CN201063612Y - Td-scdma导频捕获装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种TD－SCDMA、B3G、4G终端的导频捕获装置。该装置包含天线、射频接收机、射频接收信号自动增益控制电路、模数转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元。该导频搜索捕获方法和装置将每个导频码划分成多个片段来搜索和捕获，其中的导频搜索器由降采样器、寄存器、乘法器、积分清零计算器、平方和加法计算器、除法器、比较器等构成。在导频搜索器中，I/Q信号码片与从导频码生成器输入导频码片段做相关运算，同时完成I/Q信号码片的平方和的积分计算结果，后者是该片段I/Q信号码片的带内能量积分。上述2路处理结果被同步地送入除法器作相除运算，得到的比值，被送入比较器，与控制器事先设定的、判断导频码是否存在的门限值相比较。如果高于该门限值，则判断在该段I/Q信号码片中有导频码存在，否则，判断该段I/Q信号码片中没有导频码存在。

Description

TD-SCDMA导频捕获装置

技术领域

本设计提出一种用于TD-SCDMA、B3G(Beyond 3G)、4G(第四代移动通信)终端的导频捕获方法及装置，属移动通信技术制造领域。

背景技术

移动台接入系统的第一步是获得与当前小区的同步。第三代移动通信系统TD-SCDMA中，移动终端设备(简称UE)的该过程是通过捕获小区下行导频(同步)时隙DwPTS的SYNC_DL来实现的。SYNC_DL是一个系统预定的64位PN序列，SYNC_DL最多有32种可能的选择。系统中相邻小区的SYNC_DL互不相同，不相邻小区的SYNC_DL可以复用。SYNC_DL包含在TD_SCDMA无线突发中的DwPTS时隙。

TD-SCDMA系统的物理层无线子帧结构如图1所示。每帧共9个时隙，7个正常的时隙Ts0～Ts6，两个特殊的时隙DwPTS和UpPTS，用于上行同步和区分小区；每帧有两个上/下行转换点，一个在GP，一个在Ts3；Ts0总是设置为下行时隙，所有基站同时在Ts0以全功率发送BCCH广播等信令，其所用的扩频码、midamble都是固定的，为的是移动终端能尽快收听到BCCH广播，Ts1总是设置为上行时隙，其余时隙可根据用户需要灵活进行上/下行配置，以适应不同的环境和应用场合。GP为上下行间保护时间间隔。

目前在TD-SCDMA系统中使用2010～2025MHz频段，1.28Mchip/s的码片速率，单个载频占1.6MHz带宽，故在上述频段内可容纳9个这样的载频；在整个TD-SCDMA系统中，共有32个正交的SYNC码。移动终端用SYNC码来区分它附近覆盖区域重叠的小区，以方便物理层的SYNC码功率电平的测量和报告，因此32个SYNC码会根据一定的重用距离而重用。当两个小区是同频同SYNC码时，可用参数BSIC来区分，BSIC＝SYNC+midamble，其中midamble也是正交的。

按照TD-SCDMA的无线帧结构，SYNC_DL在系统中每5ms发送一次，并且每次都以恒定满功率值发送该信息。移动台接入系统时，对32个SYNC_DL码字进行逐一搜索(即用接收信号与32个可能的SYNC_DL逐一做相关)，由于该码字彼此间具有较好的正交性，获取相关峰值最大的码字被认为是当前接入小区使用的SYNC_DL。同时，根据相关峰值的时间位置也可以初步确定系统下行的定时。

下行导频时隙(DwPTS)的突发帧结构，如图2所示。下行导频时隙(DwPTS)中的SYNC码由64比特正交码组成，它是无线基站(小区)的导频(Pilot)信号，也是下行同步的信号。而上行导频时隙(UpPTS)由128比特正交码组成，它是用户终端(小区)的导频(Pilot)信号，主要用作随机接入。保护时隙(G)用于区分上下行时隙，使距离较远的终端能实现上行同步。

在TD-SCDMA系统中，此时隙的宽度保证了小区的最大半径可能达到10km以上。

在TD-SCDMA系统中使用独立的DwPTS的原因是解决在蜂窝和移动环境下，TDD系统的小区搜索问题。当邻近小区使用相同的载波频率，用户终端在一个小区交汇区域移动状态下开机的条件下，本系统的DwPTS设计能保证用户终端能够在很短时间(3秒)内完成小区收索并完成初始接入。

在TD-SCDMA系统中，同步调整的步长是码片宽度的1/8，即大约100ns。在实际系统中所要求和可能达到的精度则将随基带信号处理的能力和检测的能力来确定，一般可能在1/8至1个码片的宽度。因为同步检测和控制是每个子帧(5ms)一次，在此时间内用户终端最多移动十余厘米，因而，同步精度并不限制和影响高速移动。

导频捕获与跟踪统称导频同步，他们在TD-SCDMA通信系统中具有极为重要的意义。接收机要正确解调接受到的信号，首先要使本地SYNC_DL PN码序列与接收到的SYNC_DLPN码序列完全同步。导频捕获是粗同步过程，需要把本地SYNC_DL PN码与接收到的SYNC_DL PN码相位差调整到小于1/2码元的宽度。然后再进行跟踪，使两SYNC_DL PN码序列达到精确同步。

在搜索阶段，对于TD-SCDMA系统，SYNC_DL PN码序列周期为5ms，即以一个无线子帧长度为周期。这样，在一个TD-SCDMA工作频点，一个SYNC_DL PN码序列周期含有相位数目＝6400(一个无线子帧包含的码片数目)-64＝6336个，同时系统为了减小误差，需要使相位差精确到小于1/2码元宽度，也就是说，在一个TD-SCDMA工作频点，每个SYNC_DL PN码序列周期内搜索器要搜索N＝2×6336＝12672个相位。在每个捕获判别时间点，如果检测结果＞门限θ1，则认为在当前TD-SCDMA工作频点捕获到导频码。

发明内容：

图4是导频码捕获系统组成框图。TD-SCDMA的下行导频搜索和捕获，由以下部件组成的系统完成：

(1)天线(编号101)

(2)RF(射频)接收机(102)

(3)射频接收信号自动增益控制(AGC)电路(103)

(4)A/D(模数)转换单元(104)；

(5)时钟生成器(105)

(6)导频码生成器(106)

(7)导频搜索器(107)

(8)控制器(108)

(9)频率合成器(110)

(10)自动频率控制单元AFC(111)

(11)寄存器及存储单元(112)

并且，上述部件的连接形式为：

(1)天线101接收到的无线电射频信号接射频接收机102的信号输入端且前置放大，射频模拟解调后接模数转换单元104的信号输入端；

(2)模数转换单元104的信号输出端同时接解调单元109输入端、导频搜索器107的信号输入端、自动增益控制电路103的信号输入端；

(3)自动增益控制电路103的信号输出端反馈至RF接收机102以控制后者的放大器增益；

(4)导频搜索器107的信号输出端接搜索结果存储单元112，用于将搜索结果保存在存储单元112中；

(5)该搜索结果存储单元112的输出端一路接解调单元109的信号输入端，另一路接控制器108；

(6)控制器108的第一路输入输出连接存储单元112以控制和访问存储单元112；第二路输出接导频码生成器106以控制导频码生成器106，第三路输入输出接导频搜索器107以控制导频搜索器107和接收导频搜索器107的反馈输出，第四路输入输出接解调单元109以控制解调单元109和接收解调单元109的反馈输出，第五路输出接频率合成器110以控制频率合成器110；

