一種非相干TD-SCDMA下行同步碼捕獲算法研究*

周毅，鄧彰超

（浙江工業(yè)大學(xué)浙江省光纖通信技術(shù)重點實驗室，杭州 310023）

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，手機終端只要一開機就會開始不斷地接收基站的下行同步信號，使手機與基站同步。在同步的過程中，受限于手機的CPU處理速度和電池容量，所以要盡可能的降低運算量。目前有兩種相關(guān)同步算法[1]：其一，一幀信號中每接收到1chip就做一次相關(guān)計算，這種方法的計算量將到達2621M CMPS；其二，如果把收到的信號經(jīng)過離散時間傅里葉變換后處理，那么計算量就減少到251M CMPS。這兩種方法運算量過高，不利于延長手機的生存時間。為了解決上述問題減少系統(tǒng)資源消耗，本文在利用TD-SCDMA信號特殊幀結(jié)構(gòu)來檢測支路功率比的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種下行同步碼組捕獲與精確幀同步的新方法。進一步地考慮到TD-SCDMA和第四代移動通信標(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個不同的下行同步碼組（SYNC_DL）其長度為64chip。下行同步碼組每經(jīng)過一個子幀周期被發(fā)送一次。最經(jīng)典的傳統(tǒng)同步算法是時域相關(guān)同步法，將收到的信號與所有32個不同的SYNC_DL進行相關(guān)計算，需要把整個子幀6400chip均相關(guān)計算一遍，來確定其中最大的相關(guān)計算值，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，計算最大值所用的下行同步碼就是子幀中的實際SYNC_DL。

將這2個序列做如下的相關(guān)計算[2]：

那么下行同步碼捕獲與精確幀同步定義為：

2 單信號點峰均比判決算法

2.1 單信號點峰均比判決法

單信號點峰均比判決法原理如圖1所示，其主要設(shè)計思想是利用峰均比門限條件進行相關(guān)判決。初始幀同步誤差小于50chip，所以定義窗口A（50chip），因為下行同步碼長度為64chip，所以定義窗口cor（64chip）和窗口B（63chip），相關(guān)過程如圖2所示。A窗口的每個碼片與其后面的63個碼片組成的64個碼片組填入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）作為起始位置的64chip與 32個下行同步碼的分別做相關(guān)，得到32個相關(guān)值。然后進行峰均比判決。

圖1 單信號點法示意圖

圖2 相關(guān)過程

基于式1，相關(guān)最大值也就是峰值s(l)，峰均比η(i',l)為：

按照式4判斷此時的峰均比是否大于設(shè)定的門限。設(shè)置峰均比門限為th,那么下行同步碼捕獲與精確同步即為式5所示。

2.2 單信號點法門限確定

找到合適的門限是單信號點法成功的關(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10000次。部分結(jié)果如表1所示，統(tǒng)計不同的峰均比門限取值下的成功檢測概率和漏檢率。表1中成功檢測概率是單信號點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

可見，當(dāng)峰均比門限為4.5時，同步成功率達到極大值0.9982，于是取定這個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10000次仿真的相關(guān)結(jié)果，統(tǒng)計結(jié)果如圖3 所示。

圖3 相關(guān)檢測統(tǒng)計結(jié)果示意圖

由圖3可知，整個系統(tǒng)在實際系統(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，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，同時所檢測到的同步碼起始位置與正確位置最大相差一個碼片的距離。

對該算法的相關(guān)計算量節(jié)省情況進行分析。假設(shè)在50個點中所處的位置是等概率事件，那么根據(jù)單碼序列法和單信號點法的共性[4,5]可得相關(guān)計算量也為799.5，但是根據(jù)仿真結(jié)果知道處于50個點后半部分的概率比較大。所以一般情況下單信號點法比單碼序列法的計算量要少。進一步地，傳統(tǒng)非門限方法此時要做32×50=1600次相關(guān)，因此該文提出的兩種算法具有較小的復(fù)雜度。

4 結(jié)束語

該文首先介紹了下行同步碼捕獲與精確幀同步傳統(tǒng)算法，繼而介紹了單信號點峰均比判決法。接著對同步的有效性進行了驗證，并對計算量的節(jié)省情況進行了統(tǒng)計，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，具有較高下行鏈路幀同步準(zhǔn)確性。

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[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.

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