{16}\mathrm{chip}$ 调整采样时间。

本发明方法码片级以下精同步的主要步骤包括：

(1)接收一帧数据，在(pos-1)chip处开始截取66chip长SYNC_DL数据，可选的，当mid_id不为-1时在(pos-144-352-16-32)chip处截取144chip的TS0时隙的midamble码数据；

(2)接收SYNC_DL数据与本地SYNC_DL数据作3 chip的滑动相关，生成滑动相关函数corr_fine，函数corr_fine的各元素corr_i，i＝0，1，2由下式获得：

$\mathrm{corr}\_{\mathrm{fine}}_i=\underset{j=1}{\overset{64}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2}$

式中：

r为接收的SYNC_DL数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，66

s为对应的本地SYNC_DL码数据，其中各元素为s_i，i＝1，2，…，64

或者：

将接收的midamble码数据与本地码生成器生成的基本midamble码估计信道冲激响应CIR，信道冲激响应由下式获得：

$\mathrm{CIR}=\mathrm{ifft}\left(\frac{\mathrm{fft}\left(r\right)}{\mathrm{fft}\left(M_b\right)}\right)$

式中：

r为接收midamble码数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，144

M_b为已进行复数化处理的基本midamble码数据，其中各元素为M_b，i，i＝1，2，…，128；

(3)去除强多径信息的相关函数插值叠加积累

将相关函数corr_fine的第3点置零，对corr_fine进行16倍插值生成corr_inter_fine，将corr_inter_fine取模叠加于corr_accu_fine

或者：

将信道冲激响应CIR的最后1点、第1点、第2点数据依次取出生成CIR_part，其中第i个元素为CIR_part_i，i＝0，1，2；CIR_part最后一点数据置零，即CIR_part₂＝0；对CIR_part进行16倍插值生成CIR_part_inter，CIR_part_inter取模叠加于corr_accu_fine；

(4)重复步骤(1)～(3)，直到处理数据帧数达到预定帧数fn_fine；

(5)对corr_accu_fine进行峰值搜索，峰值位置记为peak_fine，peak_fine∈[0，1，…，32]为有效范围，如峰值位置超出该范围，则将其修正为相距最近的有效值，corr_accu_fine各元素置零；

(6)根据同步偏移量 $(16-\mathrm{peak}\_\mathrm{fine})*\frac{1}{16}\mathrm{chip}$ ，调整采样时间。

本发明方法粗同步处理数据的预定帧数fn_rude为3～5帧，精同步处理数据的预定帧数fn_fine为2～3帧。

本发明方法粗同步对接收midamble码重叠分段的方式为：分段数q，重叠chip数4，其中：初始绝对频偏＜5kHz时，q＝1，初始绝对频偏5k～10kHz时，q＝4。

本发明方法粗同步对接收SYNC_DL数据重叠分段的方式为：分段数p，重叠chip数4，其中：初始绝对频偏小于5kHz时，p＝1，初始绝对频偏5k～10kHz，p＝2。

本发明方法对函数corr_mid或函数corr_sync或CIR_part进行16倍插值的步骤包括：

插值所用内插函数如下式：

$\mathrm{Weight}\left(k\right)={\left(\frac{\sin \frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}{\frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}\right)}^2\·\mathrm{sign}\left(\frac{\sin \frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}{\frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}\right)$

式中，I为插值倍数，此处I＝16；

插值结果corr_inter_mid或corr_inter_sync或CIR_part_inter由以下各式获得：

$\mathrm{corr}\_\mathrm{inter}\_\mathrm{mid}(I*n+k)=\underset{m=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{corr}\_\mathrm{mid}(n+m)\·\mathrm{Weight}(I*m-k)$

(0≤k≤I-1，0≤n≤N_chip-1，I＝16)

或：

$\mathrm{corr}\_\mathrm{inter}\_\mathrm{sync}(I*n+k)=\underset{m=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{corr}\_\mathrm{sync}(n+m)\·\mathrm{Weight}(I*m-k)$