(7)频率合成器110的第一路输出接RF接收机102的信号输入端之一，第二路输入输出接AFC111的信号输入输出；

(8)导频码生成器106的信号输出端接导频搜索器107的信号输入端；

(9)时钟生成器105的第一路输出接导频码生成器106的时钟输入端，第二路输出接解调单元109的时钟输入端，第三路接导频搜索器107的时钟输入端，第四路接模数转换单元104的时钟输入端，第五路输出接导频码生成器106的时钟输入端，第六路接控制器108的时钟输入端，第七路接寄存器和存储单元112的时钟输入端。

上述系统中，由天线101接收到的无线电射频信号，经由射频接收机102的前置放大、射频模拟解调后，输出到模数转换单元104。

模数转换单元104完成模拟信号到数字信号的转换。A/D(模数)转换单元104输出的是QPSK(或者8PSK、或者QAM)解调信号。模数转换单元104将解调输出的模数转换信号发送给自动增益控制电路103、导频码搜索器107、解调单元109。

自动增益控制电路103检测模数转换单元104输出的信号强度，根据控制器108事先设定的AGC(自动增益控制)校准参考值，控制射频接收机102的前置放大器的放大倍数，使得模数转换单元104输出给导频搜索器107和解调单元109的信号强度为恒定的值。

在RF(射频)接收机102的射频模拟解调过程中，其射频模拟解调所必需的本地振荡频率由频率合成器110提供。频率合成器110受控于控制器108，由控制器108控制频率合成器110输出本地振荡频率，使RF接收机102锁定当前要搜索的工作频点。为保证RF接收机102锁定工作频点的精确性，RF接收机102锁定的工作频点需要经过AFC(自动频率控制)电路111的校准。

时钟生成器105负责提供A/D(模数)转换单元104、导频码生成器106、导频搜索器107、控制器108、寄存器及存储单元112运行时所必须的工作时钟。

控制器108负责完成对整个导频码搜索过程的控制，包括：

◆对有关导频搜索的各寄存器(存储单元)的初始化；

◆控制频率合成器110输出本地振荡频率，使RF接收机102锁定当前要搜索的工作频点；

◆为AGC电路103提供设定的AGC校准参考值；

◆根据AGC电路103使用的放大增益倍数，判断RF接收机102接收到的射频信号的强度是否过低，以及决定是否转到下一个工作频点搜索导频；

◆控制导频码生成器106实时产生当前要搜索的导频码；

◆在每个导频码搜索开始前，控制器108将导频搜索器107的搜索时间计数器的值t清零；

◆为导频搜索器107中的比较器提供用于判断导频码是否存在的门限值；

◆判断导频码搜索过程是否完成，决定是否终止导频码搜索过程；

◆在导频码搜索过程终止后，将捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。

导频搜索器107负责在控制器108的控制下，完成具体的导频搜索过程。导频码生成器106负责在控制器108的控制下，实时产生当前要搜索的导频码。寄存器及存储单元112负责保存在导频码搜索过程产生的各种中间变量，以及保存搜索到的各导频码和相应导频码最佳起始时间。

图5是导频搜索器107的组成框图。导频搜索器由以下部件组成：

(1)降采样器201

(2)寄存器202

(3)乘法器203

(4)积分清零计算器A204；

(5)积分清零计算器B205；

(6)平方和加法计算器206；

(7)除法器207；

(8)比较器208。

导频搜索器107接收A/D转换单元104输出的原始I/Q信号码片，并从中搜索导频。A/D转换单元104输出的原始I/Q信号码片的速率通常都是TD-SCDMA无线帧码片速率的N倍，因此，导频搜索器107需要通过内部的降采样器201，对原始I/Q信号码片进行降采样，从而获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号码片。

降采样器201输出的I/Q信号码片，一路送入寄存器202，在寄存器202中缓存，然后送入乘法器203。在乘法器203中，寄存器202输出的I/Q信号码片与从导频码生成器106输入导频码片段做相关运算，相关运算的结果在积分清零器A204中做积分计算，积分计算结果再被送入平方和加法计算器206中，得到该片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分的平方和。

降采样器201输出的I/Q信号码片，另一路送入积分清零器B 205中完成I/Q信号码片的平方和的积分计算结果，得到的是该片段I/Q信号码片的带内能量积分。

上述2路信号处理结果，在完成针对整个导频码长度的计算后，被同步地送入除法器207作相除运算，得到的比值，被送入比较器208，与控制器108事先设定的、判断导频码是否存在的门限值相比较。如果高于该门限值，则判断在该段I/Q信号码片中有导频码存在，否则，判断该段I/Q信号码片中没有导频码存在。

上述导频搜索过程中产生的与导频搜索有关的各种计算结果，如片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分、片段I/Q信号码片的带内能量积分、导频码最佳起始时间等，都保存在寄存器和存储单元112中。

一、导频搜索和捕获过程相关术语说明：

(1)下行导频码的数目记作K_P；(对于本设计讨论的TD-SCDMA系统，K_P＝32)

(2)将第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码记作A_k；

(3)每个导频码的长度记作L_P(以TD无线帧单个码元时间长度为单位)；(对于本设计讨论的TD-SCDMA系统，L_P＝64)

(4)每个导频码可被划分成N_s＝L_P/L_a个片段，每个分段长度记作L_a(以TD无线帧单个码元时间长度为单位)，且L_P mod L_a＝0；(对于本设计讨论的TD-SCDMA系统，N_s＝4，L_a＝16)

(5)将第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码的第i(i＝0，...，N_a-1)个片段记作A_k，i＝[a_k，i，0，a_k，i，1，......，a_k，i，La-1]；

(6)对A_k，i(k＝0，...，K_P-1，i＝0，...，L_a-1)片段中的每个a_k，i，m(m＝0，...，L_a-1)重复一次而得到一个长度为L_s＝2L_a的新序列C_k，i＝[a_k，i，0，a_k，i，0，a_k，i，1，a_k，i，1，......，a_k，i，La-1，a_k，i，La-1]＝[c_k，i，0，c_k，i，1，......，c_k，i，Ls-1]，其中，

c_k，i，2m＝c_k，i，2m+1＝a_k，i，m，(m＝0，...，L_a-1)

(7)将导频搜索的一个周期长度记作T(以1/2个TD无线帧单个码元时间长度为单位)。本文讨论的TD-SCDMA无线子帧长度为5ms，TD-SCDMA无线帧码片速度为1.28Mcps，因而对于本文讨论情况，一个导频搜索周期长度T＝1.28×5×1000×2＝12800个1/2无线帧码元周期；

(8)将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)的导频码(也即该导频码起始于t-2L_P+1)积分寄存器的值记作I_t ^2Lp(对I/Q信号中的I分量序列积分)，Q_t ^2Lp(对I/Q信号中的Q分量序列积分)；

(9)将TD-SCDMA系统工作频点数目记作N_F；

(10)将在频点F_j(j＝0，......，N_F-1)，第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码的最佳匹配寄存器的值记作E_j，k ^max，其最佳起始时间寄存器的值(匹配起始时间)记作S_j，k ^max。

(11)记录E_j，k ^max是否被捕获的锁定判别寄存器的值R_j，k(k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)。

(12)由于原始I/Q信号码片的速率通常都是TD-SCDMA无线帧码片速率的N倍，因此，导频搜索器107需要对原始I/Q信号码片进行降采样，从而获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号码片x_t＝[I_t，Q_t](I_t和Q_t速率均为无线子帧码片速率的2倍)，I_t/Q_t分别是I/Q信号中的I/Q分量；

(13)将时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的上述I/Q信号码片序列记作 $X_t^{\mathrm{Ls}}=[x_t,x_{t+1},......,x_{t+\mathrm{Ls}-1}],$ 其中，x_t＝[I_t，Q_t]，I_t和Q_t分别保存在寄存器U_j和V_j中(j＝tmodL_s)；

