CN103023528B - 一种高效稳定的td-scdma时分开关搜索系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统及方法，该系统包括：有限状态机和同步码号计数器，所述有限状态机的输出端与同步码号计数器的第一输入端连接，所述同步码号计数器的输出端依次连接有用于接收IQ输入数据的数字匹配滤波器、相关值判定模块、门限判定处理模块、切换点模块和时分开关指示模块，所述门限判定处理模块的第一输出端与切换点模块的输入端连接，所述门限判定处理模块的第二输出端还与同步码号计数器的第二输入端连接。本发明的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统及方法，可在低信噪比情况下使用，实现方式简单、高效而稳定，可广泛应用于通信行业中。

Description

一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统及方法。

背景技术

数字无线直放站是移动通信中不可或缺的组成部分，实现了信号的放大，保障了信号在传输过程中的稳定性。但是，在TD-SCDMA数字无线直放站中，当时分开关出现不正确切换时，可能出现信号严重失真的问题，将无法精确地进行移动通信。目前的技术主要是直放站先根据下行导频时隙的功率特征来进行初步判断，下行导频时隙的下行同步码SYNC_DL两端各有一个零功率区，分别是下行导频时隙自身的保护间隔GP和上行保护间隔GP；而下行导频时隙每帧都将以恒定满功率值全向发送该信息（下行同步码SYNC_DL），这样，直放站可以根据下行导频时隙的功率特征，先初步确定其位置，有了初步位置，然后再根据数字匹配滤波的原理来确定小区使用的下行同步码SYNC_DL和其准确位置，进而进行数字匹配滤波处理，最后得出上下行切换位置。

但是，这种方案在低信噪比的情况下，TD-SCDMA的时分开关的搜索的效果较差，无法正确地得出上下行切换位置。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种实现方式简单、可在低信噪比情况下使用的高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统。本发明的另一目的是还提供了一种实现方式简单、可在低信噪比情况下使用的高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统，包括：有限状态机和同步码号计数器，所述有限状态机的输出端与同步码号计数器的第一输入端连接，所述同步码号计数器的输出端依次连接有用于接收IQ输入数据的数字匹配滤波器、相关值判定模块、门限判定处理模块、切换点模块和时分开关指示模块，所述门限判定处理模块的第一输出端与切换点模块的输入端连接，所述门限判定处理模块的第二输出端还与同步码号计数器的第二输入端连接。

进一步，所述门限判定处理模块的第三输出端还依次连接有频偏计算模块和频偏调整模块。

进一步，所述有限状态机还连接有状态输出模块。

进一步，所述门限判定处理模块的第四输出端还连接有误差更正模块，所述误差更正模块的输出端与有限状态机的输入端连接。

进一步，所述数字匹配滤波器为基于倒置型的递归折叠数字匹配滤波器。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索方法，包括：

S1、数字匹配滤波器接收IQ输入数据，并对每个子帧的每个码片数据进行处理后，输出相应的相关值及其对应的码片位置，并发送到相关值判定模块；

S2、相关值判定模块进行数据比对处理，得出每个子帧的最大相关值及其对应的码片位置，并发送到门限判定处理模块；

S3、门限判定处理模块进行数据比对处理，求出每个子帧的相关峰值及其对应的码片位置，并得到所有相关峰值中的最大相关峰值，当得到的最大相关峰值大于零时，将该最大相关峰值对应的码片位置发送到切换点模块；

S4、切换点模块根据该最大相关峰值对应的码片位置、TD-SCDMA的上下行子帧配置及近端机输入的处理时延，计算得到上下行切换的位置，进而输出上下行数据的指示信号到时分开关指示模块；

S5、时分开关指示模块根据该上下行数据的指示信号及近端机输入的TD数据传输模式，发出用于控制近端机硬件开关的控制信息。

进一步，所述步骤S3中，所述相关峰值为：

than_out=DMF_OUT_MAX/Threshold-DMF_OUT_AVG

式中，than_out为相关峰值，DMF_OUT_MAX为每个子帧的最大相关值，Threshold为设定的门限阈值，DMF_OUT_AVG为每个子帧的所有相关值的平均值。

