CN101447823A - 一种td-scdma系统下行同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍的一种TD－SCDMA通信系统的下行同步的方法，其特征在于：将一帧相关结果分段，每段找峰值，用以峰值点为起始的64chip接收数据平均功率对相关功率峰值进行归一化，并将将多帧相关结果进行叠加判决获得下行同步定时信息和下行同步码序号。本方法可以在不增加内存开销的基础上提高在有大干扰时隙下的性能，消除大干扰时隙的影响，再加上多帧叠加的判决方法，可以更加减少误判的概率，得到较高的性能，快速准确的取得下行同步。

Description

一种TD-SCDMA系统下行同步方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信技术，尤其是一种TD-SCDMA系统下行同步方法。

背景技术

在TD-SCDMA移动通信系统中，当终端设备(UE，User Equipment)开机后，首先要进行的是小区初搜阶段，UE需要在小区初搜阶段获得基站下行信号的定时位置，让终端设备能够尽快接入网络，接收小区信息，继而执行后续的通信过程。在这一通信系统中下行同步是小区初搜过程的重要步骤，该过程是通过搜索下行导频信号(SYNC_DL)完成的。由于传输过程中会有噪声和其它信号对下行导频信号产生干扰，影响下行导频信号的正确检测，因此采取快速、准确和可靠的下行同步方法对于终端设备至关重要。

目前在TD-SCDMA移动通信系统中采用的下行同步方法有：特征窗法，或者直接相关法。

特征窗法虽然计算复杂度低，但接收灵敏度低，尤其在信噪比较低的情况下和存在突发强干扰信号的情况下，检测性能都不理想因而不推荐使用。

直接相关法虽然在低信噪比时性能比特征窗法好，但是却难以抵御上行强干扰时隙信号的影响，并且计算复杂度高。

对于移动通信TD-SCDMA系统的帧结构形式如图2所示。

如图2所示，每个无线子帧由7个普通时隙(TS0～TS6)和三个特殊时隙构成。其中，普通时隙用来传送数据，三个特殊时隙分别为DwPTS(下行导频时隙，用于系统的下行同步信息的发送)，UpPTS(上行导频时隙，用于用户接入的上行同步信息发送)，GP(转换保护时隙，用于提供下行发送时隙向上行发送时隙转换的时间间隔)。DwPTS时隙由32chip的GP和64chip的SYNC_DL组成，GP时隙没有发射功率。

任何码分多址蜂窝移动通信系统中同步的完成都要进行相关运算，目前TD-SCDMA系统小区初搜普遍是利用DwPTS特殊时隙的结构特征寻找下行导频信号的位置，采用特征窗的方法，在整帧接收数据上按符号级别滑动，在每个位置按码片计算功率特征窗值。用特征窗中间64chip的功率与其前后各32chip功率和之比获得特征窗位置信息，寻找最大的特征窗功率比值并且和阈值门限比较判决，可以通过N帧平均得到获得较准确的特征窗位置，在确定特征窗的位置之后，在特征窗处开始的128chip数据分别与32组基本SYNC_DL码分别相关，根据最大的相关功率值确定本小区所使用的下行导频码。虽然特征窗法计算量小，便于在DSP芯片上实现，但是信噪比必须足够大才能获得很好的检测概率，从而影响到SYNC_DL的接收灵敏度。因此在TD-SCDMA系统中使用特征窗法性能并不理想。

传统的实现下行同步的方法是直接相关法，相关是在整帧数据上以每个码片(chip)甚至以几分之一个码片的量级为基础滑动进行的，将UE接收的信号与32组SYNC_DL码中的每一组做相关，每组SYNC_DL码都得到6400个相关结果，在32组结果中寻找一个最大功率峰值，并把功率峰值与预先设定的门限值做比较，如果大于预先设定的门限值就记录它的位置和对应的SYNC_DL的ID。采用直接相关法实现下行同步，其接收灵敏度相对特征窗法可以提高到4-6dB，但遇到有大干扰时隙信号的情况下，性能会迅速下降，极易找到大干扰时隙的位置上，这是由于此时SYNC_DL码的自相关性已不足以抵消大干扰信号的幅值。

