CN101197613B - 一种抗干扰同步的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗干扰同步的方法和系统，所述方法包括步骤：获得TD-SCDMA射频功率信号并转换成数字信号；FPGA获取低电平参考值和高电平参考值，对时隙进行电平检测，确定特征窗的位置；在同步建立过程中，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；同步建立过程之后，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。本发明采用单片机和FPGA联合实现自适应调整的特征窗匹配，既可动态消除外部干扰的影响，又能快速动态跟踪网络的调整，结构简单成本低，且可靠性高。
Description
【技术领域】
本发明涉及TD-SCDMA移动通信领域，尤其涉及抗干扰同步的方法和系统。
【背景技术】
TD-SCDMA是国际电信联盟ITU正式发布的第三代移动通信空中接口技术规范之一。TD-SCDMA的多址接入方案属于DS-SCDMA，码片速率为1.28Mc/s，扩频带宽约为1.6MHz，采用不需配对频率的TDD工作方式。它的下行和上行的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的。TD-SCDMA的物理信道采用四层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙/码，TD-SCDMA的物理信道信号格式如图1所示。
其帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。三个特殊时隙分别为下行导频时隙DwPTS、主保护时隙GP和上行导频时隙UpPTS。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业务模式。上行时隙和下行时隙之间由转换点分开。在TD-SCDMA系统中，每个5ms的子帧有两个转换点：第一个转换点是从下行链路转到上行链路，位置在DwPTS和UpPTS之间的GP；第二个转换点是从上行链路转到下行链路，位置在每个子帧中最后一个上行时隙和第二个下行时隙之间，TS0是第一个下行时隙。其中，第一个转换点相对于每个子帧的开始时间是固定的；第二个转换点随着分配给上下行的时隙数不同而变化。
无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，而对一些偏远地区和用户数不多的盲区，要架设基站成本太高，基础设施也较复杂，为此提供一种成本低、架设简单，却具有小型基站功能、经济有效的设备——直放站是很有必要的。因此，TD-SCDMA直放站在TD-SCDMA网络中扮演着重要角色。
在TD-SCDMA系统中，上行链路信号和下行链路信号处于同一频率，通过时分复用的方式区分上行和下行。因此TD-SCDMA直放站需要获取两个转换点位置信息，完成对射频信道的上下行切换，实现与基站的同步。
目前，实现与基站同步的方法有：功率检测法、GPS同步法以及下行同步码相关检测同步法等等。
1、功率检测法
功率检测法主要用于有线耦合方式的场合，它首先对射频功率进行快速的检测，响应时间一般在ns级，然后将检测值与门限值进行比较，当高于门限值则说明有信号通过，立即打开下行链路，低于门限值则打开上行链路。这种方法虽然实现简单，但是由于根据单纯的功率检测值不能分辨出上下行，所以这种方式不能在无线耦合方式中用，比如用于室外覆盖的无线直放站。另外，功率响应时间再快，开关使能信号也不可避免的会落后于信号，这样会损伤源信号，导致EVM等指标下降，严重的甚至会使终端接入不了。
2、GPS同步法
由于网内各基站信号与GPS是同步的，即基站信号与GPS秒脉冲下降沿之间的相位差是恒定不变的，直放站得到GPS秒脉冲后，通过调整直放站上下行开关使能信号与GPS秒脉冲下降沿之间的相位差，达到与基站的同步。
具体过程是首先测出GPS秒脉冲下降沿与下行导频结束时刻之间的相位差，比如是N chip长，然后调节上下行开关使能信号与GPS秒脉冲下降沿之间的相位差，使得下行使能在下行导频结束时关闭下行，从而实现对基站信号的上下行同步切换。
3、下行同步码相关检测同步法
在TD-SCDMA系统中，标识小区的码称为下行同步码(SYNC-DL)序列，在下行导频时隙发射，基站将在小区的全方向发射。整个系统有32组长度为64的基本SYNC-DL，每个SYNC-DL标识一个基站和对应一个码组(包含7个上行同步码、4个扰码和4个中间码)。
基于下行同步码相关检测的同步方式就是直放站首先将基站耦合的信号进行下变频，然后通过高速AD采样后进行数字解调，通过相关法找到下行同步码，从而达到与基站同步。
首先通过射频耦合电路将部分射频信号提取，通过下变频电路将信号频率降低到中频段，进而进行数字化处理将射频信号变为数字信号，再进行QPSK的解调处理，最后进行同步码相关，从小区使用的32个SYNC-DL相关码中寻找出某一个相关码确定DwPTS时域中的位置。
上述三种实现与基站同步的方法的不足之处在于：
1、功率检测法实现最容易，成本也低，但是这种方法应用场合有限，并且对源信号有一定损伤，因此该方法不太可靠。