(14)将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)、长度为2L_p的I/Q信号码片带内能量寄存器的值记作E_t；

二、导频搜索和捕获实现过程

(一)启动TD-SCDMA系统开始工作，包括上述的部件：天线(101)、RF接收机(102)、射频接收信号自动增益控制(AGC)电路(103)、A/D(模数)转换单元(104)、时钟生成器(105)、导频码生成器(106)、导频搜索器(107)、控制器(108)、频率合成器(110)、自动频率控制单元AFC(111)、寄存器及存储单元(112)。

(二)在开始搜索导频前，控制器108先完成对有关导频搜索的各寄存器(存储单元)的初始化：

1.控制器108将以下寄存器(存储单元)的值清零：

(1)E_j，k ^max (k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)；

(2)S_j，k ^max (k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)；

(3)R_j，k(k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)。

(三)控制器108按照工作频点F_j(j＝0，......，N_F-1)的排列顺序，控制RF接收机(102)、射频接收信号自动增益控制(AGC)电路(103)、导频码生成器(106)、导频搜索器(107)、频率合成器(110)等部件工作，进行导频捕获；

(四)控制器108控制频率合成器(110)输出本地振荡频率，使RF接收机(102)锁定当前要搜索的工作频点F_j(j＝0，......，N_F-1)；

(五)控制器108控制射频接收信号自动增益控制(AGC)电路(103)，使A/D(模数)转换单元(104)输出的原始I/Q信号的输出幅度保持在一个恒定的值。如果AGC103对输入信号的增益大于事先设定的门限值(即RF接收机(102)接收到的射频信号的强度过低)，则控制器108判断该频点没有TD-SCDMA系统工作，从而转到下一个工作频点搜索导频。

(六)如果AGC103对输入信号的增益小于事先设定的门限值(即RF接收机(102)接收到的射频信号的强度满足要求)，则控制器108判断该频点存在有TD-SCDMA系统工作，从而在该频点进一步展开导频捕获操作。

(七)导频捕获操作过程：

1.导频码生成器106按照次序，每一个搜索周期开始时仅生成并输出某一个导频码A_k(k＝0，..，K_P-1)，并将导频码A_k划分成N_s个片段，并按照上述方式重构成C_k，顺序送入导频搜索器107，检测当前无线子帧周期的无线子帧码片与C_k的匹配度。

2.在C_k的搜索开始前，控制器108先将以下奇存器/存储单元的值清零：

(1)I_t ^2kp(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)；

(2)Q_t ^2Lp(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)

(3)E_t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)

3.控制器108将导频搜索器107的搜索时间计数器的值t清零，启动导频搜索器107开始在t＝[0，T-1]的时间间隔内，搜索导频，在此过程中，搜索时间计数器的值t以1/2无线帧码元时间间隔的时钟速率递增；

4.在时刻t(t＝0，1，...，T-1)，导频搜索器107首先从A/D(模数)转换单元(104)输入原始I/Q信号码片；

5.对原始I/Q信号码片进行降采样，获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的x_t＝[I_t，Q_t]；

6.如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp $(m=0,...,m_2,m_2=$

(式中的

表示取小于或等于x的最大正整数)的累积积分结果(I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp分别加上X_t-Ls+1 ^Ls与C_k，Ns-m-1的相关计算结果)

$I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

$Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

7.如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算E_t+mLs $(m=0,...,m_2,m_2=$

$E_{t+\mathrm{mLs}}=E_{t+\mathrm{mLs}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left(I_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2+{\left(Q_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2)$

8.如果时刻t≥2L_p-1，且

则：

(1)R_j，k＝1，表示当前频点F_j有TD-SCDMA系统工作，该系统的导频码为C_k；

(2)如果 $({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2)>E_{j,k}^{\max },$ 则 $E_{j,k}^{\max }=({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2),$ $S_{j,k}^{\max }=t-2L_P+1$

9.当t＞T-1，搜索器107停止在当前频点F_j对当前导频码C_k的捕获过程；

10.如果导频码C_k的编号k＜K_P-1，则搜索器107开始下一个导频码C_k+1的捕获过程，导频码C_k+1的捕获过程重复(七)中的上述步骤1～9；反之，当k＞K_P-1，搜索器107停止在当前频点F_j搜索导频码；

(八)如果F_j频点编号j＜N_F-1，则TD-SCDMA设备转而在下一个频点F_j+1搜索并捕获导频码，频点F_j+1的导频码搜索捕获过程重复上述(四)～(七)的步骤；反之，如果F_j频点编号j＞N_F-1，则控制器(108)终止导频码搜索过程，将在各频点捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。TD-SCDMA的协议处理核心根据捕获的全部导频码编号及其起始时间，获知附近存在的TD-SCDMA基站/小区，并进一步完成系统同步过程和接入过程，如系统信息读取、建立上行同步、随机接入三个过程。

附图说明

图1是TD-SCDMA系统的物理层无线子帧结构。

图2是DwPCH(DwPTS)的突发帧结构。

图3是导频码搜索时序示意图。

图4是导频码捕获系统组成框图。

图5是导频搜索器组成框图。

具体实施方式

实施例1：图4是导频码捕获系统组成框图。TD-SCDMA的下行导频搜索和捕获，由以下部件组成的系统完成：

(1)天线101；

(2)RF(射频)接收机102；

(3)射频接收信号自动增益控制(AGC)电路103；

(4)A/D(模数)转换单元104；

(5)时钟生成器105；

(6)导频码生成器106；

(7)导频搜索器107；

(8)控制器108；

(9)频率合成器110；

(10)自动频率控制单元AFC111；

(11)寄存器及存储单元112；

并且，上述部件的连接形式为：

(1)天线101接收到的无线电射频信号接射频接收机102的信号输入端且前置放大，射频模拟解调后接模数转换单元104的信号输入端；

(2)模数转换单元104的信号输出端同时接解调单元109输入端、导频搜索器107的信号输入端、自动增益控制电路103的信号输入端；

(3)自动增益控制电路103的信号输出端反馈至RF接收机102以控制后者的放大器增益；

(4)导频搜索器107的信号输出端接搜索结果存储单元112，用于将搜索结果保存在存储单元112中；

(5)该搜索结果存储单元112的输出端一路接解调单元109的信号输入端，另一路接控制器108；

(6)控制器108的第一路输入输出连接存储单元112以控制和访问存储单元112；第二路输出接导频码生成器106以控制导频码生成器106，第三路输入输出接导频搜索器107以控制导频搜索器107和接收导频搜索器107的反馈输出，第四路输入输出接解调单元109以控制解调单元109和接收解调单元109的反馈输出，第五路输出接频率合成器110以控制频率合成器110；

(7)频率合成器110的第一路输出接RF接收机102的信号输入端之一，第二路输入输出接AFC111的信号输入输出；

(8)导频码生成器106的信号输出端接导频搜索器107的信号输入端；

(9)时钟生成器105的第一路输出接导频码生成器106的时钟输入端，第二路输出接解调单元109的时钟输入端，第三路接导频搜索器107的时钟输入端，第四路接模数转换单元104的时钟输入端，第五路输出接导频码生成器106的时钟输入端，第六路接控制器108的时钟输入端，第七路接寄存器和存储单元112的时钟输入端。

上述系统中，由天线101接收到的无线电射频信号，经由射频接收机102的前置放大、射频模拟解调后，输出到模数转换单元104。

模数转换单元104完成模拟信号到数字信号的转换。A/D(模数)转换单元104输出的是QPSK(或者8PSK、或者QAM)解调信号。模数转换单元104将解调输出的模数转换信号发送给自动增益控制电路103、导频码搜索器107、解调单元109。