进一步，所述步骤S4中，所述上下行切换的位置包括第一切换位置及第二切换位置，所述第一切换位置为该最大相关峰值对应的码片位置，所述第二切换位置为该最大相关峰值对应的码片位置加上子帧上行的时间得到的位置。

本发明的有益效果是：本发明的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统，采用数字匹配滤波器对IQ输入数据进行处理后，再依次采用相关值判定模块及门限判定处理模块进行数据比对处理，最后得到数据的最大相关峰值及其对应的码片位置，进而切换点模块根据该码片位置计算得到上下行切换的位置并发送上下行数据的指示信号到时分开关指示模块，最后时分开关指示模块输出用于控制近端机硬件开关的控制信息，完成上下行数据传输的切换。本系统可在低信噪比情况下使用，实现方式简单、高效而稳定。

本发明的另一有益效果是：本发明的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索方法，采用数字匹配滤波器对IQ输入数据进行处理后，再依次采用相关值判定模块及门限判定处理模块进行数据比对处理，最后得到数据的最大相关峰值及其对应的码片位置，进而根据该码片位置计算得到上下行切换的位置并输出上下行数据的指示信号，最后根据该上下行数据的指示信号输出用于控制近端机硬件开关的控制信息，完成上下行数据传输的切换。本方法可在低信噪比情况下使用，实现方式简单、高效而稳定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统的结构框图；

图2是采用本发明的TD-SCDMA时分开关搜索系统的数字直放站的结构框图；

图3是本发明的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索方法的流程图；

图4是TD-SCDMA的一种时隙结构示意图；

图5是TD-SCDMA的另一种时隙结构示意图；

图6是数字匹配滤波器的模型示意图；

图7是常规数字匹配滤波器的结构示意图；

图8是本发明的TD-SCDMA时分开关搜索系统采用的基于倒置型的递归折叠数字匹配滤波器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于下文的描述，首先给出以下名词解释：

TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division MultipleAccess）：时分同步码分多址，中国提出的第三代移动通信标准；

UL（Up Link）：上行链路；

DL（Down Link）：下行链路；

SYNC_UL：上行同步码；

SYNC_DL：下行同步码；

GP：保护间隔；

AFC（Automatic Frequency Control）：自动频率控制；

DwPTS：下行导频时隙；

UpPTS：上行导频时隙；

TS（time-slot）：时隙；

ADC（Analog-to-Digital Converter）：模数转换器；

DAC（Digital-to-Analog Converter）：数模转换器；

DDC（Digital down converter）：数字下变频器；

DUC（Digital Up Converter）：数字上变频器；

DMF（Digital Match Filter）：数字匹配滤波器；

FIR（Finite Impulse Response）滤波器：有限长单位冲激响应滤波器。

在附图中，为了让图片更为简洁，对模数转换器、数模转换器、数字下变频器及数字上变频器，依次分别采用相应的简称ADC、DAC电路、DDC及DUC表示。对上行导频时隙等行业术语，必要时也采用相关的英文缩写表示。

参照图1，本发明提供了一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统，包括：有限状态机和同步码号计数器，所述有限状态机的输出端与同步码号计数器的第一输入端连接，所述同步码号计数器的输出端依次连接有用于接收IQ输入数据的数字匹配滤波器、相关值判定模块、门限判定处理模块、切换点模块和时分开关指示模块，所述门限判定处理模块的第一输出端与切换点模块的输入端连接，所述门限判定处理模块的第二输出端还与同步码号计数器的第二输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述门限判定处理模块的第三输出端还依次连接有频偏计算模块和频偏调整模块。频偏计算模块的输入端连接有AFC开关，即自动频率控制开关，用于选择是否进行频偏调整，频偏调整模块的输出端连接有AFC输出，即自动频率控制输出，用于输出频偏调整后的频率值。

进一步作为优选的实施方式，所述有限状态机还连接有状态输出模块。状态输出模块用于将TD-SCDMA时分开关搜索系统的状态输出到近端机。

进一步作为优选的实施方式，所述门限判定处理模块的第四输出端还连接有误差更正模块，所述误差更正模块的输出端与有限状态机的输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述数字匹配滤波器为基于倒置型的递归折叠数字匹配滤波器。