2、GPS同步方式抗干扰能力强，但它的缺点是工程开通时必须先检测出GPS秒脉冲和基站信号之间的相位差，并且这种同步方式一旦直放站所在地的GPS信号没有了则无法再与基站同步。另外，如果基站对信号的相位进行了调整，那么直放站就要重新设置GPS秒脉冲与开关使能信号之间的相位差，且工程开通需要携带额外的仪表，比较复杂。
3、下行同步码相关检测的方式由于是直接解调到基带，获得下行同步码，所以不太容易受到外界干扰，但是这种方式对基带信号处理的速度要求高，增加设备信号处理的复杂度，造成相应得成本也提高了。
综上所述，上述三种与基站同步的方法一般存在可靠性低、比较复杂或者成本较高等缺点。
【发明内容】
本发明的发明目的是提供一种抗干扰同步的方法和系统，所述方法和系统具有可靠性高并且结构简单成本较低等优点。
为达到上述发明目的，本发明提出以下的技术方案：
一种抗干扰同步的方法，该方法包括步骤：
步骤A、获得TD-SCDMA射频功率信号并转换成数字信号；
步骤B、FPGA获取低电平参考值和高电平参考值，对时隙进行电平检测，确定特征窗的位置·所述获取低电平参考值和高电平参考值的具体过程是，获得上一次保护时隙GP的值并设为低电平参考值，根据器件特性在低电平参考值上加一个常数得到高电平参考值；
步骤C、在同步建立过程中，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；
步骤D、同步建立过程之后，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。
其中，所述获得TD-SCDMA射频功率信号的具体过程包括：
由ADC8314提供TD-SCDMA射频功率信号，再由AD功率采样电路把TD-SCDMA检波包络信号转换成数字信号，发送到FPGA。
一种抗干扰同步的系统，该系统包括：
采样模块，用于获得TD-SCDMA射频功率信号并转换成数字信号；
查找模块，用于获取低电平参考值和高电平参考值，对时隙进行电平检测，确定特征窗的位置；所述查找模块获取低电平参考值和高电平参考值的具体过程是，获得上一次保护时隙GP的值并设为低电平参考值，根据器件特性在低电平参考值上加一个常数得到高电平参考值；
同步模块，用于在同步建立过程中，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；同步建立过程之后，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。
其中，所述采样模块获取的TD-SCDMA射频功率信号由ADC8314提供；
功率采样电路，用于把TD-SCDMA检波包络信号转换成数字信号，发送到FPGA。
从以上技术方案可以看出，本发明对射频功率信号进行采样后，通过特征窗寻找法确定特征窗，再通过自适应调整的特征窗匹配实现与基站的同步。由于本发明电平参考值是相对变化的，有效地提高了抗干扰能力和灵敏度，既可动态消除外部干扰的影响，又能快速动态跟踪网络的调整，可靠性高。此外，本发明采用单片机和FPGA联合实现自适应调整的特征窗匹配，结构简单、成本较低。
【附图说明】
图1为现有技术中TD-SCDMA的物理信道信号格式的示意图；
图2为本发明方法的基本流程图；
图3为本发明TD时隙特征的示意图；
图4为本发明系统的结构框图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明涉及在TD-SCDMA直放站系统中，如何实现门限自适应调整的特征窗匹配实现TD-SCDMA直放站与基站同步
本发明提供一种抗干扰同步的方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤101、获得TD-SCDMA射频功率信号并转换成数字信号；
步骤102、FPGA获取低电平参考值和高电平参考值，对时隙进行电平检测，确定特征窗的位置；
步骤103、在同步建立过程中，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；
步骤104、同步建立过程之后，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。
在本发明中，通过电平检测确定子帧特征窗的位置之后，并不是马上进行同步；在建立同步之后，也不因为检测功率偶尔的变化而取消同步重新建立同步。为了降低第一个转换点同步建立过程中同步建立过程中的假同步概率，提高第一个转换点同步建立以后的抗干扰能力，本发明采用了以下措施进行同步保护：将同步的过程划分为两种状态：捕捉态和维持态。在同步建立过程中，只有连续多次下行接收信号强度检测结果与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，模块才从捕捉态转到维持态；同步建立后，只有连续多次下行接收信号强度检测结果与TD-SCDMA帧结构特征不匹配时，模块才从维持态转到捕捉态。
下面对各个步骤进行详细说明如下：
1、获得信号