(0≤k≤I-1，0 ≤n≤N_chip-1，I＝16)

或：

$\mathrm{CIR}\_\mathrm{part}\_\mathrm{inter}(I*n+k)=\underset{m=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{CIR}\_\mathrm{part}(n+m)\·\mathrm{Weight}(I*m-k)$

(0≤k≤I-1，0≤n≤N_chip-1，I＝16)

式中，N优选为3；N_chip为待插值数据的chip数；

插值处理后，分别将corr_inter_mid和corr_inter_sync取模(或平方)叠加于corr_accu_rude，或者将CIR_part_inter取模叠加于corr_accu_fine。

附图说明

附图1是TD-SCDMA系统中帧结构的示意图；

附图2是DwPTS突发结构的示意图；

附图3是时隙TS0～TS6结构的示意图；

附图4是本发明方法码片级以下同步的整体处理流程；

附图5是本发明方法码片级以下粗同步处理流程图；

附图6是本发明方法码片级以下精同步处理流程图；

附图7是TS0时隙各用户对应的midamble移位示意图；

附图8是本发明方法实施例1中chip级以下粗同步步骤的corr_accu_rude数组的元素分布示意图；

附图9是本发明方法实施例1中chip级以下精同步步骤的corr_accu_fine数组的元素分布示意图；

附图10是本发明方法实施例2中chip级以下粗同步步骤的corr_accu_rude数组的元素分布示意图；

附图11是本发明方法实施例2中chip级以下精同步步骤的corr_accu_fine数组的元素分布示意图。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

附图1是TD-SCDMA系统中帧结构的示意图。由图可知，TD-SCDMA系统的无线子帧长度为5ms，即6400chip。其中，每个子帧又可分为7个常规时隙TS0～TS6，下行导频时隙(简称为DwPTS)和上行导频时隙(简称为UpPTS)两个导频时隙和一个主保护间隔(简称为GP)。进一步的，TS0时隙总是分配给下行链路，用于承载系统广播信道及其它可能的下行信道，而TS1～TS6时隙则用于承载上、下行业务信道。UpPTS和DwPTS分别用来建立初始的上、下行同步。

附图2是DwPTS突发结构的示意图。由图可知，DwPTS的突发结构包含一个64chip的下行同步码(简称为SYNC_DL)，它的作用是小区标识和初始同步建立。

附图3是时隙TS0～TS6结构的示意图。由图可知，时隙TS0～TS6的长度为864chip，其中包含两段长为352chip的数据符号，以及中间的一段长为144chip的midamble训练序列。该训练序列在TD-SCDMA中有重要意义，作用包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等。

附图4是本发明方法码片级以下同步的整体处理流程图。由图可知，本发明方法首先确定广播信道的可用信息，然后依次进行chip级以下粗同步和chip级以下精同步步骤，最终完成码片级以下同步。

附图5是本发明方法码片级以下粗同步的数据处理流程图。由图可知，本发明方法码片级以下粗同步时，在有BA表时采用midamble码数据和SYNC_DL码数据联合对同步偏移量进行估计，在无BA表时，仅使用SYNC_DL码数据对同步偏移量进行估计，并根据同步偏移量 $(32-\mathrm{peak}\_\mathrm{rude})*\frac{1}{16}\mathrm{chip}$ 调整采样时钟。

附图6是本发明方法码片级以下精同步的数据处理流程图。由图可知，本发明方法码片级以下精同步时，在有BA表时使用TS0的midamble码或SYNC_DL码对同步偏移量进行估计，无BA表时使用SYNC_DL码对同步偏移量进行估计，并根据同步偏移量 $(16-\mathrm{peak}\_\mathrm{fine})*\frac{1}{16}\mathrm{chip}$ 调整采样时钟。

