一种提高TD-SCDMA弱信号检测精度的新方法

王庆华，邹永庆，王 烁

（中国电子科技集团公司第38研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

时分同步码分多址（TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）系统中，在一个时隙里，基站接收的是多个用户发送的信息，由于不同用户之间的功率并不一定相同，有时差别还很大，致使接收到的弱功率用户的信号被淹没在强功率用户信号和噪声中，强功率用户对弱功率小区和弱功率用户产生很大的干扰[1]。尤其是当用户数目变多时，这种干扰更加严重，导致弱功率小区测量以及用户的业务性能均无法保障。因此，弱信号的检测是TD-SCDMA系统必不可少的环节。

现有常规的弱信号检测方法是将本地训练序列（midamble码）与接收到的数据直接进行相关[2]。但是由于扩频码序列很难实现完全的正交，有时甚至是不可能达到正交，尤其当存在多径干扰或者时延的影响时，同时当用户数目变多时，同一个时隙（下行同步时隙或者业务时隙）里的不同导频序列的正交性能变得更差，此时采用常规检测方法检测的弱信号存在很大误差，从而使得弱信号的同步，信道估计和测量性能急剧恶化[3]。

针对现有TD-SCDMA弱信号检测方法的缺点和不足，提出了一种新的弱信号检测方法。该方法首先采用常规方法检测出强信号，然后消除该强信号的干扰，再检测出弱信号。与常规方法相比，该方法检测的结果更加准确可信，进而提高弱信号的同步、信道估计和测量的性能，具有很强的实际应用价值。

1 TD-SCDMA系统简介

在通信发展历史上，移动通信的发展速度非常迅猛，特别是近20年来，在经历了第一代和第二代通信系统的发展，目前，第三代移动通信系统已在在全世界范围内广泛应用起来[4]。TD-SCDMA系统是时分多址接入（TDMA，Time Division Multiple Access），频分多址接入（FDMA，Frequency Division Multiple Access）和码分多址接入（CDMA，Code Division Multiple Access）多种传输模式的灵活结合，是由中国无线通信标准化组织提出并得到国际电信联盟通过的 3G无线通信标准，能满足城市和偏远地区各种用户密度，支持高速移动环境，提供持话音、数据和多媒体等多种业务（最高速率可达2 Mb/s[5-6]，目前正在快速发展建设中，并得到迅速推广和应用。

由于这里所提弱信号检测方法与TD-SCDMA的下行同步码和训练序列紧密相关，现对TD-SCDMA的物理层帧结构、下行同步码和训练序列做个简单介绍。

1.1 TD-SCDMA系统物理层帧结构

一个TD-SCDMA帧的长度为10 ms，分成两个5 ms子帧，每10 ms帧长内的2个子帧的结构是完全相同的。如图1所示，一个子帧中上行和下行业务时隙总数为7个，时隙0总是分配给下行链路，而时隙1总是分配给上行链路[7]。

图1 TD-SCDMA物理层帧结构

图2 DwPCH (DwPTS)的突发结构

1.2 TD-SCDMA下行同步码

TD-SCDMA下行同步信道（DwPCH）是传输在下行导频时隙（DwPTS），在每个子帧中以全小区覆盖的方式发送。

DwPCH（DwPTS）的突发结构如图 2所示（GP代表保护间隔）。

图中的SYNC_DL序列，被称为TD-SCDMA小区标识码，也称作下行同步码，SYNC_DL长为64 chip，整个系统有32组长度为64的基本SYNC_DL码，一个SYNC_DL唯一标识一个基站和一个码组，每个码组包含4个特定的扰码，每个扰码对应一个特定的基本训练序列（midamble码）。

1.3 TD-SCDMA系统训练序列（midamble码）

TD-SCDMA 突发结构时隙格式如图3所示。一个时隙包括2个数据码片域，每个码片域包括352 码片，此外，时隙中还包括一个由144码片的中间序列（训练序列）组成的