对于步骤101，可以由ADC8314提供TD-SCDMA射频功率信号，再由AD功率采样电路把TD-SCDMA检波包络信号转换成数字信号，发送到FPGA。当然也可以由其他芯片如ADC8313来提供TD-SCDMA射频功率信号。
2、找到特征窗
对于步骤102，要确定下行导频时隙在时域上的具体位置，就要根据TD的时隙特征查找到相应的特征窗。首先介绍一下TD时隙的特征，如图3所示：
TS0的有数据长度为848码片长度(662.5us)，而TS0和DwPTS之间的间隔宽度为48码片长度(37.5us)，DwPTS的宽度为64码片(50us)。根据这一特征，可以通过快速功率检测的方式在时域上面查找该特征窗的位置，从而确定DwPTS在时域上的具体位置：如果检测到连续48码片的低电平，再检测到连续64码片的高电平，则可确定特征窗的位置。
查找特征窗的关键在于如何设置低电平和高电平的参考值。本发明通过FPGA的抗干扰算法自动获取低电平参考值和高电平参考值。由于外部干扰的存在，时隙的低电平和高电平都是相对变化的，所以低电平和高电平的参考值也应当进行相应的动态变化，才能准确地找到特征窗。在每个TD-SCDMA每个子帧中，都有一个保护时隙GP，且GP的功率是最低的。通过检波后GP是电压的最低点，因此可以认为在一段时间内(大于一个常规时隙小于2个常规时隙)内检波电压的最低点就是GP，可以作为低电平参考值。根据GP这一特性，可以将上一次GP的值设为特征窗的低电平参考值，在该低电平参考值的基础上，根据器件特性在低电平参考值上加一个常数得到高电平参考值。确定了低电平和高电平的参考值之后，就可以对时隙的电平进行检测，进而查找到特征窗。
由于本发明电平参考值是相对变化的，可有效地提高抗干扰能力和灵敏度。
值得注意的是，设置低电平和高电平的参考值并不仅仅限制于上述的实现方法。例如，首先设置高电平参考值，然后减去一个常数得到低电平参考值，也应当在本发明的保护范围之内。而且，所述常数是根据器件特性得出，由于各个直放站系统的期间特性不同，该常数数值也可以在一个范围值内变化。
确定下行导频时隙的位置之后，根据TD-SCDMA子帧时隙的分布特征，即可查找到其他时隙的具体位置。FPGA对采样功率进行特征窗分析，根据门限自适应调整的特征窗匹配方式来查找下行导频信号、第一切换点、第二切换点，同时查找下行链路、上行链路每个时隙的切换点。
3、同步保护
对于步骤103、104，为了降低第1个转换点同步建立过程中的假同步概率，提高第1个转换点同步建立以后的抗干扰能力，在本发明中将同步的过程划分为两种状态：捕捉态和维持态。在同步建立过程中，只有连续多次下行接收信号强度检测结果与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，同步模块才从捕捉态转到维持态；同步建立后，只有连续多次下行接收信号强度检测结果与TD-SCDMA帧结构特征不匹配时，同步模块才从维持态转到捕捉态。
在优选的实施例中，在同步建立过程中，当连续5次检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；同步建立过程之后，当连续5次检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。在同步过程中，进行多次匹配之后再转换状态的好处在于可以降低第1个转换点同步建立过程中的假同步概率，还可以提高第1个转换点同步建立以后的抗干扰能力。
本发明还提供了一种抗干扰同步的系统，如图4所示，该系统包括：采样模块、查找模块和同步模块。
采样模块，用于获得TD-SCDMA射频功率信号并转换成数字信号；查找模块，用于设置低电平参考值和高电平参考值，对时隙进行电平检测，确定特征窗的位置；同步模块，用于在同步建立过程中，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；同步建立过程之后，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。
其中，所述采样模块所述采样模块获取的TD-SCDMA射频功率信号由芯片8314提供；功率采样电路，用于把TD-SCDMA检波包络信号转换成数字信号，发送到FPGA。
所述查找模块获得上一次GP的值并设为低电平参考值；根据低电平参考值以及系统的器件特性获得高电平参考值。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种抗干扰同步的方法，其特征在于，该方法包括步骤：
步骤A、获得TD-SCDMA射频功率信号并转换成数字信号；
步骤B、FPGA获取低电平参考值和高电平参考值，对时隙进行电平检测，确定特征窗的位置；所述获取低电平参考值和高电平参考值的具体过程是，获得上一次保护时隙GP的值并设为低电平参考值，根据器件特性在低电平参考值上加一个常数得到高电平参考值；
步骤C、在同步建立过程中，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；
步骤D、同步建立过程之后，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。
2.根据权利要求1所述的抗干扰同步的方法，其特征在于，所述获得TD-SCDMA射频功率信号的具体过程包括：