自动增益控制电路103检测模数转换单元104输出的信号强度，根据控制器108事先设定的AGC(自动增益控制)校准参考值，控制射频接收机102的前置放大器的放大倍数，使得模数转换单元104输出给导频搜索器107和解调单元109的信号强度为恒定的值。

在RF(射频)接收机102的射频模拟解调过程中，其射频模拟解调所必需的本地振荡频率由频率合成器110提供。频率合成器110受控于控制器108，由控制器108控制频率合成器110输出本地振荡频率，使RF接收机102锁定当前要搜索的工作频点。为保证RF接收机102锁定工作频点的精确性，RF接收机102锁定的工作频点需要经过AFC(自动频率控制)电路111的校准。

时钟生成器105负责提供A/D(模数)转换单元104、导频码生成器106、导频搜索器107、控制器108、寄存器及存储单元112运行时所必须的工作时钟。

控制器108负责完成对整个导频码搜索过程的控制，包括：

◆对有关导频搜索的各寄存器(存储单元)的初始化；

◆控制频率合成器110输出本地振荡频率，使RF接收机102锁定当前要搜索的工作频点；

◆为AGC电路103提供设定的AGC校准参考值；

◆根据AGC电路103使用的放大增益倍数，判断RF接收机102接收到的射频信号的强度是否过低，以及决定是否转到下一个工作频点搜索导频；

◆控制导频码生成器106实时产生当前要搜索的导频码；

◆在每个导频码搜索开始前，控制器108将导频搜索器107的搜索时间计数器的值t清零；

◆为导频搜索器107中的比较器提供用于判断导频码是否存在的门限值；

◆判断导频码搜索过程是否完成，决定是否终止导频码搜索过程；

◆在导频码搜索过程终止后，将捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。

导频搜索器107负责在控制器108的控制下，完成具体的导频搜索过程。导频码生成器106负责在控制器108的控制下，实时产生当前要搜索的导频码。寄存器及存储单元112负责保存在导频码搜索过程产生的各种中间变量，以及保存搜索到的各导频码和相应导频码最佳起始时间。

图5是导频搜索器107的组成框图。导频搜索器107由以下部件组成：

(1)降采样器201；

(2)寄存器202；

(3)乘法器203；

(4)积分清零计算器A204；

(5)积分清零计算器B205；

(6)平方和加法计算器206；

(7)除法器207；

(8)比较器208。

导频搜索器107接收A/D转换单元103输出的原始I/Q信号码片，并从中搜索导频。A/D转换单元103输出的原始I/Q信号码片的速率通常都是TD-SCDMA无线帧码片速率的N倍，因此，导频搜索器107需要通过内部的降采样器201，对原始I/Q信号码片进行降采样，从而获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号码片。

降采样器201输出的I/Q信号码片，一路送入寄存器202，在寄存器202中缓存，然后送入乘法器203。在乘法器203中，寄存器202输出的I/Q信号码片与从导频码生成器106输入导频码片段做相关运算，相关运算的结果在积分清零器A204中做积分计算，积分计算结果再被送入平方和加法计算器206中，得到该片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分的平方和。

降采样器201输出的I/Q信号码片，另一路送入积分清零器B205中完成I/Q信号码片的平方和的积分计算结果，得到的是该片段I/Q信号码片的带内能量积分。

上述2路信号处理结果，在完成针对整个导频码长度的计算后，被同步地送入除法器207作相除运算，得到的比值，被送入比较器108，与控制器108事先设定的、判断导频码是否存在的门限值相比较。如果高于该门限值，则判断在该段I/Q信号码片中有导频码存在，否则，判断该段I/Q信号码片中没有导频码存在。

上述导频搜索过程中产生的与导频搜索有关的各种计算结果，如片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分、片段I/Q信号码片的带内能量积分、导频码最佳起始时间等，都保存在寄存器和存储单元112中。

实施例2：一、导频搜索和捕获过程相关术语说明：

1.下行导频码的数目记作K_P；(对于本设计讨论的TD-SCDMA系统，K_P＝32)

2.将第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码记作A_k；

3.每个导频码的长度记作L_P(以TD无线帧单个码元时间长度为单位)；(对于本设计讨论的TD-SCDMA系统，L_P＝64)

4.每个导频码可被划分成N_s＝L_P/L_a个片段，每个分段长度记作L_a(以TD无线帧单个码元时间长度为单位)，且L_P mod L_a＝0；(对于本设计讨论的TD-SCDMA系统，N_s＝4，L_a＝16)

5.将第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码的第i(i＝0，...，N_a-1)个片段记作A_k，i＝[a_k，i，0，a_k，i，1，......，a_k，i，La-1]；

6.对A_k，i(k＝0，...，K_P-1，i＝0，...，L_a-1)片段中的每个a_k，i，m(m＝0，...，L_a-1)重复一次而得到一个长度为L_s＝2L_a的新序列C_k，i＝[a_k，i，0，a_k，i，0，a_k，i，1，a_k，i，1，......，a_k，i，La-1，a_k，i，La-1]＝[c_k，i，0，c_k，i，1，......，c_k，i，Ls-1]，其中，

c_k，i，2m＝c_k，i，2m+1＝a_k，i，m，(m＝0，...，L_a-1)

7.将导频搜索的一个周期长度记作T(以1/2个TD无线帧单个码元时间长度为单位)。本文讨论的TD-SCDMA无线子帧长度为5ms，TD-SCDMA无线帧码片速度为1.28Mcps，因而对于本文讨论情况，一个导频搜索周期长度T＝1.28×5×1000×2＝12800个1/2无线帧码元周期；

8.将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)的导频码(也即该导频码起始于t-2L_P+1)积分寄存器的值记作I_t ^2Lp(对I/Q信号中的I分量序列积分)，Q_t ^2Lp(对I/Q信号中的Q分量序列积分)；

9.将TD-SCDMA系统工作频点数目记作N_F；

10.将在频点F_j(j＝0，......，N_F-1)，第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码的最佳匹配寄存器的值记作E_j，k ^max，其最佳起始时间寄存器的值(匹配起始时间)记作S_j，k ^max。

11.记录E_j，k ^max是否被捕获的锁定判别寄存器的值R_j，k(k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)。

12.由于原始I/Q信号码片的速率通常都是TD-SCDMA无线帧码片速率的N倍，因此，导频搜索器需要对原始I/Q信号码片进行降采样，从而获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号码片x_t＝[I_t，Q_t](I_t和Q_t速率均为无线子帧码片速率的2倍)，I_t/Q_t分别是I/Q信号中的I/Q分量；

13.将时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的上述I/Q信号码片序列记作 $X_t^{\mathrm{Ls}}=[x_t,x_{t+1},......,x_{t+\mathrm{Ls}-1}],$ 其中，x_t＝[I_t，Q_t]，I_t和Q_t分别保存在寄存器U_j和V_j中(j＝t modL_s)；

14.将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)、长度为2L_p的I/Q信号码片带内能量寄存器的值记作E_t；

二、导频搜索和捕获实现过程

(一)启动TD-SCDMA系统开始工作，包括上述的部件：天线(101)、RF接收机(102)、射频接收信号自动增益控制(AGC)电路(103)、A/D(模数)转换单元(104)、时钟生成器(105)、导频码生成器(106)、导频搜索器(107)、控制器(108)、频率合成器(110)、自动频率控制单元AFC(111)、寄存器及存储单元(112)。