参照图2，本发明的TD-SCDMA时分开关搜索系统应用在数字直放站的近端机中。数字直放站包括天线、近端机及远端机。天线接收信号后，同时输入给近端机分A路信号和B路信号进行处理，A路信号输入到硬件开关处，硬件开关的输出端依次连接有信号处理模块、数字上变频器及数模转换器，数模转换器的输出端通过光纤与远端机连接。B路信号输入到模数转换器，模数转换器的输出端依次连接有可调数字下变频器、滤波抽取模块及TD-SCDMA时分开关搜索系统，TD-SCDMA时分开关搜索系统的输出端与硬件开关的输入端连接。

在B路信号处理过程中，天线接收的信号首先经过模数转换器转换为数字信号，然后经过可调数字下变频器下变频到零频，之后对该零频信号进行抽取、滤波，得到IQ输入数据，输入到TD-SCDMA时分开关搜索系统中进行处理，最后TD-SCDMA时分开关搜索系统发出用于控制近端机硬件开关的控制信息，即控制硬件开关的闭合，实现只开上行、只开下行或上下行常开，从而实现对TD-SCDMA上下行数据的捕捉处理。

参照图3，本发明还提供了一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索方法，包括：

S1、数字匹配滤波器接收IQ输入数据，并对每个子帧的每个码片数据进行处理后，输出相应的相关值及其对应的码片位置，并发送到相关值判定模块；

S2、相关值判定模块进行数据比对处理，得出每个子帧的最大相关值及其对应的码片位置，并发送到门限判定处理模块；

S3、门限判定处理模块进行数据比对处理，求出每个子帧的相关峰值及其对应的码片位置，并得到所有相关峰值中的最大相关峰值，当得到的最大相关峰值大于零时，将该最大相关峰值对应的码片位置发送到切换点模块；

S4、切换点模块根据该最大相关峰值对应的码片位置、TD-SCDMA的上下行子帧配置及近端机输入的处理时延，计算得到上下行切换的位置，进而输出上下行数据的指示信号到时分开关指示模块；

S5、时分开关指示模块根据该上下行数据的指示信号及近端机输入的TD数据传输模式，发出用于控制近端机硬件开关的控制信息。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3中，所述相关峰值为：

than_out=DMF_OUT_MAX/Threshold-DMF_OUT_AVG

式中，than_out为相关峰值，DMF_OUT_MAX为每个子帧的最大相关值，Threshold为设定的门限阈值，DMF_OUT_AVG为每个子帧的所有相关值的平均值。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S4中，所述上下行切换的位置包括第一切换位置及第二切换位置，所述第一切换位置为该最大相关峰值对应的码片位置，所述第二切换位置为该最大相关峰值对应的码片位置加上子帧上行的时间得到的位置。

IQ输入数据经数字匹配滤波器后，得出一组相关值，相关值为正整数。由于TD系统采用的同步码有很好的自相关性，所以经过数字匹配滤波器后，如果正常时，即可从一个子帧中找到一个远大于其他的相关值，即相关峰。这里，相关峰与最大相关值并不同，例如，恶劣环境中，经过数字匹配滤波器处理后没有得到明显的峰值即没有得到相关峰时，依旧可以得到最大相关值。本发明可以应用在恶劣环境等低信噪比的情况下，准确地搜索出相关峰。

本发明中，搜索相关峰的方法是：首先，计算一个子帧的所有相关值，并得到最大相关值及一个子帧内相关值的平均值。设置一个最大值与平均值的比值门限。当最大值与平均值的比值超过这个门限时，则认为找到相关峰。

下面介绍相关峰值的计算方法：

假设通过数字匹配滤波器的相关处理后，得到的最大相关值为xcorr_max，一个子帧的所有相关值的平均值为xcorr_avg；这两个数值皆为正整数。

当给定一个正整数数值threshold，且满足时，即搜索到相关峰。因为判断需要采用除法运算，对于处理器来说，会比较占资源及耗时间。因此，对其进行转换：

因为xcorr_max、xcorr_avg及threshold都是正整数，可知：

由公式 $\frac{{\mathrm{xcorr}}_{\max }}{{\mathrm{xcorr}}_{\mathrm{avg}}}\≥\mathrm{threshold},$ 可得到：