本发明方法是在基站与UE间已经实现了chip级同步的前提下，完成chip级以下同步的，主要步骤包括：

A、确定chip级同步完成后广播信道的可用信息，包括SYNC_DL的chip级同步位置与TS0时隙的训练序列信息，步骤A进一步包括：

A1、定义粗同步插值相关函数积累数组corr_accu_rude(其中第i个元素corr_accu_rude_i＝0，i＝0，1，…，63)、精同步插值相关函数积累数组corr_accu_fine(其中第i个元素corr_accu_fine_i＝0，i＝0，1，…，47)、计数器Count1和计数器Count2，并将其全部置零。将SYNC_DL的chip级同步位置记为pos(单位chip)，SYNC_DL码号记为SYNC_ID；

A2、根据UE的广播信息分配表(简称为BA表)确定对应的midamble码号，记为mid_id，跳转执行步骤B；

A3、如无BA表信息，mid_id置为无效值-1，执行步骤B；

B、Chip级以下粗同步，步骤B进一步包括：

B1、接收一帧数据，在(pos-2)chip处开始截取68chip长SYNC_DL数据，判断是否mid_id＝-1，是则跳转执行步骤B8，否则在TS0时隙的midamble码(pos-144-352-16-32-2)chip处截取148chip数据(以下简称为接收midamble码)；

B2、在接收midamble码数据起点开始对数据重叠分段，分段数q，重叠chip数4。初始绝对频偏小于5kHz时，q＝1，则单段数据长度148chip；初始绝对频偏5k～10kHz时(一般的，现有的UE侧本地晶体振荡器精度误差小于5ppm，对于工作于2GHz频段的TD-SCDMA系统来说，最大初始绝对频偏约合10kHz)，q＝4，则单段数据长度40chip；

B3、利用本地码生成器生成的基本midamble码获得TS0时隙用户1的移位midamble码数据并进行复数化处理(以下简称为本地midamble码)；

如附图6所示，各midamble码移位是从基本midamble码周期延展而成的长序列中截取得到的。对于TS0时隙，利用基本midamble码周期延展而成的长序列m的长度L由下式确定：

L＝L_m+(K-1)W

式中：L_m：midamble码的长度，TD-SCDMA系统固定为144；

K：本时隙内可用midamble码的最大数目，即用户数；

W：描述无线信道冲激响应的窗长，定义为128/K；

TS0时隙，K＝8，W＝16，因此L＝256。则基本midamble码经周期扩展后的长序列为m，其中第i个元素为m_i，i＝1，2，…，L。

时隙中第k个用户对应的midamble码移位m^(k)的第i个元素由下式得到：

m_i ^(k)＝m_i+(K-k)W，i＝1，2，…，L_m，k＝1，2，…，K

因此，用户1的midamble码移位m⁽¹⁾的第i个元素如下式：

m_i ⁽¹⁾＝m_i+(K-1)W，i＝1，2，…，L_m

将用户1的midamble码移位数据复数化处理后获得用户1的本地midamble码，其中第i个元素如下式：

M_i＝m_i+(K-1)W·jⁱ，i＝1，2，…，L_m

式中，j为虚数符号；

B4、将该本地midamble码等分为q段；计数器Count1＝1；

B5、接收midamble码数据第Count1段与本地midamble码数据第Count1子段作4点滑动相关，获得滑动相关函数corr_mid，该函数各元素corr_mid_i，i＝0，1，2，3由下式获得：

$\mathrm{corr}\_\mathrm{mi}{d}_i=\underset{j=1}{\overset{L_s}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2,3}$

式中：

r为接收midamble码子段数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，L_r，L_r为接收数据分段后的单段chip数(q＝1时，L_r＝148；q＝4时，L_r＝40)，

s为对应的本地midamble码子段数据，其中各元素为s_i，i＝1，2，…，L_s，L_s为本地midamble码分段后的单段chip数(L_s＝144/q；如，q＝1时，L_s＝144；q＝4时，L_s＝36)；

B6、对corr_mid进行16倍插值生成corr_inter_mid，corr_inter_mid取模(或平方)叠加于corr_accu_rude；

插值所用内插函数如下式：

$\mathrm{Weight}\left(k\right)={\left(\frac{\sin \frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}{\frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}\right)}^2\·\mathrm{sign}\left(\frac{\sin \frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}{\frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}\right)$

