一種提高TD-SCDMA弱信號(hào)檢測精度的新方法

王慶華，鄒永慶，王 爍

（中國電子科技集團(tuán)公司第38研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

時(shí)分同步碼分多址（TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）系統(tǒng)中，在一個(gè)時(shí)隙里，基站接收的是多個(gè)用戶發(fā)送的信息，由于不同用戶之間的功率并不一定相同，有時(shí)差別還很大，致使接收到的弱功率用戶的信號(hào)被淹沒在強(qiáng)功率用戶信號(hào)和噪聲中，強(qiáng)功率用戶對(duì)弱功率小區(qū)和弱功率用戶產(chǎn)生很大的干擾[1]。尤其是當(dāng)用戶數(shù)目變多時(shí)，這種干擾更加嚴(yán)重，導(dǎo)致弱功率小區(qū)測量以及用戶的業(yè)務(wù)性能均無法保障。因此，弱信號(hào)的檢測是TD-SCDMA系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。

現(xiàn)有常規(guī)的弱信號(hào)檢測方法是將本地訓(xùn)練序列（midamble碼）與接收到的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行相關(guān)[2]。但是由于擴(kuò)頻碼序列很難實(shí)現(xiàn)完全的正交，有時(shí)甚至是不可能達(dá)到正交，尤其當(dāng)存在多徑干擾或者時(shí)延的影響時(shí)，同時(shí)當(dāng)用戶數(shù)目變多時(shí)，同一個(gè)時(shí)隙（下行同步時(shí)隙或者業(yè)務(wù)時(shí)隙）里的不同導(dǎo)頻序列的正交性能變得更差，此時(shí)采用常規(guī)檢測方法檢測的弱信號(hào)存在很大誤差，從而使得弱信號(hào)的同步，信道估計(jì)和測量性能急劇惡化[3]。

針對(duì)現(xiàn)有TD-SCDMA弱信號(hào)檢測方法的缺點(diǎn)和不足，提出了一種新的弱信號(hào)檢測方法。該方法首先采用常規(guī)方法檢測出強(qiáng)信號(hào)，然后消除該強(qiáng)信號(hào)的干擾，再檢測出弱信號(hào)。與常規(guī)方法相比，該方法檢測的結(jié)果更加準(zhǔn)確可信，進(jìn)而提高弱信號(hào)的同步、信道估計(jì)和測量的性能，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 TD-SCDMA系統(tǒng)簡介

在通信發(fā)展歷史上，移動(dòng)通信的發(fā)展速度非常迅猛，特別是近20年來，在經(jīng)歷了第一代和第二代通信系統(tǒng)的發(fā)展，目前，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)已在在全世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用起來[4]。TD-SCDMA系統(tǒng)是時(shí)分多址接入（TDMA，Time Division Multiple Access），頻分多址接入（FDMA，F(xiàn)requency Division Multiple Access）和碼分多址接入（CDMA，Code Division Multiple Access）多種傳輸模式的靈活結(jié)合，是由中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)化組織提出并得到國際電信聯(lián)盟通過的 3G無線通信標(biāo)準(zhǔn)，能滿足城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)各種用戶密度，支持高速移動(dòng)環(huán)境，提供持話音、數(shù)據(jù)和多媒體等多種業(yè)務(wù)（最高速率可達(dá)2 Mb/s[5-6]，目前正在快速發(fā)展建設(shè)中，并得到迅速推廣和應(yīng)用。

由于這里所提弱信號(hào)檢測方法與TD-SCDMA的下行同步碼和訓(xùn)練序列緊密相關(guān)，現(xiàn)對(duì)TD-SCDMA的物理層幀結(jié)構(gòu)、下行同步碼和訓(xùn)練序列做個(gè)簡單介紹。

1.1 TD-SCDMA系統(tǒng)物理層幀結(jié)構(gòu)

一個(gè)TD-SCDMA幀的長度為10 ms，分成兩個(gè)5 ms子幀，每10 ms幀長內(nèi)的2個(gè)子幀的結(jié)構(gòu)是完全相同的。如圖1所示，一個(gè)子幀中上行和下行業(yè)務(wù)時(shí)隙總數(shù)為7個(gè)，時(shí)隙0總是分配給下行鏈路，而時(shí)隙1總是分配給上行鏈路[7]。

圖1 TD-SCDMA物理層幀結(jié)構(gòu)

圖2 DwPCH (DwPTS)的突發(fā)結(jié)構(gòu)

1.2 TD-SCDMA下行同步碼

TD-SCDMA下行同步信道（DwPCH）是傳輸在下行導(dǎo)頻時(shí)隙（DwPTS），在每個(gè)子幀中以全小區(qū)覆蓋的方式發(fā)送。

DwPCH（DwPTS）的突發(fā)結(jié)構(gòu)如圖 2所示（GP代表保護(hù)間隔）。

圖中的SYNC_DL序列，被稱為TD-SCDMA小區(qū)標(biāo)識(shí)碼，也稱作下行同步碼，SYNC_DL長為64 chip，整個(gè)系統(tǒng)有32組長度為64的基本SYNC_DL碼，一個(gè)SYNC_DL唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)基站和一個(gè)碼組，每個(gè)碼組包含4個(gè)特定的擾碼，每個(gè)擾碼對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的基本訓(xùn)練序列（midamble碼）。

1.3 TD-SCDMA系統(tǒng)訓(xùn)練序列（midamble碼）

TD-SCDMA 突發(fā)結(jié)構(gòu)時(shí)隙格式如圖3所示。一個(gè)時(shí)隙包括2個(gè)數(shù)據(jù)碼片域，每個(gè)碼片域包括352 碼片，此外，時(shí)隙中還包括一個(gè)由144碼片的中間序列（訓(xùn)練序列）組成的

