一種改進(jìn)型TD-SCDMA下行同步算法研究

鄧彰超，高正，華驚宇

(浙江工業(yè)大學(xué)浙江省光纖通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310023)

0 引言

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，手機(jī)終端只要一開機(jī)就會(huì)開始不斷地接收基站的下行同步信號(hào)，使手機(jī)與基站同步。在同步的過程中，受限于手機(jī)的CPU處理速度和電池容量，所以要盡可能的降低運(yùn)算量。目前有兩種相關(guān)同步算法［1］:其一，一幀信號(hào)中每接收到一個(gè)碼片就做一次相關(guān)計(jì)算，這種方法的計(jì)算量將到達(dá)2 621 MCMPS;其二，如果把收到的信號(hào)經(jīng)過離散時(shí)間傅里葉變換后處理，那么計(jì)算量就減少到251 MCMPS。這兩種方法運(yùn)算量過高，不利于延長手機(jī)的生存時(shí)間。為了解決上述問題減少系統(tǒng)資源消耗，本文在利用TD-SCDMA信號(hào)特殊幀結(jié)構(gòu)來檢測支路功率比的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種下行同步碼組捕獲與精確幀同步的新方法。進(jìn)一步地考慮到TD-SCDMA和第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE的幀結(jié)構(gòu)是相容的，所以本文的算法可以擴(kuò)展到TD-LTE技術(shù)的應(yīng)用中去。

1 下行同步碼捕獲與精確幀同步傳統(tǒng)算法介紹

根據(jù)3GPP的規(guī)定TD-SCDMA有32個(gè)不同的下行同步碼組(SYNC_DL)其長度為64 chips。下行同步碼組每經(jīng)過一個(gè)子幀周期被發(fā)送一次。最經(jīng)典的傳統(tǒng)同步算法是時(shí)域相關(guān)同步法，將收到的信號(hào)與所有32個(gè)不同的SYNC_DL進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，需要把整個(gè)子幀6 400個(gè)碼片均相關(guān)計(jì)算一遍，來確定其中最大的相關(guān)計(jì)算值，該最大值碼片所對應(yīng)的碼片起始位置就是DwPTS所在的位置，計(jì)算最大值所用的下行同步碼就是子幀中的實(shí)際SYNC_DL。

算法的具體數(shù)學(xué)式子描述為:定義收到的數(shù)據(jù){r}=(r0，r1，r2，…，ri)，因?yàn)門D-SCDMA的幀長為6 400個(gè)碼片，所以0≤i≤6 400。32個(gè)長度為64個(gè)碼片的下行同步碼定義將這2個(gè)序列做如下的相關(guān)計(jì)算［2］:

那么下行同步碼捕獲與精確幀同步定義為:

2 單碼序列峰均比判決算法

2.1 單碼序列峰均比判決法

單碼序列峰均比判決法原理如圖1所示，其主要設(shè)計(jì)思想是在前置區(qū)利用峰均比門限條件進(jìn)行相關(guān)判決。初始幀同步誤差小于50chips，所以定義窗口A(50chips)，因?yàn)橄滦型酱a長度為64chips，所以定義窗口cor(64chips)和窗口B(63chips)，相關(guān)過程如圖2所示。A窗口的每個(gè)碼片與其后面的63個(gè)碼片組成的64個(gè)碼片組填入cor窗，而后與某組同步碼做一次(式1)中的相關(guān)得到一個(gè)相關(guān)值。隨著cor窗口位置的不同(也就的不同，注意一般不在A窗口的中間，根據(jù)仿真在左邊的概率大)總共能得到50個(gè)不同的相關(guān)值。然后對于這50個(gè)相關(guān)值求一次峰均比并進(jìn)行判決。

圖1 單碼序列法

圖2 相關(guān)過程

按照式5判斷此時(shí)的峰均比是否大于設(shè)定的門限。如果大于門限，該相關(guān)最大值所在的位置就是下行同步碼的起始碼片所在位置，對應(yīng)的下行同步碼就是正確的下行同步碼。