由ADC8314提供TD-SCDMA射频功率信号，再由AD功率采样电路把TD-SCDMA检波包络信号转换成数字信号，发送到FPGA。
3.一种抗干扰同步的系统，其特征在于，该系统包括：
采样模块，用于获得TD-SCDMA射频功率信号并转换成数字信号；
查找模块，用于获取低电平参考值和高电平参考值，对时隙进行电平检测，确定特征窗的位置；所述查找模块获取低电平参考值和高电平参考值的具体过程是，获得上一次保护时隙GP的值并设为低电平参考值，根据器件特性在低电平参考值上加一个常数得到高电平参考值；
同步模块，用于在同步建立过程中，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征匹配时，从捕捉态转到维持态；同步建立过程之后，当连续两次以上检测到的特征窗位置与TD-SCDMA帧结构特征不一致时，从维持态转到捕捉态。
4.根据权利要求3所述的抗干扰同步的系统，其特征在于，所述采样模块获取的TD-SCDMA射频功率信号由ADC8314提供；
功率采样电路，用于把TD-SCDMA检波包络信号转换成数字信号，发送到FPGA。
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Effective date of registration: 20150805 Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District high tech park of science and technology in three Chinese central road building A building room 13F1303 Patentee after: Shenzhen compatriots limited company that communicates by letter Address before: 518057 building of three people's road, middle science and technology, Nanshan District science and Technology Park, Shenzhen, Guangdong Patentee before: Guoren Communication Co., Ltd., Shenzhen |
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Effective date of registration: 20191012 Address after: Room 1403, building a, Guoren building, No. 5, Keji Zhongsan Road, gaoxinyuan Middle District, Maling community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Guoren Wireless Communication Co., Ltd. Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District high tech park of science and technology in three Chinese central road building A building room 13F1303 Patentee before: Shenzhen compatriots limited company that communicates by letter |
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Effective date of registration: 20200408 Address after: 518000 5th floor, building 1, Guoren science and Technology Park, the intersection of Jinxiu middle road and Cuijing Road, Longtian street, Pingshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Guoren Technology Co., Ltd Address before: Room 1403, building a, Guoren building, No. 5, Keji Zhongsan Road, gaoxinyuan Middle District, Maling community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen Guoren Wireless Communication Co., Ltd. |
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