$\frac{{\mathrm{xcorr}}_{\max }}{\mathrm{threshold}}\≥{\mathrm{xcorr}}_{\mathrm{avg}}$

进而得到：

$\frac{{\mathrm{xcorr}}_{\max }}{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{xcorr}}_{\mathrm{av}\≥g}\≥0$

设 $\frac{{\mathrm{xcorr}}_{\max }}{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{xcorr}}_{\mathrm{av}\≥g}=\mathrm{than},$ 其中，than称为相关峰值，为整数，可为正数或负数，由此，可知，当相关峰值than为正数时，相关峰值than越大，最大相关值xcorr_max将越大，不符合实际情况，故当相关峰值than为正数时，没有满足门限的相关峰存在。

TD-SCDMA系统中将一个10ms的无线帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5ms。系统的子帧结构如图4与图5所示，共定义了4种时隙类型：3种特殊时隙（下行导频时隙DwPTS、下行导频时隙UpPTS、保护间隔GP）和1种常规时隙（TS0～TS6，共7个）。3个特殊时隙中下行导频时隙DwPTS和下行导频时隙UpPTS分别用于实现下行同步和上行同步，它们不承载用户数据，保护间隔GP用于上行同步建立过程中的传播时延保护，7个常规时隙（TS0～TS6）用于传送用户数据或控制信息。在这7个常规时隙（TS0～TS6）中，TS0总是固定地用作下行时隙来发送系统广播信息，而TS1总是固定地用作上行时隙来接收上行信息，而其他的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行时隙或下行时隙。这里主要指配置UL/DL的比值，例如图5中UL/DL的比值为3。

数字匹配滤波器是其频率响应与输入信号频谱相一致的滤波器，它的功能是用输入的数据和不同相位的本地码字做相关运算，取得不同码字相位的相关能量。当串行输入的采样数据和本地的扩频码及扰码的相位一致时，其相关能力最大，在滤波器输出端有一个最大值，根据相关能量延迟估计器就可以得到多径的到达时间量；

在数字通信接收器中，数字匹配滤波器作为信号处理器来计算发送信号与接收信号的相关值，数字匹配滤波器输出的相关值越大说明输入序列与所关心的码序列的相关性越好。数字匹配滤波器的模型如图6所示。

设滤波器的传递函数为H(f)，冲激响应为h(t)。滤波器的输入为发送信号与噪声的叠加，即x(t)=s(t)+n(t)，其中s(t)为信号，n(t)为高斯白噪声。则滤波器的输出为：

y(t)=[s(t)+n(t)]*h(t)，

其中信号有用部分为 $y_s\left(t\right)=s\left(t\right)*h\left(t\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}S\left(f\right)H\left(f\right)e^{j2\mathrm{\πft}}\mathrm{df}$

数字匹配滤波器是一种无源相关技术，它可以快速实现相关器的功能。数字匹配滤波器的冲激响应为：

h(t)=s(T-t)    0≤t≤T，

数字匹配滤波器的输出信号为：

$y_s\left(t\right)=s\left(t\right)*h\left(t\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}S(t-\mathrm{\τ})h\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}={\∫}_{-\∞}^{+\∞}s(t-\mathrm{\τ})s(T-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}=R(t-T)$

上式中，R(t)为输入信号的自相关函数，可见数字匹配滤波器的输出信号与输入信号的自相关函数成正比，数字匹配滤波器的输出最大值仅和s(t)能量有关和输入信号s(t)的波形无关。