式中，I为插值倍数，此处I＝16；

插值结果corr_inter_mid由下式获得：

$\mathrm{corr}\_\mathrm{inter}\_\mathrm{mid}(I*n+k)=\underset{m=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{corr}\_\mathrm{mid}(n+m)\·\mathrm{Weight}(I*m-k)$

(0≤k≤I-1，0≤n≤N_chip-1，I＝16)

式中，N优选为3；N_chip为待插值数据的chip数；

B7、Count1＝Count1+1；判断Count1＞q？是，则清零Count1、corr_mid，继续执行下一步；否，则跳转步骤B5；

B8、在SYNC_DL数据(以下简称为接收SYNC_DL数据)起点开始对数据重叠分段，分段数p，重叠chip数4，初始绝对频偏小于5kHz时，p＝1，则单段数据长度68chip；初始绝对频偏5k～10kHz，p＝2，则单段数据长度36chip；

B9、将本地码生成器生成的基本SYNC_DL并进行复数化处理(以下简称为本地SYNC_DL数据)，等分为p段；计数器Count2＝1；

B10、接收SYNC_DL数据第Count2段与本地SYNC_DL数据第Count2段作4点的滑动相关，获得滑动相关函数corr_sync，该函数的各元素corr_sync_i，i＝0，1，2，3由下式获得：

$\mathrm{corr}\_s{\mathrm{ync}}_i=\underset{j=1}{\overset{L_s}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2,3}$

式中：

r为接收SYNC_DL数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，L_r，L_r为接收数据分段后的单段chip数(p＝1时，L_r＝68；p＝2时，L_r＝36)，

s为对应的单段本地SYNC_DL数据，其中各元素为s_i，i＝1，2，…，L_s，L_s为基本SYNC_DL分段后的单段chip数(L_s＝64/p；如，p＝1时，L_s＝64；p＝2时，L_s＝32)；

B11、对corr_sync做16倍插值生成corr_inter_sync，corr_inter_sync取模叠加于corr_accu_rude，插值方法同步骤B6；

B12、Count2＝Count2+1；判断Count2＞p，是则清零Count2、corr_sync，继续执行下一步；否，则跳转步骤B10；

B13、重复以上步骤预定帧数fn_rude，fn_rude，优选值为3～5；

B14、对corr_accu_rude进行峰值搜索，峰值位置记为peak_rude，peak_rude∈[16，17，…，48]为有效范围，如峰值位置超出该范围，则将其修正为相距最近的有效值；corr_accu_rude各元素置零；

B15、根据同步偏移量调整采样时间，同步偏移量为 $(32-\mathrm{peak}\_\mathrm{rude})*\frac{1}{16}\mathrm{chip};$

C、Chip级以下精同步，步骤C进一步包括：

C1、接收一帧数据，在(pos-1)chip处开始截取66chip长SYNC_DL数据，有BA表信息时，在(pos-144-352-16-32)chip处截取144chip的TS0时隙的midamble码数据(简称为接收midamble码)；

C2、接收的SYNC_DL数据与本地码生成器生成的基本SYNC_DL(简称为本地SYNC_DL)作3chip的滑动相关，生成滑动相关函数corr_fine，该函数各元素corr_i，i＝0，1，2由下式获得：

$\mathrm{corr}\_{\mathrm{fine}}_i=\underset{j=1}{\overset{64}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2}$

式中：

r为接收SYNC_DL数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，66

s为对应的本地SYNC_DL，其中各元素为s_i，i＝1，2，…，64

也可将接收的midamble码数据与本地码生成器生成的基本midamble码估计信道冲激响应CIR，信道冲激响应由下式获得：

$\mathrm{CIR}=\mathrm{ifft}\left(\frac{\mathrm{fft}\left(r\right)}{\mathrm{fft}\left(M_b\right)}\right)$