所幸，现在已有很多芯片厂商都推出了硬件加速器来代替DSP运算执行相关过程，使得直接相关法能够得以大力推广。

因此，对于TD-SCDMA系统而言，需要寻找一种基于直接相关的下行同步增强方法，在不增加内存开销的基础上增强检测性能，有效的抵制强干扰信号的影响，才应该是解决小区初搜中准确地进行下行同步的可行出路。

发明内容

本发明提出一种高灵敏度的TD-SCDMA系统小区初搜下行同步方法，为小区初搜中准确快速地进行下行同步提供了有效的解决方案。

这种TD-SCDMA系统小区初搜下行同步方法，其方法是：将一帧相关结果分段，每段找峰值，用以峰值点为起始的64chip接收数据平均功率对相关功率峰值进行归一化，并将多帧相关结果进行叠加判决后获得下行同步定时信息和下行同步码序号。

它的具体操作步骤为：

第一步，连续接收一个子帧的数据，长度为N_frame。

第二步，在第一步的基础上，以每个码片(chip)为基础滑动，将每同步码长度N_syncdl的接收数据分别和32组基本SYNC_DL码送入硬件加速器进行计算，计算一次相关功率值。

第三步，搜索每段最大相关功率值。

第四步，进行功率归一化处理，计算从最大相关功率值位置posk，m开始的64chip接收数据的平均功率。将每一个最大相关功率值除以该点对应的平均功率作为进行比较的功率峰值。

第五步，对多帧结果叠加，进行联合判决。

第六步，在多帧叠加后的功率峰值序列中搜索最大功率峰值，确定最大功率峰值的位置和其对应的下行导频码。

第七步，输出下行同步定时信息和下行同步码序号。

本发明提出的TD-SCDMA系统小区初搜下行同步方法，既保持了传统直接相关法在低信噪比时的良好性能，同时又可以在不增加内存开销的基础上提高在有大干扰时隙下的性能，消除大干扰时隙的影响，再加上多帧叠加的判决方法，可以更加减少误判的概率，得到较高的性能，快速准确的取得下行同步信号。

附图说明

附图1为本发明方法的流程图；

附图2为TD-SCDMA系统的帧结构示意图。

具体实施方式

以下结合本发明的流程图给出本发明的实施方案，并进一步阐述本发明。

这种TD-SCDMA通信系统下行同步的方法，其创意的核心是：将一帧相关结果分段，每段找峰值，用以峰值点为起始的64chip接收数据平均功率对相关功率峰值进行归一化，并将多帧相关结果进行叠加判决获得下行同步定时信息和下行同步码序号。

其具体的实施步骤是：

第一步，连续接收一个子帧的数据，长度为N_frame。考虑到在小区初搜时，DwPTS的同步信号位置没有确定，可能出现在接收序列的末端而产生检测遗漏，因而多接收一个下行同步码长度N_syncdl的数据，得到接收序列：

r_i，i＝1，2，……，N_frame+N_syncdl-1

第二步，在第一步的基础上，以每个码片(chip)为基础滑动，将每同步码长度N_syncdl的接收数据分别和32组基本SYNC_DL码计算一次相关功率值(送入硬件加速器进行计算)：

$R_{k,i}=\underset{n=1}{\overset{64}{\mathrm{\Σ}}}\{[\mathrm{real}\left(r_{n+i}\right)+\mathrm{imag}\left(r_{n+i}\right)*j]*[\mathrm{real}(\mathrm{SYNC}\_{\mathrm{DL}}_{k,n})-\mathrm{imag}(\mathrm{SYNC}\_{\mathrm{DL}}_{k,n})*j]\}$

P_k，i＝{real[R_k，i]}²+{imag[R_k，i]}²

P_k，i即为每段接收数据(64chip)和32组基本码的相关功率值。

其中，i∈[1，64]，k∈[1，32]