图3 TD-SCDMA突发结构时隙格式

码片域。TD-SCDMA系统中的训练序列（midamble码），用于进行信道估计、测量，如上行同步的保持以及功率测量等。在同一小区内，同一时隙内的不同用户所采用的 midamble码由一个基本的midamble码经循环移位后而产生[8]。

2 新的弱信号检测方法

现有的TD-SCDMA弱信号检测方法中，都是将同频强功率信号干扰简单的视为高斯白噪声，把接收数据与本地训练序列直接进行相关来检测弱信号，由于各训练序列并不完全正交，从而导致用这种检测方法检测出的弱信号误差较大，结果准确性较低。针对这种存在同频强信号干扰的弱信号，提出了一种提高弱信号检测精度的新方法，能准确的将弱信号从强信号干扰中成功检测出来，从而提高弱信号小区或用户的同步，信道估计和测量性能。

2.1 检测算法

假设接收的信号是三个不同功率用户信息的和，三个用户信息分别表示为 r1，r2和r3，三者功率从大到小依次是 r1，r2，r3，r3是需要检测出的弱信号。则接收端接收到的信号可表示为：

n0为噪声。

首先用基本midamble码在本地产生midamble码，分别与接收数据的训练序列码段做相关，即可得知用户 1、用户2和用户3使用的midamble码，分别记为m1，m2和m3。设三个用户的功率分别为p1，p2，p3，各自信道为h1，h2，h3，则接收到的信号可以用式(2)表示：

首先对功率最强的用户1进行信道估计和测量。用用户1的midamble码与接收信号做相关得：

用式（4）可以估算出用户1的信道为：

再用估计出的用户1的信道重建接收到的用户1的信号∶

然后从接收数据中减去重建的用户1的信号，得到没有强功率用户1干扰的信号：

重复以上过程，再从r23中减去次强干扰用户2的信号，便得到所需要的用户3的信号。

如果接收信号中存在多个同频强功率信号干扰，则重复以上过程，每次从信号中去除所剩信号中最强的干扰信号，直到得到所需的有用弱信号，即可准确检测出弱信号。

3 仿真实验

TD-SCDMA系统中的SYNC_DL序列和midamble序列都是正交的，均可以用于本仿真实验。这里利用 midamble对上述算法进行实验。

取 A∶B∶C=1∶0.5∶0.2，同时系统添加了高斯白噪声。图 4为分别用用户1（正方形），用户2（三角形），用户3（圆圈）的本地训练序列和原始接收到的数据相关的结果。

图4 本地训练序列和接收数据相关结果

图5为对用户1的数据进行干扰消除之后，分别和用户1（正方形），用户2（三角形），用户3（圆圈）的本地训练序列相关的结果。

图5 干扰消除后相关结果

从上述实验中可以明显看出，当用户1的强干扰存在时，不但对用户2的相关峰有很大影响，同时导致用户3的相关峰却高于用户2的相关峰，当去除强信号干扰后，这种问题就不再存在了，从而可以再次取出次强信号干扰，直至得到所需的弱信号。用这种检测方法的结果进行同步，信道估计和测量，结果的可靠性大大提高。

4 结语

针对TD-SCDMA系统中存在的同频强信号干扰弱信号，导致弱信号检测精度不高的现象，提出了一种提高弱信号检测精度的新方法。仿真实验结果表明，这种方法能将弱信号从强干扰信号中准确分离出来，使得同步、信道估计和测量结果变得更加可靠。

[1] 郭永明,马力.TD-SCDMA网络干扰浅析[J].通信技术,2010,43(12):58-60.

[2] 张同须.TD-SCDMA 网络规划与工程[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 赵慧慧,易准.安世全.TD-SCDMA系统下行链路同步技术研究[J].通信技术,2007,40(10):199-201,243.

[4] 朱近康.CDMA通信技术[M].北京: 人民邮电出版社, 2001.

[5] 姜丽波.现代 TD-SCDMA标准技术发展趋势研究[J].通信技术,2009,42(02):77-78,81.

[6] 罗建迪.TD-SCDMA无线网络规划设计与优化[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[7] 李世鹤.TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[8] 李小文.李贵勇.陈贤亮.TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现[M].北京：人民邮电出版社，2003.