式中：

r为接收SYNC_DL数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，144

M_b为基本midamble码数据(已进行复数化处理)，其中各元素为M_b，t，i＝1，2，…，128

C3、去除强多径信息的相关函数插值积累

corr_fine的第3点置零，对corr_fine进行16倍插值生成corr_inter_fine，corr_inter_fine取模叠加于corr_accu_fine，

也可将信道冲激响应CIR的最后1点、第1点、第2点数据依次取出生成CIR_part，其中第i个元素为CIR_part_i，i＝0，1，2；CIR_part最后一点数据置零，即CIR_part₂＝0；对CIR_part进行16倍插值生成CIR_part_inter，CIR_part_inter取模叠加于corr_accu_fine，

本步骤插值方式同步骤B6；

C4、重复以上步骤预定帧数fn_fine，fn_fine优选值为2～3；

C5、对corr_accu_fine进行峰值搜索，峰值位置记为peak_fine，peak_fine∈[0，1，…，32]为有效范围，如峰值位置超出该范围，则将其修正为相距最近的有效值；corr_accu_fine各元素置零；

C6、根据同步偏移量调整采样时间，同步偏移量为 $(16-\mathrm{peak}\_\mathrm{fine})*\frac{1}{16}\mathrm{chip}.$

本发明方法充分利用广播信道的训练序列信息进行码片级以下同步，与使用单一训练序列信息相比有效节省了数据量，提高了时效性；本发明方法利用广播信道训练序列信息代替业务时隙midamble进行码片级以下同步，避免了多用户多码道占用时的同步性能不佳的问题；本发明方法利用强多径干扰去除步骤消除了强多径对码片级以下同步的影响。采用本发明方法能够在低信噪比、强多径环境中快速、准确地实现时分-同步码分多址系统中的下行码片级以下同步的目的。将本发明与现有的chip同步方法相结合，可以为TD-SCDMA系统移动终端侧提供完备的时间同步解决方案。本发明能够用于基于广播信道同步的任意情形，并在较小的数据使用量下获得理想的性能。

具体实施例：

实施例1：仅有SYNC_DL信息可用

本实施例中，码片级以下同步在无BA表的小区初搜中进行，此时仅有SYNC_DL码号及其chip级同步位置信息可用。基站与UE间频率偏差为10kHz，信道环境为标准3GPP TS 25.102规定的Case3信道，信噪比-6dB，初始的chip级以下同步偏差为7/16chip。

Chip级以下粗同步步骤，SYNC_DL数据重叠分段数p＝2，经过fn_rude＝5帧处理后获得的corr_accu_rude如附图7所示。对corr_accu_rude进行峰值搜索，获得的peak_rude＝28，则估计出的同步偏移量为 $(32-28)*\frac{1}{16}=\frac{4}{16}\mathrm{chip}.$ 根据该估计偏移量调整采样时间，所得的剩余同步偏差为 $\frac{7}{16}-\frac{4}{16}=\frac{3}{16}\mathrm{chip}.$ 显然，该剩余同步偏差不能满足同步精度要求。由于强噪声强多径的存在，仅采用粗同步的处理方式，难以获得有效的同步。

Chip级以下精同步步骤，经fn_fine＝2帧处理后获得的corr_accu_fine如附图8所示。

对corr_accu_fine进行峰值搜索，获得的peak_fine＝14，则估计出的同步偏移量为 $(16-14)*\frac{1}{16}=\frac{2}{16}\mathrm{chip}.$ 根据该估计偏移量调整采样时间，所得的剩余同步偏差为 $\frac{3}{16}-\frac{2}{16}=\frac{1}{16}\mathrm{chip},$ 达到同步精度要求。可见，在粗同步后加入chip级以下精同步步骤的处理，准确地实现了chip级以下同步。

实施例2：SYNC_DL与midamble码信息均可用

本实施例中，码片级以下同步在小区驻留后的连接模式下进行，此时midamble码号、SYNC_DL码号及其chip级同步位置信息均可用。基站与UE间频率偏差为200Hz，信道环境为3GPP TS 25.102规定的Case3信道，信噪比-6dB，初始的chip级以下同步偏差为7/16chip。