(二)在开始搜索导频前，控制器108先完成对有关导频搜索的各寄存器(存储单元)的初始化：

1.控制器108将以下寄存器(存储单元)的值清零：

(1)E_j，k ^max (k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)；

(2)S_j，k ^max (k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)；

(3)R_j，k(k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)。

(三)控制器108按照工作频点F_j(j＝0，......，N_F-1)的排列顺序，控制RF接收机(102)、射频接收信号自动增益控制(AGC)电路(103)、导频码生成器(106)、导频搜索器(107)、频率合成器(110)等部件工作，进行导频捕获；

(四)控制器108控制频率合成器(110)输出本地振荡频率，使RF接收机(102)锁定当前要搜索的工作频点F_j(j＝0，......，N_F-1)；

(五)控制器108控制射频接收信号自动增益控制(AGC)电路(103)，使A/D(模数)转换单元(104)输出的原始I/Q信号的输出幅度保持在一个恒定的值。如果AGC103对输入信号的增益大于事先设定的门限值(即RF接收机(102)接收到的射频信号的强度过低)，则控制器108判断该频点没有TD-SCDMA系统工作，从而转到下一个工作频点搜索导频。

(六)如果AGC103对输入信号的增益小于事先设定的门限值(即RF接收机(102)接收到的射频信号的强度满足要求)，则控制器108判断该频点存在有TD-SCDMA系统工作，从而在该频点进一步展开导频捕获操作。

(七)导频捕获操作过程：

1.导频码生成器106按照次序，每一个搜索周期开始时仅生成并输出某一个导频码A_k(k＝0，...，K_P-1)，并将导频码A_k划分成N_s个片段，并按照上述方式重构成C_k，顺序送入导频搜索器107，检测当前无线子帧周期的无线子帧码片与C_k的匹配度。

2.在C_k的搜索开始前，控制器108先将以下寄存器/存储单元的值清零：

(1)I_t ^2Lp(t＝2L_p-1，2L_P，...，T-1)；

(2)Q_t ^2Lp(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)

(3)E_t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)

3.控制器108将导频搜索器的搜索时间计数器的值t清零，启动导频搜索器107开始在t＝[0，T-1]的时间间隔内，搜索导频，在此过程中，搜索时间计数器的值t以1/2无线帧码元时间间隔的时钟速率递增；

4.在时刻t(t＝0，1，...，T-1)，导频搜索器107首先从A/D(模数)转换单元(104)输入原始I/Q信号码片；

5.对原始I/Q信号码片进行降采样，获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的x_t＝[I_t，Q_t]；

6.如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp $(m=0,...,m_2,m_2=$ (式中的

表示取小于或等于x的最大正整数)的累积积分结果(I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp分别加上X_t-Ls+1 ^Ls与C_k，Ns-m-1的相关计算结果)

$I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

$Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

7.如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算E_t+mLs $(m=0,...,m_2,m_2=$

$E_{t+\mathrm{mLs}}=E_{t+\mathrm{mLs}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left(I_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2+{\left(Q_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2)$

8.如果时刻t≥2L_p-1，且则：

(1)R_j，k＝1，表示当前频点F_j有TD-SCDMA系统工作，该系统的导频码为C_k；

(2)如果 $({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2)>E_{j,k}^{\max },$ 则 $E_{j,k}^{\max }=({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2),$ $S_{j,k}^{\max }=t-2L_P+1$

9.当t＞T-1，搜索器107停止在当前频点F_j对当前导频码C_k的捕获过程；

10.如果导频码C_k的编号k＜K_P-1，则搜索器107开始下一个导频码C_k+1的捕获过程，导频码C_k+1的捕获过程重复(七)中的上述步骤1～9；反之，当k＞K_P-1，搜索器107停止在当前频点F_j搜索导频码；

(八)如果F_j频点编号j＜N_F-1，则TD-SCDMA设备转而在下一个频点F_j+1搜索并捕获导频码，频点F_j+1的导频码搜索捕获过程重复上述(四)～(七)的步骤；反之，如果F_j频点编号j＞N_F-1，则控制器(108)终止导频码搜索过程，将在各频点捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。TD-SCDMA的协议处理核心根据捕获的全部导频码编号及其起始时间，获知附近存在的TD-SCDMA基站/小区，并进一步完成系统同步过程和接入过程，如系统信息读取、建立上行同步、随机接入三个过程。

实施例3：TD-SCDMA导频捕获方法，将每个导频码划分成多个片段来搜索和捕获，每个导频码的长度记作L_P，每个导频码可被划分成N_s＝L_P/L_a个片段，每个分段长度记作L_a，且L_p mod L_a＝0，其中，码长度和分段长度的单位为TD无线帧单个码元时间长度。

各频点的导频捕获操作包含以下步骤：

(1)导频码生成器106按照次序，每一个搜索周期开始时仅生成并输出一个导频码，并将该导频码划分成若干个片段，并按照一定的方式重构，顺序送入导频搜索器107，检测当前无线子帧周期的无线子帧码片与重构后的码片段的匹配度。

(2)在上述导频码的搜索开始前，控制器108先将与该导频码捕获相关的寄存器/存储单元的值清零；

(3)控制器108将导频搜索器107的搜索时间计数器的值清零，启动导频搜索器107开始在[0，T-1]的时间间隔内，搜索导频，在此过程中，搜索时间计数器的值以1/2无线帧码元时间间隔的时钟速率递增；

(4)在时刻t(t＝0，1，...，T-1)，导频搜索器107首先从Q/D(模数)转换单元104输入原始I/Q信号码片；

(5)对原始I/Q信号码片进行降采样，获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号；

(6)如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp $(m=0,...,m_2,m_2=$

(式中的

表示取小于或等于x的最大正整数)的累积积分结果(I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp分别加上X_t-Ls+1 ^Ls与C_k，Ns-m-1的相关计算结果)

$I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

$Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

上式中，将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)的导频码(也即该导频码起始于t-2L_P+1)积分寄存器的值记作I_t ^2Lp(对I/Q信号中的I分量序列积分)，Q_t ^2Lp(对I/Q信号中的Q分量序列积分)；将时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的上述I/Q信号码片序列记作 $X_t^{\mathrm{Ls}}=[x_t,x_{t+1},......,x_{t+\mathrm{Ls}-1}],$ 其中，x_t＝[I_t，Q_t]。

(7)如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算E_t+mLs $(m=0,...,m_2,m_2=$

$E_{t+\mathrm{mLs}}=E_{t+\mathrm{mLs}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left(I_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2+{\left(Q_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2)$

上式中，将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)、长度为2L_P的I/Q信号码片带内能量寄存器的值记作E_t；将时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的上述I/Q信号码片序列记作 $X_t^{\mathrm{Ls}}=[x_t,x_{t+1},......,x_{t+\mathrm{Ls}-1}],$ 其中，x_t＝[I_t，Q_t]。

(8)如果时刻t≥2L_p-1，且

则：

1)R_j，k＝1，表示当前频点F_j有TD-SCDMA系统工作，该系统的导频码为C_k；

2)如果 $({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2)>E_{j,k}^{\max },$ 则 $E_{j,k}^{\max }=({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2),$ $S_{j,k}^{\max }=t-2L_P+1$

上式中，将在频点F_j(j＝0，......，N_F-1)，第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码的最佳起始时间寄存器的值(匹配起始时间)记作S_j，k ^max；将记录于频点F_j(j＝0，......，N_F-1)第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码是否被捕获的锁定判别寄存器的值记作R_j，k(k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)。

(9)当t＞T-1，搜索器107停止在当前频点F_j对当前导频码C_k的捕获过程；

(10)如果在该频点未完成对所有可能存在的导频码的搜索，则搜索器107开始下一个导频码的捕获过程，下一个导频码的捕获过程重复的上述步骤(1)～(9)；反之，如果在该频点完成对所有可能存在的导频码的搜索，搜索器107停止在当前频点搜索导频码。

