??? 文章首先介紹了TD-SCDMA制式信號物理層的幀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)而分析了目前TD-SCDMA直放站可以采用的四種同步方式的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

??? 1、背景技術(shù)

??? TD-SCDMA是國際電信聯(lián)盟ITU正式發(fā)布的第三代移動通信空中接口技術(shù)規(guī)范之一，其關(guān)鍵技術(shù)有可調(diào)整上下行切換點(diǎn)的時分雙工技術(shù)、智能天線技術(shù)、聯(lián)合檢測技術(shù)。TD-SCDMA的優(yōu)勢突出表現(xiàn)在系統(tǒng)抗干擾和系統(tǒng)容量之間得到了很好的均衡、對混合業(yè)務(wù)的高效支持、系統(tǒng)自身有良好的持續(xù)發(fā)展和技術(shù)演進(jìn)性。

??? TD-SCDMA的多址接入方案屬于DS-SCDMA，碼片速率為1.28Mc/s，擴(kuò)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(jìn)行傳送的。TD-SCDMA的物理信道采用四層結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)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(jié)構(gòu)將10ms的無線幀分成兩個5ms的子幀，每個子幀中有7個常規(guī)時隙和3個特殊時隙。三個特殊時隙分別為下行導(dǎo)頻時隙DwPTS、主保護(hù)時隙GP和上行導(dǎo)頻時隙UpPTS。在7個常規(guī)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(shù)，使TD-SCDMA適用于上下行對稱及非對稱業(yè)務(wù)模式。上行時隙和下行時隙之間由轉(zhuǎn)換點(diǎn)分開。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，每個5ms的子幀有兩個轉(zhuǎn)換點(diǎn)：第一個轉(zhuǎn)換點(diǎn)是從下行鏈路轉(zhuǎn)到上行鏈路，位置在DwPTS和UpPTS之間的GP；第二個轉(zhuǎn)換點(diǎn)是從上行鏈路轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換點(diǎn)相對于每個子幀的開始時間是固定的；第二個轉(zhuǎn)換點(diǎn)隨著分配給上下行的時隙數(shù)不同而變化。

??? 無論何種無線通信的覆蓋區(qū)域都將產(chǎn)生弱信號區(qū)和盲區(qū)，而對一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和用戶數(shù)不多的盲區(qū)，要架設(shè)基站成本太高，基礎(chǔ)設(shè)施也較復(fù)雜，為此提供一種成本低、架設(shè)簡單，卻具有小型基站功能、經(jīng)濟(jì)有效的設(shè)備——直放站是很有必要的。因此，TD-SCDMA直放站在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要角色。

??? 2、同步方式介紹

??? 在TD-SCDMA系統(tǒng)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(fù)用的方式區(qū)分上行和下行。因此TD-SCDMA直放站需要獲取兩個轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置信息，完成對射頻信道的上下行切換。

??? 現(xiàn)有能實(shí)現(xiàn)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(guān)檢測同步法。功率檢測法主要是通過對射頻信號的功率進(jìn)行快速檢測，然后對檢測值快速做出響應(yīng)；特征窗搜尋法的基礎(chǔ)是：SYNC-DL前有48個碼片的保護(hù)間隔，SYNC-DL后有96碼片的保護(hù)間隔，且SYNC-DL信號的功率很大?，F(xiàn)有特征窗搜尋法僅僅按照一定的匹配準(zhǔn)則去查找SYNC-DL。但現(xiàn)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(xiàn)誤判。下行同步碼相關(guān)法不容易受干擾，但其技術(shù)復(fù)雜度高，會相應(yīng)提高設(shè)備成本。GPS同步方式則通過設(shè)備接收GPS信號作為時間參考，同時調(diào)整直放站的開關(guān)時間與基站同步，這種方式，工程開通比較復(fù)雜需要攜帶額外的儀表。下面對這三種同步方式進(jìn)行詳細(xì)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(jìn)行快速的檢測，響應(yīng)時間一般在ns級，然后將檢測值與門限值進(jìn)行比較，當(dāng)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(shí)現(xiàn)簡單，但是由于根據(jù)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(yīng)時間再快，開關(guān)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(dǎo)致EVM等指標(biāo)下降，嚴(yán)重的甚至?xí)菇K端接入不了。

??? 3.2特征窗搜尋法

??? 設(shè)備采用下行功率檢測的方式實(shí)現(xiàn)上下行同步切換控制。針對TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)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(tǒng)的2個上下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jù)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(rèn)DwPTS在時域上的具體位置。

??? 如圖3所示，直放站通過內(nèi)部的射頻功率耦合鏈路將一部分輸入的射頻信號提取，進(jìn)行高速射頻對數(shù)放大器的檢波，將射頻的功率信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號通過高速運(yùn)放放大后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進(jìn)而通過CPU（如DSP等）對采樣值進(jìn)行分析處理，通過上述的時隙窗的特征，判斷DwPTS的準(zhǔn)確位置，設(shè)定一個時間基準(zhǔn)點(diǎn)，最后根據(jù)該基準(zhǔn)點(diǎn)控制射頻鏈路進(jìn)行上下行切換。

??? 圖3 直放站下行檢測的流程

??? 3.3GPS同步方式

??? 由于網(wǎng)內(nèi)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(diào)整直放站上下行開關(guān)使能信號與GPS秒脈沖下降沿之間的相位差，達(dá)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(dǎo)頻結(jié)束時刻之間的相位差，比如是Nchip長，然后調(diào)節(jié)上下行開關(guān)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(dǎo)頻結(jié)束時關(guān)閉下行，從而實(shí)現(xiàn)對基站信號的上下行同步切換。

??? 3.4下行同步碼相關(guān)檢測同步方式

??? 在TD-SCDMA系統(tǒng)中，標(biāo)識小區(qū)的碼稱為下行同步碼（SYNC-DL）序列，在下行導(dǎo)頻時隙發(fā)射，基站將在小區(qū)的全方向發(fā)射。整個系統(tǒng)有32組長度為64的基本SYNC-DL，每個SYNC-DL標(biāo)識一個基站和對應(yīng)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(guān)檢測的同步方式就是直放站首先將基站耦合的信號進(jìn)行下變頻，然后通過高速AD采樣后進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，通過相關(guān)法找到下行同步碼，從而達(dá)到與基站同步。如圖5所示：

??? 圖5 直放站相關(guān)調(diào)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(jìn)而進(jìn)行數(shù)字化處理將射頻信號變?yōu)閿?shù)字信號，再進(jìn)行QPSK的解調(diào)處理，最后進(jìn)行同步碼相關(guān)，從小區(qū)使用的32個SYNC-DL相關(guān)碼中尋找出某一個相關(guān)碼確定DwPTS時域中的位置。

??? 4、結(jié)論

??? 通過上面的分析，我們可以得出，功率檢測法實(shí)現(xiàn)最容易，成本也低，但是這種方法應(yīng)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(nèi)使用；而GPS同步方式抗干擾能力強(qiáng)，但它的缺點(diǎn)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(jìn)行了調(diào)整，那么直放站就要重新設(shè)置GPS秒脈沖與開關(guān)使能信號之間的相位差；下行同步碼相關(guān)檢測的方式由于是直接解調(diào)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(shè)備信號處理的復(fù)雜度，造成相應(yīng)得成本也提高了。