Chip级以下粗同步步骤，SYNC_DL数据重叠分段数p＝1，q＝1，经过fn_rude＝4帧处理后获得的corr_accu_rude如附图9所示。

对corr_accu_rude进行峰值搜索，获得的peak_rude＝29，估计出的同步偏移量为 $(32-29)*\frac{1}{16}=\frac{3}{16}\mathrm{chip}.$ 根据该估计偏移量调整采样时间，所得的剩余同步偏差为 $\frac{7}{16}-\frac{3}{16}=\frac{4}{16}\mathrm{chip}.$ 显然该剩余同步偏差不能满足同步精度要求。同样的，由于强噪声强多径的存在，仅采用粗同步的处理方式，难以获得有效的同步。

Chip级以下精同步步骤(采用TS0时隙的midamble码进行信道冲激响应估计)，经fn_fine＝2帧处理后获得的corr_accu_fine如附图10所示。

对corr_accu_fine进行峰值搜索，获得的peak_fine＝13，则估计出的同步偏移量为 $(16-13)*\frac{1}{16}=\frac{3}{16}\mathrm{chip}.$ 根据该估计偏移量调整采样时间，所得的剩余同步偏差为 $\frac{4}{16}-\frac{3}{16}=\frac{1}{16}\mathrm{chip},$ 达到同步精度要求。与实施例一的结果相同，在粗同步后加入chip级以下精同步步骤的处理，准确地实现了chip级以下同步。

大量试验证明，本发明方法的Chip级以下同步方法能够在各信道环境的工作点处获得99.9％的正确率。

将本发明方法与现有的chip同步方法相结合，可以为TD-SCDMA系统移动终端侧提供完备的时间同步解决方案。本发明能够用于基于广播信道同步的任意情形，并可在较小的数据使用量下获得理想的性能。

本发明方法特别适用于移动终端侧拥有广播信道完整训练序列信息时的情况。另外，本发明还特别适用于移动终端在低信噪比、强多径环境中进行码片级以下同步。也特别适用于用户所在业务时隙存在多用户多码道占用，且本用户功率相对其他用户较低时的情况。一般的，基站与终端间信道环境越恶劣，用户所在业务时隙占用情况越复杂，本发明相对现有算法而言，越能提高码片级以下同步的性能。

本领域的普通技术人员显然清楚并且理解，本发明方法所举的以上实施例仅用于说明本发明方法，而并不用于限制本发明方法。虽然通过实施例有效描述了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明存在许多变化而不脱离本发明的精神。在不背离本发明方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明方法做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明方法的权利要求保护范围。

Claims (8)

1、一种基于广播信道的码片级以下的同步方法，采用TS0时隙的midamble码数据和SYNC_DL码数据进行同步偏移量估计，其特征在于：首先确定广播信道的可用信息，包括SYNC_DL的chip级同步位置与TS0时隙的训练序列信息；其次进行码片级以下粗同步，码片级以下粗同步时，在有BA表时采用midamble码数据和SYNC_DL码数据联合对同步偏移量进行估计，在无BA表时，仅使用SYNC_DL码数据对同步偏移量进行估计，并根据同步偏移量

调整采样时钟；再次，进行码片级以下精同步，码片级以下精同步时，在有BA表时使用TS0的midamble码或SYNC_DL码对同步偏移量进行估计，无BA表时使用SYNC_DL码对同步偏移量进行估计，并根据同步偏移量 调整采样时钟；码片级以下粗同步步骤与精同步步骤顺序进行。

2、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于：确定广播信道可用信息主要步骤包括：

(1)定义粗同步插值相关函数积累数组corr_accu_rude(其中第i个元素corr_accu_rude_i＝0，i＝0，1，…，63)、精同步插值相关函数积累数组corr_accu_fine(其中第i个元素corr_accu_fine_i＝0，i＝0，1，…，47)、计数器Count1和计数器Count2，并将其全部置零。将SYNC_DL的chip级同步位置记为pos(单位chip)，SYNC_DL码号记为SYNC_ID