TD-SCDMA导频捕获装置，天线101接收到的无线电射频信号接RF(射频)接收机102的信号输入端且前置放大、射频模拟解调后接自动增益控制(AGC)电路103的信号输入端，自动增益控制电路的信号输出端一路至RF102、另一路接模数转换单元104的信号输入端，模数转换单元的信号输出端一路接解调单元109、另一路接导频搜索器107的信号输入端，导频搜索器的信号输出端接寄存器和存储器单元112的信号输入端，寄存器和存储器单元的信号输出端一路接解调单元109的信号输入端、另一路接控制器108，控制器的信号输出端一路接寄存器和存储单元109的信号输入端、一路接导频码生成器106的信号输入端、一路接导频搜索器107的信号输入端、一路接解调单元109的信号输入端、一路接频率合成器110的信号输入端，频率合成器的信号输出端一路接RF接收机102的信号输入端、一路接AFC111的信号输入端，导频码生成器106的信号输出端接导频搜索器107的信号输入端，时钟生成器105的信号输出端一路接导频码生成器106的信号输入端、一路接解调单元109的信号输入端、一路接导频搜索器107的信号输入端、一路接模数转换单元104的信号输入端。导频搜索器107的降采样器201的信号输出端一路接寄存器202的信号输入端、一路接A积分清零计算器205的信号输入端，寄存器的信号输出端接乘法器203的信号输入端，乘法器的信号输出端接积分清零计算器204信号输入端，积分清零计算器的信号输出端接平方和加法计算器206的信号输入端，平方和加法计算器的信号输出端一路接存储单元112的信号输入端、一路接除法器207的信号输入端，除法器的信号输出端接比较器208的信号输入端，比较器的信号输出端接存储单元112的信号输入端，A积分清零计算器205的信号输出端一路接除法器207的信号输入端、另一路接存储单元112的信号输入端。

AFC(自动频率控制)电路用于校准RF接收机锁定的工作频点；A/D(模数)转换单元完成模拟信号到数字信号的转换，A/D(模数)转换单元将解调输出的模数转换信号发送给导频码搜索器，进一步完成导频码搜索：导频搜索器在控制器的控制下，完成具体的导频搜索过程：导频码生成器在控制器的控制下，实时产生当前要搜索的导频码：寄存器及存储单元保存在导频码搜索过程产生的各种计算的中间变量，以及保存搜索到的各导频码和相应导频码最佳起始时间：RF(射频)接收机输出给AGC电路的信号强度为恒定的值。

频率合成器提供RF(射频)接收机的射频模拟解调所必需的本地振荡频率；寄存器及存储单元包含以下寄存器或存储单元：(1)导频码积分寄存器：用于保存结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)的导频码(也即该导频码起始于t-2L_P+1)的积分结果；(2)在各个频点每一个导频码的最佳匹配寄存器；(3)在各个频点每一个导频码的最佳起始时间寄存器；(4)记录每一个导频码在各个频点是否被捕获的锁定判别寄存器；(5)保存时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的I/Q信号码片序列的寄存器；(6)保存结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，…，T-1)、长度为2L_P的I/Q信号码片带内能量的寄存器。

导频码发生器106的信号输出端接乘法器203的信号输入端；时钟生成器105的信号输出端一路接降采样器201的信号输入端、一路接寄存器202的信号输入端、一路接乘法器203的信号输入端、一路接积分清零计算器204的信号输入端、一路接A积分清零计算器205的信号输入端、一路接除法器207的信号输入端、一路接比较器208的信号输入端；控制器108的信号端接比较器208的信号端。

经由RF(射频)接收机102的前置放大、射频模拟解调后，输出到自动增益控制(AGC)电路103，AGC电路103检测解调后的信号强度，根据控制器108事先设定的AGC校准刻度值，控制RF(射频)接收机103的前置放大器的放大倍数，使得RF(射频)接收机102输出给AGC电路103的信号强度为恒定的值。

在RF(射频)接收机102的射频模拟解调过程中，其射频模拟解调所必需的本地振荡频率由频率合成器110提供。频率合成器110受控于控制器108，由控制器108控制频率合成器110输出本地振荡频率，使RF接收机102锁定当前要搜索的工作频点。为保证RF接收机102锁定工作频点的精确性，RF接收机102锁定的工作频点需要经过AFC(自动频率控制)电路111的校准。

经过AGC电路103检测的信号，输入到A/D(模数)转换单元104，完成模拟信号到数字信号的转换。A/D(模数)转换单元104输出的是QPSK(或者8PSK、或者QAM)解调信号。A/D(模数)转换单元104将解调输出的模数转换信号发送给导频码搜索器107，进一步完成导频码搜索。

时钟生成器负责提供A/D(模数)转换单元104、导频码生成器106、导频搜索器107、控制器108、寄存器及存储单元112运行时所必须的工作时钟。

控制器108负责完成对整个导频码搜索过程的控制，包括：对有关导频搜索的各寄存器(存储单元)的初始化；控制频率合成器110输出本地振荡频率，使RF接收机102锁定当前要搜索的工作频点；为AGC电路103提供设定的AGC校准刻度值；根据AGC电路103使用的放大增益倍数，判断RF接收机102接收到的射频信号的强度是否过低，以及决定是否转到下一个工作频点搜索导频；控制导频码生成器106实时产生当前要搜索的导频码；在每个导频码搜索开始前，控制器将导频搜索器107的搜索时间计数器的值t清零；为导频搜索器中的比较器提供用于判断导频码是否存在的门限值；判断导频码搜索过程是否完成，决定是否终止导频码搜索过程；在导频码搜索过程终止后，将捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。

导频搜索器107负责在控制器的控制下，完成具体的导频搜索过程。导频码生成器106负责在控制器的控制下，实时产生当前要搜索的导频码。寄存器及存储单元112负责保存在导频码搜索过程产生的各种中间变量，以及保存搜索到的各导频码和相应导频码最佳起始时间。

降采样器输出的I/Q信号码片，一路送入寄存器，在寄存器中缓存，然后送入乘法器，在乘法器中，寄存器输出的I/Q信号码片与从导频码生成器输入导频码片段做相关运算，相关运算的结果在积分清零器中做积分计算，积分计算结果再被送入平方和加法计算器中，得到该片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分的平方和，降采样器输出的I/Q信号码片，另一路送入积分清零器中完成I/Q信号码片的平方和的积分计算结果，得到的是该片段I/Q信号码片的带内能量积分，对整个导频码长度的计算后，被同步地送入除法器作相除运算，得到的比值，被送入比较器，与控制器事先设定的、判断导频码是否存在的门限值相比较，如果高于该门限值，则判断在该段I/Q信号码片中有导频码存在，否则，判断该段I/Q信号码片中没有导频码存在。

图5是导频搜索器107的组成框图。导频搜索器由以下部件组成：降采样器201、寄存器202、乘法器203、积分清零计算器204、积分清零计算器205、平方和加法计算器206、除法器207、比较器208。导频搜索器接收A/D转换单元输出的原始I/Q信号码片，并从中搜索导频。A/D转换单元输出的原始I/Q信号码片的速率通常都是TD-SCDMA无线帧码片速率的N倍，因此，导频搜索器需要通过内部的降采样器201，对原始I/Q信号码片进行降采样，从而获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号码片。降采样器201输出的I/Q信号码片，一路送入寄存器202，在寄存器202中缓存，然后送入乘法器203。在乘法器203中，寄存器202输出的I/Q信号码片与从导频码生成器输入导频码片段做相关运算，相关运算的结果在积分清零器204中做积分计算，积分计算结果再被送入平方和加法计算器206中，得到该片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分的平方和。降采样器201输出的I/Q信号码片，另一路送入积分清零器205中完成I/Q信号码片的平方和的积分计算结果，得到的是该片段I/Q信号码片的带内能量积分。上述2路信号处理结果，在完成针对整个导频码长度的计算后，被同步地送入除法器207作相除运算，得到的比值，被送入比较器，与控制器事先设定的、判断导频码是否存在的门限值相比较。如果高于该门限值，则判断在该段I/Q信号码片中有导频码存在，否则，判断该段I/Q信号码片中没有导频码存在。上述导频搜索过程中产生的与导频搜索有关的各种计算结果，如片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分、片段I/Q信号码片的带内能量积分、导频码最佳起始时间等，都保存在寄存器和存储单元112中。