圖3 TD-SCDMA突發(fā)結(jié)構(gòu)時(shí)隙格式

碼片域。TD-SCDMA系統(tǒng)中的訓(xùn)練序列（midamble碼），用于進(jìn)行信道估計(jì)、測量，如上行同步的保持以及功率測量等。在同一小區(qū)內(nèi)，同一時(shí)隙內(nèi)的不同用戶所采用的 midamble碼由一個(gè)基本的midamble碼經(jīng)循環(huán)移位后而產(chǎn)生[8]。

2 新的弱信號(hào)檢測方法

現(xiàn)有的TD-SCDMA弱信號(hào)檢測方法中，都是將同頻強(qiáng)功率信號(hào)干擾簡單的視為高斯白噪聲，把接收數(shù)據(jù)與本地訓(xùn)練序列直接進(jìn)行相關(guān)來檢測弱信號(hào)，由于各訓(xùn)練序列并不完全正交，從而導(dǎo)致用這種檢測方法檢測出的弱信號(hào)誤差較大，結(jié)果準(zhǔn)確性較低。針對(duì)這種存在同頻強(qiáng)信號(hào)干擾的弱信號(hào)，提出了一種提高弱信號(hào)檢測精度的新方法，能準(zhǔn)確的將弱信號(hào)從強(qiáng)信號(hào)干擾中成功檢測出來，從而提高弱信號(hào)小區(qū)或用戶的同步，信道估計(jì)和測量性能。

2.1 檢測算法

假設(shè)接收的信號(hào)是三個(gè)不同功率用戶信息的和，三個(gè)用戶信息分別表示為 r1，r2和r3，三者功率從大到小依次是 r1，r2，r3，r3是需要檢測出的弱信號(hào)。則接收端接收到的信號(hào)可表示為：

n0為噪聲。

首先用基本midamble碼在本地產(chǎn)生midamble碼，分別與接收數(shù)據(jù)的訓(xùn)練序列碼段做相關(guān)，即可得知用戶 1、用戶2和用戶3使用的midamble碼，分別記為m1，m2和m3。設(shè)三個(gè)用戶的功率分別為p1，p2，p3，各自信道為h1，h2，h3，則接收到的信號(hào)可以用式(2)表示：

首先對(duì)功率最強(qiáng)的用戶1進(jìn)行信道估計(jì)和測量。用用戶1的midamble碼與接收信號(hào)做相關(guān)得：

用式（4）可以估算出用戶1的信道為：

再用估計(jì)出的用戶1的信道重建接收到的用戶1的信號(hào)∶

然后從接收數(shù)據(jù)中減去重建的用戶1的信號(hào)，得到?jīng)]有強(qiáng)功率用戶1干擾的信號(hào)：

重復(fù)以上過程，再從r23中減去次強(qiáng)干擾用戶2的信號(hào)，便得到所需要的用戶3的信號(hào)。

如果接收信號(hào)中存在多個(gè)同頻強(qiáng)功率信號(hào)干擾，則重復(fù)以上過程，每次從信號(hào)中去除所剩信號(hào)中最強(qiáng)的干擾信號(hào)，直到得到所需的有用弱信號(hào)，即可準(zhǔn)確檢測出弱信號(hào)。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

TD-SCDMA系統(tǒng)中的SYNC_DL序列和midamble序列都是正交的，均可以用于本仿真實(shí)驗(yàn)。這里利用 midamble對(duì)上述算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

取 A∶B∶C=1∶0.5∶0.2，同時(shí)系統(tǒng)添加了高斯白噪聲。圖 4為分別用用戶1（正方形），用戶2（三角形），用戶3（圓圈）的本地訓(xùn)練序列和原始接收到的數(shù)據(jù)相關(guān)的結(jié)果。

圖4 本地訓(xùn)練序列和接收數(shù)據(jù)相關(guān)結(jié)果

圖5為對(duì)用戶1的數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾消除之后，分別和用戶1（正方形），用戶2（三角形），用戶3（圓圈）的本地訓(xùn)練序列相關(guān)的結(jié)果。

圖5 干擾消除后相關(guān)結(jié)果

從上述實(shí)驗(yàn)中可以明顯看出，當(dāng)用戶1的強(qiáng)干擾存在時(shí)，不但對(duì)用戶2的相關(guān)峰有很大影響，同時(shí)導(dǎo)致用戶3的相關(guān)峰卻高于用戶2的相關(guān)峰，當(dāng)去除強(qiáng)信號(hào)干擾后，這種問題就不再存在了，從而可以再次取出次強(qiáng)信號(hào)干擾，直至得到所需的弱信號(hào)。用這種檢測方法的結(jié)果進(jìn)行同步，信道估計(jì)和測量，結(jié)果的可靠性大大提高。

4 結(jié)語

針對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)中存在的同頻強(qiáng)信號(hào)干擾弱信號(hào)，導(dǎo)致弱信號(hào)檢測精度不高的現(xiàn)象，提出了一種提高弱信號(hào)檢測精度的新方法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方法能將弱信號(hào)從強(qiáng)干擾信號(hào)中準(zhǔn)確分離出來，使得同步、信道估計(jì)和測量結(jié)果變得更加可靠。

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[4] 朱近康.CDMA通信技術(shù)[M].北京: 人民郵電出版社, 2001.

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[7] 李世鶴.TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[8] 李小文.李貴勇.陳賢亮.TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)、信令及實(shí)現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2003.