(2)根据UE的广播信息分配表(简称为BA表)确定对应的midamble码号，记为mid_id，如无BA表信息，则mid_id＝-1；

3、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于：粗同步的主要步骤包括：

(1)接收一帧数据，在(pos-2)chip处开始截取68chip长SYNC_DL数据(简称为接收SYNC_DL数据，下同)并进行重叠分段(pos为SYNC_DL的chip级同步位置，下同)，分段数为p，重叠chip数为4：

(2)判断mid_id＝-1？是，则直接执行步骤(8)；否，则继续执行下一步

(3)在步骤(1)接收的一帧数据中(pos-144-352-16-32-2)chip处截取148chip的TS0时隙midamble码数据(简称为接收midamble码，下同)，并对其进行重叠分段，分段数为q，重叠chip数为4；

(4)利用本地码生成器生成的基本midamble码延展出TS0时隙用户1的midamble码移位数据并进行复数化处理(处理结果简称为本地midamble码，下同)，再将其等分为q段；

(5)将接收midamble码段与对应的本地midamble码段进行4点滑动相关处理，滑动相关函数corr_mid的各元素corr_mid_i，i＝0，1，2，3由下式获得：

$\mathrm{corr}\_{\mathrm{mid}}_i=\underset{j=1}{\overset{L_s}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2,3}$

式中：

r为接收midamble码段，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，L_r(L_r为接收数据分段后的单段chip数)

s为本地midamble码段，其中各元素为s_i，i＝1，2，…，L_s L_s为本地midamble码移位数据分段后的单段chip数；

(6)对corr_mid进行16倍插值生成corr_inter_mid，corr_inter_mid取模(或平方，下同)叠加于corr_accu_rude；

(7)重复执行步骤(5)、(6)，直到q段数据处理完毕；

(8)将本地码生成器生成的基本SYNC_DL码进行复数化处理(处理结果简称为本地SYNC_DL码数据，下同)，并等分为p段；

(9)将接收SYNC_DL数据段与对应的本地SYNC_DL数据段进行滑动相关处理，滑动相关函数corr_sync的各元素corr_sync_i，i＝0，1，2，3由下式获得：

$\mathrm{corr}\_{\mathrm{sync}}_i=\underset{j=1}{\overset{L_s}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2,3}$

式中：

r为接收SYNC_DL数据段，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，L_r，(L_r为接收数据分段后的单段chip数)

s为对应的本地SYNC_DL数据段，其中各元素s_i，i＝1，2，…，L_s，L_s为基本SYNC_DL分段后的单段chip数；

(10)对corr_sync做16倍插值生成corr_inter_sync，corr_inter_sync取模叠加于corr_accu_rude

(11)重复执行步骤(9)、(10)，直到p段数据处理完毕；

(12)重复执行步骤(1)～(11)，直到处理数据帧数达到预定帧数fn_rude；

(13)对corr_accu_rude进行峰值搜索，峰值位置记为peak_rude，peak_rude∈[16，17，…，48]为有效范围，如峰值位置超出该范围，则将其修正为相距最近的有效值；corr_accu_rude各元素置零；

(14)根据同步偏移量

调整采样时间。

4、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于：精同步主要步骤包括：

(1)接收一帧数据，在(pos-1)chip处开始截取66chip长SYNC_DL数据，可选的，当mid_id不为-1时在(pos-144-352-16-32)chip处截取144chip的TS0时隙的midamble码数据；

(2)接收SYNC_DL数据与本地SYNC_DL数据作3 chip的滑动相关，生成滑动相关函数corr_fine，函数corr_fine的各元素corr_i，i＝0，1，2由下式获得：

$\mathrm{corr}\_{\mathrm{fine}}_i=\underset{j=1}{\overset{64}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+j}\·s_j^{*},i=\mathrm{0,1,2}$