2.2 單碼序列法門限確定

找到合適的門限是單碼序列法成功的關(guān)鍵之一，本文將通過仿真找到合適的門限。仿真參數(shù):系統(tǒng)信噪比為3dB，仿真次數(shù)為10 000次。部分結(jié)果如表1所示，統(tǒng)計(jì)不同的峰均比門限取值下的成功檢測概率和漏檢率。表中成功檢測概率是單碼序列法在不同的峰均比門限下得到的下行同步碼位置和捕獲的下行同步碼組均正確的概率，即找到了與預(yù)設(shè)的下行同步碼位置和32組下行同步碼組中預(yù)設(shè)的某一組一致的概率。漏檢概率是指在不同門限下沒有得到下行同步碼位置和捕獲的下行同步碼組的概率。

表1 功率檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

可見，當(dāng)峰均比門限為4.5時(shí)，同步成功率達(dá)到極大值0.998 1，于是取定這個(gè)門限值用于全文仿真。

2.3 仿真結(jié)果及分析

設(shè)置功率比檢測門限值為th=1.54，信噪比分別為0dB∶3dB∶6dB∶9dB，峰均比門限為4.5，統(tǒng)計(jì)10 000次仿真的相關(guān)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知:整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際系統(tǒng)工作信噪比范圍(5－10dB)具有較好的性能，滿足峰均比門限時(shí)，檢測成功的概率隨信噪比的增加而提高，漏檢率隨著信噪比的增加而降低，同時(shí)所檢測到的同步碼起始位置與正確位置最大相差一個(gè)碼片的距離。

圖3 相關(guān)檢測統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意圖

對該算法的相關(guān)計(jì)算量節(jié)省情況進(jìn)行分析。若正確同步碼為第15個(gè)同步碼，在單碼序列法中，前15個(gè)同步碼分別做了50次與50個(gè)點(diǎn)的相關(guān)，共需要50×15=750次復(fù)數(shù)乘法。一般地，若正確的同步碼組號(hào)為n(1≤n≤32)，則在單碼序列法中，前n個(gè)同步碼分別做了50次與50個(gè)點(diǎn)的相關(guān)，相關(guān)次數(shù)為50×n因?yàn)槿〉饺我唤M同步碼是等可能事件，所以可求得四路信號(hào)的平均相關(guān)次數(shù)為:{50×(1+2+3+…+32)}/32=825(次/幀)。而傳統(tǒng)時(shí)域相關(guān)算法的平均相關(guān)運(yùn)算次數(shù)為50×32=1 600(次/幀)。

由于下行同步碼的組數(shù)是確定值，運(yùn)氣最好的情形就是第一次就選中了正確的同步碼，而運(yùn)氣最差的情形就是最后一次才選中。故單碼序列法與傳統(tǒng)時(shí)域同步算法相比，平均節(jié)省運(yùn)算量48.44%。

4 結(jié)束語

本文首先介紹了下行同步碼捕獲與精確幀同步傳統(tǒng)算法，繼而介紹了單碼序列峰均比判決法。接著對同步的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，并對計(jì)算量的節(jié)省情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，matlab仿真結(jié)果表明了新算法在復(fù)雜度低于傳統(tǒng)算法的同時(shí)，具有較高下行鏈路幀同步準(zhǔn)確性。

［1］李世鶴.TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:人民郵電出版社，2003:48－56.

［2］林輝.LTE-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)化情況［J］.電信科學(xué)，2009，(1):14－16.

［3］唐皓，黃俊偉.TD-SCDMA系統(tǒng)下行初始幀同步算法建立比較［J］.廣東通信技術(shù)，2006，3(2):14－20.

［4］廖曉濱，趙熙.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用及演進(jìn)［M］.北京:人民郵電出版社，2008:78－82.

［5］高耀順.基于統(tǒng)計(jì)分析的TD-SCDMA幀同步的研究［D］.臺(tái)北:國立臺(tái)灣科技大學(xué)，2005:1－35.