一种改进型TD-SCDMA下行同步算法研究

2011-03-26邓彰超高正华惊宇

杭州电子科技大学学报(自然科学版) 2011年4期

邓彰超，高正，华惊宇

(浙江工业大学浙江省光纤通信技术重点实验室，浙江杭州310023)

0 引言

在TD-SCDMA系统中，手机终端只要一开机就会开始不断地接收基站的下行同步信号，使手机与基站同步。在同步的过程中，受限于手机的CPU处理速度和电池容量，所以要尽可能的降低运算量。目前有两种相关同步算法［1］:其一，一帧信号中每接收到一个码片就做一次相关计算，这种方法的计算量将到达2 621 MCMPS;其二，如果把收到的信号经过离散时间傅里叶变换后处理，那么计算量就减少到251 MCMPS。这两种方法运算量过高，不利于延长手机的生存时间。为了解决上述问题减少系统资源消耗，本文在利用TD-SCDMA信号特殊帧结构来检测支路功率比的基础上，设计了一种下行同步码组捕获与精确帧同步的新方法。进一步地考虑到TD-SCDMA和第四代移动通信标准TD-LTE的帧结构是相容的，所以本文的算法可以扩展到TD-LTE技术的应用中去。

1 下行同步码捕获与精确帧同步传统算法介绍

根据3GPP的规定TD-SCDMA有32个不同的下行同步码组(SYNC_DL)其长度为64 chips。下行同步码组每经过一个子帧周期被发送一次。最经典的传统同步算法是时域相关同步法，将收到的信号与所有32个不同的SYNC_DL进行相关计算，需要把整个子帧6 400个码片均相关计算一遍，来确定其中最大的相关计算值，该最大值码片所对应的码片起始位置就是DwPTS所在的位置，计算最大值所用的下行同步码就是子帧中的实际SYNC_DL。

算法的具体数学式子描述为:定义收到的数据{r}=(r0，r1，r2，…，ri)，因为TD-SCDMA的帧长为6 400个码片，所以0≤i≤6 400。32个长度为64个码片的下行同步码定义将这2个序列做如下的相关计算［2］:

那么下行同步码捕获与精确帧同步定义为:

2 单码序列峰均比判决算法

2.1 单码序列峰均比判决法

单码序列峰均比判决法原理如图1所示，其主要设计思想是在前置区利用峰均比门限条件进行相关判决。初始帧同步误差小于50chips，所以定义窗口A(50chips)，因为下行同步码长度为64chips，所以定义窗口cor(64chips)和窗口B(63chips)，相关过程如图2所示。A窗口的每个码片与其后面的63个码片组成的64个码片组填入cor窗，而后与某组同步码做一次(式1)中的相关得到一个相关值。随着cor窗口位置的不同(也就的不同，注意一般不在A窗口的中间，根据仿真在左边的概率大)总共能得到50个不同的相关值。然后对于这50个相关值求一次峰均比并进行判决。

图1 单码序列法

图2 相关过程

按照式5判断此时的峰均比是否大于设定的门限。如果大于门限，该相关最大值所在的位置就是下行同步码的起始码片所在位置，对应的下行同步码就是正确的下行同步码。

2.2 单码序列法门限确定

找到合适的门限是单码序列法成功的关键之一，本文将通过仿真找到合适的门限。仿真参数:系统信噪比为3dB，仿真次数为10 000次。部分结果如表1所示，统计不同的峰均比门限取值下的成功检测概率和漏检率。表中成功检测概率是单码序列法在不同的峰均比门限下得到的下行同步码位置和捕获的下行同步码组均正确的概率，即找到了与预设的下行同步码位置和32组下行同步码组中预设的某一组一致的概率。漏检概率是指在不同门限下没有得到下行同步码位置和捕获的下行同步码组的概率。

表1 功率检测结果统计

可见，当峰均比门限为4.5时，同步成功率达到极大值0.998 1，于是取定这个门限值用于全文仿真。

2.3 仿真结果及分析

设置功率比检测门限值为th=1.54，信噪比分别为0dB∶3dB∶6dB∶9dB，峰均比门限为4.5，统计10 000次仿真的相关结果，统计结果如图3所示。

由图3可知:整个系统在实际系统工作信噪比范围(5－10dB)具有较好的性能，满足峰均比门限时，检测成功的概率随信噪比的增加而提高，漏检率随着信噪比的增加而降低，同时所检测到的同步码起始位置与正确位置最大相差一个码片的距离。

图3 相关检测统计结果示意图

对该算法的相关计算量节省情况进行分析。若正确同步码为第15个同步码，在单码序列法中，前15个同步码分别做了50次与50个点的相关，共需要50×15=750次复数乘法。一般地，若正确的同步码组号为n(1≤n≤32)，则在单码序列法中，前n个同步码分别做了50次与50个点的相关，相关次数为50×n因为取到任一组同步码是等可能事件，所以可求得四路信号的平均相关次数为:{50×(1+2+3+…+32)}/32=825(次/帧)。而传统时域相关算法的平均相关运算次数为50×32=1 600(次/帧)。

由于下行同步码的组数是确定值，运气最好的情形就是第一次就选中了正确的同步码，而运气最差的情形就是最后一次才选中。故单码序列法与传统时域同步算法相比，平均节省运算量48.44%。