第三步，搜索每段最大相关功率值。每接收64个相关功率值P_k，i，选择其中最大的作为该段的最大相关功率值，并确定最大相关功率值的位置和其对应的SYNC_DL码。在每个SYNC_DL码的每段64个相关功率值P_k，i中搜索最大相关功率值：

[pos_maxk，peak_max_k]＝max(P_k，i)，k＝1，2，......32；i＝1，2，......64

pos_k，m＝pos_max_k

peak_k，m＝peak_max_k

其中，m代表第几段相关功率值，m∈[1，100]

第四步，进行功率归一化处理。计算从pos_k，m开始的64chip接收数据的平均功率：

$P_{k,m}={\{1/64*\underset{l={\mathrm{pos}}_{k,m}}{\overset{{\mathrm{pos}}_{k,m}+63}{\mathrm{\Σ}}}[\mathrm{real}{\left(r_l\right)}^2+\mathrm{imag}{\left(r_l\right)}^2]\}}^{1/2}$

将每一个最大相关功率值除以该点对应的平均功率作为进行比较的功率峰值：

${\mathrm{peak}}_{k,m}^{\′}={\mathrm{peak}}_{k,m}/P_{k,m}^{\′}$

k∈[1，32]，m∈[1，100]

第五步，对多帧结果叠加，进行联合判决。每接收一帧数据执行上述从第一步到第四步的过程，做完N帧(N可取5)数据后得到N组

值。将N组结果叠加：相邻位置(pos_k，m差值在±1chip以内)的功率峰值认为是同一位置，将同一位置的功率峰值相加，出现次数也累加，作为该位置功率峰值的出现次数，该功率峰值的出现位置取这几个位置的平均值，没有相邻位置的功率峰值保留，叠加后的功率峰值表示为：

$\begin{array}{ccc}{\mathrm{peak}}_{k,m}^{\′\′}& k\∈\left[\mathrm{1,32}\right],& m\∈\left[\mathrm{1,100}\right]\end{array}$

第六步，搜索最大功率峰值，确定最大功率峰值的位置和其对应的下行导频码。对于每一个基本SYNC_DL码，在N帧结果叠加后的功率峰值序列中找出最大的功率峰值及其所对应的位置作为该SYNC_DL码的最大功率峰值及位置。先在每个SYNC_DL码的峰值序列中搜索最大值：

$[M_k,\mathrm{Pow}\_{\max }_k]=\max \left({\mathrm{peak}}_{k,m}^{\′\′}\right),k=\mathrm{1,2},......32;m=\mathrm{1,2},......100$

M_k表示了最大值出现在100段中的哪一段。

Pow_max_k表示了每个SYNC_DL码与接收数据相关结果中的最大值，其所在的位置对应为Pos_max_k。再在32组Pow_max_k中搜索最大值及其对应的位置：

$[Q,I]=\underset{k}{\max }(\mathrm{Pow}\_{\max }_k)$

其中，I代表了32组Pow_max_k中的最大值，Q指示了最大值在第几个SYNC_DL码。

第七步，输出下行同步定时信息和下行同步码序号。将最大功率峰值I与阈值门限作比较，如果满足门限要求，则它所对应的序号Q就是当前小区所使用的下行导频码，下行导频码在接收数据中的位置表示为：

Pos＝64*M_k+Pos_max_k

k＝Q

其中，M_k代表最大功率峰值出现在100段相关值中的哪一段，Pos_max_k代表最大功率峰值在该段中出现的位置。至此，下行同步过程结束。

以下对本发明方法和传统直接相关法尽心对比分析。

在TD-SCDMA通信系统中，通过仿真分析和实际测试，使用直接相关法时，随着干扰时隙功率的加大，性能都会随之下降，分析得知这时几乎都会找到干扰时隙的训练序列处。可见，如果突然有一个很强的干扰时隙出现，该相关器则无法使用。

分析得知，使用相关方法进行下行同步检测，接收信号序列和SYNC_DL序列得到的直接相关值不仅与两个序列的相关程度有关，而且与接收信号的幅度有关，用下式表示：

$R=\underset{n=1}{\overset{64}{\mathrm{\Σ}}}\{\left|r\right|\·[e_I+e_Q*j]*[s_I-s_Q*j]\}$