导频搜索和捕获实现过程包含以下步骤：(1)启动TD-SCDMA系统开始工作，包括上述的部件：天线、RF接收机、射频接收信号自动增益控制电路、A/D转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元；(2)在开始搜索导频前，控制器先完成对有关导频搜索的各寄存器(存储单元)的初始化：(3)控制器按照工作频点的排列顺序，控制RF接收机、射频接收信号自动增益控制电路、导频码生成器、导频搜索器、频率合成器等部件工作，进行导频捕获；(4)控制器控制频率合成器输出本地振荡频率，使RF接收机锁定当前要搜索的工作频点；(5)控制器控制射频接收信号自动增益控制电路，使A/D(模数)转换单元输出的原始I/Q信号的输出幅度保持在一个恒定的值，如果AGC对输入信号的增益大于事先设定的门限值，即RF接收机接收到的射频信号的强度过低，则控制器判断该频点没有TD-SCDMA系统工作，从而转到下一个工作频点搜索导频；(6)如果AGC对输入信号的增益小于事先设定的门限值，即RF接收机按收到的射频信号的强度满足要求，则控制器判断该频点存在有TD-SCDMA系统工作，从而在该频点进一步展开导频捕获操作；(7)在该频点对每一个可能存在的导频完成捕获操作过程；(8)在完成对一个频点的导频搜索捕获过程后，导频搜索系统转而在下一个频点继续搜索并捕获导频码；当所有频点搜索完成后，控制器终止导频码搜索过程，将在各频点捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本实用新型作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本实用新型的简单说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神内的发明创造，均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于TD-SCDMA、Beyond 3G、4G终端的导频捕获装置，其特征是，导频搜索和捕获由以下部件所组成的系统完成的：

(1)天线，

(2)射频接收机，

(3)射频接收信号自动增益控制电路，

(4)模数转换单元，

(5)时钟生成器，

(6)导频码生成器，

(7)导频搜索器，

(8)控制器，

(9)频率合成器，

(10)自动频率控制单元，

(11)寄存器及存储单元，

并且，上述部件的连接形式为：

(1)天线接收到的无线电射频信号接射频接收机的信号输入端且前置放大，射频模拟解调后接模数转换单元的信号输入端；

(2)模数转换单元的信号输出端同时接解调单元输入端、导频搜索器的信号输入端、自动增益控制电路的信号输入端；

(3)自动增益控制电路的信号输出端反馈至RF接收机以控制后者的放大器增益；

(4)导频搜索器的信号输出端接搜索结果存储单元，用于将搜索结果保存在存储单元中；

(5)该搜索结果存储单元的输出端一路接解调单元的信号输入端，另一路接控制器；

(6)控制器的第一路输入输出连接存储单元以控制和访问存储单元；第二路输出接导频码生成器以控制导频码生成器，第三路输入输出接导频搜索器以控制导频搜索器和接收导频搜索器的反馈输出，第四路输入输出接解调单元以控制解调单元和接收解调单元的反馈输出，第五路输出接频率合成器以控制频率合成器；

(7)频率合成器的第一路输出接RF接收机的信号输入端之一，第二路输入输出接AFC的信号输入输出；

(8)导频码生成器的信号输出端接导频搜索器的信号输入端；

(9)时钟生成器的第一路输出接导频码生成器的时钟输入端，第二路输出接解调单元的时钟输入端，第三路按导频搜索器的时钟输入端，第四路接模数转换单元的时钟输入端，第五路输出接导频码生成器的时钟输入端，第六路接控制器的时钟输入端，第七路接寄存器和存储单元的时钟输入端，

上述系统中，由天线接收到的无线电射频信号，经由射频接收机的前置放大、射频模拟解调后，输出到模数转换单元；

模数转换单元完成模拟信号到数字信号的转换，模数转换单元将解调输出的模数转换信号发送给自动增益控制电路、导频码搜索器、解调单元；

自动增益控制电路控制射频接收机的前置放大器的放大倍数，使得模数转换单元输出给导频搜索器和解调单元的信号强度为恒定的值；

频率合成器提供射频接收机的射频模拟解调所必需的本地振荡频率；

自动频率控制电路用于校准RF接收机锁定的工作频点；

时钟生成器负责提供上述系统的数字部分运行时所必须的工作时钟；

导频搜索器负责在控制器的控制下，完成具体的导频搜索过程；

导频码生成器负责在控制器的控制下，实时产生当前要搜索的导频码；

寄存器及存储单元负责保存在导频码搜索过程产生的各种计算的中间变量，以及保存搜索到的各导频码和相应导频码最佳起始时间。

2.一种用于TD-SCDMA、Beyond 3G、4G终端的导频捕获装置，该装置包含天线、射频接收机、射频接收信号自动增益控制电路、模数转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元，其特征是，其中的导频搜索器由以下部件构成；

(1)降采样器；

(2)寄存器；

(3)乘法器；

(4)积分清零计算器A；

(5)积分清零计算器B；

(6)平方和加法计算器；

(7)除法器；

(8)比较器；

上述导频搜索器中，降采样器对来自A/D转换单元输出的原始I/Q信号码片进行降采样，从而获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号码片；

降采样器输出的I/Q信号码片，一路送入寄存器，在寄存器中缓存，然后送入乘法器。在乘法器中，寄存器输出的I/Q信号码片与从导频码生成器输入导频码片段做相关运算，相关运算的结果在积分清零器中做积分计算，积分计算结果再被送入平方和加法计算器中，得到该片段I/Q信号码片的导频相关运算的积分的平方和；

降采样器输出的I/Q信号码片，另一路送入积分清零器中完成I/Q信号码片的平方和的积分计算结果，得到的是该片段I/Q信号码片的带内能量积分；

上述2路信号处理结果，在完成针对整个导频码长度的计算后，被同步地送入除法器作相除运算，得到的比值，被送入比较器，与控制器事先设定的、判断导频码是否存在的门限值相比较。如果高于该门限值，则判断在该段I/Q信号码片中有导频码存在，否则，判断该段I/Q信号码片中没有导频码存在。

3.一种用于TD-SCDMA、Beyond 3G、4G终端的导频捕获装置，该装置包含天线、射频接收机、射频接收信号自动增益控制电路、模数转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元，其特征是，其中的控制器负责完成对整个导频码搜索过程的以下控制：

