??? 文章首先介紹了TD-SCDMA制式信號(hào)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(guó)際電信聯(lián)盟ITU正式發(fā)布的第三代移動(dòng)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(shí)分雙工技術(shù)、智能天線技術(shù)、聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)。TD-SCDMA的優(yōu)勢(shì)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(duì)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(duì)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(shí)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(wú)線幀、子幀和時(shí)隙/碼。圖1是TD-SCDMA的物理信道信號(hào)格式。

??? 圖1 TD-SCDMA的物理信道信號(hào)格式

??? 其幀結(jié)構(gòu)將10ms的無(wú)線幀分成兩個(gè)5ms的子幀，每個(gè)子幀中有7個(gè)常規(guī)時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙。三個(gè)特殊時(shí)隙分別為下行導(dǎo)頻時(shí)隙DwPTS、主保護(hù)時(shí)隙GP和上行導(dǎo)頻時(shí)隙UpPTS。在7個(gè)常規(guī)時(shí)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(guò)靈活配置上下行時(shí)隙的個(gè)數(shù)，使TD-SCDMA適用于上下行對(duì)稱(chēng)及非對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)模式。上行時(shí)隙和下行時(shí)隙之間由轉(zhuǎn)換點(diǎn)分開(kāi)。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，每個(gè)5ms的子幀有兩個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)：第一個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)是從上行鏈路轉(zhuǎn)到下行鏈路，位置在每個(gè)子幀中最后一個(gè)上行時(shí)隙和第二個(gè)下行時(shí)隙之間，TSO是第一個(gè)下行時(shí)隙。其中，第一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)相對(duì)于每個(gè)子幀的開(kāi)始時(shí)間是固定的；第二個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)隨著分配給上下行的時(shí)隙數(shù)不同而變化。

??? 無(wú)論何種無(wú)線通信的覆蓋區(qū)域都將產(chǎn)生弱信號(hào)區(qū)和盲區(qū)，而對(duì)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(jiǎn)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(hào)和下行鏈路信號(hào)處于同一頻率，通過(guò)時(shí)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(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置信息，完成對(duì)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(cè)法、特征窗搜尋法、GPS同步法以及下行同步碼相關(guān)檢測(cè)同步法。功率檢測(cè)法主要是通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)的功率進(jìn)行快速檢測(cè)，然后對(duì)檢測(cè)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(gè)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(hào)的功率很大。現(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(huì)相應(yīng)提高設(shè)備成本。GPS同步方式則通過(guò)設(shè)備接收GPS信號(hào)作為時(shí)間參考，同時(shí)調(diào)整直放站的開(kāi)關(guān)時(shí)間與基站同步，這種方式，工程開(kāi)通比較復(fù)雜需要攜帶額外的儀表。下面對(duì)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(cè)法

??? 功率檢測(cè)法主要用于有線耦合方式的場(chǎng)合，它首先對(duì)射頻功率進(jìn)行快速的檢測(cè)，響應(yīng)時(shí)間一般在ns級(jí)，然后將檢測(cè)值與門(mén)限值進(jìn)行比較，當(dāng)高于門(mén)限值則說(shuō)明有信號(hào)通過(guò)，立即打開(kāi)下行鏈路，低于門(mén)限值則打開(kāi)上行鏈路。這種方法雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是由于根據(jù)單純的功率檢測(cè)值不能分辨出上下行，所以這種方式不能在無(wú)線耦合方式中用，比如用于室外覆蓋的無(wú)線直放站。另外，功率響應(yīng)時(shí)間再快，開(kāi)關(guān)使能信號(hào)也不可避免的會(huì)落后于信號(hào)，這樣會(huì)損傷源信號(hào)，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(cè)的方式實(shí)現(xiàn)上下行同步切換控制。針對(duì)TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)的特征，采用特征窗匹配的方法，通過(guò)檢測(cè)下行鏈路信號(hào)的功率來(lái)確定TD-SCDMA系統(tǒng)的2個(gè)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(shí)隙的特征，如圖2所示：

??? 圖2 TD時(shí)隙示意

??? TSO的有數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為848碼片長(zhǎng)度（662.5us），而TSO和DwPTS之間的間隔寬度為48碼片長(zhǎng)度（37.5us），DwPTS的寬度為64碼片（50us），根據(jù)這個(gè)特征，我們可以通過(guò)快速功率檢測(cè)的方式在時(shí)域上面需要該特征窗的位置，并確認(rèn)DwPTS在時(shí)域上的具體位置。

??? 如圖3所示，直放站通過(guò)內(nèi)部的射頻功率耦合鏈路將一部分輸入的射頻信號(hào)提取，進(jìn)行高速射頻對(duì)數(shù)放大器的檢波，將射頻的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過(guò)高速運(yùn)放放大后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而通過(guò)CPU（如DSP等）對(duì)采樣值進(jìn)行分析處理，通過(guò)上述的時(shí)隙窗的特征，判斷DwPTS的準(zhǔn)確位置，設(shè)定一個(gè)時(shí)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(cè)的流程

??? 3.3GPS同步方式

??? 由于網(wǎng)內(nèi)各基站信號(hào)與GPS是同步的，即基站信號(hào)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(guò)調(diào)整直放站上下行開(kāi)關(guān)使能信號(hào)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(guò)程是首先測(cè)出GPS秒脈沖下降沿與下行導(dǎo)頻結(jié)束時(shí)刻之間的相位差，比如是Nchip長(zhǎng)，然后調(diào)節(jié)上下行開(kāi)關(guān)使能信號(hào)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(shí)關(guān)閉下行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基站信號(hào)的上下行同步切換。

??? 3.4下行同步碼相關(guān)檢測(cè)同步方式

??? 在TD-SCDMA系統(tǒng)中，標(biāo)識(shí)小區(qū)的碼稱(chēng)為下行同步碼（SYNC-DL）序列，在下行導(dǎo)頻時(shí)隙發(fā)射，基站將在小區(qū)的全方向發(fā)射。整個(gè)系統(tǒng)有32組長(zhǎng)度為64的基本SYNC-DL，每個(gè)SYNC-DL標(biāo)識(shí)一個(gè)基站和對(duì)應(yīng)一個(gè)碼組（包含7個(gè)上行同步碼、4個(gè)擾碼和4個(gè)中間碼）。基于下行同步碼相關(guān)檢測(cè)的同步方式就是直放站首先將基站耦合的信號(hào)進(jìn)行下變頻，然后通過(guò)高速AD采樣后進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，通過(guò)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(guò)射頻耦合電路將部分射頻信號(hào)提取，通過(guò)下變頻電路將信號(hào)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(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，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(gè)SYNC-DL相關(guān)碼中尋找出某一個(gè)相關(guān)碼確定DwPTS時(shí)域中的位置。

??? 4、結(jié)論

??? 通過(guò)上面的分析，我們可以得出，功率檢測(cè)法實(shí)現(xiàn)最容易，成本也低，但是這種方法應(yīng)用場(chǎng)合有限，并且對(duì)源信號(hào)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(kāi)通時(shí)必須先檢測(cè)出GPS秒脈沖和基站信號(hào)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(hào)沒(méi)有了則無(wú)法再與基站同步。另外，如果基站對(duì)信號(hào)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(kāi)關(guān)使能信號(hào)之間的相位差；下行同步碼相關(guān)檢測(cè)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(duì)基帶信號(hào)處理的速度要求高，增加設(shè)備信號(hào)處理的復(fù)雜度，造成相應(yīng)得成本也提高了。