其中，e_I+e_Q*j为功率归一化后的接收信号，r代表接收信号的幅值信息。

而两个序列的相关程度一般用相关系数来表达，相关系数为两个平均功率为1的序列的相关值。用下式表示：

$R=\underset{n=1}{\overset{64}{\mathrm{\Σ}}}\{[e_I+e_Q*j]*[s_I-s_Q*j]\}$

在前述的传统直接相关法中，相关值等于相关系数乘以接收信号的平均幅度。当上行时隙强信号存在的时候，即接收信号的幅度值很大，即使两者的相关程度很低，即相关系数很小，乘以一个很大的接收信号的幅度值，也会得到一个很大的直接相关值，如果这个相关值高于SYNC_DL的相关值，那么就会出现下行同步的误判。

在这种情况下，SYNC_DL码的自相关性不足以弥补时隙之间的功率差值，将直接相关值除以接收信号的平均功率的平方根，那么就会得到接收序列和SYNC_DL的相关系数，与上行干扰的强度无关。

关键在于，怎样在既保留与SYNC_DL的相关值，又保留与强干扰时隙信号相关值的情况下，得到影响直接相关值的接收信号平均功率。本发明提出了一种方法，将6400个相关功率值分为N段(N可取100)，分别在每段中找出相关功率最大的点，因为SYNC_DL与强干扰时隙的位置有一定间隔，这样能保证同时取到SYNC_DL的相关峰值和强干扰时隙的相关峰值。以该点位置为起点，往后取64chip(相关长度)的接收数据计算该段数据的平均功率，将峰值除以计算出的平均功率作为该点的相关值，并以该值作为后续判决的相关功率值。这样能保证恰好去除了该段数据的幅值对相关值的影响。

由于在取相关功率峰值时将一帧长的相关值进行了分段，所以每一段都会得到一个相关功率峰值，在后续的判决中，本发明采用了多帧叠加的判决方法：

将N帧(N可取5)结果叠加，在每一帧中相同位置(±1chip以内)出现的相关功率峰值相加，不同位置出现的相关功率峰值保留，经过多帧叠加处理后，在一帧的相同位置出现的功率峰值得以加强，该位置也是最有可能是下行导频信号出现的位置。然后对于每一个基本SYNC_DL码，找出N帧叠加后所有峰值中的最大值及其所在位置作为该SYNC_DL码的最大相关峰值及位置。

32组SYNC_DL码的最大相关峰值中最大者作为找到的SYNC ID，对应的位置为该SYNC_DL码的同步位置，下行同步过程结束。

Claims (3)

1、一种TD-SCDMA通信系统的下行同步的方法，其特征在于：将一帧相关结果分段，每段找峰值，用以峰值点为起始的64chip接收数据平均功率对相关功率峰值进行归一化，并将多帧相关结果进行叠加判决获得下行同步定时信息和下行同步码序号。

2、如权利要求1所述的一种TD-SCDMA通信系统的下行同步的方法，其特征在于：将6400个相关功率值分为N段(N可为100)。

3、如权利要求1所述的一种TD-SCDMA通信系统的下行同步的方法，其特征在于：它的具体操作步骤为：

第一步，连续接收一个子帧的数据，长度为N_frame；

第二步，在第一步的基础上，以每个码片(chip)为基础滑动，将每同步码长度N_syncdl的接收数据分别和32组基本SYNC_DL码送入硬件加速器进行计算，计算一次相关功率值；

第三步，搜索每段最大相关功率值；

第四步，进行功率归一化处理，计算从最大相关功率值位置pos_k，m开始的64chip接收数据的平均功率，将每一个最大相关功率值除以该点对应的平均功率作为进行比较的功率峰值；

第五步，对多帧结果叠加，进行联合判决；

第六步，在多帧叠加后的功率峰值序列中搜索最大功率峰值，确定最大功率峰值的位置和其对应的下行导频码；第七步，输出下行同步定时信息和下行同步码序号。

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