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1、背景技術 TD-SCDMA是國際電信聯盟ITU正式發布的第三代移動通信空中接口技術規范之一，其關鍵技術有可調整上下行切換點的時分雙工技術、智能天線技術、聯合檢測技術。TD-SCDMA的優勢突出表現在系統抗干擾和系統容量之間得到了很好的均衡、對混合業務的高效支持、系統自身有良好的持續發展和技術演進性。 TD-SCDMA的多址接入方案屬于DS-SCDMA，碼片速率為1.28Mc/s，擴頻帶寬約為1.6MHz，采用不需配對頻率的TDD工作方式。它的下行和上行的信息是在同一載頻的不同時隙上進行傳送的。TD-SCDMA的物理信道采用四層結構：系統幀、無線幀、子幀和時隙/碼。圖1是TD -SCDMA的物理信道信號格式。 圖1 TD-SCDMA的物理信道信號格式 其幀結構將10ms的無線幀分成兩個5ms的子幀，每個子幀中有7個常規時隙和3個特殊時隙。三個特殊時隙分別為下行導頻時隙DwPTS、主保護時隙GP和上行導頻時隙UpP TS。在7個常規時隙中TSO總是分配給下行鏈路，而TS1總是分配給上行鏈路。通過靈活配置上下行時隙的個數，使TD- SCDMA適用于上下行對稱及非對稱業務模式。上行時隙和下行時隙之間由轉換點分開。在TD-SCDMA系統中，每個5ms的子幀有兩個轉換點：第一個轉換點是從下行鏈路轉到上行鏈路，位置在DwPTS和UpPTS之間的GP；第二個轉換點是從上行鏈路轉到下行鏈路，位置在每個子幀中最后一個上行時隙和第二個下行時隙之間，TSO是第一個下行時隙。其中，第一個轉換點相對于每個子幀的開始時間是固定的；第二個轉換點隨著分配給上下行的時隙數不同而變化。 無論何種無線通信的覆蓋區域都將產生弱信號區和盲區，而對一些偏遠地區和用戶數不多的盲區，要架設基站成本太高，基礎設施也較復雜，為此提供一種成本低、架設簡單，卻具有小型基站功能、經濟有效的設備——直放站是很有必要的。因此，TD-SCDMA直放站在TD-SCDMA網絡中扮演著重要角色。 2、同步方式介紹 在TD-SCDMA系統中，上行鏈路信號和下行鏈路信號處于同一頻率，通過時分復用的方式區分上行和下行。因此TD-SCDMA直放站需要獲取兩個轉換點位置信息，完成對射頻信道的上下行切換。 現有能實現與基站同步的方法有：功率檢測法、特征窗搜尋法、GPS同步法以及下行同步碼相關檢測同步法。功率檢測法主要是通過對射頻信號的功率進行快速檢測，然后對檢測值快速做出響應；特征窗搜尋法的基礎是：SYNC-DL前有48個碼片的保護間隔，SYNC-DL后有96碼片的保護間隔，且 SYNC-DL信號的功率很大。現有特征窗搜尋法僅僅按照一定的匹配準則去查找SYNC-DL。但現有的特征窗搜尋法容易受用戶終端或臨近基站的干擾出現誤判。下行同步碼相關法不容易受干擾，但其技術復雜度高，會相應提高設備成本。GPS同步方式則通過設備接收GPS信號作為時間參考，同時調整直放站的開關時間與基站同步，這種方式，工程開通比較復雜需要攜帶額外的儀表。下面對這三種同步方式進行詳細的比較和分析。 3、三種同步方式的分析比較 3.1 功率檢測法 功率檢測法主要用于有線耦合方式的場合，它首先對射頻功率進行快速的檢測，響應時間一般在ns級，然后將檢測值與門限值進行比較，當高于門限值則說明有信號通過，立即打開下行鏈路，低于門限值則打開上行鏈路。這種方法雖然實現簡單，但是由于根據單純的功率檢測值不能分辨出上下行，所以這種方式不能在無線耦合方式中用，比如用于室外覆蓋的無線直放站。