参照图7，常规的数字匹配滤波器的本地码是一组固定的码组，而TD-SCDMA系统的本地码是32个不同的同步码。常规的数字匹配滤波器的本地码是一组1比特位宽的二进制码组，而本系统的本地码为9比特位宽的有符号同步码。故我们在常规的数字匹配滤波器中，添加了基于三个实数乘法器的复数乘法器，以实现本地码与数据之间的相乘。同时添加对本地码的更新控制，循环输出32个同步码。数字匹配滤波器是一种特殊的FIR滤波器，有直接型DMF，及倒置型DMF。倒置型DMF速度比较快。为节省资源，参照图8，本系统采用一种基于倒置型的递归折叠DMF。当TD-SCDMA数据经过DMF进行相关处理之后，就可以得到相关值，在此基础上添加一个相关峰的门限即可得到最大相关峰值，及最大相关峰值对应的位置（即DwPTS的起始位置，通过这个位置的确定就可以得到TD上下行数据的第一切换位置），及此时采用的本地码组（即同步码组号）。本方案只需在初始化阶段用32组本地同步码分别对应地对32个TD-SCDMA子帧的数据进行匹配相关操作（大约160ms），这样就可以确定出当前所采用的同步码组号以及DwPTS的起始位置，然后就用当前所采用的同步码组号对每个TD-SCDMA子帧的数据进行实时的相关匹配处理。即，在本发明的TD-SCDMA时分开关搜索系统中，当搜索到最大相关峰值时，读取同步码号计数器的同步码组号，然后跟据该同步码组号对余下子帧的数据进行实时的匹配相关处理。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统，其特征在于，包括：有限状态机和同步码号计数器，所述有限状态机的输出端与同步码号计数器的第一输入端连接，所述同步码号计数器的输出端依次连接有用于接收IQ输入数据的数字匹配滤波器、相关值判定模块、门限判定处理模块、切换点模块和时分开关指示模块，所述门限判定处理模块的第一输出端与切换点模块的输入端连接，所述门限判定处理模块的第二输出端还与同步码号计数器的第二输入端连接；

所述相关值判定模块用于进行数据比对处理，得出每个子帧的最大相关值及其对应的码片位置，并发送到门限判定处理模块；

所述门限判定处理模块用于进行数据比对处理，求出每个子帧的相关峰值及其对应的码片位置，并得到所有相关峰值中的最大相关峰值，当得到的最大相关峰值大于零时，将该最大相关峰值对应的码片位置发送到切换点模块；

所述切换点模块用于根据该最大相关峰值对应的码片位置、TD-SCDMA的上下行子帧配置及近端机输入的处理时延，计算得到上下行切换的位置；

所述门限判定处理模块的第三输出端还依次连接有频偏计算模块和频偏调整模块。

2.根据权利要求1所述的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统，其特征在于，所述有限状态机还连接有状态输出模块。

3.根据权利要求1所述的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统，其特征在于，所述门限判定处理模块的第四输出端还连接有误差更正模块，所述误差更正模块的输出端与有限状态机的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索系统，其特征在于，所述数字匹配滤波器为基于倒置型的递归折叠数字匹配滤波器。

5.一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索方法，其特征在于，包括：

S1、数字匹配滤波器接收IQ输入数据，并对每个子帧的每个码片数据进行处理后，输出相应的相关值及其对应的码片位置，并发送到相关值判定模块；

S2、相关值判定模块进行数据比对处理，得出每个子帧的最大相关值及其对应的码片位置，并发送到门限判定处理模块；

S3、门限判定处理模块进行数据比对处理，求出每个子帧的相关峰值及其对应的码片位置，并得到所有相关峰值中的最大相关峰值，当得到的最大相关峰值大于零时，将该最大相关峰值对应的码片位置发送到切换点模块；

S4、切换点模块根据该最大相关峰值对应的码片位置、TD-SCDMA的上下行子帧配置及近端机输入的处理时延，计算得到上下行切换的位置，进而输出上下行数据的指示信号到时分开关指示模块；

S5、时分开关指示模块根据该上下行数据的指示信号及近端机输入的TD数据传输模式，发出用于控制近端机硬件开关的控制信息；

所述步骤S3中，所述相关峰值为：

than_out = DMF_OUT_MAX /Threshold - DMF_OUT_AVG

式中，than_out为相关峰值，DMF_OUT_MAX为每个子帧的最大相关值，Threshold为设定的门限阈值，DMF_OUT_AVG为每个子帧的所有相关值的平均值。

6.根据权利要求5所述的一种高效稳定的TD-SCDMA时分开关搜索方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述上下行切换的位置包括第一切换位置及第二切换位置，所述第一切换位置为该最大相关峰值对应的码片位置，所述第二切换位置为该最大相关峰值对应的码片位置加上子帧上行的时间得到的位置。