(1)对有关导频搜索的各寄存器和存储单元的初始化；

(2)控制频率合成器输出本地振荡频率，使射频接收机锁定当前要搜索的工作频点；

(3)为自动增益控制电路提供设定的自动增益控制的校准参考值；

(4)根据自动增益控制电路使用的放大增益倍数，判断射频接收机接收到的射频信号的强度是否过低，以及决定是否转到下一个工作频点搜索导频；

(5)控制导频码生成器实时产生当前要搜索的导频码；

(6)在每个导频码搜索开始前，控制器将导频搜索器的搜索时间计数器的值清零：

(7)为导频搜索器中的比较器提供用于判断导频码是否存在的门限值；

(8)判断导频码搜索过程是否完成，决定是否终止导频码搜索过程；

(9)在导频码搜索过程终止后，将捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。

4.一种用于TD-SCDMA、B3G、第四代移动通信终端的导频捕获装置，其特征是，该装置将每个导频码划分成多个片段来搜索和捕获，每个导频码的长度记作L_P，每个导频码可被划分成N_s＝L_P/L_a个片段，每个分段长度记作L_a，且L_P mod L_a＝0，其中，码长度和分段长度的单位为TD无线帧单个码元时间长度。

5.一种用于TD-SCDMA、B3G、4G终端的导频捕获装置，该装置包含天线、射频接收机、射频接收信号自动增益控制电路、模数转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元，其特征是，其中的寄存器及存储单元包含以下寄存器或存储单元：

(1)导频码积分寄存器：用于保存结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)的导频码(也即该导频码起始于t-2L_P+1)的积分结果；

(2)在各个频点每一个导频码的最佳匹配寄存器；

(3)在各个频点每一个导频码的最佳起始时间寄存器；

(4)记录每一个导频码在各个频点是否被捕获的锁定判别寄存器；

(5)保存时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的I/Q信号码片序列的寄存器；

(6)保存结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)、长度为2L_P的I/Q信号码片带内能量的寄存器。

6.一种用于TD-SCDMA、B3G、4G终端的导频捕获装置，该装置包含天线、射频接收机、射频接收信号自动增益控制电路、模数转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元，该导频捕获方法的特征是，导频搜索和捕获实现过程包含以下步骤：

(1)启动TD-SCDMA系统开始工作，包括上述的部件：天线、RF接收机、射频接收信号自动增益控制电路、A/D转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元；

(2)在开始搜索导频前，控制器先完成对有关导频搜索的各寄存器(存储单元)的初始化：

(3)控制器按照工作频点的排列顺序，控制RF接收机、射频接收信号自动增益控制电路、导频码生成器、导频搜索器、频率合成器等部件工作，进行导频捕获；

(4)控制器控制频率合成器输出本地振荡频率，使RF接收机锁定当前要搜索的工作频点；

(5)控制器控制射频接收信号自动增益控制电路，使A/D(模数)转换单元输出的原始I/Q信号的输出幅度保持在一个恒定的值。如果AGC对输入信号的增益大于事先设定的门限值，即RF接收机接收到的射频信号的强度过低，则控制器判断该频点没有TD-SCDMA系统工作，从而转到下一个工作频点搜索导频；

(6)如果AGC对输入信号的增益小于事先设定的门限值，即RF接收机接收到的射频信号的强度满足要求，则控制器判断该频点存在有TD-SCDMA系统工作，从而在该频点进一步展开导频捕获操作；

(7)在该频点对每一个可能存在的导频完成捕获操作过程；

(8)在完成对一个频点的导频搜索捕获过程后，导频搜索系统转而在下一个频点继续搜索并捕获导频码；当所有频点搜索完成后，控制器终止导频码搜索过程，将在各频点捕获的全部导频码编号及其起始时间上报给TD-SCDMA的协议处理核心。

7.一种用于TD-SCDMA、B3G、4G终端的导频捕获装置，该装置包含天线、射频接收机、射频接收信号自动增益控制电路、模数转换单元、时钟生成器、导频码生成器、导频搜索器、控制器、频率合成器、自动频率控制单元、寄存器及存储单元，该导频捕获方法的特征是，在各频点的导频捕获操作包含以下步骤：

(1)导频码生成器按照次序，每一个搜索周期开始时仅生成并输出一个导频码，并将该导频码划分成若干个片段，并按照一定的方式重构，顺序送入导频搜索器，检测当前无线子帧周期的无线子帧码片与重构后的码片段的匹配度；

(2)在上述导频码的搜索开始前，控制器先将与该导频码捕获相关的寄存器/存储单元的值清零；

(3)控制器将导频搜索器的搜索时间计数器的值清零，启动导频搜索器开始在[0，T-1]的时间间隔内，搜索导频，在此过程中，搜索时间计数器的值以1/2无线帧码元时间间隔的时钟速率递增；

(4)在时刻t(t＝0，1，...，T-1)，导频搜索器首先从A/D(模数)转换单元输入原始I/Q信号码片；

(5)对原始I/Q信号码片进行降采样，获得采样速率为无线子帧码片速率2倍的I/Q信号；

(6)如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp(m＝0，...，m₂，

，Ns-1})(式中的

表示取小于或等于x的最大正整数)的累积积分结果(I_t+mLs ^2Lp和Q_t+mLs ^2Lp分别加上X_t-Ls+1 ^Ls与C_k，Ns-m-1的相关计算结果)

$I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=I_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

$Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}=Q_{t+\mathrm{mLs}}^{2\mathrm{Lp}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\⊗c_{k,\mathrm{Ns}-m-1,n}$

上式中，将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)的导频码(也即该导频码起始于t-2L_P+1)积分寄存器的值记作I_t ^2Lp(对I/Q信号中的I分量序列积分)，Q_t ^2Lp(对I/Q信号中的Q分量序列积分)；将时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的上述I/Q信号码片序列记作 $X_t^{\mathrm{Ls}}=\left[\begin{array}{cccc}{x}_t,& x_{t+1},& ......,& x_{t+\mathrm{Ls}-1}\end{array}\right]$ ，其中，x_t＝[I_t，Q_t]。

(7)如果时刻t≥L_s-1，则在时刻t还要计算E_t+mLs(m＝0，...，m₂，

，N_s-1})

$E_{t+\mathrm{mLs}}=E_{t+\mathrm{mLs}}+\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Ls}-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left(I_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2+{\left(Q_{t-\mathrm{Ls}+1+n}\right)}^2)$

上式中，将结束于一个搜索周期内的时刻t(t＝2L_P-1，2L_P，...，T-1)、长度为2L_P的I/Q信号码片带内能量寄存器的值记作E_t；将时刻t至时刻t+L_s-1获得的、经过降采样的上述I/Q信号码片序列记作 $X_t^{\mathrm{Ls}}=\left[\begin{array}{cccc}{x}_t,& x_{t+1},& ......,& x_{t+\mathrm{Ls}-1}\end{array}\right]$ ，其中，x_t＝[I_t，Q_t]。

(8)如果时刻t≥2L_P-1，且

，则：

1)R_j，k＝1，表示当前频点F_j有TD-SCDMA系统工作，该系统的导频码为C_k；

2)如果 $({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2)>E_{j,k}^{\max }$ ，则 $E_{j,k}^{\max }=({\left(I_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2+{\left(Q_t^{2\mathrm{Lp}}\right)}^2),$ $S_{j,k}^{\max }=t-2L_P+1$

上式中，将在频点F_j(j＝0，......，N_F-1)，第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码的最佳起始时间寄存器的值(匹配起始时间)记作S_j，k ^max；将记录于频点F_j(j＝0，......，N_F-1)第k(k＝0，...，K_P-1)个导频码是否被捕获的锁定判别寄存器的值记作R_j，k(k＝0，...，K_P-1)，(j＝0，......，N_F-1)。

(9)当t＞T-1，搜索器停止在当前频点F_j对当前导频码C_k的捕获过程；

(10)如果在该频点未完成对所有可能存在的导频码的搜索，则搜索器开始下一个导频码的捕获过程，下一个导频码的捕获过程重复的上述步骤(1)～(9)；反之，如果在该频点完成对所有可能存在的导频码的搜索，搜索器停止在当前频点搜索导频码。

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