另外，功率響應時間再快，開關使能信號也不可避免的會落后于信號，這樣會損傷源信號，導致EVM等指標下降，嚴重的甚至會使終端接入不了。 3.2 特征窗搜尋法 設備采用下行功率檢測的方式實現上下行同步切換控制。針對TD-SCDMA幀結構的特征，采用特征窗匹配的方法，通過檢測下行鏈路信號的功率來確定TD-SCDMA系統的2個上下行轉換點的位置，從而達到實現同步切換。 首先介紹一下TD時隙的特征，如圖2所示： 圖2 Td時隙示意 TSO的有數據長度為848碼片長度（662.5us），而TSO和DwPTS之間的間隔寬度為48碼片長度（37.5us），DwPTS的寬度為64碼片（50us），根據這個特征，我們可以通過快速功率檢測的方式在時域上面需要該特征窗的位置，并確認DwPTS在時域上的具體位置。如圖3所示，直放站通過內部的射頻功率耦合鏈路將一部分輸入的射頻信號提取，進行高速射頻對數放大器的檢波，將射頻的功率信號轉換為電壓信號，該電壓信號通過高速運放放大后經AD轉換為數字信號，進而通過CPU（如DSP等）對采樣值進行分析處理，通過上述的時隙窗的特征，判斷DwPTS的準確位置，設定一個時間基準點，最后根據該基準點控制射頻鏈路進行上下行切換。 圖3 直放站下行檢測的流程 3.3 GPS同步方式 由于網內各基站信號與GPS是同步的，即基站信號與GPS秒脈沖下降沿之間的相位差是恒定不變的，直放站得到GPS秒脈沖后，通過調整直放站上下行開關使能信號與GPS秒脈沖下降沿之間的相位差，達到與基站的同步。具體原理如圖4所示： 圖4 GPS同步原理 具體過程是首先測出GPS秒脈沖下降沿與下行導頻結束時刻之間的相位差，比如是N chip長，然后調節上下行開關使能信號與GPS秒脈沖下降沿之間的相位差，使得下行使能在下行導頻結束時關閉下行，從而實現對基站信號的上下行同步切換。 3.4 下行同步碼相關檢測同步方式 在TD-SCDMA系統中，標識小區的碼稱為下行同步碼（SYNC-DL）序列，在下行導頻時隙發射，基站將在小區的全方向發射。整個系統有 32組長度為64的基本SYNC-DL，每個SYNC-DL 標識一個基站和對應一個碼組（包含7個上行同步碼、4個擾碼和4個中間碼）。基于下行同步碼相關檢測的同步方式就是直放站首先將基站耦合的信號進行下變頻，然后通過高速AD采樣后進行數字解調，通過相關法找到下行同步碼，從而達到與基站同步。如圖 5所示： 圖5 直放站相關調解流程 首先通過射頻耦合電路將部分射頻信號提取，通過下變頻電路將信號頻率降低到中頻段，進而進行數字化處理將射頻信號變為數字信號，再進行QPSK 的解調處理，最后進行同步碼相關，從小區使用的32個SYNC-DL相關碼中尋找出某一個相關碼確定DwPTS時域中的位置。 4、結論 通過上面的分析，我們可以得出，功率檢測法實現最容易，成本也低，但是這種方法應用場合有限，并且對源信號有一定損傷，所以該方案不可行；特征窗搜尋法成本較低，但容易受到臨近基站或用戶終端的干擾，比較適合室內使用；而GPS同步方式抗干擾能力強，但它的缺點是工程開通時必須先檢測出GPS秒脈沖和基站信號之間的相位差，并且這種同步方式一旦直放站所在地的GPS信號沒有了則無法再與基站同步。另外，如果基站對信號的相位進行了調整，那么直放站就要重新設置GPS秒脈沖與開關使能信號之間的相位差；下行同步碼相關檢測的方式由于是直接解調到基帶，獲得下行同步碼，所以不太容易受到外界干擾，但是這種方式對基帶信號處理的速度要求高，增加設備信號處理的復雜度，造成相應得成本也提高了。 |