式中：

r为接收的SYNC_DL数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，66

s为对应的本地SYNC_DL码数据，其中各元素为s_i，i＝1，2，…，64或者：

将接收的midamble码数据与本地码生成器生成的基本midamble码估计信道冲激响应CIR，信道冲激响应由下式获得：

$\mathrm{CIR}=\mathrm{ifft}\left(\frac{\mathrm{fft}\left(r\right)}{\mathrm{fft}\left(M_b\right)}\right)$

式中：

r为接收midamble码数据，其中各元素为r_i，i＝1，2，…，144

M_b为已进行复数化处理的基本midamble码数据，其中各元素为M_b，i，i＝1，2，…，128；

(3)去除强多径信息的相关函数插值叠加积累

将相关函数corr_fine的第3点置零，对corr_fine进行16倍插值生成corr_inter_fine，将corr_inter_fine取模叠加于corr_accu_fine

或者：

将信道冲激响应CIR的最后1点、第1点、第2点数据依次取出生成CIR_part，其中第i个元素为CIR_part_i，i＝0，1，2；CIR_part最后一点数据置零，即CIR_part₂＝0；对CIR_part进行16倍插值生成CIR_part_inter，CIR_part_inter取模叠加于corr_accu_fine；

(4)重复步骤(1)～(3)，直到处理数据帧数达到预定帧数fn_fine；

(5)对corr_accu_fine进行峰值搜索，峰值位置记为peak_fine，peak_fine∈[0，1，...，32]为有效范围，如峰值位置超出该范围，则将其修正为相距最近的有效值，corr_accu_fine各元素置零；

(6)根据同步偏移量 调整采样时间。

5、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于：粗同步处理数据的预定帧数fn_rude为3～5帧，精同步处理数据的预定帧数fn_fine为2～3帧。

6、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于：粗同步对接收midamble码重叠分段的方式为：分段数q，重叠chip数4，其中：当初始绝对频偏＜5kHz时，q＝1，初始绝对频偏5k～10kHz时，q＝4。

7、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于：粗同步对接收SYNC_DL数据重叠分段的方式为：分段数p，重叠chip数4，其中：当初始绝对频偏小于5kHz时，p＝1，初始绝对频偏5k～10kHz，p＝2。

8、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于：对函数corr_mid或函数corr_sync或CIR_part进行16倍插值的步骤包括：

插值所用内插函数如下式：

$\mathrm{Weight}\left(k\right)={\left(\frac{\sin \frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}{\frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}\right)}^2\·\mathrm{sign}\left(\frac{\sin \frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}{\frac{\mathrm{k\π}}{I*2}}\right)$

式中，I为插值倍数，此处I＝16；

插值结果corr_inter_mid或corr_inter_sync或CIR_part_inter由以下各式获得：

$\mathrm{corr}\_\mathrm{inter}\_\mathrm{mid}(I*n+k)=\underset{m=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{corr}\_\mathrm{mid}(n+m)\·\mathrm{Weight}(I*m-k)$

(0≤k≤I-1，0≤n≤N_chip-1，I＝16)

或：

$\mathrm{corr}\_\mathrm{inter}\_\mathrm{sync}(I*n+k)=\underset{m=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{corr}\_\mathrm{sync}(n+m)\·\mathrm{Weight}(I*m-k)$

(0≤k≤I-1，0≤n≤N_chip-1，I＝16)

或：

$\mathrm{CIR}\_\mathrm{part}\_\mathrm{inter}(I*n+k)=\underset{m=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{CIR}\_\mathrm{part}(n+m)\·\mathrm{Weight}(I*m-k)$

(0≤k≤I-1，0≤n≤N_chip-1，I＝16)

式中，N优选为3；N_chip为待插值数据的chip数；

插值处理后，分别将corr_inter_mid和corr_inter_sync取模(或平方)叠加于corr_accu_rude，或者将CIR_part_inter取模叠加于corr_accu_fine。

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