一种非相干TD-SCDMA下行同步码捕获算法研究*

周毅，邓彰超

（浙江工业大学浙江省光纤通信技术重点实验室，杭州 310023）

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1chip就做一次相关计算，这种方法的计算量将到达2621M CMPS；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251M CMPS。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64chip。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6400chip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。

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 单信号点峰均比判决算法

2.1 单信号点峰均比判决法

单信号点峰均比判决法原理如图1所示，其主要设计思想是利用峰均比门限条件进行相关判决。初始帧同步误差小于50chip，所以定义窗口A（50chip），因为下行同步码长度为64chip，所以定义窗口cor（64chip）和窗口B（63chip），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）作为起始位置的64chip与 32个下行同步码的分别做相关，得到32个相关值。然后进行峰均比判决。

图1 单信号点法示意图

图2 相关过程

基于式1，相关最大值也就是峰值s(l)，峰均比η(i',l)为：

按照式4判断此时的峰均比是否大于设定的门限。设置峰均比门限为th,那么下行同步码捕获与精确同步即为式5所示。

2.2 单信号点法门限确定

找到合适的门限是单信号点法成功的关键之一，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10000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1中成功检测概率是单信号点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0.9982，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10000次仿真的相关结果，统计结果如图3 所示。

图3 相关检测统计结果示意图

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。

对该算法的相关计算量节省情况进行分析。假设在50个点中所处的位置是等概率事件，那么根据单码序列法和单信号点法的共性[4,5]可得相关计算量也为799.5，但是根据仿真结果知道处于50个点后半部分的概率比较大。所以一般情况下单信号点法比单码序列法的计算量要少。进一步地，传统非门限方法此时要做32×50=1600次相关，因此该文提出的两种算法具有较小的复杂度。

4 结束语

该文首先介绍了下行同步码捕获与精确帧同步传统算法，继而介绍了单信号点峰均比判决法。接着对同步的有效性进行了验证，并对计算量的节省情况进行了统计，MATLAB仿真结果表明了新算法在复杂度低于传统算法的同时，具有较高下行链路帧同步准确性。

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

[2] 林辉. LTE-Advanced的标准化情况[J]. 电信科学, 2009, (1):14-16.

[3] 唐皓, 黄俊伟. TD-SCDMA系统下行初始帧同步算法建立比较[J].广东通信技术, 2006, 3(2):14-20.

[4] Deng Z C, Hua J Y, Zhuang Y Y, Meng Y, Meng L M. A noncoherent estimation of downlink pilot location in TD-SCDMA systems[A].International Conference on Information Theory and Information Security 2011[C]. hangzhou, 2011, 254-258.

[5] 邓彰超, 高正, 华惊宇. 一种改进型TD-SCDMA下行同步算法研究[J]. 杭州电子科技大学学报，2011, (4): 26-30.

[6] 高耀顺. 基于统计分析的TD-SCDMA帧同步的研究[D]. 台北:国立台湾科技大学，2005:1-35.